Marc ALOCHET - How is the e-traction value chain impacted by BEV scale-up ?

Soumis par Géry Deffontaines, GERPISA le 28 févr. 2019 - 01:00

Journée du Gerpisa

L'assemblage dans l'usine Daimler de Brême - source : daimler.com/products/passenger-cars/mercedes-benz/production-eqc.html

Type de publication:

Compte Rendu / Report

Auteurs:

Deffontaines, Géry

Source:

Compte rendu de la journée du Gerpisa, Number 245, CCFA - Paris (2019)

Résumé:

At the dawn of the surge of electric, connected, autonomous and shared vehicles, the hierarchical architecture of the value chain, from Original Equipment Manufacturers to Tier N suppliers, is still in place and largely ruled under the ICEV dominant design.

Whereas the battery pack and the e-powertrain, which are the key levers of performance for Battery Electric Vehicles, come from industries outside the traditional automotive core business, we wonder how the emerging e-traction value chain is being shaped by the EV scale-up.

Mobilizing the theoretical frameworks of hierarchical and ecosystem value systems, we assess, through an empirical study, the current and future situations of the battery and e-powertrain value chains on both offer and demand sides; on the demand side, we complete the picture with BEVs manufacturing strategies.

In this “work in progress” presentation, we summarize that global OEMs maintain (incumbent) or install (newcomer) control on vehicle design and value chain; incumbents maximize use of existing assets for BEVs manufacturing and maintain employment in historical plants through an extension of their make perimeter: e-powertrain, battery pack. By doing so, they keep their integrator’s role and retain a strong overall added value. On the offer side, incumbents use core knowledge and / or develop new knowledge to expand or catch up e-traction business whereas newcomers are integrated accordingly to a controlled contribution, such as electro-chemistry specialists mostly restricted to cells or modules supply.

Notes:

Marc ALOCHET
Ancien expert leader assemblage véhicule, GMP et châssis chez Renault,
en thèse au Centre de recherche en Gestion de l’Ecole Polytechnique (direction Christophe MIDLER)
marc.alochet@polytechnique.edu

Texte complet:

Lexique

En toute rigueur VE devrait recouvrir la réalité du véhicule 100% batterie (BEV : battery electric vehicle), mais comprend également dans certaines approches les hybrides rechargeables (VHRE / PHEV : plus-in hybrid EV). On utilise donc préférentiellement BEV dans le texte.

VT renvoie au véhicule thermique (ICE internal combustion engine)

1. Introduction : cadre théorique pour la transition du véhicule thermique (VT) vers le véhicule électrique (VE) et état du marché

· Le cadre théorique est celui des transitions socio-techniques inspiré de Smith (et al, 2005) qui identifie l’interaction de deux processus complémentaires sur un "régime" (ici, l’industrie automobile): la capacité à déplacer des pressions externes sur le régime, la capacité de ce régime à coordonner les ressources internes ou externes, en réponse à ces pressions.

Parmi les pressions extérieures :

· Les évolutions du cadre réglementaire, qu’elles relèvent d’incitations, de contraintes / interdiction, de spécifications techniques; elles existent aux niveaux local, national et supra national (EU)

· La perspective du développement de nouveaux services de mobilité (propre, partagée, optimisée), et des nouveaux usages et valeurs pour le client

· La question de la disponibilité (et du prix) des ressources en matières premières et l’intensité carbone de la production d’énergie

Parmi les variables d’adaptation du régime de production

· La politique produit et marketing : niveau d’innovation du VE / VT ainsi que choix du business model (B2C ou B2B)

· Côté conception et technologies de production : montée en puissance de la production de VE 100% batteries (BEV) alors que le système industriel mondial est fondé sur le dominant design des véhicules thermiques

Ce cadre théorique étant posé, on observe quelle est la situation actuelle du marché des BEVs. Celui-ci montre des facteurs d’incertitude :

· Le report dans le temps (Chine) ou la remise en cause (USA) de certaines mesures de réglementation des émissions.

· Une situation "la poule et l’œuf" entre l’offre des constructeurs et la disponibilité du réseau de recharge : peut-on vendre des BEVs sans réseau de charge ou avoir un réseau de charge sans véhicules à charger ?

· Les incertitudes sur le rythme de réduction du coût des batteries, et du maintien des incitations fiscales à l’achat

Ces incertitudes cohabitent avec l’accumulation de facteurs ou indicateurs tendant à laisser croire que la transition vers l’électrique a atteint un seuil critique et est inéluctable

· La multiplication et l’amplification des politiques, locales ou nationales, de sortie du VT, le durcissement des réglementations sur les émissions qui ne laissent guère de choix aux constructeurs

· Le décollage des ventes et du stock cumulé de BEV et PHEV

Source : EV Volumes

· La poursuite d’investissements massifs dans l’électrique : Reuters a ainsi calculé que 29 groupes automobiles mondiaux ont annoncé pour $300 milliards d’investissements dans le VE – dont 45% en Chine

Dans ce contexte et, alors que beaucoup d’études académiques ont eu lieu sur le produit ou les business models de l’électro mobilité, il est nécessaire d’étudier quelles sont les conséquences de cette étape de passage à la production de masse sur l’ensemble de la chaîne de valeur.

2. Etudier la réorganisation des chaînes de valeur dans l’industrie automobile

L’analyse de l’organisation de la chaîne de valeur s’appuie sur les travaux de Jacobides (et al., 2018) qui identifient trois systèmes pour l’industrie que l’on peut appliquer à l’automobile :

1. L’organisation hiérarchique, où un intégrateur coordonne et pilote, dans des relations bilatérales, un réseau de fournisseurs concurrents et/ou complémentaires. C’est le schéma industriel classique de l’industrie automobile

2. La chaîne de valeur organisée comme un écosystème, dans lequel une valeur complémentaire est apportée au client par la combinaison d’un produit final, de ses composants et de ses compléments (produit ou service). C’est le cas de l’adaptation de véhicules par des transformateurs à l’exemple de vans transformés en ambulances

3. La chaîne de valeur dominée par une logique de marché où le client final achète différents produits auprès de différents fournisseurs et reste maître de les utiliser de manière individuelle ou combinée. Cette situation correspond par exemple à l’achat d’un véhicule auprès d’un constructeur et d’un accessoire (galerie, porte vélos, etc..) auprès d’une enseigne de distribution. L’impact sur le système industriel est très marginal

Beaucoup d’auteurs constatent que, malgré la désintégration, l’externalisation des activités et une sévère concurrence entre les constructeurs, l’industrie automobile reste dans l’organisation hiérarchique alors que d’autres arguent que l’émergence des véhicules électriques, autonomes, connectés et partagés est une opportunité d’évolution vers la logique d’écosystème.

3. Comment la montée en puissance du VE pourrait bouleverser la chaîne de valeur dans l’automobile

La littérature a bien mis en évidence le fait qu’une architecture d’industrie et le dominant design du produit se renforcent mutuellement.

Le dominant design du VT a conduit à stabiliser l’industrie automobile autour d’une organisation hiérarchique où les constructeurs sont concentrés sur l’étude, la production et la commercialisation des véhicules. Ils fabriquent (en règle générale) les organes du groupe moto-propulseur, du châssis, la caisse assemblée peinte et réalisent l’assemblage final du véhicule ce qui représente environ 20 à 25% de la valeur ajoutée du produit final.

Le véhicule électrique, parce qu’il est porteur de ruptures du dominant design du VT, pourrait être une source de remise en cause de l’architecture de l’industrie automobile. On définit la chaîne de valeur de la traction électrique comme étant: système batterie (pack, contrôle commande et chargeur), système groupe moto propulseur électrique (moteur, transmission, contrôle commande) et véhicule et on envisage deux scénarios pour décrire l’évolution de son architecture:

· Statu quo, poussé par les constructeurs automobile existants, pour minimiser les coûts de transition

· Rupture tirée par un concept produit innovant

Source: Marc Alochet (2019)

*Dominant design* actuel(VT)		Situation actuelle du VE
1. Carrosserie monocoque principalement métal		1. Fourni par un écosystème extérieur à l’industrie automobile, le "pack batterie" est LA composante essentielle à la performance du véhicule
2. Plateforme adaptable à différentes tailles et formes de carrosserie		2. Le moteur électrique, lui aussi fourni par un écosystème tiers, remplace le système moteur thermique-transmission
3. Moteur ICE relié au train roulant par système de transmission		3. L’architecture du véhicule est modifiée
4. Architecture modulaire (sous caisse, architecture électrique-électronique, compartiment moteur, cockpit)		4. L’architecture électrique-électronique est un autre paramètre clé de la performance du véhicule
5. Marché de masse		5. Montée en puissance production du VE

Source: Marc Alochet (2019)

4. Scénario n°1 : le statu quo pour minimiser les coûts de la transition. Faisabilité et limites ?

Dans ce scénario, l’industrie automobile existante (les "incumbents") conserve la main sur les étapes essentielles de la chaîne de valeur.

Parmi les éléments qui semblent étayer, ou favoriser, ce scénario :

· Les constructeurs automobiles existants savent fabriquer des BEVs ainsi que le montre le marché ; il s’agit soit de véhicules thermiques adaptés (e-golf, Fiat 500e, Kangoo ZE, etc.) soit développés pour l’électrique (BMW i3, Chevrolet Bolt, Renault ZOE, Nissan Leaf etc…)

· La conception, la fabrication du pack batterie sont dans le champ de compétence de l’industrie automobile. La conception du pack batteries est en effet lié à la conception du véhicule dans son ensemble (volume, format, et emplacement du pack batterie, organisation des masses du véhicule, architecture de protection contre les chocs mécaniques, architecture de protection contre les risques thermiques et électriques, gestion des flux, etc.). Alors que la fabrication des composants d’une cellule, de la cellule elle-même sont totalement en dehors du domaine de compétence des incumbents, l’assemblage du pack (voire des modules sous certaines conditions) est une opération à leur portée .

Source: Marc Alochet (2019)

· De la même manière, même si un moteur électrique n’est pas un moteur thermique, ses principes de fonctionnement et conception sont suffisamment maitrisés pour que l’industrie automobile puisse s’en emparer. Les premières étapes du processus de fabrication d’un moteur électrique (formage, usinage et traitement des pièces mécaniques) sont similaires à celles d’un moteur thermique et seul l’assemblage final nécessite à faire appel à une nouvelle technologie pour l’industrie automobile : le bobinage ; à noter que celle-ci exige cependant une courbe d’apprentissage longue et complexe.

Source: Marc Alochet (2019)

A échéance plus ou moins lointaine ce scénario de statu quo présenterait des limites :

· L’impératif de maintenir l’architecture du BEV aussi proche que possible de celle du VT afin de s’appuyer au maximum sur les règles de conception existantes et les actifs industriels déjà en place[U2] .

· Le dominant design de la technologie lithium ion liquide des batteries pourrait être détrôné par la technologie solide dans un horizon d’environ 10 ans (ce qui est très court au vu des enjeux industriels)
Le format des cellules (« poche », prismatique ou cylindre) ne semble lui même pas figé ce qui pose un problème dans une logique de conception modulaire et générique des packs batterie

· Dans une moindre mesure, il y a plusieurs technologies de moteurs électriques possibles :

Source: Marc Alochet (2019)

5. Scénario n°2 : "rupture" de la chaîne de valeur tirée par un concept produit innovant

Cette partie de l’étude, moins aboutie, pour l’instant, est nourrie par l’observation de "signaux faibles" venant soit de l’offre de constructeurs ou équipementiers de rang 1, soit d’opérateurs de mobilité. Elle est en cours de développement en s’appuyant notamment sur l’exploration d’un nouveau concept de mobilité qui sera réalisé en s’appuyant sur la théorie C-K.

De l’observation réalisée, on peut élaborer plusieurs scénarios de chaines de valeur s’appuyant sur des ruptures technologiques et architecturales pour un usage spécifique et radicalement innovant (robot-taxi) :

· Un constructeur généraliste – GM – produit des robots-taxi mono usage en adaptant un véhicule électrique (Chevrolet Bolt pour du transport de passagers

· Un opérateur de mobilité – Waymo – adapte, dans ses propres ateliers, un véhicule électrique pour en faire un robot-taxi mono usage (ici, Chevrolet Bolt pour du transport de passagers)

· Des concepts de robots taxis multi usages (transport de passagers ou de biens, mise à disposition de services au plus près des habitations) conçus par l’industrie (constructeurs ou équipementiers) et adaptés aux besoins spécifiques soit par l’industrie elle-même soit par les opérateurs de mobilité

· Un échelon plus poussé encore de la modularité, pour des robots taxis multi usages consisterait, en la production, par l’industrie, de plates-formes modulaires, et dont carrosserie et équipements seraient adaptés ("customisés") selon les usages et utilisateurs soit par l’industrie elle-même soit par les opérateurs de mobilité

De cette toute première observation, on voit apparaître deux facteurs majeurs pour la réalisation de cette rupture :

· Des règles de conception modulaires favorisant la versatilité de la mobilité

· L’apparition d’un business model orienté B2B

6. Etude empirique de la chaine de valeur actuelle, résultats et discussion

L’étude a été consacrée à l’observation de la chaîne de valeur actuelle et a constitué en :

· Une étude des processus de fabrication des BEVs actuels (32 véhicules de 13 groupes mondiaux plus Tesla)

· Une étude des chaînes de la valeur du système batterie et du groupe moto-propulseur électrique : offre d’équipementiers de rang1, de nouveaux entrants spécialistes ainsi que les coopérations entre eux ou avec les constructeurs. Côté demande, il a été réalisée une analyse des politiques make, buy, ally de 27 constructeurs (18 groupes mondiaux et 9 constructeurs Chinois)

Les principaux résultats obtenus montrent que :

· La fabrication des BEVs se fait très majoritairement dans des usines existantes en adaptant, aux spécificités des VE, les moyens de production utilisés pour les VT

Certains constructeurs, par exemple, Daimler ont réussi à intégrer des ruptures de dominant design (1 moteur électrique par train) dans un processus standard

· Il y a une offre très importante dans le domaine des batteries ; les nouveaux entrants asiatiques proposant une offre complète jusqu’au pack batterie alors que les équipementiers rang 1 traditionnels sont sur des fonctions de contrôle commande ou de réalisation des éléments du pack (couvercles par exemple)

Egalement présents des phases électrochimiques au pack batteries, des JV associant, le plus souvent, un constructeur automobile japonais ou chinois et un spécialiste des batteries – CATL en tête – la coopération Tesla Panasonic étant une notable exception (50GWH planifiées).

· Il y a aussi une offre très importante dans le domaine du groupe moto propulseur électrique tant par les équipementiers de rang 1 que par les nouveaux entrants Chinois. L’offre proposée atteint des niveaux d’intégration du domaine réservé des constructeurs automobiles (moteur + transmission + contrôle commande)

Pour la demande, l’analyse distingue les groupes mondiaux, réputés maîtriser de plus fortes capacités d’intégration, des constructeurs Chinois réputés adopter des stratégies modulaires plus ouvertes.

· Pour les constructeurs mondiaux, il faut d’abord noter qu’ils ont quasiment tous acquis, soit par des alliances industrielles soit par des laboratoires communs avec des centres de recherche universitaire, des connaissances des technologies batterie. Compte-tenu de la complexité de fabrication des cellules, du risque d’évolution du dominant design et d’une stratégie plateforme, ils ont majoritairement une stratégie d’achat de cellules (ou modules) et réalisent la conception ainsi que la fabrication du pack. Même s’il y a moins d’information disponible sur le sujet, ils semblent être aussi majoritairement dans une stratégie de fabrication des moteurs électriques

· Les constructeurs Chinois observés sont tous engagés dans des accords de coopération avec un fournisseur de batteries : il s’agit le plus souvent de CATL, BYD ayant opté plus récemment pour la fourniture de ses produits à ses concurrents (constructeurs). Enfin, il semble qu’il y ait des stratégies d’achat de moteurs électriques, mais il est difficile de savoir s’ils se font ou non dans le cadre d’alliances.

Pour systématiser l’analyse sur ce scénario, Marc Alochet propose de considérer les constructeurs ou équipementiers, qu’ils soient historiques (incumbent) ou nouveaux venus (newcomers)

	OEM	Equipementiers
Incumbents	· Les grands constructeurs mondiaux demeurent les intégrateurs : ils conservent le contrôle sur le design des véhicules, la chaîne de valeur, maximisent dans leur intérêt l’utilisation des actifs industriels existants (dont les produits réellement nouveaux et "disruptifs") et l’emploi dans leurs sites historiques (fabrication de la motorisation électrique, du pack batterie) · Les constructeurs chinois, au contraire, conservent l’approche "modulaire ouverte"	Les grands équipementiers semblent utiliser leurs principales installations industrielles ("core assets") et compétences, et/ou en développer de nouvelles, pour · Etendre leur position dans la chaîne de valeur à la traction électrique · Développer de nouvelles capacités d’intégration (contrôle de puissance) · Ou simplement essaie de rattraper leur retard dans la traction électrique (Faurecia, Plastic Omnium)
Newcomers	Tesla vise à développer et contrôler une nouvelle chaîne de valeur dans la traction électrique ; en dehors de ce domaine, prend appui sur la chaîne de valeur existante dans l’automobile	Les spécialistes de la traction électrique sont intégrés dans une structure hiérarchique à l’exemple des cellules ou modules de batteries (logique de commoditisation)

Source: Marc Alochet (2019)

7. En conclusion

Il faut tout d’abord rappeler qu’il s’agit d’une étude en cours présentant un certain nombre de limitations :

· Manque d’information sur les BEVs allant apparaitre en 2019, 2020

· Pas d’observation de nouveaux entrants à part Tesla

· Dans le cadre d’une stratégie d’alliance, il est souvent assez difficile de distinguer les rôles respectifs du constructeur et du fournisseur

· Manque d’information sur les constructeurs Chinois

Ceci étant, les grandes tendances suivantes, qui montrent une logique de statu quo, ont été observées:

· Les constructeurs automobiles gardent le contrôle sur la production des véhicules ainsi que sur la chaîne de valeur ; ils utilisent majoritairement leurs "actifs" de conception et de fabrication et cherchent à préserver l’emploi dans leurs sites historiques en intégrant la fabrication des packs batterie et des groupes motopropulseurs électriques. A noter que Tesla agit de la même manière, ainsi que le montre l’ouverture d’une consultation pour la fourniture de batteries en Chine.

· Les équipementiers mondiaux de rang 1 développent une offre très forte dans le domaine des groupes motopropulseurs électriques mais font face à une internalisation des constructeurs et on ne peut que mettre en évidence un paradoxe entre l’offre et la demande : est-il conjoncturel ou structurel ? En revanche, ils ne sont pas dans le cœur du business des batteries et développent des fonctions connexes

Les nouveaux entrants spécialistes de la traction électrique sont intégrés dans cette architecture hiérarchique de la chaine de valeur et leurs productions sont restreintes à des "commodités".

8. Q&A

· T. Pardi relève qu’aux injonctions et pressions extérieures (réglementations, VE chinois), l’industrie automobile installée répond essentiellement par le statu quo, sans laisser apparaître encore d’offre spécifique en rupture. On attend par ailleurs de voir émerger de nouveaux business models…
Que les VE mis en vente soient peu différents des VT, répond l’intervenant, est qu’à ce stade ils doivent répondre aux mêmes usages.

· F. Fontanesi souligne que l’étape intermédiaire vers l’électrification semble être le VHRE. M. Alochet s’interroge sur la pérennité de la solution VHRE, dont le surcoût va être de plus en plus élevé : la fonction principale du contrôle moteur dans les VT est désormais de répondre aux normes…

· M. Freyssenet rappelle quelques données historiques : les ventes de VE (BEV+VHRE) sont passées de zéro en 2010 à plus de 2M en 2018, sur les trois principaux marchés (Europe, US, Chine) – or il avait fallu 18 ans au moteur thermique pour s’imposer en Europe. En moitié moins de temps, le même nombre de véhicules vendus a été atteint pour le VE. Ce n’est pas la demande qui décide : la courbe des ventes suit celle de l’offre.

· Ch. Midler souligne la nouveauté du sujet traité ici, quand les débats sur le VE portent essentiellement sur l’existence d’un marché et la valeur pour l’utilisateur. La question de savoir si on aura 100% de BEV n’est pas tant pertinente que de s’interroger sur les conséquences industrielles d’un marché de masse qui lui devient une réalité incontestable. Pour l’instant, la technologie n’a pas provoqué de "disruption" massive, mais ouvre des pntentialités en ce sens. En termes d’usages, elles viendront vraisemblablement de Chine ; mais il faut également regarder les valeurs d’usage du VE en dehors de sa dimension de moyen de transport : sa composante de batterie de stockage.

· M. Freyssenet remarque que VW "met le paquet" sur le VE, et offre de mettre à disposition d’autres constructeurs ses plate-forme électrique. Ce qui est décisif pour les acteurs est désormais d’être assuré que cette voie va prévaloir – ce qui s’est passé il y a un siècle pour le thermique. Pour M. Alochet, la question des émissions, plus qu’aucune autre, impose de passer au thermique.

· Pour T. Pardi, la question se pose de savoir si vendre des VE polyvalents constitue la bonne stratégie. Les politiques publiques devraient accompagner la rupture (covoiturage, autopartage), plutôt que de favoriser le statu quo ET l’électrification.

· Ch. Midler invite à explorer la question de l’élasticité prix à l’autonomie. Il suggère qu’il y a de la place pour des niches de masse : il est possible de satisfaire à la fois l’obsession des constructeurs pour la production de masse, et la fragmentation des usages.