C’est très progressivement que l’eCitaro se connecte à son marché, avec « seulement » 200 exemplaires livrés en Europe cette année. Il faut toutefois souligner que Mercedes apporte aux réseaux un véhicule qui semble mature et qui se montre nettement plus confortable que les bus électriques concurrents. Un peu lent au démarrage, Mercedes a déjà prévu que la moitié de ses bus seront électriques dans six ans. L’industriel saura par ailleurs se montrer capable d’intégrer les nouvelles technologies de traction électrique quand elles seront disponibles.
Pour ne dépayser ni le conducteur, ni l’exploitant, le Mercedes eCitaro modifie aussi peu que possible les habitudes en place. L’exploitant doit pouvoir utiliser ce bus électrique comme s’il s’agissait d’un bus thermique. C’est pourquoi les premiers eCitaro sont équipés pour la charge nocturne de leurs batteries, qui doivent leur accorder une journée d’autonomie avec une charge partielle au dépôt en heures creuses. Bien que l’aspect extérieur présente quelques différences, notamment au niveau de la face avant, le conducteur retrouve avec l’eCitaro l’environnement de conduite qu’il connaît à bord des Citaro thermiques. À tous points de vue, l’eCitaro profite de la construction rigoureuse qui caractérise les bus Mercedes.
Bien que ce soit contre-intuitif, les bus électriques sont souvent plus inconfortables pour les passagers que les bus thermiques. La fermeté de leurs suspensions peut s’expliquer par la position haute du centre de gravité en raison des batteries montées en toiture. Parce que la propulsion électrique est réputée silencieuse et qu’il faut compenser la masse des batteries afin de ne pas perdre en charge utile, il semble que certains constructeurs fassent l’impasse sur l’isolation phonique. Bref, les bus électriques sont souvent plus bruyants pour les passagers que les bus thermiques. La dureté des suspensions ajoute à l’inconfort. Ces défauts, déjà constatés chez plusieurs constructeurs et mentionnés dans nos pages, sont absents de l’eCitaro. Le faible bruit à son bord et la douceur de ses suspensions ont été de très bonnes surprises. Je n’hésite pas à écrire que l’eCitaro est, à ce jour, le bus électrique le plus confortable pour les passagers parmi ceux qui m’ont été confiés pour essai.
Pour le conducteur, l’eCitaro est presque identique au Citaro thermique. Il ne s’en distingue que par le « powermeter » qui occupe la partie droite du bloc d’instruments et indique la consommation ou la récupération d’énergie. La rétrovision est semblable à celle des autres Citaro, et aucun temps d’adaptation n’est donc nécessaire pour que le regard se dirige immédiatement vers le miroir le mieux adapté à chaque situation.
Il est possible de préconditionner le véhicule tandis qu’il est branché à sa prise Combo. Il est ainsi chauffé ou refroidi sans pénaliser son autonomie. Outre les contraintes de recharge et d’autonomie, les exploitants doivent prendre en considération la hauteur hors tout de l’eCitaro, qui est supérieure de 28 cm à celle d’un Citaro thermique.
Schématiquement, il y a deux tonnes de batteries sur le pavillon et une tonne à l’arrière. On conduit donc comme si deux voitures étaient fixées sur le toit! Fort heureusement, ce déplacement du centre de gravité vers le haut n’est que faiblement ressenti lors de la conduite. Avec son pont moteur ZF AVE130 (deux moteurs de 125 kW et 485 Nm chacun), l’eCitaro atteint 80 km/h. En « zone 30 », on apprécie le régulateur capable de maintenir cette vitesse. La gestion de l’inertie est excellente et la commande de « ralentisseur » offre trois crans de récupération d’énergie judicieusement réglés afin d’éliminer presque totalement l’emploi du frein à friction qui ne sert qu’à marquer l’arrêt. Rappelons que ce frein reste un important émetteur de particules. Le style de conduite doit donc limiter son emploi. Le pilotage de la chaîne cinématique par l’électronique favorise le confort des passagers. L’accélération est douce et progressive, sans l’effet « coup de pied au cul » qui caractérise certains véhicules électriques comme le Karsan Jest Electric (technologie électrique BMW). À la fois facile et agréable à conduire, l’eCitaro saura séduire ses conducteurs.
Fidèle à sa bonne habitude, Mercedes intègre les systèmes de sécurité dès que possible sur ses véhicules. Beaucoup plus fiable que ceux des précédentes générations, le nouveau radar du Preventive Brake Assist (PBA) a une portée de 250 m. Il détecte les obstacles et les piétons qui traversent devant le bus, et déclenche un freinage partiel. En effet, un freinage maximal présenterait un danger pour les passagers du bus.
En ville, les vélos à assistance électriques créent un nouveau danger. Ces usagers vulnérables sont rapides et dépassent parfois les bus par la droite. Pour éviter l’accident, l’eCitaro dispose du radar latéral Sideguard Assist, qui surveille le côté droit du véhicule et alerte en cas de risque de collision.
À vide, un eCitaro pèse 13,44 t batteries incluses. Celles-ci représentent 2,5 t (dix éléments) et justifient le montage d’un essieu 8 t à l’avant. Elles sont rechargées par une prise Combo 2 placée côté droit, à l’emplacement de la trappe à carburant.
Fixations incluses, un élément de batterie pèse 250 kg et a une capacité de 24,3 kWh. La capacité totale du véhicule est donc un multiple de ce nombre. Fournies par Samsung, les cellules prismatiques Lithium-ion NMC (nickel-manganèse-cobalt) sont assemblées par Akasol (à Darmstadt), à raison de 12 cellules par module, et de 15 modules par batterie. Les cellules sont câblées en série et la tension de fonctionnement est ainsi comprise entre 486 et 756 V. Leur optimisation thermique est assurée par liquide. La batterie est « sans maintenance », mais il est néanmoins possible de remplacer un module indépendamment des autres. Il est également prévu d’intégrer les technologies de cellules à venir. Estimée à 5 000 cycles complets (5 à 6 ans), la durée de vie de la batterie dépend de la profondeur de la décharge et de l’optimisation de la température. C’est pourquoi, sur 243 kWh (10 batteries de 24,3 kWh), il n’est pas prévu d’utiliser plus de 200 kWh. La tension dans les différents modules est équilibrée (battery balancing) également afin d’améliorer leur longévité.
Si un réseau décide de disposer de 200 bus électriques à l’horizon 2025, il doit établir le rétro-planning de la période 2019-2024 afin de mettre en place par étapes la fourniture d’électricité, les chargeurs, les stratégies de charge et, enfin, les véhicules. Il est relativement facile de faire rouler un ou dix bus électriques. Il est en revanche très difficile d’en déployer des centaines.
Il faut étudier chaque ligne en considérant les cas extrêmes de trafic et de températures. Le nombre de conducteurs nécessaires, le temps de charge, les moments choisis pour la charge et le profil de la ligne doivent être envisagés avec les hypothèses les plus défavorables afin d’assurer la continuité du service indépendamment des conditions. Envisager le pire n’exclut pas de chercher des stratégies afin d’éviter les pics de consommation.
Chaque ligne ayant ses spécificités, les grandes flottes intégralement converties aux bus électriques devront y mêler différents types de batteries et de charge (charge nocturne et charge par opportunité au moyen de pantographes), voire recourir à l’hydrogène et à de futures solutions non encore commercialisées. Cette diversité est dictée par un ajustement de l’équipement aux spécificités de chaque ligne.
Le choix de la puissance de charge est déterminé par le temps disponible pour recharger. Un pic de consommation coûte cher car il oblige à dimensionner l’infrastructure en conséquence. Un chargeur mobile de 50 kWh coûte 40 000 à 45 000 euros, un modèle fixe de 50 ou 60 kWh est vendu 55 000 à 60 000 euros tandis qu’un chargeur de 150 kWh atteint 80 000 à 95 000 euros. Pour la charge nocturne, la puissance installée est de l’ordre d’un mégawatt pour 10 bus électriques.
Dans l’ensemble, on constate que toute décision à propos du système de charge a des implications sur autre chose, notamment le type de batteries, leur capacité et leur longévité, entre autres. Selon Mercedes, les bus électriques à charge nocturne nécessitent d’augmenter le parc de 30 à 50 % par rapport au diesel tandis que la recharge par opportunité entraîne une augmentation de 20 à 30 % tout en permettant d’installer moins de batteries sur les véhicules. Toutefois, l’estimation et la comparaison des coûts totaux sont délicates. Les batteries chargées rapidement « par opportunité » ont une durée de vie limitée par le stress qu’elles subissent. D’autre part, le prix futur des batteries de remplacement est aussi inconnu à ce jour que la disponibilité de nouvelles technologies à moyen terme.
Aux conditions actuelles, un eCitaro de 12 m coûte environ 500 000 €, son prix dépend de son équipement et de la capacité de ses batteries. Celles-ci représentent 30 à 35 % du prix du véhicule. Si l’autonomie est insuffisante pour assurer une journée d’exploitation, il peut être nécessaire de recourir à un second véhicule pendant la recharge du premier, ou bien de s’équiper pour une recharge en ligne. Ces deux solutions sont onéreuses. Dans le premier cas, il faut doubler le parc, avec tous les problèmes de stationnement et de financement que cela entraîne alors que dans le second, il faut créer une installation fixe qui constituera un point d’arrêt obligé, incompatible avec une modification ultérieure du tracé de la ligne. Face à ces stratégies dispendieuses, on se demande pourquoi personne ne pratique l’échange de batteries. « Il suffirait » de faire passer le bus sous un portique pour récupérer sa batterie vide située en toiture et la remplacer par une batterie chargée. Cette méthode a été pratiquée à l’époque des batteries au plomb. Elle a été évaluée par les Chinois, avec les nouvelles générations de batteries. Elle n’a pas été retenue en raison du délai de consignation des batteries haute tension.
En général, il apparaît qu’à service égal, le bus électrique nécessite d’accroître le parc par rapport au diesel, car un parc de réserve est souvent indispensable. Multiplier les véhicules à service égal entraîne par ailleurs une augmentation des parcours à vide, qui ne sont pas gratuits. Après avoir financé ce surcoût, il faudra encore résoudre le vrai problème: il n’y a pas de chauffeurs! Infrastructure et personnel sont donc de puissants freins à l’électrification des réseaux urbains. Il est toutefois possible d’automatiser la conduite dans le dépôt afin que les chauffeurs consacrent tout leur temps de travail à l’exploitation commerciale.
À ce jour, la tenue dans le temps des véhicules électriques et leur valeur résiduelle sont inconnues. D’autre part, leur coût élevé pourrait susciter un allongement de la durée de détention. La nature de ces évolutions est sujette à conjectures et il faut reconnaître qu’un réseau qui passe aux bus électriques ne peut pas vraiment disposer aujourd’hui d’une estimation fiable de son coût d’exploitation sur quinze ou vingt ans. Cette connaissance du TCO est pourtant possible, si tous les acteurs impliqués (fournisseurs des véhicules, des systèmes de charge et d’énergie électrique) s’engagent à long terme à travers des offres forfaitaires incluant la maintenance. Cette solution comprend des engagements réciproques qui limitent les possibilités de renégociation et d’adoption de solutions concurrentes par le réseau.
Actuellement, l’eCitaro est livré en version 12 m, avec 2 ou 3 portes, et uniquement pour une recharge par prise. Au cours des deux années à venir, les types de batterie, les modes de recharge et les longueurs de caisse vont se multiplier. Au quatrième trimestre 2019, l’eCitaro pourra se recharger depuis un pantographe. Cela donnera naissance à des versions équipées d’une capacité de batteries relativement faible. L’eCitaro articulé sortira au deuxième trimestre 2020. Il sera doté de batteries totalisant 500 kWh, à moins qu’une capacité plus faible soit choisie par le réseau en cas de recharge par pantographe.
Les batteries actuelles de l’eCitaro sont des NMC de 37 Ah. Elles peuvent supporter une charge rapide (300 kWh), mais celle-ci dégrade leur durée de vie. En 2020 ou 2021, Mercedes proposera les batteries LMP (lithium, métal, polymère) de 51 Ah. Développée en France par Bolloré, elles ont une plus grande capacité, mais sont trois fois plus lentes à charger que les NMC actuelles. En fait, la capacité de l’eCitaro de 12 m qui plafonne actuellement à 243 kWh passera d’abord à 330 kWh grâce à une nouvelle génération de batteries NMC avant d’être portée à 400 kWh avec le LMP (batteries à électrolyte solide). La version hydrogène sera mise sur le marché en 2022, mais son prototype sera visible dès 2020.
Les « piles à combustible » fonctionnant à l’hydrogène semblent être une solution pour accroître l’autonomie des véhicules électriques, notamment pour les bus ou les cars de ligne qui parcourent plus de 130 km par jour. Cette technologie pose toutefois son lot de problèmes. Outre la production de l’hydrogène par électrolyse de l’eau et l’industrialisation des membranes d’osmose, l’hydrogène est considéré comme dangereux et il est impossible d’en stocker plus d’une tonne sans appliquer des mesures de sécurité très contraignantes, difficilement compatibles avec un dépôt d’autobus en milieu urbain. L’hydrogène compte toutefois parmi les options technologiques dont le développement est favorisé par la volonté de s’affranchir de ressources pénuriques acquises en Afrique ou en Amérique du Sud.
Rappelons que l’emploi de l’hydrogène n’exclut pas le montage d’une batterie sur le véhicule, celle-ci étant rechargée en continu par la « pile à combustible ». Avec 25 kg d’hydrogène stockés en toiture à 350 bars, on obtient une autonomie de 300 km pour un bus de 12 m.
Fin 2018, le réseau de Hambourg a été le premier à mettre en service l’eCitaro dont il a commandé 20 exemplaires. Parmi les autres commandes notables, Berlin s’est porté acquéreur de 30 véhicules. Les premiers eCitaro rouleront également à Heidelberg et à Mannheim, en Allemagne, mais aussi au Luxembourg et en Suisse.
En 2019, un total de 200 eCitaro seront produits pour l’Europe et devraient représenter environ 7 % de la production du Citaro. Ce volume est à comparer au marché européen des bus qui est de l’ordre de 11 000 à 12 000 véhicules par an. La proportion des eCitaro dans la production Mercedes va rapidement augmenter et devrait dépasser 50 % en 2025 pour atteindre 70 à 80 % en 2030. Dans l’immédiat, Mercedes déclare ne pas avoir la capacité de production pour répondre à l’appel d’offres lancé par la RATP l’an dernier. Le constructeur est donc passé à côté de ce marché majeur.
Mercedes n’a pas été le premier à introduire un bus électrique sur le marché, mais son eCitaro apparaît d’emblée comme un véhicule abouti, mature. Malgré ses suspensions un peu plus fermes que celles d’un Citaro thermique, l’eCitaro est globalement plus confortable que ses concurrents électriques, tant pour l’absorption des irrégularités de la route que pour le silence à bord. L’eCitaro apporte ainsi les avantages attendus d’un bus électrique en termes de confort et de réduction des émissions sur le lieu de circulation. Il n’en reste pas moins que l’offre en matière de véhicules électriques va profondément évoluer d’ici cinq ans. Il est donc important d’étudier l’offre, mais il est peut-être urgent d’attendre. Le bus électrique de 2019 sera techniquement démodé bien avant d’atteindre l’âge de la réforme.
Avec ses marques Mercedes, Setra et Thomas Built Buses, Daimler Buses génère un chiffre d’affaires de 4,4 milliards d’euros et est, de loin, la plus petite activité du groupe. Les VUL du groupe génèrent un CA trois fois plus important, celui des camions pèse huit fois plus lourd et celui des voitures est vingt fois supérieur. Toutefois, les emplois générés par Daimler Buses sont proportionnellement importants car cette activité exige beaucoup de main-d’œuvre, dont 504 emplois à Ligny-en-Barrois. Globalement, Evobus France (Daimler Buses) emploie 800 personnes en France, Daimler y emploie au total 4 300 personnes pour l’ensemble de ses activités. Constructeur mondial, Daimler buses fournit, selon les marchés, des châssis à carrosser ou bien des véhicules complets.
Passer d’une flotte diesel à une flotte électrique n’est pas toujours possible, d’abord parce que l’autonomie est plus faible. Avec 215 litres de gazole, un bus diesel dispose d’environ 2 100 kWh tandis que 3 000 kg de batteries n’apportent qu’environ 300 kWh à un bus électrique. Les concepts d’exploitation, d’utilisation, de maintenance, d’entretien et de financement doivent donc être ajustés, remaniés, voire spécialement créés. Ainsi, la présence d’un bus au dépôt ne signifie pas qu’il est disponible pour certaines opérations de maintenance s’il est en cours de recharge. L’alimentation électrique, les infrastructures de charge et les interfaces sont à mettre en place bien qu’il manque encore des standards permettant une réelle interopérabilité entre les véhicules et les chargeurs des différents fournisseurs.
Pour se déplacer, un bus électrique consomme environ 1,2 kWh par kilomètre. Cela exclut le confort climatique (chauffage ou climatisation) dont le maintien est pénalisé par l’ouverture des portes à chaque arrêt, c’est-à-dire tous les 400 mètres en moyenne. En conditions extrêmes, sous le soleil estival espagnol ou pendant les hivers scandinaves, la consommation d’énergie bondit à 3 kWh/km. Ce niveau de consommation explique que la charge par opportunité ait un certain succès en Suède. La durée de vie de la batterie dépend en partie des puissances de charge et de décharge auxquelles on la soumet, mais aussi de la température d’utilisation. En conditions hivernales, le recours à un brûleur (Webasto) afin d’assurer le chauffage n’est pas aberrant tant le chauffage électrique nuit à l’autonomie du véhicule. Rappelons qu’un brûleur de gazole peut employer un carburant neutre en carbone.
Une borne de recharge de 150 kW représente à peu près la consommation de 75 foyers. Les dépôts de bus électriques sont reliés au réseau moyenne tension (1 à 52 kV, rarement plus de 35 kV en pratique). Ils nécessitent un poste de transformation dédié.