Verdissement des trains régionaux: où en est-on?

Les dernières Rencontres nationales du transport public (RNTP), à Nantes, ont fait la part belle aux avancées réalisées dans le transport urbain pour le rendre plus vertueux vis-à-vis de l’environnement. Le transport ferroviaire voyageur n’est pas aussi avancé en la matière, le temps du ferroviaire étant généralement présenté comme… long.

Pourtant, le tempo va devoir nécessairement s’accélérer pour verdir les flottes. Certes, un premier progrès était apparu dès le début de l’année 2004 avec l’introduction en service commercial des premiers matériels bimode. Mais ce matériel, qui combine à la fois une motorisation diesel et électrique via un pantographe, n’est toujours pas utilisé comme il se doit. Il est, en effet, encore fréquent de voir des rames circuler sous caténaires avec les moteurs diesel en marche! Il ne semble pas, à ce stade, que cette curieuse pratique ait suscité une quelconque levée de boucliers, si ce n’est au sein des fins observateurs du monde ferroviaire. Pourtant, c’est à partir d’une utilisation rationnelle du matériel que commence la chasse aux émissions polluantes.

Les Régions et la SNCF, qui commandent les matériels pour leur compte, ont toutefois, pris en compte les enjeux environnementaux depuis plus d’une décennie en ne commandant plus de matériels thermiques. Mais, à l’instar du transport urbain, qui bannit rapidement la motorisation diesel des appels d’offres pour la fourniture de nouveaux bus, les autorités organisatrices des transports régionaux sont, à leur tour, confrontées à la nécessité d’aller plus loin en la matière. D’autant que des échéances ont été fixées. Et parmi celles-ci figure celle énoncée par le président de la SNCF, Guillaume Pepy, avant son départ. Il a fixé à 2035 la date d’élimination des matériels TER thermiques. Cela touche aussi bien les TER que des locomotives et autres locotracteurs diesel œuvrant sur les 48 % de lignes non électrifiées en France.

Les constructeurs ferroviaires l’ont d’ailleurs bien compris, puisqu’ils disposent d’une palette de solutions à même de répondre à ces nouveaux besoins.

Bombardier est concerné au premier chef par ce verdissement, car la moitié du parc diesel français de matériels TER est représenté par des AGC construits par ses soins. Ce sont donc non moins de 488 rames AGC (162 pure thermique et 326 bimode électrique/diesel) mises en service à partir de 2004 qui pourraient être concernées par cette conversion incluant la conduite d’opérations mi-vie.

Le projet AGC à batteries « zéro émission » récemment présenté par le constructeur consiste à remplacer les deux moteurs diesel (d’origine industrielle) d’une rame AGC afin de les remplacer par des batteries. Les atouts de cette opération sont multiples:

– élimination des émissions polluantes générées par les moteurs diesel et réduction des émissions sonores,

– réaliser des économies d’énergie sur les sections électrifiées en 1 500 volts du réseau sur lesquelles le train circulera,

– éviter des électrifications coûteuses de certaines parties du réseau (en particulier les tunnels et autres ouvrages d’art) en favorisant, au contraire, une électrification de sections de longueur limitée présentée comme frugale et partielle.

Bien entendu, Bombardier se fait fort de vanter les mérites des batteries en indiquant qu’il y a 400 000 bus électriques qui circulent dans le monde… pour moins de 200 bus à pile à combustible alors que son concurrent, Alstom a fait le pari de l’hydrogène.

Si Bombardier est d’autant plus à l’aise avec les batteries, c’est que cette solution existe depuis des lustres. Ainsi, deux séries de matériel ont circulé en Allemagne entre 1914 et 1995, en utilisant des batteries au plomb. Plus récemment, le Japon qui s’est toujours distingué par ses solutions ferroviaires innovantes a introduit deux séries de matériels dotés de la technologie de batterie au lithium-ion. En Europe, le constructeur suisse Stadler a déjà reçu des commandes pour des applications de train à batterie en Allemagne tandis qu’en Autriche, les OBB utilisent déjà en service commercial un Desiro à batterie développé en partenariat avec Siemens.

Partant du constat que l’électricité est l’énergie de traction la moins chère en exploitation, Bombardier a donc fait le choix de la batterie pour rééquiper potentiellement les près de 500 AGC circulant en France lorsqu’ils feront l’objet de l’opération mi-vie. La modification des automoteurs est d’ores et déjà présentée comme aisée. Outre le remplacement des groupes électrogènes diesel par des packs batteries (d’une durabilité comprise entre 8 et 15 ans) implantées en sous châssis et des chargeurs de batteries en toiture, les rames seront équipées de pantographes. Car c’est par l’intermédiaire de ces derniers que le plein des batteries pourra être réalisé en 7 à 10 mn seulement. Les rames seront également dotées de la récupération d’énergie au freinage, un système largement répandu en transport urbain.

Bombardier annonce, dès maintenant, des performances accrues sur son matériel dont la capacité d’emport passager sera totalement préservée. Ainsi, avec 840 kWh de batteries installées, la capacité d’accélération des AGC sera améliorée. Le constructeur se sait, aussi, attendu sur l’autonomie. Elle sera de 80 km dans des conditions non optimisées (fin de vie des batteries, utilisation de la climatisation). Cette autonomie sera suffisante pour couvrir une large palette de missions. Ainsi, les 76 km d’un aller-retour Mont-de-Marsan – Morcenx pourront être couverts sans recharge des batteries. C’est un même cas de figure qui prévaut pour les 71 km (dont 47 km non électrifiés) de la ligne Miramas-Marseille. En revanche, l’ajout d’une station de biberonnage (à l’image de celles qui existent déjà en transport urbain) sera nécessaire lorsque le service sera supérieur à 80 km.

Enfin, l’électrification frugale ou électrification partielle de section de ligne permettant d’éviter une électrification totale du réseau (comme en Nouvelle-Aquitaine avec l’étoile de Saintes) autorisera la recharge en ligne des batteries par l’intermédiaire des pantographes. Il n’est pas inutile ici de préciser que le coût d’électrification d’une ligne est de l’ordre de 2 millions d’euros du kilomètre. Les économies pourraient donc être substantielles sachant que la seule électrification de la ligne Marseille – Aix-en-Provence est estimée à environ 150 millions d’euros du fait de l’existence de nombreux ouvrages d’art.

D’ores et déjà, Bombardier avance un coût de transformation des rames AGC inférieur à 2 millions d’euros par rame et un retour sur investissement de l’ordre d’une dizaine d’années. En outre, il revendique 7 % d’économie d’énergie effective par rapport aux versions existantes (voir tableau page 52).

Bien entendu, tous ces chiffres ne sont pas forcément partagés par Alstom qui pousse en faveur de l’hydrogène. Ainsi, le constructeur français revendique une autonomie de 1 000 km pour ses ILint circulant depuis 2018 en Allemagne. Il reste, en revanche, beaucoup moins disert pour tous les autres coûts. Sans compter que l’hydrogène produit n’est pas forcément vert et que l’ensemble des mesures à mettre en œuvre incluant l’adaptation des matériels et la mise en place de stations d’avitaillement nécessite des subventions.

En attendant, Bombardier a communiqué récemment le planning général du projet AGC à batterie, celui-ci étant inscrit au Contrat de filière ferroviaire adopté en avril 2019. Ainsi, le lancement du projet incluant le développement d’un démonstrateur est prévu mi-2020. Le projet s’articulera en deux phases:

– une première pour la réalisation des études, l’homologation et la réalisation d’une présérie de démonstrateurs pour permettre d’éprouver cette nouvelle technologie sur le réseau national ferré,

– une seconde phase pour la conversion d’une série d’engins dans le cadre des opérations de maintenance à mi-vie.

Comme le précise Bombardier, « ce projet nécessite un financement des autorités organisatrices de transport ».

Dix mois après le lancement du projet interviendra la réception du premier AGC destiné à être reconverti en automotrice à batterie. À l’issue d’une phase d’homologation, le démonstrateur pourrait effectuer ses premiers tours de roue en service commercial mi-2022. L’année suivante sera mise à profit pour effectuer une analyse économique du projet devant conduire à la réalisation industrielle de la transformation des AGC à partir de 2024.

Pleinement engagé dans l’hydrogène, Alstom souhaite, pour sa part, couvrir la gamme la plus large possible de solutions pour verdir les matériels régionaux. Au-delà des versions déjà existantes d’automotrices électriques, bimode thermique/électrique et hydrogène, il planche déjà sur de nouvelles versions, à commencer par le TER hybride qui combinera plusieurs sources d’énergie en fonction des situations: alimentation électrique par caténaire, moteurs thermiques et énergie stockée dans les batteries. Les batteries lithium-ion de grande capacité remplaçant une partie des packs diesel (de quatre à six suivant les versions) lui permettront, ainsi, de quitter les villes sans émettre de pollution. Selon Alstom, la réduction de la consommation et des émissions polluantes des rames pourrait être de l’ordre de 15 à 20 %.

Selon le calendrier prévu, le premier Régiolis hybride pourrait être disponible dès la fin de l’année 2020, l’expérimentation devant débuter l’année suivante avec une rame prise sur le parc de la région Occitanie. Cela permettra de valider en conditions réelles les fonctionnalités et les performances de la solution. Enfin, le déploiement en série est envisagé à partir de 2022.

Ce sont tout à la fois la SNCF et Alstom ainsi que les régions Grand-Est (où sont fabriqués les Régiolis), Nouvelle-Aquitaine et Occitanie qui portent l’investissement de 16,6 millions d’euros. Le marché de conversion est, pour l’heure, estimé entre 50 et 100 rames.

En parallèle des travaux qu’il réalise sur le TER hybride, Alstom avance aussi sur le bimode hydrogène même s’il attend toujours que se concrétisent les premiers engagements. Ils pourraient intervenir d’ici fin 2019/début 2020 et concerner une quinzaine de rames pour commencer. Quatre régions se sont d’ores et déjà déclarées intéressées par cette nouvelle version: Occitanie, Bourgogne – Franche-Comté, Auvergne – Rhône-Alpes et Grand-Est. Le premier roulage de ces matériels capable de circuler aussi bien sous caténaires alimentées en 1 500 et 25 000 V qu’en mode autonome (l’hydrogène venant se substituer aux groupes diesel) avec une autonomie de l’ordre de 400 à 600 km suivant la nature des parcours devrait intervenir courant 2022. Mais ce n’est pas avant 2024 que les premiers matériels neufs pourront être livrés. La solution sera également rétrofitable sur les rames Régiolis existantes à partir de 2026, date à laquelle les premières rames mises en service nécessiteront une opération mi-vie.

Ces échéances somme toute lointaines pourraient ne pas répondre à l’ensemble des attentes et, surtout, des besoins des Régions. Ainsi, les Hauts-de-France, par la voix de son vice-président, en charge des transports, Franck Dhersin, « souhaitent prendre une décision d’ici à six mois sur l’éventualité d’utiliser le gaz naturel compressé (GNC) pour réduire les émissions polluantes du parc d’autorails X 73500/76500 à l’occasion de leur opération mi-vie. D’autant que nous sommes engagés actuellement dans le développement de la méthanisation ». Avant d’ajouter qu’« il n’y a pas une seule solution mais plusieurs pour verdir les flottes de TER. Nous devons donc toutes les examiner, y compris l’hydrogène même si les échéances liées à ce mode nous semblent plus lointaines ».

Pourtant le constructeur des X 73500, Alstom, déclare de son côté, ne pas s’intéresser au GNC. Selon Yannick Legay, directeur technique de Alstom France, « le GNC est un carburant qui n’est pas aussi énergétique que l’hydrogène. Surtout l’une des raisons essentielles pour lesquelles nous ne nous y intéressons pas du tout, c’est que ce n’est pas du zéro émission ».

Il est d’ores et déjà évident, comme le souligne Benoit Gachet, directeur marketing de Bombardier France, que « le verdissement des flottes régionales ne se fera pas avec une seule technologie, car les champs d’action ne sont pas les mêmes. Celui de la batterie est de l’ordre de 80 km. Au-delà, nous rentrons dans le domaine de pertinence de l’hydrogène, voire du gaz naturel compressé. C’est la raison pour laquelle nous avons déjà une équipe dédiée sur l’hydrogène. Nous serons donc au rendez-vous lorsque cette technologie sera économiquement défendable ».

Il devrait donc s’écouler encore quelques années avant que le mode ferroviaire (qui a déjà montré l’exemple avec les premières rames bimode ainsi que nous l’avons vu plus haut) parachève sa transition écologique. Celle-ci sera d’autant plus coûteuse que les matériels ferroviaires n’ont qu’un très faible impact sur l’environnement avec seulement 0,3 % de la consommation de diesel en France. Des questions subsistent également autour des homologations, qui risquent d’être longues, une habitude du ferroviaire!

Les transports urbains constituent donc sur ce point l’exemple à suivre, les intégrations de matériels électriques ou à hydrogène (tout en n’excluant pas le gaz) se succédant désormais au rythme très élevé que nécessite l’urgence climatique.