Que choisir? Lorsque l’on parle d’hybride, de quoi parle-t-on? Hybridation série, hybridation parallèle et autres formules d’hybridation… hybrides, il est difficile de s’y retrouver. D’autant que les constructeurs prennent parfois un malin plaisir à ne pas choisir entre l’une ou l’autre des technologies.
Comme dans l’automobile, il y a différents niveaux d’hybridation. Pour les autobus urbains, la tendance se porte vers les véhicules full hybrid. C’est la solution la plus complète et la plus complexe qui permet d’assurer, totalement ou partiellement, la mobilité du véhicule dans les phases d’accélération, ainsi que la récupération d’énergie. La formule la plus simple d’hybridation, l’alternodémarreur, développé par différents équipementiers tels que Valeo, Bosch, Continental et Siemens, permet d’assurer les fonctions d’arrêt et de redémarrage aux feux rouges ou dans les encombrements. Mais à ce jour, elle n’est pas exploitée pour le marché des autocars et autobus.
Les véhicules dits full hybrid, qu’ils soient de type série ou parallèle, ont recours à plusieurs composants: batteries et super-condensateurs pour le stockage de l’énergie électrique, une machine tournante pour transformer l’énergie mécanique en énergie électrique et vice versa. À cela il faut ajouter toute une électronique de puissance à base de convertisseurs de courants et des systèmes de gestion de l’énergie embarquée. Deux choix se posent alors aux constructeurs: l’hybridation série ou l’hybridation parallèle.
L’hybridation parallèle est l’option âprement défendue par Volvo Buses: au moteur thermique on ajoute un moteur électrique venant s’intercaler entre le moteur à pistons et la boîte de vitesses. Cette hybridation parallèle peut aussi s’envisager dans la boîte de vitesses elle-même (système Eaton chez Solaris).
Avantage: on conserve l’essentiel de l’architecture d’un autobus standard avec sa chaîne cinématique complète. En cas de défaillance électrique ou électronique, le véhicule redevient un véhicule thermique conventionnel. Autre atout revendiqué par les adeptes de l’hybridation parallèle (Volvo Buses, mais aussi Solaris et bientôt Scania): un surcoût moindre que pour l’hybridation série. Cela s’explique par les économies d’échelles accomplies grâce à la réutilisation des composants standard, voir la boîte robotisée Volvo I-Shift 12 rapports, transposée des gammes poids lourds Volvo FMX/FH vers le bus urbain Volvo 7900.
À l’opposé, les tenants de l’hybridation série rétorquent que cette redondance mécanique est inutile puisque l’on peut supprimer boîte de vitesses et ligne d’arbres grâce au moteur électrique. Lequel moteur peut entraîner un pont conventionnel, comme l’a fait ZF avec l’AVE 130, qui a été retenu par Mercedes-Benz, MAN, Solaris et Iveco Bus. Ou bien, il peut être intégré dans les roues, comme l’a réalisé Alstom sur feu Iveco Bus Civis/Cristalis, et qui serait peut-être de retour chez VDL prochainement, voire chez Iveco Bus grâce à Michelin.
Avantages du moteur roue: on peut multiplier les essieux moteurs sans porter atteinte à l’intégrité du plancher plat intégral. Sur un articulé, la motricité est excellente en toutes circonstances et le ralentissement par récupération d’énergie peut être maximisé sans augmenter les usures sur les pneumatiques. Inconvénients: la complexité induite dans le développement électronique du véhicule, les masses non suspendues pénalisantes pour le confort et la longévité des chaussées et des pneumatiques, ainsi que le prix de revient. Le moteur électrique en nez de pont est un compromis raisonnable et bien adapté à un bus standard de 12 m.
L’hybridation série, pour innovante qu’elle soit dans le domaine routier, est pourtant largement connue… de l’industrie ferroviaire! Car sous cette appellation, on retrouve le principe des locomotives et automotrices diesel-électriques connues et exploitées depuis les années 1930. Du fait de la suppression de la boîte de vitesses, on gagne en liberté d’implantation à bord. Cela permet aussi un gain sur les masses, tout en offrant un confort de marche théoriquement parfait puisqu’il n’y a plus aucune rupture de couple à l’accélération ou au freinage.
Ultime atout de l’hybridation série: on peut remplacer le moteur diesel par une autre source d’énergie: pile à combustible ou alimentation électrique extérieure (perches, caténaires, induction) sans avoir à reconcevoir le véhicule. Voici pourquoi Van Hool et Mercedes-Benz ont choisi cette solution d’hybridation série: elle prépare le futur des véhicules urbains sans énergie fossile. Si l’on gagne en encombrement et en masses, on subit quelques pertes de rendement en raison de la gestion du courant électrique.
Face à la difficulté pour choisir LA solution miracle universelle, certains constructeurs ont choisi de ne pas mettre tous leurs œufs dans le même panier. C’est le cas en particulier du Polonais Solaris qui propose au choix une hybridation série ou une hybridation parallèle. Il y a aussi la solution “hybride hybride” d’Allison que l’on peut trouver sur l’APTS Phileas (groupe VDL). Elle constitue un cas à part, puisque c’est une hybridation qui comprend deux moteurs électriques en tandem et qui est intégrée dans la boîte de vitesses! Son fonctionnement, à la fois parallèle et série est tout aussi atypique dans le monde de l’hybride.
Si, pour les autobus conventionnels, il existe les cycles SORT, la mesure des performances des autobus hybrides restait encore à définir. La consommation de gazole n’est que l’un des paramètres. Il faut encore évaluer la consommation électrique (pour les hybrides rechargeables), le coût d’exploitation avec l’entretien et la location des éventuelles batteries, etc. L’IFP-EN (Institut français du pétrole et énergies nouvelles basé à Rueil-Malmaison et Solaize) a donc développé, pour le compte du Sytral (Syndicat mixte des transports pour le Rhône et l’agglomération lyonnaise), une méthode permettant de mesurer et comparer les performances économiques d’autobus hybrides d’architectures différentes. Les trois véhicules en lice pour l’expérimentation lyonnaise sont l’Iveco Bus Citelis Hybrid (hybride série avec batteries), le MAN Lion’s City Hybrid (hybride série avec supercondensateurs) et le Volvo 7900 Hybrid (hybride parallèle avec batteries). Les travaux de l’IFP-EN, par ailleurs présent au sein du pôle d’échanges et de recherche Lyon Urban Truck & Bus, pourraient faire référence. En effet, les exploitants et les autorités organisatrices sont aujourd’hui démunis pour estimer avec précision les performances économiques et environnementales des véhicules hybrides commercialisés à ce jour. Le test sur le terrain est prévu sur plusieurs mois, les véhicules sont mis à disposition du Sytral par les constructeurs pour être exploités sur différentes lignes du réseau TCL. Les détails de cette méthodologie seront communiqués le jeudi 19 septembre 2013.
Serait-ce la fin du « payer pour voir » qui prévalait jusqu’ici dans les réseaux urbains (RATP sur le bassin parisien, Sibra à Annecy ou Divia à Dijon) en matière d’autobus hybrides?
Jean-Philippe Pastre