Transition À Genève, le congrès 2013 de l’Union internationale des transports publics (UITP) a servi d’électrochoc: tous les constructeurs d’autobus ont exposé au moins un modèle ou un prototype électrique. Effet de mode ou prémonition? Batteries, coût des véhicules, adaptation des puissances des infrastructures, etc.
Avant d’entamer un développement à grande échelle, le tout électrique devra résoudre, à bon prix, plusieurs équations.
La cause est entendue: les élus ne veulent plus entendre parler de moteurs diesels conventionnels pour les centres urbains. L’horizon semble s’éclairer à l’électrique, à l’instar de la décision prise par le Stif en Île-de-France d’orienter le parc actuel vers des véhicules 100 % électriques et GNV d’ici 2020-2025, et de ne plus acquérir de bus diesels (voir notre article pages 30 et 31). Aux constructeurs, et aux exploitants, de trouver la meilleure méthode pour exaucer ce vœu, devenu d’autant plus impératif que les élections municipales approchent.
Quoi qu’il en soit, le mouvement est lancé à moyen et long terme: les modes électrifiés ont la cote dans le transport, et ce, depuis plusieurs années, comme le montre le retour en grâce du tramway en France depuis le milieu des années 1980. La quête du zéro émission de GES (gaz à effet de serre) est pourtant loin d’être simple et abordable. Illustration par son coût direct: l’investissement dans les véhicules et l’infrastructure, mais aussi indirect: la production de l’énergie utilisée, électricité, gaz ou hydrogène pour la pile à combustible qui devra en plus obtenir des gages de conformité environnementale. Certes, quelques producteurs d’électricité (la Compagnie nationale du Rhône en France, ou S.IG en Suisse) proposent des contrats de fourniture d’électricité d’origine renouvelable, mais c’est loin d’être une vérité universelle.
Certaines autorités organisatrices inscrivent dans leurs appels d’offres une contrainte sur la réduction du poste carburant en diminuant leurs contributions sur les achats de gazole, et la question du coût d’acquisition de l’énergie se pose de la même manière pour l’électrique. Indéniablement, l’électricité a les faveurs en France en raison du très vaste de réseau de distribution et de son prix, pour l’heure compétitif. D’après une étude de Pierre Debano, consultant indépendant et ancien élu de Nancy, sur le coût de l’énergie consommée, le prix du kW dans le cadre d’un contrat longue utilisation chez EDF serait en moyenne de 5 centimes d’euros sur les 6 mois d’hiver et de 2,95 centimes sur les 6 mois d’été.
Mais l’achat de puissance électrique n’est pas le seul critère, encore faut-il pouvoir l’acheminer. Vu sous cet angle, les sous-stations deviennent un véritable enjeu: que l’on parle de tramway, de trolleybus ou d’hybrides rechargeables, elles sont incontournables. En amont, le coût du raccordement à une sous-station d’une puissance installée de 800 kW serait ainsi de 54 912 € par an, chiffre qui peut descendre à 34 320 € par an et par sous-station si la puissance est de 500 kW (hors matériel et génie civil). La facture km/kW s’alourdit, car les autobus rechargeables, qu’ils utilisent le système par biberonnage TOSA de ABB ou celui par induction Primove de Bombardier, tous ont besoin d’une forte puissance pour envoyer rapidement de l’énergie à bord du véhicule et diminuer le temps de charge nécessaire en station. L’intérêt pour un réseau est d’alimenter les sous-stations en 750 V, tension commune avec la plupart des lignes alimentant tramways, trolleybus et métros. Le 600 V encore en vigueur sur quelques réseaux comme celui de Saint-Étienne n’est pas incompatible avec la charge rapide. Pour le TOSA de ABB, la recharge flash aux arrêts requiert 400 kW pour 15 secondes de charge. L’arrêt en tête de ligne prend 3 à 4 minutes et exige une puissance de 200 kW. Une recharge en dépôt, via une alimentation filaire en 50 kV se fait en 30 minutes (pour un Hess SwissTrolley 5 rechargeable de 18,7 m de long).
Le biberonnage en ligne a un avantage certain: il évite de ruiner la capacité en passagers par l’emport massif de batteries. Les sous-stations ont aussi un rôle fondamental dans l’optimisation et la répartition de l’énergie. Dans cet univers, PVI fait bande à part puisque le Watt System s’alimente sur le réseau urbain en basse tension (380 V) et recharge des supercapacités. Il est aussi le seul qui relève d’un système propriétaire, ABB, Bombardier ou Vossloh Kiepe, travaillant pour leur part avec plusieurs constructeurs de façon ouverte, et du côté des constructeurs, c’est littéralement l’effervescence.
Selon leur position, l’arrivée de l’électricité donne aux constructeurs la possibilité de rebattre les cartes en termes de technologie et de parts de marché. Les constructeurs chinois, bien positionnés sur cette technologie, l’ont bien compris. Leur intérêt vient aussi des graves problèmes de pollution auxquels la Chine est confrontée et qui justifient la fabrication de tels véhicules pour les centres urbains. Le modèle ebus du constructeur BYD, en démonstration dans plusieurs villes européennes dont Paris, fait le pari de la recharge unique au dépôt pour toute la journée: l’autonomie revendiquée par BYD est de 250 km. Tout dépend ensuite des déclivités, des besoins en climatisation et de la charge embarquée! BYD annonce en tout cas une consommation électrique de 130 kW pour 100 km parcourus. Dans ses coffres, le constructeur monte des batteries à oxyde de fer de 600 Ah et 324 kW qui se chargent en station en 5 heures avec 2 chargeurs de 30 kW installés sur site. Son compatriote Yougman propose un bus standard de 12 m (modèle JNP6122BEVC) fonctionnant soit en charge stationnaire, soit avec recharge par pantographe (charge rapide en 5 minutes).
Du côté des constructeurs européens, les choix industriels divergent. Daimler Buses a choisi de ne se consacrer qu’aux bus à pile à combustible, dédaignant pour l’instant aussi bien les autobus hybrides que les véhicules électriques, en attendant de terminer le développement d’une nouvelle plateforme multi-énergies pour ses bus urbains. Son compatriote de Munich, MAN, a fait le choix plus net de s’intéresser de très près aux hybrides. Il commercialise en série une version du Lion’s City Hybrid en classe standard 12 m, mais aujourd’hui, rien n’est encore annoncé pour les articulés de 18 m sur la base. MAN, tout comme la PME française PVI avec son Watt System, ne mise que sur les super condensateurs. Un choix peut-être d’une grande sagesse, tant l’évolution technologique dans le domaine des batteries est rapide.
Auréolé du titre de premier producteur européen de trolleybus, le constructeur polonais Solaris en tire une expérience significative pour électrifier ses modèles de bus. Pour lui, le bus électrique est un dérivé facile à mettre en œuvre: toute la chaîne de traction est dérivée de ses équipements de trolleybus! Solaris n’est pas restrictif et propose aussi le pont AVE 130 de ZF. Sa production d’hybrides diesel-électrique, de trolleybus et de véhicules 100 % électriques joue la carte de l’ouverture des modes de stockage et de chargement: chargeurs embarqués (courant continu), en dépôt (courant alternatif) ou bien par induction. Les derniers nés sont les Solaris Urbino Electric dans les versions Alpino 8.9 Low Entry (120 kW) et le standard Urbino 12 Electric (160 kW). « Le rapport puissance de batteries/ capacité de transport de personnes est du ressort de l’exploitant, de 56 à 85 personnes », explique Bertrand Berger, directeur commercial de Solaris France dont un véhicule, l’Urbino 12 Electric de 210 kW, a été récemment testé à Paris par la RATP. Pour ses fournisseurs, Solaris a choisi l’ouverture et travaille aussi bien avec Ganz-Skoda (gamme Bluedrive) qu’avec Cegelec (gamme TV Europulse), Vossloh Kiepe ou Medcom (ANT 175-600 ou ANT 240-600).
Le trolley figure aussi au catalogue d’un autre constructeur, le Belge Van Hool, qui en équipe son bus BHNS multipropulsion ExquiCity, en plus de l’hybride diesel-électrique, 100 % électrique ou encore à pile à combustible.
Son voisin néerlandais VDL a décidé, pour son bus urbain Citea, de consacrer en priorité ses budgets recherche et développement au tout électrique plutôt qu’à l’hybride. Son objectif est d’atteindre, avant 2020, un coût d’exploitation inférieur à celui d’un bus urbain diesel conventionnel. Ce choix stratégique à long terme assure le maintien au catalogue de ses véhicules Citea SLF Hybrid, équipés de batteries de l’équipementier Valence Technologies (puissance installée de 84 kW/h) et proposé avec deux options de chaînes cinématiques: soit un moteur traditionnel d’origine Siemens monté en nez de pont (choix retenu pour les Citea Electric livrés en Belgique), soit le moteur roue Ziehl-Abegg ZA-Wheel qui permet de supprimer le pont traditionnel. VDL, via sa filiale APTS, dispose cependant dans son portefeuille d’une plateforme d’hybridation avec l’APTS Phileas, un autobus articulé de grande capacité destiné aux lignes à fort trafic type BHNS. Le Phileas est un hybride diesel avec une transmission Allison EP50 de type parallèle, mais il y a aussi la possibilité d’opter pour une chaîne de traction électrique via l’adjonction d’éléments électriques Vossloh Kiepe permettant d’en faire un trolleybus de grande capacité (18, 24 ou 26 m, soit de 120 à 230 passagers). Cette version trolleybus du Phileas a été choisie par la ville italienne de Pescara en 2011. Ce même APTS Phileas a été développé pour rouler à l’hydrogène via une pile à combustible (fournie par le Canadien Ballard), ce modèle roule à Cologne (Allemagne) et à Amsterdam (Pays-Bas).
Chez Volvo Buses, le choix technologique est encore plus tranché et sans ambiguïté: le constructeur suédois a choisi pour Euro 6 de miser exclusivement sur les bus hybrides avec le Volvo 7900, disponible en 12 m standard et en articulé 18 m. Une phase expérimentale est en cours à Göteborg, en Suède, pour tester une version hybride rechargeable via pantographe. Volvo Buses avance la date de 2015 pour voir la commercialisation effective de son hybride rechargeable.
Notez que la firme suédoise, qui jusqu’à présent joue “perso” dans le domaine n’est pas fermée à des solutions comme la recharge par induction (système Primove de Bombardier par exemple). Cette coopération, Iveco Bus l’avait menée avec un autre industriel, Alstom, pour ses trolleybus Civis et Cristalis nés en 1999 et dont la production s’est arrêtée. Depuis quelques années, il s’est tourné vers d’autres partenaires, comme BAE Systems et son système Hybridrive pour ses Citelis Hybrides (à l’instar des GX 327 et 427 de l’autre filiale de CNH Industrial, Heuliez Bus), mais aussi vers Michelin pour mettre au point l’Ellisup, un bus hybride rechargeable au design innovant.
Les industriels du monde ferroviaire n’ont toutefois par abandonné le secteur du bus. Outre Bombardier avec son système Primove, Alstom s’est emparé de Translohr aujourd’hui rebaptisé NTI: un tramway sur pneus fonctionnant à l’électricité via une alimentation bifilaire et exploité dans plusieurs villes de France.
Enfin, dernier constructeur du monde ferroviaire à s’intéresser aux véhicules sur pneus, le Suisse Stadler a créé une co-entreprise à Minsk avec le Biélorusse Belkommunmash pour créer OJSC Electric Transport pour la fabrication du Stadler Minsk A420, un bus hybride diesel-électrique.
Constructeurs de bus ou industriels ferroviaires, ces deux types d’acteurs restent toutefois confrontés à un défi qui dépasse leurs seules compétences et qui concerne un composant: la batterie. En terme de coûts, tout d’abord. La technologie lithium-ion fer phosphate rallie actuellement les suffrages. Le prix de revient du kW/h sur ces batteries est estimé par l’institut Pike Research à 550 $ en 2013, et pourrait être abaissé à 450 $ par kW/h d’ici à 2015.
Les intégrateurs comme BAE System, Volvo Buses, Siemens ou PVI partent avec un avantage: ils ont le contrôle de la chaîne cinématique. Car la batterie est une chose, mais son optimisation est un point clé, et particulièrement en ce qui concerne sa longévité. Sur les hybrides BAE System (cas chez Heuliez Bus et Iveco Bus), la capacité utilisée dans le cas des bus hybrides est très faible par rapport à la capacité totale de la batterie. La raison en est que cette plage d’utilisation très restreinte permet d’optimiser la durée de vie des accumulateurs qui, sans cela, seraient soumis à un vieillissement accéléré des cellules.
Les recherches se poursuivent, tant chez SAFT qu’au CEA ou chez Hydro-Quebec. Air Liquide s’est allié à un autre Canadien, Ballard, pour les piles à combustible, mais cette source d’énergie n’a de sens que si l’on optimise le stockage! Ballard, qui fournit entre autres Van Hool pour ses bus à piles à combustible, a développé le module FC-velocity HD6, une unité dont le temps d’activation est extrêmement réduit et qui offre une compacité exceptionnelle. Ces unités font entre 350 et 404 kg pour 75 à 150 kW de génération électrique par pile. Pour optimiser les performances des anodes et cathodes, il faut une grande maîtrise des nanotechnologies, ce qui explique les constants progrès et changements en cours dans ce domaine.
Une inconnue demeure, au-delà de la longévité des batteries: la sécurité à l’exploitation, et plus encore en cas d’accident. Delphine Tigreat, responsable caractéristiques des substances et réactions à la direction des risques accidentels de l’Ineris (Institut national de l’environnement industriel et des risques) avoue sa perplexité. « Nous travaillons sur des scénarios pour lesquels nous n’avons pas toutes les informations. Par exemple, lithium-ion, ça veut dire tout et rien: les électrolytes peuvent varier, et parmi celles-ci, on peut trouver le LIPF6, sel de phosphore qui assure la conductivité électrique. Ce sel fluoré peut provoquer des risques d’émissions toxiques en cas de combustion. » Certaines technologies préoccupent davantage l’Ineris que d’autres: ainsi, les batteries lithium-cobalt qui sont réputées instables chimiquement. À l’inverse, « avec un super condensateur en court-circuit, il ne se passe rien. » La sécurité du post-accident, notamment pour les équipes de secours, génère aussi des soucis: « c’est une question qui reste en suspens », constate Delphine Tigreat.
Face aux inconnues qui entourent les bus électriques ou hybrides rechargeables, on demeure stupéfait de voir que le trolleybus reste si peu étudié par les collectivités ou les constructeurs. Iveco Bus a abandonné en 2010 la fabrication des ETB12 et ETB18 (alias Civis et Cristalis), après moins de 250 unités produites de ces véhicules à la technologie très (trop?) innovante. Du fait de coûts d’homologation jugés trop dissuasifs, Iveco Bus n’a jamais voulu commercialiser en France de bus électrifiés dérivés des gammes Agora puis Citelis. Ils étaient pourtant commercialisés en République tchèque et en Roumanie. N’est-ce pas plutôt l’entêtement à vouloir vendre une solution technique coûteuse pour espérer allonger les séries qui motive ce manque de conviction? Cet entêtement a été bien utile à certains élus locaux pour justifier le démantèlement de leur réseaux de trolleybus, notamment Marseille ou Grenoble qui avaient beau jeu de dénoncer le prix prohibitif du trolleybus. Cet argument a été amplement repris depuis par certains membres d’associations comme la Fnaut (Fédération nationale des associations d’usagers des transports). Ces mêmes membres qui, dans le même temps, défendent le tramway pourtant encore plus coûteux!
En 2013, l’agglomération de Grenoble a poursuivi le démantèlement des dernières lignes aériennes encore existantes issues de son réseau de trolleybus. Même triste sort pour les sous-stations, équipements qui aujourd’hui pourraient servir pour créer des stations de charge rapide pour les futurs bus hybrides rechargeables! L’Iveco Bus Ellisup 1 (sur base Iveco Bus Citelis Hybrid) roule actuellement à Grenoble et intéresse vivement les élus locaux. Quel paradoxe!
Nancy a de son côté choisi de faire une régénération à mi-vie du TVR de Bombardier, plutôt que d’arrêter les frais et d’opter pour un retour au trolleybus, solution qui existait déjà! Pierre Debano a étudié les coûts comparés de la régénération à mi-vie du TVR par rapport au retour au trolleybus conventionnel: son estimation donne une économie avec le trolleybus de 1,65 million d’euros chaque année, sans compter les avantages induits en terme de capacités: 45 % de places assises en plus et 4 % d’augmentation de capacité de ligne pour un même nombre de véhicules et de conducteurs.
Solaris, Van Hool, VDL et Hess ont toujours dans leur catalogue une offre de trolleybus, allant du simple standard 12 m aux modèles 15 m, articulés 18 m, voire tri-caisse de 24 à 26 m de long. Histoire de brouiller les cartes, Solaris, Van Hool et Hess proposent des modes d’autonomie des trolleybus reposant sur… batteries, des technologies reprises de leurs bus électriques! Cela permet de répondre aux demandes de réseaux qui souhaitent s’orienter vers des solutions type BHNS, tout en gardant une parfaite souplesse d’exploitation (déviation de ligne, manifestations, travaux, retours haut-le-pied, etc.). Le coût est alors bien inférieur à celui d’un tramway, fût-il “léger” (16 millions d’euros du kilomètre dans le cas de Besançon). Le choix dépend de la fréquentation potentielle attendue. Le trolleybus est bien adapté pour des lignes accueillant jusqu’à 9 000 passagers par heure et par sens. L’infrastructure joue alors un rôle décisif dans la régularité du service et la ponctualité (voir l’expérience positive des lignes C1 et C2, et celle très difficile de la ligne C3 sur l’agglomération lyonnaise). Quant à l’argument de la pollution visuelle que les détracteurs du trolleybus évoquent systématiquement, il ne tient pas davantage: hormis Bordeaux et l’alimentation par le sol (l’APS d’Alstom) utilisé dans le tronçon central du réseau, les tramways ont aussi besoin de lignes aériennes de contact. Le bus électrique, une fois son développement technique abouti et éprouvé, pourra réconcilier les passionnés du trolleybus et ses détracteurs.
La question des batteries est loin d’être anecdotique: les constructeurs interrogés sur ce point (Iveco Bus, Volvo Bus, Solaris Bus) sont très clairs: actuellement, la durée de vie estimée des batteries ne dépasse pas les 7 à 8 ans d’exploitation. Or, un autobus a au moins le double d’espérance de vie. Quid des batteries ainsi retirées du service? Bolloré affirme que sa solution LMP sur film polymère peut être utilisée pour les applications stationnaires.
Aucun constructeur n’a communiqué de prix indicatif pour l’échange des batteries à mi-vie.
Qu’en est-il des évolutions technologiques, très rapides dans ce secteur industriel? Est-ce que les constructeurs proposeront des options de revalorisation avec des paquets de batteries de nouvelle génération?
VDL, par exemple, ne présage pas des options futures pour ses choix technologiques, et reconnaît avec une certaine honnêteté que les prix fluctuants et les développements constants chez les fournisseurs de batteries font que ses choix ne sont pas arrêtés. Pourtant, avant de lancer les collectivités, les exploitants, puis les contribuables dans l’aventure, il serait bon d’obtenir des réponses précises.
Cela explique peut-être pourquoi le Sytral de Lyon s’engage très prudemment sur ce sujet, à partir de son expérience d’un test in situ avec 3 couples d’autobus hybrides exploités en conditions réelles (Volvo 7900, Iveco Bus Citelis Hybrid, MAN Lion’s City Hybrid).