De prime abord, le bus électrique combine les avantages de la traction électrique fournis par le trolleybus sans en avoir les inconvénients incarnés par les perches et les lignes aériennes. Sauf que le bus électrique a lui aussi besoin d'installations fixes... 

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Paris - Porte de Clignancourt - 24 novembre 2018 - 100% électrique, c'est écrit sur les vitres de ce Bluebus fabriqué par Bolloré : l'autobus électrique fait aussi apparaître de nouveaux acteurs du transport public.S'il s'affranchit d'installations fixes continues, le bus électrique a d'autres fils à la patte... © transporturbain

Une vedette politico-médiatique aux multiples facettes

L'autobus électrique, en parle depuis plusieurs décennies et les premières expérimentations ont été menées il y a près de 100 ans, mais les batteries étaient peu efficaces et généraient des vapeurs incommodantes voire dangereuses pour la santé. On rappellera aussi que l'usage de batteries pour les transports en commun est tout sauf une idée nouvelle puisque parmi les premiers tramways électriques, certains fonctionnaient - non sans mal - sur batteries dans les années 1890 !

L'autobus électrique à batteries semble constituer aujourd'hui un objectif industriel de premier plan qui amène à un foisonnement technologique des industriels, autour de la question centrale de l'autonomie du véhicule. Pour d'évidentes questions de dimensionnement du parc, de coût d'investissement et de production du servic, les autobus électriques doivent pouvoir assurer les mêmes journées de service que les autobus à moteur thermique, soit environ 250 à 300 km, été comme hiver, sur des profils plats comme sur des lignes escarpées. Voici qui d'emblée fixe quelques petites limites...

Des batteries donc... mais comment les recharger ?

Qui dit autobus électrique dit batteries pour stocker l'énergie. Deux familles peuvent être différenciées selon leurs modalités de rechargement et la capacité de stockage embarquée, car dans les faits, les deux critères sont étroitement liés.

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Amiens - Boulevard Albert Ier - 21 juin 2019 - Changement d'envergure aussi pour Irizar qui fait de l'autobus électrique un de ses axes de conquête du marché du transport urbain. Ces véhicules misent aussi sur l'aspect esthétique pour séduire de nouveaux utilisateurs. © transporturbain

Il ne faut d'abord pas perdre de vue que le poids total autorisé en chargé d'un autobus standard de 12 mètres de long reste plafonnée à 20 tonnes et que toute augmentation de la masse de la motorisation se traduit mécaniquement par une baisse de la capacité autorisée. L'alternative consiste donc à réduire le nombre de batteries, donc l'autonomie et de recourir à une recharge en ligne : c'est la technique du biberonnage, qui comprend elle-même deux variantes :

  • aux terminus uniquement avec une durée de 3 à 5 minutes, compatible avec les conditions nominales d'exploitation, mais contraignant la gestion courante du service : pour permettre des crochets courts, s'il faut en passer par des réserves positionnées aux terminus pour éviter l'amplification du retard, la conséquence serait d'augmenter le nombre de véhicules nécessaires, avec un effet sur le coût d'investissement et d'exploitation ;
  • en ligne et aux terminus avec des recharges rapides d'une vingtaine de seconde aux arrêts intermédiaires, avec une autonomie de l'ordre de 1500 m, soit une installation tous les 3 à 4 arrêts en moyenne.

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Watt system, le biberonnage mis au point par PVI (Power Vehicule Innovation) développé sur un châssis et une caisse d'autobus Heuliez. (document PVI)

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Vienne - Schwarzenbergstrasse - 9 mai 2015 - Nous l'appellerons le pantobus : ce midibus circule dans les rues de l'hypercentre de la capitale autrichienne et se recharge au moyen d'un pantographe en liaison avec une bifilaire. © transporturbain

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E-BRT est une solution étudiée par Siemens qui propose un véhicule en site propre à biberonnage avec guidage optique au sol, combinant une technique nouvelle et une solution déjà mise en oeuvre par l'industriel, par exemple à Rouen. (document Siemens)

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Le réseau belge de Namur s'est doté d'autobus électriques à biberonnage : le véhicule est fourni par Volvo, ils s'agit d'un 7900 standard. En toiture, le système de batteries et de captage de l'énergie et une borne de recharge développée par ABB. Un pantographe en station descend sur le toit du véhicule quand celui-ci est détecté et vient le recharger pendant l'arrêt. (document SWRT)

Mais la course à l'innovation est particulièrement vive sur ce domaine pour minimiser le coût des installations fixes et maximiser l'autonomie du véhicule sans trop l'alourdir. Bombardier explore un captage au sol par induction avec Primove, d'abord expérimenté sur un tramway et qui passe en phase d'essai grandeur nature sur une ligne de bus de Berlin, sur un véhicule Solaris Urbino.

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Primove a d'abord été testé en circuit clos avec un tramway avant d'être développé sur une ligne expérimentale à Berlin : Bombardier a fourni l'équipement à des autobus Solaris Urbino. (document Bombardier)

Ce foisonnement technologique doit être appréhendé avec prudence car pour les exploitants, le risque est de se retrouver dépendant d'un système breveté limitant la capacité à faire jouer la concurrence entre les constructeurs.

En outre, se posent intrinsèquement quelques questions sur les batteries : 

  • d'abord les conditions de leur production et leur cycle de vie : pour l'instant, elles sont plutôt assimilées à des consommables ordinaires, alors que l'empreinte environnementale de leur fabrication n'est pas forcément des plus vertueuses. Leur recyclage pour des fonctions à moindre sollicitation pourrait porter leur durée de vie à 20 ans dont 8 à 10 ans sur leur mission initiale dans les véhicules ;
  • ensuite leur autonomie réelle ensuite, largement tributaire des conditions d'exploitation : l'optimum se situe sur des lignes urbaines de plaine, avec de bonnes conditions de circulation sous un climat très tempéré avec peu de contrastes car dès que le profil devient plus sévère, dès qu'il faut mettre le chauffage ou la climatisation ou dès qu'il faut emprunter des voies rapides, l'autonomie des batteries diminue assez sensiblement, si bien que les 250 km annoncés par les constructeurs peuvent se réduire, en additionnant les contraintes, à 130 km, ce qui n'est pas tout à fait l'objectif initialement recherché.

Sans surprise donc, le succès de l'autobus électrique autonome, c'est à dire sans infrastructure continue d'alimentation, est donc directement tributaire du modèle économique des batteries, de leur coût, de leur durée de vie et de la capacité à les produire de façon un peu plus propre qu'aujourd'hui.

Un premier bilan

Dans son étude de 2018, l'ADEME a tenté un premier bilan des autobus électriques.

Au chapitre des griefs, l'autobus électrique souffre d'un moindre rendement par rapport à l'autobus Diesel : il faut 1,2 bus électriques pour assurer le service d'un autobus thermique, en raison d'une autonomie réelle moyenne d'environ 150 km entre deux rechargements. Elle dépend de la charge des véhicule, des conditions de circulation (une bonne vitesse moyenne favorisant l'autonomie) et de la température extérieure, puisque chauffage et climatisation peuvent accroître la consommation d'électricité de 25 %. L'autonomie diminue dans le temps si bien qu'à la fin du cycle de vie des batteries, leur capacité a diminué de 20% environ par rapport à leur sortie d'usine.

Il est aussi pénalisé par le surpoids provoqué par les batteries, qui se traduit, comme déjà évoqué, sur la capacité du véhicule à longueur identique, mais aussi sur l'usure des pneumatiques.

En revanche, l'écart de coût détaillé par l'ADEME aboutit à un rapprochement progressif du coût du véhicule par rapport à l'autobus classique à horizon 2025. La différence porte donc sur le coût des batteries sachant que leur durée de vie est actuellement au mieux d'une durée inférieure de moitié à celle de l'autobus... sachant que la longévité du véhicule est accrue par les moindres sollicitations de la caisse, grâce à l'absence de vibrations par la motorisation thermique et la boîte de vitesses.

L'ADEME souligne aussi que les bus électriques à rechargement uniquement au dépôt génère un surcoût dans le dimensionnement des batteries, mais que les véhicules à biberonage en ligne exportent la contrainte sur la multiplication des installations permettant leur réalimentation, mais sans que ne se distingue pour l'instant de réel écart entre les deux techniques.

L'agence pointe aussi une interrogation sur le dimensionnement des réseaux électriques pour recharger un grand nombre de véhicules et on peut aussi souligner la tension sur le coût des batteries par l'explosion de la demande mondiale.

Au chapitre des avantages, un écart de coût de l'énergie dans un ratio de 1 pour 5 par rapport au gasoil, et une maintenance moins onéreuse des autobus électriques, finalement plus simples.

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Genève - Aéroport - 5 septembre 2018 - L'autobus électrique TOSA produit par Hess sur la base du Swisstrolley a été le premier véhicule électrique urbain à biberonnage en station en service régulier. On voit ici son système de captage en train de quitter la borne de rechargement. D'une certaine façon, l'autobus électrique et le trolleybus sont en train de converger, l'un devenant d'installations fixes dont l'autre cherche à s'affranchir. © A. Knoerr

Et maintenant : l'hydrogène !

Objet de nombreuses recherches, l'hydrogène est présentée comme une énergie d'avenir : un propos qui appelle par expérience à la prudence. Comme pour le train, l'autobus à hydrogène est en réalité un véhicule dont les batteries sont alimentées par une pile à combustible fonctionnant à l'hydrogène.

Le principe est finalement relativement proche des autobus hybrides puisqu'il s'agit d'embarquer un générateur d'électricité. Dans le cas présent, un autobus standard dispose d'une réserve d'environ 30 kg d'hydrogène, stockée à très haute pression, et d'une pile à combustible, fournissant de l'électricité par électrolyse et ne rejetant que de la vapeur d'eau. La puissance de la seule pile est très faible, de l'ordre de 30 kW sur les premiers autous standards. La puissance maximale développée, avec les batteries est de 250 kW avec une puissance des batteries de 132 kWh, dans le cas du Businova de Safra, inauguré en mai 2019 sur le réseau Tadao du Syndicat Mixte des Transports Artois-Gohelle.

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Présentation le 11 juin 2019 des premiers autobus avec pile à hydrogène pour une première application du côté de Béthune, devançant de quelques mois le BHNS de Pau avec un matériel produit par Van Hool. (document SMT Artois-Gohelle). Encore une fois, l'arrivée de ce matériel est le fait d'un nouvel acteur : Safra était jusqu'à présent carrossier dans le domaine du poids lourds et du transport en commun.

L'autonomie du véhicule atteint 300 km et le rechargement en hydrogène prend environ 15 minutes, mais doit être effectué au dépôt, dans des conditions très sécurisées puisque libéré dans l'atmosphère, l'hydrogène est hautement explosif.

Cette solution réduit - un peu - le dimensionnement des batteries, du fait du recours à un générateur d'autonomie. En revanche, l'exemplarité environnementale est non seulement tributaire des modalités de fabrication des batteries mais aussi de la production d'hydrogène. En outre, la prise en compte de l'énergie nécessaire à la production de l'hydrogène vient quelque peu tempérer les propos enthousiastes, compte tenu d'un rendement entre la production et la consommation d'environ 30%, contre 80% pour le gasoil. Dans le domaine ferroviaire, des experts anglais ont démontré que pour 1 kW utile, la caténaire nécessitait la production de 1,2 kW contre 3 kW pour l'hydrogène.

Autre inconnue, l'accostage du coût d'acquisition : pour l'instant, le bus à hydrogène est 4 fois plus cher que le bus Diesel et il est trop tôt pour évaluer ses bénéfices, ne serait-ce que pour définir les coûts de maintenance, notamment pour assurer la sécurité des réservoirs d'hydrogène.

En conclusion, s'affranchir d'installations fixes de fourniture d'énergie, bref écarter le trolleybus, n'est pas un choix exempt de contraintes influant sur l'efficacité technique et économique de ces palettes de solutions. L'hydrogène pourra être une solution dès lors que sa production sera respectueuse de l'environnement, mais reste structurellement pénalisée par un rendement énergétique entre le production et le consommateur qui reste faible. Du moins serait-ce le point de vue technique. Sur le plan politique, l'effet-vitrine risque d'être prédominant, du moins un certain temps...