L’objectif « Facteur 4 » de réduction des émissions de CO² d’ici 2050 appelle à développer des solutions de transports collectifs de grande capacité, maillant les territoires, mais également eux-mêmes économes en énergie. Si l’autobus actuel - c'est à dire très majoritairement encore à moteur Diesel - est relativement peu polluant rapporté au nombre de voyageurs transportés, l’outil de base du transport public urbain qu’il constitue ne peut s’exonérer de recherches visant à réduire encore ses émissions de rejets polluants.

Les perspectives sur le renchérissement du pétrole se traduisent directement dans le coût de production du kilomètre d’autobus appelle à une réflexion sur une alternative à la dépendance d’une seule source d’énergie. Après l’essai du GPL et du GNV dont les résultats restent en-deçà des performances actuelles des moteurs Diesel Euro5 et Euro6, et compte tenu du manque de perspectives sur des techniques nouvelles type pile à combustible, les possibilités se limitent à l’hybridation ou au développement de solutions entièrement électriques.

Parmi celles-ci, le trolleybus : relégué à l’arrière-plan loin derrière l’autobus électrique ou hybride, il garde pourtant de sérieux atouts… mais est-il réellement une solution « du passé » ?

Le trolleybus : connu, opérationnel... mais avec des fils

Le trolleybus est un véhicule électrique qui ne rejette donc aucun gaz nocif. En prenant en compte l’impact de la production d’électricité, et de la bimodalité optionnelle du matériel, on peut estimer la production moyenne de CO2 d’un trolleybus est estimée à 4 g / km / voyageur (ci-dessous) contre 40 pour un autobus et 60 pour une automobile. (ADEME – 2008).

 

La forte réduction des émissions de gaz nocifs pour la santé publique fait l’objet d’une étude de valorisation socio-économique par un groupe d’experts anglais (http://www.tbus.org.uk/index.htm) : elle doit cependant être croisée avec une approche sur le report modal généré par l’amélioration de la performance et de la capacité des réseaux de transports publics, pour pouvoir confirmer les conséquences économiques par une diminution des problèmes respiratoires des populations citadines, en particulier chez les enfants et les seniors. 

Un véhicule puissant adapté aux profils urbains

La chaîne de traction électrique procure des performances supérieures à celles des moteurs thermiques sur les itinéraires difficiles à fortes pentes : en rampe de 10 %, les trolleybus modernes dépassent les 40 km/h alors que les autobus thermiques de puissance équivalente atteignent environ 30 km/h.

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Lyon - Rue Neyret - 13 avril 2013 - Dans les rues étroites et escarpées de la Croix Rousse, des trolleybus à gabarit réduits circulent sur la ligne 6 du réseau de trolleybus lyonnais, où la traction électrique surclasse les véhicules à moteur thermique. © transporturbain

Les trolleybus présentent donc un avantage déterminant sur les réseaux de villes à la topographie tourmentée faite de collines et de vallons, en améliorant la vitesse commerciale. Les autobus Diesel ont certes fait des progrès écologiques, avec les moteurs Euro3, Euro4 et Euro5, mais il n’en demeure pas moins que sur des lignes à profil difficile, leurs performances sont inférieures à celles des trolleybus.

Les trolleybus sont également adaptés aux itinéraires très urbains comprenant des arrêts fréquents et des vitesses de pointes basses, plages dans lesquelles la consommation de gasoil des autobus est maximale.

Les accélérations sur des trolleybus modernes concilient souplesse et performance :sur une séquence de démarrage de 15 secondes, un trolleybus parcourt une distance supérieure de 30% à celle d’un autobus. Ainsi, le parc nécessaire en trolleybus serait inférieur de 5 à 7% à celui requis par un service en autobus.

Le rendement énergétique du trolleybus s'élève, d'après une étude réalisée sur le réseau canadien de Vancouver, à 9,8 Mégajoules / km-véhicule contre plus de 24 pour l'autobus. La consommation d'énergie atteint en moyenne 25 kWh par place-kilomètre offerte contre 75 pour les dernier autobus produits.

La technique au service du confort

Le trolleybus est confortable : la traction électrique annule toutes les secousses liées à la boîte de vitesse. Les accélérations et freinages sont souples. Disposant d’un plancher bas intégral, il peut atteindre le même niveau d’accessibilité qu’un tramway moderne.

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Zurich - Forchstrasse - 24 septembre 2008 - A l'opposé du précédent véhicule, le Swisstrolley en version 24 m est aujourd'hui le trolleybus le plus capacitaire en Europe avec 160 places. Il assure un service parfaitement complémentaire du tramway. © transporturbain

Comme le tramway, le trolleybus est un véhicule silencieux tant à l’intérieur qu’à l’extérieur. Le niveau sonore d'un trolleybus plafonne à 60 dB, contre 75 pour un bus au gaz et plus de 80 pour un autobus Diesel. Les autobus hybrides constituent un progrès objectif, mais les modalités d'hybridation influent assez nettement sur l'impact sonore : il est ainsi frappant de constater que l'autobus MAN Lion's City hybride est nettement plus silencieux que ses concurrents français, le GX337 chez Heuliez ou l'Urbanway chez Iveco Bus (tous deux issus de la même motorisation). On remarquera cependant aussi que le Cristalis, pour l'instant le dernier trolleybus produit en France, est nettement plus bruyant que les véhicules concurrents ou antérieurs. Il existe donc une forte corrélation entre les choix techniques de constitution de la chaîne de traction et le bilan acoustique du véhicule, à l'intérieur comme à l'extérieur.

Un véhicule fiable et durable

La durée de vie moyenne d’un trolleybus est de l’ordre de 25 ans, soit le double de celle d’un autobus. La révision générale à mi-vie, d’un coût estimé à 10% d’un véhicule neuf, permet de maintenir un bon niveau de service et peut être accompagné d’une rénovation des aménagements intérieurs de coût modéré. La rénovation d’un matériel procure un gain perçu par les voyageurs évalué à 10 ans.

Le trolleybus est une technologie éprouvée depuis plus de soixante-dix ans qui a évolué en offrant de nouvelles fonctionnalités (automatisation de la commande des perches).

Autre avantage du trolleybus, notamment par rapport aux autobus électriques : il s’affranchit des batteries, qui constituent non seulement un poids mort, mais aussi de la question de leur renouvellement. Sur une carrière de 25 ans, le trolleybus n’a pas réellement besoin de modifications lourdes de sa chaîne de traction. Les seules batteries dont il a besoin sont d’abord liées aux auxiliaires (éclairage, chauffage, climatisation…) et, se substituant à un moteur d’appoint, pour le fonctionnement ponctuel hors réseau électrique en mode dégradé, ce qui limite le poids mort.

Modernité

Les nouvelles générations de trolleybus bénéficient des mêmes évolutions techniques que celles des tramways : plancher bas, motorisation asynchrone, récupération d’énergie.

Les bifurcations de la ligne aérienne peuvent désormais être pilotées par codage et repérage GPS. A l’approche d’un aiguillage, le trolleybus indique automatiquement la position demandée. De plus, les nouveaux aiguillages peuvent être franchis à 30 voire 40 km/h, alors que les modèles d’ancienne génération demandaient un ralentissement à 15 ou 20 km/h.

Souplesse d’exploitation

Bien que dépendant de lignes aériennes d’alimentation, le trolleybus peut circuler librement : la capacité de déport par rapport à l’axe de la ligne est de l’ordre de 4 mètres ce qui lui permet d’éviter un obstacle. En cas de déviation momentanée, les trolleybus sont équipés d’une alimentation d’appoint, soit par moteur thermique soit par batteries. Le trolleybus peut donc abaisser ses perches et circuler librement à allure presque normale. La manœuvre des perches est intégralement automatique. Un système d’entonnoir posé sur la ligne et un repère de guidage au sol aux endroits stratégiques facilite le retour à l’alimentation électrique.

De faible consommation de gasoil, la bimodalité permet de maintenir l’exploitation électrique sur l’essentiel de la ligne en cas de travaux lourds sur la voirie.

Le trolleybus, à quel coût ? 

Le trolleybus est un mode de transport routier dont la capacité horaire de transport varie, selon le type de véhicules et la fréquence de l’offre, entre 800 et 2000 places / heure / sens, c’est à dire en dessous du seuil de pertinence du tramway. Le coût d’acquisition d’un trolleybus est certes deux fois supérieur à celui d’un autobus Diesel, mais sa durée de vie est également deux fois plus longue. Par rapport à un autobus électrique, l’écart devient marginal, et il s’affranchit de l’achat – ou de la location – des batteries.

L’investissement lié à l’installation d’un réseau électrique avoisine les 600 000 € du km pour un équipement classique. Dans le cas d’un TCSP trolleybus, le coût peut atteindre 5 à 6 M € par l’intégration des aménagements de voirie. On notera que l’amortissement des installations fixes (redresseurs, sous-stations) est optimisé par la constitution d’un réseau de lignes : ainsi, l’expérimentation du trolleybus est difficilement justifiable pour une seule ligne. Qui plus est, dans le cas de la constitution d’un réseau connecté à des tramways, une mise en réseau des équipements électriques est possible et permet éventuellement de lisser les investissements.

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Milan - Via Piceno - 20 juin 2015 - Van Hool continue de produire des trolleybus : ici un AG330T sur les lignes de ceinture du réseau milanais. Vossloh et Kiepe ont fourni la chaîne de traction électrique de ces excellents véhicules. © transporturbain

Le trolleybus moderne est équipé d’un système de freinage à récupération d’énergie ce qui lui permet de réinjecter du courant dans les lignes aériennes : alors que l’autobus transporte sa propre source d’énergie, le trolleybus mutualise l’énergie disponible et cette mise en réseau est source d’économie : sur les lignes desservant le plateau croix-roussien à Lyon, trois trolleybus descendant fournissent par la récupération l’énergie nécessaire à un véhicule montant.

Les meilleures performances en exploitation du trolleybus se traduisant par un moindre dimensionnement du parc nécessaire à une ligne de 5 à 7%, cet écart se traduit en investissement sur le nombre de voitures acquises et en exploitation sur le nombre d'agents nécessaires et le nombre de voitures engagées.

L’énergie électrique est environ 4 fois moins chère que l’énergie fossile. L’entretien régulier des installations (lignes aériennes, aiguillages, sous-stations) crée une dépense supplémentaire de fonctionnement de l’ordre de 10% par rapport à un réseau d’autobus classiques. Les installations s’amortissent sur une durée de 10 à 12 ans, mais cette durée varie de façon inversement proportionnelle à celle du cours du pétrole. Avec un pic à 112 $ en 2007, l’amortissement était obtenu en 7 ans. Avec un baril à 50 $, la durée est de l’ordre de 10 ans. Reste que le coût des énergies fossiles est appelé dans la durée à augmenter…

D’autre part, la durée de vie constatée des trolleybus atteint voire dépasse 25 ans, contre 12 à 15 ans pour un autobus. Par conséquent, le surcoût d’acquisition du trolleybus est largement compensé par sa durée de vie double par rapport à un véhicule Diesel. De ce fait, malgré des coûts en apparence supérieurs (de l’ordre de 500 000 € pour un véhicule de 12 m, contre 250 000 € pour un autobus Diesel), le trolleybus est, sur son cycle de vie, plus économique en investissement que l’autobus classique.

On notera que par rapport à l’autobus électrique, le coût complet du trolleybus (véhicules et installations électriques) devient comparable.

Disgrâcieuses lignes aériennes ?

Pour circuler en mode électrique, le trolleybus nécessite l’installation d’une ligne aérienne comprenant deux files (dite « bifilaire »), assurant l’arrivée et le retour du courant continu. Les réseaux de trolleybus français sont encore actuellement alimentés sous 600 V continu, mais les nouveaux matériels sont prévus pour fonctionner sous 750 V continu, soit la tension adoptée par les tramways.

Les trolleybus peuvent fonctionner en autonomie, hors du réseau de lignes aériennes, par un petit moteur Diesel d’appoint fonctionnant en génératrice de courant. Le dépercharge et le ré-emperchage sont automatiques, commandés par le conducteur depuis le poste de conduite, moyennant l’installation d’appareils dits « entonnoirs » posés sur la ligne d’alimentation et guidant la tête de perche vers le fil. Cette fonctionnalité ne peut être utilisée de façon trop répétée sur une course, au risque de pénaliser le fonctionnement global de la ligne (vitesse, régularité), même si l’opération est réalisée lors d’un arrêt commercial.

La gêne visuelle d’une bifilaire est un sujet sensible dans le cadre d’un projet de développement du trolleybus. Cependant, l’expérience des réseaux existants témoigne de la capacité à rendre le plus discret possible ces installations, par exemple sur des avenues arborées, ou encore par l’installation de filins de suspension transversaux entre les façades.

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Lyon - Avenue de Saxe - 11 novembre 2010 - Vous les voyez, vous, les lignes aériennes ? © transporturbain

En outre, dans une approche qualitative globale de l’environnement urbain, la présence de ligne aérienne est compensée par une réduction importante des nuisances sonores et olfactives ainsi que l’absence de rejets de particules.

Cela dit, les lignes aériennes savent se faire discrètes, notamment en milieu urbain par des suspensions de façade à façade. Pourtant, les dernières réalisations en la matière ont entraîné une floraison de poteaux, manifestement par souci de simplicité par rapport à la concertation avec les propriétaires...

Enfin, la présence de lignes aériennes matérialise la présence d’un système de transport public. Mis en place sur des axes stratégiques, il peut constituer pour la population un moyen d’assimilation complémentaire à une éventuelle identité visuelle spécifique.

Le trolleybus sans fil ?

Alors que l’autobus Diesel semble condamné à devenir un objet du passé, le trolleybus peut en principe redorer son blason, du moins tant que l’autobus électrique est toujours handicapé par la question des batteries, de leur coût, de leur poids, et de leur recyclage. Le trolleybus s’affranchit de ces questionnements, avec une technique parfaitement éprouvée. Seul « inconvénient » : les lignes aériennes. Mais entre « ça » et toutes les autres « pollutions visuelles » urbaines, l’argument est-il réellement plausible ?

La solution pourrait passer par la renaissance d’une technique expérimentée sans succès après-guerre avec le « gyrobus », sous la forme des véhicules à biberonnage et volant d'inertie. Si cette dernière solution ne semble plus de mise, la première pourrait faire émerger une solution intermédiaire entre l'autobus thermique et le trolleybus. Par commodité, on parlera d'autobus électrique. Diverses solutions semblent s'ouvrir, et fondamentalement liées à la question de l'autonomie du véhicule donc de la taille des batteries.

La solution la plus lourde est celle d'un véhicule complètement autonome, ne se rechargeant qu'au dépôt. Dans ce cas, il doit pouvoir effectuer au moins 250 km par jour sans rechargement pour assurer une journée de service ordinaire de façon équivalente à un autobus Diesel. Conséquence, il doit embarquer des batteries nombreuses, volumineuses et lourdes, ce qui grève ses performances.

Par conséquent, la technique du biberonnage présente l'avantage d'alléger le véhicule, donc d'améliorer ses performances, puisqu'il peut se satisfaire de batteries de plus faible autonomie, en fonction du maillage d'installation de recharge. Deux possibilités ont d'abord émergé :

  • rechargement uniquement aux terminus avec une durée de 3 à 5 minutes compatible avec des conditions nominales d'exploitation : mais quid des aléas de service et à la résorption du retard en supprimant le temps de battement ? Le risque est de prévoir une réserve systématique au terminus pour éviter l'amplification du retard du carrousel : pas très économique ;
  • rechargement aux terminus et en ligne avec des installations permettant de récupérer suffisamment d'énergie en 20 secondes, de quoi parcourir en moyenne 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 propose 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)

Mais le trolleybus avec ses deux perches et ses bifilaires n'a peut-être pas dit son dernier mot. Il a pour lui une parfaite maîtrise de la technologie et surtout d'être indépendant d'une solution brevetée par un constructeur, avec le risque sur la pérennité de celle-ci et sur son coût. On a vu ce que donnait la dépendance à Bombardier ou Lohr avec les guidages matériels du TVR et du Translohr. Evitons d'aller dans les mêmes impasses.

Ainsi, en 2017, le constructeur suisse Hess a présenté un Swisstrolley Plus, qui conserve le principe élémentaire perches + lignes aériennes, mais en le complétant avec un système d'autonomie d'une trentaine de kilomètres et d'une longévité plus importante : si on considère que le véhicule a une durée de vie moyenne de 25 ans, celle des batteries n'excède pas aujourd'hui 7 ans dans le meilleur des cas, soit au moins 3 renouvellements par véhicule. L'objectif de ce projet est à la fois de proposer des batteries capables de vivre plus longtemps, mais aussi d'offrir une dualité d'alimentation sur des bases complètement éprouvées :

  • pour les réseaux déjà équipés : limitation des besoins d'installations nouvelles lors de l'extension du réseau, possibilité de s'affranchir d'installations complexes de bifilaires au croisement de lignes (pour les connaisseurs français, s'affranchir du syndrôme Saxe-Lafayette) ;
  • pour les nouveaux réseaux : limitation du budget d'investissement en installations fixes à la fois par un linéaire plus réduit et par le choix d'une technologie ouverte offrant la possibilité de choisir librement ses fournisseurs, tant en lignes aériennes qu'en véhicules.

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Zurich - Albisriederplatz - 8 mai 2017 - A priori, pas de grande différence entre un Swisstrolley "classique" et un Swisstrolley "Plus". Pourtant, celui-ci teste un système de batteries de longues autonomies combinées à un rechargement classique par les perches. © A. Knoerr

Alors, la quête de l'autobus électrique le plus efficace possible et à un coût de possession maîtrisé ne pourrait-elle pas trouver une issue plausible dans une évolution du trolleybus ?