Les bus électriques : une solution d’avenir

Le 30 août 2011

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La propulsion électrique appliquée aux véhicules existe depuis la fin du XIXème siècle et l’amélioration du fonctionnement des premières batteries. Alors en concurrence avec les moteurs à vapeur et à combustion interne, l’utilisation de moteurs électriques a été peu à peu abandonnée au profit de ce dernier au début du XXème siècle.

Apparition et origine des premiers bus électriques autonomes

Les premiers bus mus par l’énergie électrique apparaissent dans les années 1900 sous la forme de Trolleybus. Ces derniers fonctionnent sans capacité de stockage de l’électricité en étant reliés à une ligne aérienne à contact bifilaire pour leur alimentation. Peu pratique à cause du coût de l’infrastructure et du manque de redéployabilité des tracés, cette technologie a été peu à peu abandonnée, même s’il existe toujours aujourd’hui environ 300 réseaux l’utilisant à travers le monde.

Les évolutions technologiques développées au cours du XXème siècle ont permis de voir réapparaître le mode de propulsion électrique, autant pour les véhicules particuliers que pour les transports en commun routiers.

De nouvelles générations de bus électriques font leur apparition grâce aux améliorations apportées aux technologies de stockage de l’électricité. L’apparition de batteries plus capacitaires (en particulier les batteries lithium-ion) ou des « super condensateurs » permettent à des véhicules électriques de fonctionner sans infrastructures lourdes d’alimentation.

Les premiers véhicules électriques autonomes appliqués au transport en commun ont été des « minibus » (capacité de 8 à 30 sièges) puis des « midibus » (8 à 11 mètres, capacité de 70 à 80 passagers). Les premières expérimentations, bien que marginales, datent du début des années 1990, comme à Chattanooga (USA) en 1992, mais la diffusion du concept a eu lieu au début des années 2000 (Hong Kong, New York, Californie…). En France, en 2002, l’ADEME lançait l’opération « 100 bus électriques » en finançant à hauteur de 20% du surcoût de prix par rapport à un véhicule thermique équivalent. Le résultat a été en demi-teinte : seulement 70 « minibus » ou « midibus » électriques ont été mis en service dans une vingtaine de villes françaises.

Aujourd’hui, de véritables bus (en termes de taille et de capacité) électriques sont développés, notamment par le chinois BYD ou l’américain Proterra, et se multiplient dans plusieurs villes comme à Shanghai ou dans la province du Hunan, Séoul, Los Angeles ou à Copenhague et San Antonio en 2012.

 

Deux technologies de bus électriques

Actuellement, deux approches coexistent au niveau mondial : le stockage d’électricité par l’intermédiaire de batteries ou de super condensateurs.

La société française Power Vehicle Innovation (PVI) a en effet mis au point un nouveau système de charge – WATT (Wireless Alternative Trolley Technology) – particulièrement adapté aux transports en commun urbains. S’appuyant sur le principe du « biberonnage », les super condensateurs permettent au véhicule d’effectuer quelques centaines de mètres grâce à une recharge ultra rapide de quelques secondes. En l’occurrence, à chaque arrêt, le bus déploie son bras articulé afin de se raccorder à l’arrêt pour une durée de 10 secondes : le temps nécessaire pour délivrer l’énergie suffisante pour effectuer entre 600 et 800 mètres, c’est-à-dire pour supporter la consommation électrique du bus jusqu’au prochain arrêt. Pour des questions pratiques et de sécurité, ce dispositif est complété par un pack additionnel de batteries permettant au véhicule de poursuivre son trajet en cas d’incident ou de détour exceptionnel, ou encore d’effectuer les trajets sans passager. Ce projet a fait l’objet d’aides de la part de l’Etat français dans le cadre du Grenelle de l’environnement par l’intermédiaire du fond démonstrateur de recherche.

Le principe de fonctionnement des batteries est quant à lui bien connu. Rechargées au dépôt entre deux services ou au terminus, elles délivrent l’énergie nécessaire pour effectuer entre 70 et 300 kilomètres selon les modèles de bus et les types de batteries employées (les 300 km d’autonomie annoncés pour le K9 du chinois BYD pourraient même être allongés, selon le constructeur, par une recharge permanente par panneaux solaires situés sur le toit du bus).

 

Quelle rentabilité économique ?

La question de la pertinence économique de ces technologies reste au cœur des décisions des opérateurs de transports en commun.

Plusieurs études, parfois contradictoires, questionnent les conditions de rentabilité de l'automobile électrique. Plus cher à l'achat que le véhicule thermique (cout actuel de la technologie électrique) mais moins cher à l'utilisation (coût de l'electricité par rapport au coût du carburant) l'intérêt d'une solution par rapport à l'autre est très dépendante du kilométrage parcouru. Or contraitement à l'automobile qui roule peu, les autobus ou les autocars effectuent un kilométrage annuel moyen supérieur. Selon une étude de juin 2011 menée par le Service de l’Observation et des Statistiques pour le compte du Ministère de l’Ecologie, du Développement Durable, des Transports et du Logement, les autobus et autocars effectueraient en moyenne 33 430 km/an en France. Ce fort kilométrage pourrait constituer un avantage pour la technologie électrique.

Pour son système WATT, PVI annonce un prix au kilomètre de l’ordre de 0.10 € contre 0.50 € pour un bus fonctionnant au diesel (cela étant probablement néanmoins à nuancer du coût des installations fixes de recharge électrique pour la solution de PVI).

Mais d’autres variables, plus difficiles à monétiser sont à intégrer au calcul, en particulier pour les collectivités, et notamment les bénéfices environnementaux et de santé publique apportés par l’électrification des bus. La mise en place de ce type de bus permet, d’une part d’abaisser les rejets de CO2 dans l’atmosphère (en plus ou moins grande quantité en fonction du mix énergétique fournissant l’électricité), et d’autre part de ne pas rejeter de polluants, comme les microparticules émises par les moteurs diesel, reconnues nocives pour la santé. Le secteur des transports est en effet le deuxième émetteur de polluants en France. Il est responsable de 14% des émissions sur l’ensemble du territoire, mais ce taux peut atteindre 70% dans les grandes agglomérations.

Selon l’OMS, la mauvaise qualité de l’air provoquerait 42 000 morts prématurées en France chaque année, soit 10 fois plus que le nombre de morts sur la route. En France les ZAPA (Zones d’Action Prioritaires pour l’Air) vont expérimenter dans 8 agglomérations de nouvelles règles du jeu, limitant voire interdisant la circulation (dans certaines agglomérations) de véhicules polluants et favorisant l’essor des bus électriques.

 

Multiplication des projets de bus électriques

Le Sunwin, produit de la coopération entre Volvo et SAIC, est actuellement utilisé à Shanghai et Hong Kong. Equipé de super condensateurs, son prix est de 300 000$ alors que celui d’un bus diesel se rapproche des 450 000 $. Cependant, son autonomie de 3 à 6 km et sa vitesse maximum de 50 km/h le cantonne à opérer dans les zones urbaines à forte densité, et le coût des infrastructures de recharge à chaque arrêt doit être pris en compte dans le modèle.

Un autre bus, le Proterra EcoRide BE 35 vendu quant à lui 900 000$, soit le double d’un bus diesel, permettrait de faire une économie de 480 000$, en termes de consommation et d’entretien, sur la durée de vie du bus, soit 12 ans. Cette estimation se base sur une hypothèse d’un kilométrage annuel de 100 000 km et le destine donc à un usage intensif. En juin dernier, General Motors Ventures a annoncé son intention d’investir 6 millions de dollars dans la société Proterra.

De son coté, la ville de Francfort a signé une lettre d’intention portant sur la fourniture de 3 bus électriques K9 du Chinois BYD (bus de 12 mètres sur batteries capable de transporter 45 passagers avec une autonomie de 300 km et une vitesse maximum de 70 km/h) et de deux stations de charge, afin de relier l’aéroport de Francfort au centre ville. La mise en service est prévue pour le premier trimestre 2012. De même, la compagnie de transport danoise Movia mettra à l’essai deux K9 sur ses lignes en 2012.

Le bus développé par Hyundai est équipé de batteries lithium-ion pouvant transporter 55 passagers. Sa vitesse maximum est de 100 km/h, et une recharge rapide de 30 minutes lui confère une autonomie de 80 km. Séoul prévoit d’en acquérir une quinzaine d’ici 2012. La quatrième ville la plus peuplée du monde prévoit d’atteindre 50% de transports publics électriques en 2020.

Le microbus électrique de Gruau utilisant les batteries de Bolloré a été étudié pour un usage urbain. D'une capacité de 22 passagers il peut rouler 120 km à 50 km/h maxi, ce qui, selon Gruau, sont les conditions d'usage de ce type de véhicule en missions urbaines.

Enfin citon l'annonce récente du géant Bombardier du transport ferroviaire de son programme "PrimoveCity" de véhicule routiers électriques utilisant le transfert d'énergie par induction via des cables enfouis.

 

Les architectures électriques pour le transport collectif en bus interessent de plus en plus de constructeurs et profitent de l'amélioration des technologies de stockage. Outre la rentabilité au km parcouru les collectivités intègrent de plus en plus dans leurs arbitrages des facteurs liés aux impacts environnementaux du transport comme les emissions de CO2, de polluants ou le bruit. En zone urbaine, la recherche de ces compromis pourrait bien donner des avantages aux bus électriques et doper le développement de ce marché aujourd'hui encore très discret.

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