Daimler dévoile son premier bus électrique

Le 10 juillet à Mayence (Allemagne), Daimler dévoilait son premier autobus 100 % électrique. Le même jour, on apprenait que le groupe allemand venait de conclure un accord avec l’industriel français Bolloré pour la fourniture de batteries de nouvelle génération qui devraient ultérieurement équiper le nouvel autobus.

 

Enfin le voici ! Impatiemment attendu depuis plusieurs années, le premier autobus 100 % électrique de la marque Mercedes arrive sur le marché. Il s’appelle « eCitaro », et il a été dévoilé par Daimler, en première mondiale, le 10 juillet dernier, dans une zone industrielle de Mayence (Allemagne), en même temps que le Sprinter City 75, fer de lance d’une nouvelle génération de minibus. Pourtant, ce n’est pas d’aujourd’hui que le groupe allemand s’intéresse à ce mode de propulsion. En ouverture de la manifestation, Martin Daum, membre du conseil d’administration de Daimler et responsable des divisions Camions et Bus, tenait à rappeler que, dès 2010, le constructeur de camions et autobus japonais Fuso, qui fait partie intégrante du groupe, avait déjà présenté un premier prototype électrique, à une époque où personne ne croyait alors un seul instant à l’essor possible de l’électromobilité.

Alors pourquoi tant de temps s’est-il écoulé avant que Mercedes ne se lance finalement à la conquête de ce nouveau marché ? « Notre stratégie a toujours été très claire, réaffirme aujourd’hui Martin Daum. Nous ne proposons que des produits de haute fiabilité, ce qui suppose du temps pour pouvoir les développer et les tester. Il ne s’agissait pas d’être le plus rapide, mais il s’agissait bien d’être le meilleur, afin de devenir, demain, leader mondial de l’électromobilité. »

Lors de la présentation du eCitaro, le nouveau patron de la division Bus, Till Oberwörder, réaffirmait à son tour qu’il n’aurait pas été envisageable, pour Mercedes, de

commercialiser un véhicule 100 % électrique tant que ses qualités et sa fiabilité n’étaient pas jugées optimales. « Les opérateurs se posent quantité de questions sur la manière dont les bus électriques pourraient assurer les services couverts jusqu’ici en diesel, ou sur les meilleurs protocoles de recharge des batteries, poursuit Till Oberwörder. Il faut qu’ils sachent qu’en choisissant l’eCitaro, ils investissent sur le long terme. On ne les laissera pas seuls mais, tout au contraire, notre équipe “eMobility Consulting“ va les accompagner, pas à pas, dans la durée, pour faciliter au maximum la transition vers l’électromobilité. » Avant même que l’opérateur n’achète un seul véhicule, des experts de l’équipe eMobility Consulting vont analyser avec lui chacune des lignes qu’il exploite. Utilisant des programmes de simulation à base de modèles mathématiques, ils vont pouvoir déterminer très précisément les besoins en énergie pour un passage à l’électromobilité. Les programmes informatiques spécialement mis au point aideront, en particulier, au calcul des futures énergies consommées, au dimensionnement des installations de rechargement, à l’évaluation des puissances d’alimentation requises pour les dépôts, ainsi qu’à l’élaboration de recommandations en vue d’optimiser les stratégies de charge des véhicules. Daimler proposera aussi un « eMobility service » pour la formation des agents de l’opérateur et la maintenance de ses véhicules.

Un design prévu pour durer

En découvrant maintenant l’eCitaro, on reconnaît d’emblée son appartenance stylistique à la grande famille des Citaro lancée au congrès UITP (Union internationale des transports publics) de Stuttgart en 1997, il y a vingt ans déjà ! Bien sûr, le Citaro a connu, depuis cette date, plusieurs évolutions d’ordre esthétique. Toutefois, pour l’eCitaro, il convenait d’aller plus loin, car la présence d’équipements en toiture allait requérir la mise en œuvre de carénages pour les dissimuler, qui risquaient fort de ruiner l’équilibre général du design originel. « En réalité, les choses ne devraient pas être esthétisées, il suffit de les laisser parler », entend ici démontrer Stefan Handt, chef-designer chez Daimler Buses, qui a présidé à la définition des lignes de l’eCitaro. Selon lui, un autobus doit avoir un design apte à survivre vingt ans sans vieillir. Pour dessiner le nouveau véhicule, il a emprunté certains éléments au Future Bus, ce « concept-bus » dont un prototype en version diesel de 12 m a été réalisé par le constructeur, utilisé pour les premiers essais de conduite autonome dans la région d’Amsterdam (Pays-Bas), puis présenté lors de l’exposition IAA de Hanovre (Allemagne), il y a deux ans. La face avant de l’eCitaro, en particulier, s’inspire étroitement de celle du Future Bus. On retrouve ainsi la calandre entièrement noire, qui vient « tirer » le pare-brise très bas vers le sol, donnant l’illusion d’une seule et même surface vitrée, surlignée par deux bandes chromées, de part et d’autre de l’étoile. C’est la promesse, pour le voyageur qui attend son bus, d’une montée dans une nouvelle technologie. L’essentiel du travail de design a toutefois consisté à retrouver des proportions propres à éviter l’écueil d’un pavillon facilement enclin à apparaître lourd et massif, à cause des équipements qu’il renferme. La nouvelle forme de la casquette de pavillon, qui plonge maintenant vers la girouette avant, l’arrondi des acrotères latéraux, et le nouveau dessin des surfaces noires englobant les vitrages latéraux « font le job », sans pour autant compromettre la reprise de l’allure de ceinture de caisse, très caractéristique, qui est la signature de l’actuelle génération des Citaro.

A l’intérieur de l’eCitaro, on remarque d’emblée le tout nouveau plafond, un certain décloisonnement des espaces voyageurs, et ces curieux boutons bleus pour l’« arrêt demandé ». Quant au poste de conduite, il a d’abord été pensé « pour que les conducteurs habitués aux véhicules diesel puissent se sentir tout de suite à la maison ». Le tableau de bord cultive au maximum l’analogie avec celui d’un Citaro à moteur thermique, tout en incluant toutes les informations nécessaires au contrôle du fonctionnement d’un véhicule électrique.

Un stockage d’énergie  modulable

Dans sa partie mécanique, l’eCitaro s’apparente, bien entendu, à la grande famille des Citaro dont cinquante mille unités ont, à ce jour, déjà été fabriquées. Sa chaîne de traction fait appel au pont arrière AVE 130, qui inclue deux petits moteurs électriques de 125 kW en puissance de crête, logés à proximité immédiate et dans l’axe, chacun, de l’une des roues. Le pont, de type « portique », a été développé par l’équipementier ZF. Les deux moteurs sont capables de développer, au total, un couple égal à 2 x 485 Nm disponible dès le démarrage. Cette solution technologique a toujours eu les faveurs de Mercedes pour ses réalisations antérieures, notamment en matière d’autobus à transmission hybride-série. Elle présente l’avantage de dégager l’espace entre les roues pour permettre la continuité d’un plancher surbaissé et plat jusqu’à l’arrière du véhicule. L’autre solution, dite central drive, aurait consisté à mettre en œuvre une motorisation centrale ou unilatérale, avec un unique gros moteur et une transmission vers un pont classique. Cette dernière solution, peut-être moins sophistiquée, est souvent choisie par les constructeurs qui veulent pouvoir directement dériver leurs autobus 100 % électriques des versions diesel ou gaz, sans avoir à modifier la partie basse de la structure arrière. On lui voit aussi parfois un avantage en termes de coût de possession, puisque le moteur unique pourra aussi être celui des camions que produisent les mêmes constructeurs, autorisant davantage de standardisation. L’inverse, autrement dit l’usage universel du pont-portique, n’a évidemment pas de sens pour le camion. En revanche, sur le plan de la robustesse, il ne semble pas, contrairement à ce que l’on pourrait intuitivement supposer, qu’il n’y ait de différence significative.

Pour l’alimentation de sa chaîne de traction, l’eCitaro recourt actuellement à des batteries lithium-ion. Elles se distribuent de façon modulaire, en priorité à l’arrière, puis sur la partie médiane de la toiture. A l’arrière, elles viennent en lieu et place du moteur thermique et de la boîte de vitesses des autobus diesel, à gauche dans le sens de marche. Le nombre maximum des modules de batteries, d’une capacité unitaire de 25 kWh, est fixé à dix. De série, le véhicule est équipé de deux modules sur le toit et quatre à l’arrière, tous refroidis par liquide. En option, deux ou quatre modules supplémentaires peuvent être montés sur la toiture qui est capable, au maximum, d’en accueillir six. Chacun de ces modules se compose de quinze sous-modules et d’une électronique de commande chargée de piloter et d’équilibrer leur recharge. Chaque sous-module est lui-même constitué de douze cellules élémentaires, de forme prismatique, bien protégées dans leur boîtier.

L’opérateur peut donc choisir, à la carte, le nombre de modules qui correspond le mieux à ses attentes. Avec seulement six modules, il économise sur le prix d’achat du véhicule qui, de surcroît, se retrouvera plus capacitif en voyageurs, puisque moins lourd à vide. En revanche, il lui faudra alors probablement opter pour l’opportunity charging, faute de pouvoir disposer d’une autonomie suffisante pour envisager une exploitation avec la seule recharge de nuit au dépôt. En embarquant dix modules, soit le volume maximum de batteries envisageable, la masse à vide de l’eCitaro n’excède pas les 13,44 t. Avec un poids total autorisé en charge de 19,5 t, le véhicule de 12 m peut ainsi transporter une charge utile dépassant les six tonnes, qui correspond, sans difficulté, à l’emport de 88 voyageurs. Au tout début, seule la recharge par prise au standard Combo 2 reste prévue. Sur le véhicule, cette prise est montée au-dessus du passage de roue avant droit, là où se situe la tubulure de remplissage en gazole du Citaro diesel. L’opération peut s’effectuer à partir d’un chargeur mobile de 80 kW, ou de chargeurs statiques jusqu’à 150 kW.

En option (et même s’il n’y voit qu’une solution de transition dans l’attente de batteries plus performantes), le constructeur prévoit néanmoins de proposer, un peu plus tard, l’opportunity charging : d’abord par pantographe ascendant, monté en toiture, puis par pantographe descendant, solidaire de l’installation de recharge. Sur le véhicule, qu’il s’agisse du pantographe ascendant ou bien des rails de contact, les équipements nécessaires à l’opportunity charging éliront domicile au-dessus de l’essieu avant. Outre l’adaptation aux besoins de l’opérateur, cette modularité totale voulue dans la conception du stockage d’énergie a également pour avantage de préserver l’avenir, puisqu’il sera alors beaucoup plus facile d’intégrer les futures évolutions prévisibles en matière de technologie des batteries, qui doivent surtout permettre, graduellement, d’augmenter l’autonomie.

Une pompe à chaleur pour le confort climatique

Le rayon d’action d’un autobus 100 % électrique se trouve considérablement impacté par les conditions climatiques qu’il va rencontrer. Le chauffage sous une température extérieure de -10 °C multiplie facilement la consommation d’énergie par deux, autrement dit réduit l’autonomie de moitié ! C’est l’énergie globale consommée qui, dans la pratique, va donc dimensionner le rayon d’action. Or le rendement d’un moteur électrique avoisine les 80 %, tandis que celui d’un moteur diesel ne dépasse pas les 30 %. C’est un avantage considérable de la traction électrique, mais qui se retourne contre elle dès qu’on aborde la problématique du confort climatique. En effet, un moteur électrique, du fait de son rendement élevé, fonctionne sans dégager une quantité de chaleur suffisante, à elle seule, pour chauffer le véhicule, à la différence du moteur diesel, dont le rendement, plutôt médiocre, se traduit par une importante dissipation calorifique.

Du coup, dès qu’il s’agit de chauffer un autobus électrique, il faut aller puiser l’énergie nécessaire dans ses batteries, ou prévoir un système auxiliaire brûlant du fuel, ce qui ne saurait évidemment constituer la meilleure solution si l’on vise le « zéro émission » ! Daimler Buses l’a bien compris, qui a focalisé quantité d’efforts sur la « thermogestion », autrement dit la gestion thermique de son eCitaro. Le résultat est spectaculaire. Par rapport au Citaro diesel, la quantité d’énergie nécessaire au chauffage, à la ventilation et à la climatisation a pu être réduite de 40 % ! L’une des clés de ce résultat est le recours à une pompe à chaleur pour climatiser l’habitacle. Afin d’éviter l’apparition de gradients thermiques à l’intérieur du véhicule, l’eCitaro est équipé de radiateurs latéraux classiques avec soufflante. Aussi n’y a-t-il plus vraiment que dans le cas d’une exploitation sous des conditions climatiques extrêmes, ou bien dans celui où l’opérateur prioriserait la recherche de l’autonomie maximale imaginable, qu’un chauffage additionnel, utilisant un carburant fossile (prévu en option) pourrait réellement s’avérer nécessaire.

Pour le fonctionnement de sa pompe à chaleur, Daimler Buses a fait le choix, plutôt inédit dans le domaine des autobus et autocars, du dioxyde de carbone comme fluide caloporteur. Ce fluide présente l’avantage de préserver l’efficacité du fonctionnement de la pompe, y compris pour des températures extérieures s’abaissant à -10 °C. De plus, en cas de fuite accidentelle sur le circuit, l’éventuel rejet de dioxyde de carbone dans l’atmosphère ne présente pas de risque, puisque ce gaz est ininflammable et non-toxique.

Dans le cadre de la thermogestion, la puissance du chauffage ou de la climatisation est modulée, à chaque instant, selon le nombre de voyageurs effectivement présents à bord. Des capteurs de charge à l’essieu facilitent l’acquisition, en temps réel, de cette information. Bien sûr, la climatisation du poste de conduite est régulée de manière indépendante, afin de pouvoir y maintenir une température de 24 °C sous les conditions extérieures les plus extrêmes.

La thermogestion est également mise en œuvre dans le refroidissement des batteries, dont les cycles de charge et décharge provoquent inévitablement la dissipation de calories. Grâce à un système dédié, également logé en toiture, les batteries sont maintenues à une température idéale d’environ 25 °C, afin d’optimiser leurs performances et, surtout, d’accroître leur longévité. Dans l’hypothèse de conditions « tropicales », il est même prévu que la climatisation de l’habitacle vienne en renfort pour refroidir ces batteries.

La pompe à chaleur et ses équipements annexes sont montés en toiture, à l’arrière des modules de stockage d’énergie. Dans la thermogestion, une flexibilité supplémentaire peut même être introduite en jouant sur la profondeur de décharge des batteries, bien que ce soit alors au détriment de l’autonomie et de la longévité desdites batteries.

Une autonomie vouée à évoluer

Pour calculer le rayon d’action de son eCitaro dans les conditions climatiques estivales les plus défavorables, Mercedes est parti, de surcroît, d’un scénario d’exploitation basé sur le cycle urbain normalisé dit « SORT 2 », qui est, en lui-même, extrêmement contraignant. En cumulant ces deux facteurs très pénalisants, le véhicule, pour autant qu’il soit équipé du nombre maximal de modules, s’en sort encore avec une autonomie de 150 km. Dans des conditions idéales, cette autonomie monte à 250 km. Sans opportunity charging, l’eCitaro de 2018 avec ses dix modules de batteries, qui correspondent à une capacité maximale de 243 kWh, couvre déjà plus de 30 % de tous les besoins actuels des opérateurs. Pour Gustav Tuschen, directeur Recherche et Développement chez Daimler Buses, l’amélioration des performances va désormais s’accélérer.

Dès 2020, on atteindra les 50 % avec la nouvelle génération NMC (Nickel-Manganèse-Cobalt), garantissant une autonomie au moins égale à 200 km, toujours sans aucun recours à l’opportunity charging. La version articulée en 18 m de l’eCitaro pourrait alors apparaître, à ce stade, comme pertinente. L’étape suivante verra la mise en œuvre de la génération des batteries LMP (Lithium-Metal-Polymère), avec une capacité de 400 kWh pour le standard de 12 m, plus encore pour l’articulé, couvrant alors 70 % de tous les besoins des opérateurs avec la seule charge lente, de nuit, au dépôt ! Signe des temps, le groupe Daimler vient d’ailleurs de conclure un accord avec le Français Bolloré pour équiper, dans un futur proche, ses eCitaro avec cette nouvelle technologie de batteries produites par sa filiale Blue Solutions.

En attendant, les premiers eCitaro de série seront livrés dès la fin de l’année à l’opérateur allemand RNV (Rhein-Neckar-Verkehr), qui exploite les transports urbains de la conurbation Ludwigshafen-Mannheim-Heidelberg. Les opérateurs de Hambourg (HHA, Hamburger Hochbahn AG) et de Berlin (BVG, Berliner Vekehrsbetriebe) ont d’ores et déjà passé commande pour un total de 35 véhicules. Dans un avenir un peu plus lointain, Daimler compte, plus que jamais, utiliser la pile à combustible dont il s’est fait, depuis de longues années, une spécialité, afin d’accroître encore l’autonomie de l’eCitaro qui, en termes d’utilisation, sera alors virtuellement identique à n’importe quel autobus actuel à moteur thermique.

Philippe Hérissé