En 2026, Hambourg alignera 260 autobus à « zéro émission » mus par pile à combustible. Ce projet extrêmement ambitieux va permettre à la ville hanséatique de stocker les excédents d’électricité des éoliennes sous forme d’hydrogène utilisé ensuite comme carburant. Déjà, quatre autobus Mercedes Citaro Fuel-Cell de dernière génération y circulent en service commercial.

Le principal opérateur des transports urbains de Hambourg reste traditionnellement connu sous le nom de « Hochbahn », vocable qui pourrait être traduit par « métro aérien ». De fait, ce mode ferroviaire, qui incorpore de pittoresques sections en viaduc, fait partie intégrante du paysage local. Hambourg a été la première agglomération du monde à se doter, dès 1965, d’une communauté tarifaire, véritable autorité organisatrice. La raison sociale de son principal opérateur est devenue la société par actions « Hamburger Hochbahn AG » (HHA), mais en réalité cette dernière demeure toujours la propriété de la ville hanséatique. Aux quatre lignes du métro s’ajoutent encore 110 lignes d’autobus, dont 24 exploitées sous la marque « Metrobus », qui correspondent aux axes structurants et représentent 60 % des voyages. Il existe aussi des lignes dites « rapides », qui ne desservent pas tous les arrêts, des lignes régionales, qui assurent un rabattement vers les gares et stations du métro et, enfin, des lignes de nuit. Les véhicules articulés sont favorisés, et la ligne 5 est même exploitée avec des « double-articulés » de 24 m de long.

Sur les 110 lignes d’autobus qui irriguent Hambourg, l’une d’elle jouit d’un statut tout particulier : c’est la 109, ou « ligne de l’innovation ». Longue de dix kilomètres, elle relie la gare centrale à Alsterdorf, plus au nord. On y rencontre tous les véhicules à propulsion alternative que la Hochbahn s’est fait une spécialité de tester dans des conditions normales d’exploitation. Cette ligne a été choisie pour trois raisons : sa longueur était compatible avec l’autonomie de véhicules électriques « plug-in » ; son terminus technique d’Adenauerallee (où stationnent plusieurs minutes tous les véhicules à l’arrivée, en attendant leur prochain départ de la gare centrale), tout comme son terminus de renvoi, disposait d’un espace suffisant, aisément raccordable au réseau d’alimentation électrique adéquat, afin de pouvoir installer une station de charge rapide par le haut ; enfin, cette ligne passe par le centre-ville, et offre donc une visibilité maximale des véhicules pour le public.

La ligne 109 est actuellement le terrain de jeu de trois autobus Volvo hybrides « plug-in » avec charge rapide des batteries de 20 kWh en terminus, quatre Mercedes mus par pile à combustible, et deux articulés électriques de 18 m Solaris avec batteries de 150 kWh pour charge lente en dépôt, avec petite pile à combustible d’appoint leur conférant 200 km d’autonomie par jour. La Hochbahn peut, par ailleurs, engager l’un ou l’autre d’une cinquantaine d’autobus hybrides diesel-électrique des types « série » et « parallèle ». Ces véhicules sont des Volvo, Mercedes et Hess, en standard de 12 m et articulés de 18 et 24 m.

Le carburant des autobus à pile à combustible est l’hydrogène, qu’ils doivent embarquer dans des réservoirs montés sur leur toiture. Le remplissage de ces réservoirs s’effectue sous une pression de 350 bars. Un autobus standard de 12 m emporte 35 kg d’hydrogène, qui sont chargés en sept minutes. Pour un articulé de 18 m, on compte 44 kg, en un temps de 10 minutes. A Hambourg, il existe aujourd’hui quatre stations de remplissage en hydrogène, dont deux pour les voitures de tourisme de la marque Toyota, et les deux autres à l’usage des autobus de la Hochbahn. Parmi ces deux dernières, la plus petite, située dans les emprises du dépôt, ne sert aujourd’hui qu’en « back-up », tandis que la plus grande, localisée dans le quartier de Hafencity, est utilisée quotidiennement. La consommation en hydrogène oscille entre 8 et 9 kg aux cent kilomètres pour les standards de 12 m, et s’établit à 13 kg pour les articulés de 18 m.

Les quatre autobus à pile à combustible Fuel-Cell au format standard de 12 m, qui appartiennent au type Citaro du constructeur allemand Mercedes, affichent une autonomie de 350 à 400 km. En théorie, un passage tous les deux jours à la station de remplissage en hydrogène suffirait donc amplement, mais ici l’exploitant préfère pourtant refaire, chaque jour, le plein des véhicules, quel que soit le degré de remplissage de leurs réservoirs. D’autant que cette opération ne prend, pour lui, que sept minutes, à la différence de la charge lente des autobus électriques dont la durée se compte plutôt en heures…

C’est dès 2003 que la Hochbahn a mis en service sa première génération d’autobus à pile à combustible (programme Cute), dont elle a exploité jusqu’à neuf unités. Ces véhicules étaient déjà fournis par Mercedes, leader incontesté depuis l’origine sur ce mode de propulsion. La Hochbahn a toujours aimé travailler en partenariat avec la marque à l’étoile, et l’on se souvient que les tout premiers Citaro diesel de présérie avaient déjà été livrés sur son réseau, dans l’idée de parfaire la mise au point de ce modèle alors révolutionnaire grâce à l’établissement d’un système d’échange de données entre exploitant et constructeur alors tout à fait inédit… En 2011 est arrivée à Hambourg la génération Mercedes Fuel-Cell actuelle, qui apporte une véritable dimension d’hybridation à la pile à combustible en introduisant la récupération au freinage et le stockage d’énergie sous forme électrique. Et c’est fin 2014, que la Hochbahn a reçu, cette fois en provenance du constructeur polonais Solaris, ses deux autobus articulés « tout électriques », dont la particularité est d’incorporer une pile à combustible qui n’a pour rôle que d’accroître encore le rayon d’action du véhicule, au-delà de l’autonomie que lui confèrent normalement ses batteries.

Si la Hochbahn a décidé aujourd’hui de miser à fond sur la pile à combustible, il ne faudrait pas y voir, pour autant, le seul résultat d’un partenariat historique avec Mercedes. Le moteur de ce projet est, en réalité, le cabinet d’ingénierie Hy-Solutions, fondé en 2005 sous forme d’un PPP (partenariat public-privé), avec pour actionnaires les Chambres de commerce et d’artisanat de Hambourg, DNV-GL (expert mondial en transport maritime et énergie), Vattenfall (entreprise suédoise de production et distribution d’électricité), la Hochbahn et l’actuelle autorité organisatrice de Hambourg-Holstein. Ce cabinet a mené jusqu’ici quelque 80 projets de R&D (Recherche et Développement), tant en Allemagne qu’à l’étranger. Et il s’est fait une spécialité dans les domaines en rapport avec l’utilisation de l’hydrogène, la technologie des piles à combustible et l’électromobilité. Hy-Solutions est justement mandaté par le sénat de Hambourg pour choisir les meilleures pistes à suivre, dans la perspective de l’obligation très contraignante, pour la Hochbahn, de ne plus acheter, dès 2020, que des autobus « à zéro émission ». Pour Heinrich Klingenberg, le directeur de Hy-Solutions, le choix est déjà fait : « Si, l’an prochain, nous comptons encore essayer de nouveaux autobus tout électriques, nous nous intéressons surtout à l’hydrogène, car ses avantages sont manifestes. Pour le conducteur, il n’y a pas de changement par rapport au diesel, alors qu’avec un autobus tout électrique, il lui faut en permanence s’assurer d’avoir toujours suffisamment de charge pour pouvoir rouler. De plus, dans les roulements des véhicules à Hambourg, nous avons coutume d’avoir souvent, sur le déroulé d’une même journée, des missions successives sur des lignes différentes, afin d’optimiser la rentabilité du matériel. Avec un autobus tout électrique, cela ne serait possible qu’en équipant avec des infrastructures de charge rapide toutes les lignes parcourues dans une même journée de roulement. Alors qu’avec l’hydrogène, on dispose exactement de la même flexibilité qu’avec un diesel ! » Le cabinet d’ingénierie Hy-Solutions dit avoir étudié avec beaucoup de soin quel serait l’impact d’un recours systématique aux seuls autobus tout électriques dans l’exploitation du réseau de la Hochbahn. Les conclusions ne militent pas en faveur de cette solution. « Nous avons calculé que le ratio entre le nombre des stations de charge rapide nécessaires et celui des autobus en roulement serait de 1 à 4, poursuit Heinrich Klingenberg. Pour 800 autobus tout électriques, il nous faudrait donc implanter 200 stations ! Si, en raison de difficultés de circulation, un véhicule se trouve “désheuré” par rapport à sa marche théorique, il ne peut plus espérer résorber tout ou partie de son retard en jouant sur les temps de battement aux terminus – comme cela se fait partout dans l’exercice de la régulation en ligne – car il lui faudra encore stationner pendant toute la durée nécessaire à sa charge ! Le seul moyen, dans ces conditions, de s’en sortir, c’est d’augmenter le nombre de véhicules en ligne, et donc celui des conducteurs, alors que le personnel représente déjà la moitié des charges pour l’opérateur ! Nous avons calculé que si la Hochbahn n’utilisait plus, demain, que des autobus tout électriques, ses coûts d’exploitation grimperaient de 20 %. Nous n’avons évidemment pas ce problème avec l’hydrogène, dont le temps de chargement est pratiquement le même que le diesel. Il suffit alors d’une seule station pour remplir tous les véhicules, le soir, à leur rentrée au dépôt, ce temps étant, comme toujours, mis à profit pour effectuer le nettoyage intérieur. Il n’y a ainsi plus de différence avec l’exploitation d’autobus diesel, et l’on retrouve la même flexibilité et la même rentabilité. C’est donc bien l’hydrogène qu’il nous faut… »

La Hochbahn dispose aujourd’hui de six dépôts, dont l’un est équipé d’une station de remplissage en hydrogène. Hy-Solutions étudie actuellement la possibilité d’avoir, à terme, une station par établissement. Surtout, le cabinet d’ingénierie participe à l’élaboration du projet actuellement – et de fort loin ! – le plus ambitieux d’Europe en matière d’hydrogène : la construction d’un nouveau dépôt qui va pouvoir accueillir jusqu’à 260 autobus à pile à combustible ! Il se situera à City Nord, un quartier distant de 12 km du centre-ville, et sera implanté à l’intérieur d’un triangle ferroviaire. « Juste derrière les trois branches du triangle, se trouvent respectivement des habitations, un hôpital et une école, note Heinrich Klingenberg, et pourtant nous avons eu l’autorisation de stocker 20 tonnes d’hydrogène au beau milieu ! C’est dire si la technique est désormais sûre et maîtrisée… » Pour un parc de 260 véhicules, la consommation totale journalière s’élèvera à 4 t. C’est pourquoi une capacité totale de 20 t s’avère nécessaire afin de disposer d’un stock suffisant, tant par rapport aux jours fériés qu’aux impondérables. Deux concepts différents vont être testés à l’occasion. Le premier consiste à acheter de l’hydrogène produit industriellement, qui sera livré par voie routière, avec quatre semi-remorques qui viendront se positionner, dans l’enceinte du dépôt, sur quatre branchements parallèles aboutissant à la station de remplissage. Le second concept vise à produire directement l’hydrogène par électrolyse dans les emprises-mêmes du dépôt. Cette dernière solution est plus onéreuse – 7 euros par kilo au lieu de 5 –, mais elle est aussi plus respectueuse de l’environnement puisqu’elle élimine tout transport par camions.

A Hambourg, l’idée est maintenant de mettre à profit la production d’hydrogène comme moyen de stocker dans des réservoirs, sous forme gazeuse, tous les excédents d’électricité « propre » qui, autrement, seraient irrémédiablement perdus. « Dans notre région, 40 % de l’énergie électrique provient des éoliennes, et l’enjeu politique est très important, constate Heinrich Klingenberg. Quand les vents marins soufflent très fort, et que la demande industrielle en électricité est faible, l’hydrogène peut devenir le moyen de réguler ce différentiel. » Du coup, plutôt que le pétrole ou le gaz en provenance du Moyen-Orient et de Russie, les autobus de Hambourg auront désormais le vent pour carburant, et il n’y aura plus ni pollution ni gaspillage d’énergie. « Chez nous, la longévité d’un autobus est de 13 à 14 ans, poursuit le directeur de Hy-Solutions, et la question qui se pose aujourd’hui à nous est donc de savoir quelle énergie, à l’horizon d’une quinzaine d’années, sera à la fois disponible et encore autorisée en Europe. Aussi avons-nous choisi d’avancer pas à pas, en capitalisant sur l’énergie produite dans notre propre pays, afin d’être prêts à affronter tous les changements à venir, qu’ils soient politiques, économiques ou autres… »

Pour les quatre Citaro Fuel-Cell en service actuellement à la Hochbahn, la disponibilité oscille autour de 80 %, alors que celle de leurs homologues en diesel atteint les 98 %. C’est déjà un excellent chiffre si l’on songe que des véhicules ont parfois été arrêtés pendant une semaine dans l’attente d’un organe ou d’une pièce détachée, car il ne s’agit pas encore, bien sûr, de fabrications en série. Ils parcourent 3 700 km par mois, contre 5 000 pour les Citaro diesel.

A la mi-janvier, l’Union européenne a annoncé qu’elle subventionnerait, à hauteur de 200 000 euros pour un standard de 12 m, 250 000 euros pour un articulé de 18 m, et 700 000 à 1 200 000 euros pour une station de remplissage, les prochains investissements requis pour se lancer dans cette voie de la pile à combustible. Un programme existe déjà, qui prévoit l’achat en Europe de 500 véhicules d’ici 2020, et le groupement des villes intéressées est justement en cours de constitution. A l’évidence, Hambourg s’inscrit totalement dans cette mouvance. Le tout nouveau dépôt de City Nord sera prêt dès 2018 avec les dix premiers véhicules Fuel-Cell puis, chaque année, entre 80 et 100 autres les y rejoindront. Au plus tard en 2026, ce dépôt tournera à plein régime, avec ses 260 autobus roulant à l’hydrogène. C’est alors que devrait commencer l’adaptation des autres dépôts à ce carburant. La Hochbahn pourrait aussi exploiter des véhicules tout électriques en complément mais, pour Heinrich Klingenberg, il ne fait aucun doute que l’essentiel du parc, à cet horizon, sera constitué d’autobus à pile à combustible. Et il considère que le développement chez Daimler du Mercedes Citaro Fuel-Cell présente l’avantage de ne pas être la reconfiguration d’un véhicule existant, et apporte, au contraire, un vrai changement

La maintenance des autobus à pile à combustible partage avec celle des tramways la particularité de comporter beaucoup d’interventions sur les toitures des véhicules, où se trouvent les principaux organes qui participent à la propulsion. C’est au dépôt-atelier de Hummelsbüttel qu’a été construite une nouvelle halle fermée de 25 m de long, dédiée aux autobus à pile à combustible. L’hydrogène étant plus léger que l’air, le toit de cette halle est en forme de chapeau pour que le gaz qui s’échapperait en cas de fuite sur un véhicule puisse venir s’y réfugier. A 0,4 % de concentration dans l’air, l’hydrogène activerait alors des capteurs provoquant l’ouverture automatique de trappes puis, dès 0,8 %, la coupure de l’alimentation électrique. Un tel incident n’est jamais encore arrivé… Pour l’accès aux toitures, des passerelles avec comble-lacunes mobiles venant s’appliquer à 200 mm maximum des véhicules ont été spécialement développés et fabriqués par FFG, filiale de la Hochbahn depuis 1968, et dont les 270 collaborateurs ont en charge la maintenance de tout le parc d’autobus ainsi que des ascenseurs et escaliers mécaniques du métro. FFG n’est autre que l’ancien constructeur ferroviaire Falkenried, qui construisit en 1880 ses premiers tramways (alors à chevaux !), avant de produire bien plus tard le célèbre matériel pour Hambourg ainsi que pour d’autres autres réseaux jusqu’en Australie.

Philippe Hérissé

260 

C’est le nombre de bus à hydrogène qui devraient circuler à Hambourg à horizon 2026. Le tout nouveau dépôt de City Nord qui les accueillera sera prêt dès 2018.