Lightram : portrait d’un autobus qui sort de l’ordinaire

D’une architecture s’écartant radicalement des « mégabus » existant, ce nouvel autobus hybride se présente sous la forme d’un véhicule « double-articulé » à plancher bas intégral (320 mm avec légère remontée au droit des essieux) d’une longueur totale de 24,75 m. Au gabarit de 2,55 m et capable de transporter jusqu’à 240 voyageurs, il se compose de trois caisses et repose sur quatre essieux. Les essieux n° 1 (avant) et n° 4 (arrière) sont directeurs, tandis que les n° 2 et n° 3 sont fixes et motorisés. La motorisation de ces deux derniers essieux fait appel, pour chacun d’eux, à un moteur électrique triphasé-asynchrone 600 V de type « tramway », d’une puissance unitaire de 160 kW, et capable de développer un couple de 1 335 Nm. Ces moteurs, largement éprouvés et d’un excellent rendement, sont logés latéralement, sur le côté droit du véhicule, afin de préserver la continuité du plancher surbaissé. Montés chacun à hauteur de leur essieu respectif, qu’ils attaquent par un arbre en diagonale, ils ont été jugés très nettement préférables à la solution des moteurs de roues, dont la fiabilité n’est pas avérée. Par ailleurs, la motorisation des deux essieux médians, à l’origine uniquement voulue pour disposer d’une plus grande motricité, révèle des avantages considérables au plan du comportement dynamique. A la différence des classiques « articulés-pousseurs » pour lesquels elle ne porte que sur l’essieu arrière, cette motorisation des deux essieux médians évite le phénomène bien connu d’oscillations des caisses autour d’un axe perpendiculaire à leurs faces latérales, qui est souvent générateur d’un réel inconfort pour les voyageurs. Elle améliore aussi la tenue de route sur sol glissant, par opposition à l’articulé-pousseur qui, dans de telles conditions, tend à partir en dérapage au moindre coup de volant… La conception et la construction du premier « double-articulé » hybride au monde sont le résultat d’une collaboration étroite entre le carrossier suisse Hess et l’équipementier Vossloh-Kiepe. Dans ce projet, le premier assurait la maîtrise d’ouvrage, et a fabriqué le châssis et la caisse, tandis que le second fournissait la chaîne de traction et sa motorisation. Au fil du temps, devenu constructeur d’autobus à part entière (c’est lui qui, par exemple, produit les fameux trolleybus articulés « Swisstrolleys »), Hess a acquis aujourd’hui une expérience incontournable dans le domaine très particulier du « double-articulé ». Ses usines sont à Bellach, dans le canton de Soleure. Tout a commencé en 2003, année où l’industriel réalisait déjà un tout premier prototype à partir d’un trolleybus articulé de 18 m, la voiture 721 en service depuis 1992 sur les TPG (Transport publics genevois). Après désolidarisation des caisses avant et arrière du trolleybus, le véhicule était réassemblé en insérant, en son milieu, un tronçon intermédiaire court, spécialement élaboré pour l’expérimentation. La longueur de ce tronçon se voyait tout naturellement limitée par celle « hors tout » du véhicule complet qui devait respecter les règles du code de la route. Or les articulés conventionnels de 18 m se caractérisent par un porte-à-faux arrière significatif, qui résulte tout simplement d’un compromis entre mise à profit de toute la longueur utile et répartition optimale de la charge sur les trois essieux. Les retours d’expérience émanant des conducteurs des TPG qui essayèrent le prototype 721 firent tous ressortir la question du porte-à-faux, encore bien plus gênant sur un véhicule de 24 m à trois caisses. Prenant en compte ces remarques, Hess réalisait pour Genève, en 2005-2006, dix trolleybus double-articulés de 24 m conçus avec porte-à-faux arrière réduit, déjà en association avec l’équipementier Kiepe pour leur partie électrique. Depuis, 17 véhicules similaires ont été livrés à Zurich, trois à Lucerne, et sept autres se trouvent actuellement en cours de livraison pour le réseau de Saint-Gall. Autant dire que le concept original du « double-articulé » de 24 m développé par Hess en est rendu aujourd’hui, dans sa version « trolleybus », au stade de l’exploitation commerciale à échelle significative dans quatre villes de Suisse. Le prototype hybride, qui dérive étroitement de ce concept, s’appuie par ailleurs sur une chaîne de traction au moins aussi bien expérimentée, puisqu’elle est commune, à la source d’énergie près, à celle des trolleybus. Qui plus est, Kiepe a produit plus de 1 300 chaînes analogues depuis déjà une vingtaine d’années… A l’image des trolleybus de 24 m sortis des chaînes de Hess, le prototype « double-articulé » hybride se caractérise par un porte-à-faux arrière extrêmement réduit, puisque diminué de 70 cm, avec pour corollaire un raccourcissement significatif de la troisième caisse. En compensation, ces 70 cm ont été rajoutés en arrière du troisième essieu de la deuxième caisse, qui se trouve ainsi nettement rallongée. Cette nouvelle architecture du véhicule se combine avec le caractère directeur de l’essieu arrière (essieu n° 4), dont l’orientation s’opère en fonction de la position, à chaque instant, de son prédécesseur (essieu n° 3). La commande s’effectue mécaniquement, par un jeu de timoneries, en vue d’obtenir une fiabilité à 100 %. Normalement, cette commande mécanique est réglée pour que les roues de l’essieu n° 4 s’inscrivent exactement dans les traces de celles du n° 3, conférant au véhicule un caractère partiellement « monotrace ». Le réglage peut néanmoins être modifié pour que l’essieu n° 4 sorte ou rentre davantage selon le souhait des exploitants. Ainsi en advint-il à Genève, où les TPG estimaient qu’avec le réglage initial leur premier trolleybus de série « coupait l’angle » un peu trop… Dans la maîtrise d’un véhicule de 24 m, cet asservissement apporte un avantage déterminant. En effet, lorsque le conducteur amorce un virage à angle droit ou même simplement un peu serré, il va perdre dans ses rétroviseurs la visibilité de l’essieu n° 4, alors qu’il conservera toujours celle de l’essieu n° 3, comme c’est le cas sur un articulé de 18 m. Le fait que les roues du dernier essieu empruntent toujours les traces de celles de l’avant-dernier lui donne donc l’assurance que si la deuxième caisse « passe », la troisième passera forcément. L’asservissement mécanique sur le dernier essieu directeur rend ainsi la conduite du « double-articulé » de 24 m particulièrement sûre tout en lui conférant, avec un rayon de giration de 18 m, une manœuvrabilité équivalente à celle d’un articulé de 18 m… Pour faire marche arrière, la seconde articulation se bloque automatiquement, le véhicule se comportant alors comme un « très grand 18 m ». Au dépôt genevois de la Jonction, les agents des TPG reculent les « double-articulés » sur les emplacements de travail en épi, pour le petit entretien, apparemment sans difficulté… Côté propulsion, ce véhicule appartient à la famille des hybrides « série », autrement dit, il n’existe aucune liaison mécanique entre le moteur thermique Scania, monté à l’arrière, et les essieux. Sur la toiture de la deuxième caisse sont montées les super-capacités de stockage de l’énergie électrique, qui confèrent au véhicule son caractère « hybride » et autorisent notamment le départ de chaque arrêt et la mise en vitesse avec le moteur thermique coupé, ce qui diminue considérablement le bruit et supprime alors toute pollution. Les super-capacités sont assimilables à des bouteilles, que l’on peut remplir puis vider extrêmement rapidement. Selon la technique du « stop and go », le véhicule peut quitter son arrêt et accélérer avec la seule énergie stockée sous forme électrique dans les super-capacités, qui se rechargeront ensuite dès que le conducteur lève le pied de l’accélérateur puis entame le freinage, les deux moteurs de traction entraînés alors par les roues produisant de l’électricité. Le freinage électrique reste efficace jusqu’à 2 ou 3 km/h. Et la durée de vie de ces condensateurs bien particuliers atteint sans difficulté le million de cycles… Le groupe moto-générateur, d’une puissance de 200 kW, alimente un circuit intermédiaire en courant continu, qui lui-même a été préalablement redressé au sortir de l’alternateur flasqué sur l’arbre du moteur thermique. Ce circuit intermédiaire alimente notamment les onduleurs qui vont générer la tension alternative triphasée variable, à fréquence également variable, nécessaire au fonctionnement des moteurs électriques de traction. Chaque moteur dispose de son propre onduleur, câblé en IGBT.
 

Philippe HÉRISSÉ