Transition énergétique des bus, état des lieux

Les autorités organisatrices de la mobilité ont établi les feuilles de route pour la transition énergétique de leurs réseaux de bus, avec des choix bien arrêtés en matière de mix énergétique. Pour les aider à atteindre leurs objectifs, les opérateurs, constructeurs et équipementiers poursuivent leurs efforts de recherche et développement afin d’améliorer les performances, de réduire les coûts et l’empreinte carbone des véhicules.

Les bus électriques font la course en tête sur le marché de la transition écologique. Selon les données compilées par le consultant néerlandais Wim Chatrou, les bus à batteries dominent le marché européen avec 40,8 % des nouvelles immatriculations en 2023, suivis des bus hybrides (19,5 %) et au gaz (11,2 %). L’hydrogène reste marginal avec 1,4 %.

Sur les dix dernières années, 19 009 bus électriques à batteries ont été mis en service en Europe. La France occupe la troisième place avec 10,4 % des immatriculations, derrière le Royaume-Uni et l’Allemagne.

Le plan bus 2025 mené par la RATP à Paris a fortement contribué à cette dynamique puisque le groupe s’est engagé à convertir la totalité de sa flotte à l’électrique ou au gaz. Olivier Vitkine, directeur du développement à RATP Cap Île-de-France, rappelle que la décision prise, il y a tout juste dix ans, par Île-de-France Mobilités (IDFM, ex-STIF) de convertir le parc avec des motorisations plus durables a permis à la RATP de devenir le premier opérateur au monde à mener une transition d’une telle ampleur, avec près de 5 000 véhicules concernés. Une première étape est inscrite en 2025.

Dans un second temps, à l’horizon 2030, les bus devront tous avoir été convertis au gaz ou à l’électricité dans l’ensemble de l’Île-de-France (contre 40 % actuellement). Et l’objectif ultime, c’est que l’ensemble des modes du réseau francilien soit entièrement propre d’ici à 2050. Actuellement la RATP compte 850 bus électriques, 1 400 bus fonctionnant au biogaz et 1 100 bus hybrides opérés à partir de 13 centres-bus électriques et autant équipés au gaz. « Cette transformation concerne également la grande couronne, où nous sommes actuellement en train de finaliser d’ici quelques semaines la transformation énergétique de nos centres-bus pour le gaz. Ces opérations à grande échelle, qui se sont parfois émaillées de péripéties, ont permis au groupe RATP de beaucoup apprendre, en accompagnant une filière en construction », commente Olivier Vitkine.

Cette expertise permet au groupe RATP de dupliquer l’expérience au-delà de ses frontières historiques, notamment à Londres où RATP Dev est devenue le leader du marché des bus électriques pour Transport for London, avec 16 lignes 100 % électriques et la conversion de cinq centres-bus. La RATP expérimente également des lignes de bus à hydrogène à La Roche-sur-Yon ainsi qu’en Île-de-France.

Maintenance des bornes

L’Union européenne pousse aussi dans cette direction, avec une accélération des directives. « Il y a 15 ans, un quart du parc devait être renouvelé avec des énergies propres. Cette part est désormais passée à la moitié, avec 50 % en zéro ou très basses émissions et 50 % en basses émissions. De plus, une nouvelle directive, entrée en vigueur au mois de juin 2024, stipule que 90 % des achats effectués à partir de 2030 seront en zéro ou très basses émissions », souligne encore le représentant de RATP Cap Île-de-France.

La Régie n’est pas la seule à être montée en compétence sur l’électromobilité. Ses fournisseurs, à l’instar du fabricant de bornes polonais Ekoenergetyka, profitent de l’ouverture du marché. « La signature de notre première commande française par la RATP en 2018 (avec 96 bornes à l’époque) a servi de déclencheur auprès des autres collectivités. Notre présence en France s’est renforcée avec un complément de bornes auprès de la RATP (1 100 bornes actuellement), mais aussi de nouveaux contrats sur Strasbourg (20 bornes), Rouen (100 bornes), Orléans, Toulon ou Perpignan », détaille Stéphane Batarière, Area Manager France d’Ekoenergetyka.

Il constate que le mouvement vers la mobilité électrique s’est vraiment enclenché dans plusieurs grandes villes françaises avec des appels d’offres en cours à Nantes, Lyon ou encore Clermont-Ferrand. Pour assurer la maintenance des bornes, l’entreprise a noué de nombreux partenariats avec des entreprises locales capables d’intervenir sur différents types de défaillances (bornes, pistolets, installation électrique ou software).

Ekoenergetyka vient tout juste de gagner un contrat cadre pour 800 à 900 bornes pour Marseille dans les huit ans à venir, en partenariat avec Spi et Mobility pour une fourniture globale de bornes comprenant logiciel de supervision et installation électrique.

En effet, en plus de la fourniture de bornes, les industriels doivent être en mesure d’apporter une réponse globale. Théo Trébuchon, directeur du développement France chez Shell complète : « L’infrastructure de recharge est un pan d’un écosystème plus large. L’opérateur de bus doit prendre en compte la conception du site, mais aussi toute la partie logiciel communication avec le bus et la borne de recharge, ainsi que toutes les infrastructures annexes comme la puissance du réseau haute tension ou les réseaux courants forts et faibles. Cet écosystème s’avère d’une complexité parfois difficile à appréhender pour certains opérateurs dans les métropoles. C’est pourquoi nous pouvons proposer des solutions sur mesure ».

La filiale dédiée aux bornes de recharge SBRS, que Shell a rachetée définitivement en 2022, se positionne donc en tant que fabricant de bornes, mais aussi d’intégrateur et exploitant de la recharge. Elle détient une position de leader en Allemagne : l’opérateur BVG de la ville de Berlin lui a fait confiance pour déployer un projet « greenfield » d’un dépôt de bus de 65 000 m², avec les bâtiments administratifs, intégrant la coordination du génie civil et électrique. « Cela représente 209 points de charge à 150 kW et 8 points de charge à 450 kW avec des solutions sur mesure, que ce soit de la recharge par pantographe montant ou descendant, mais aussi par satellite ou enrouleur ». SBRS a également équipé la ville de Vienne avec l’intégration d’une infrastructure photovoltaïque installée sur les dépôts de bus. Autre particularité, la récupération de la chaleur émise par les cabinets de puissance dans le dépôt de bus pour chauffer les salles adjacentes au sein du dépôt.

Pour soutenir cette marche forcée vers l’électrique, les concepteurs et fabricants de batteries comme Forsee Power ont désormais une gamme complète à proposer capable de répondre à l’ensemble des usages. La grande majorité des projets sur lesquels cet équipementier est engagé concerne des bus électriques exigeant une batterie capable de tenir toute une journée de service, avec une recharge au dépôt le soir.

« Certains projets nécessitent toutefois de faire appel à une recharge rapide. Nous venons d’équiper un bus de 24 mètres avec une batterie qui se recharge en bout de ligne ou à certains arrêts intermédiaires et ceci 20 à 40 fois par jour. Ces charges très rapides et extrêmement puissantes (jusqu’à 1 MW) nécessitent des batteries très spécifiques », indique Sébastien Rembauville-Nicolle, vice-président du développement de Forsee Power.

Cette société française, créée en 2011, développe aussi des batteries dédiées aux trolleybus sous caténaire, un marché qui intéresse peu la France, mais qui bénéficie d’une belle attention en Europe de l’Est ainsi qu’en Amérique du Nord. Dans le cas d’une extension de ligne, l’enjeu consiste à proposer une batterie capable d’effectuer quelques arrêts supplémentaires en s’affranchissant de la ligne de contact aérienne. Ce principe, baptisé IMC (In motion Charging), est notamment utilisé à Lyon, Limoges et Saint-Étienne.

Enfin, Forsee Power développe des batteries capables de répondre aux demandes des constructeurs de bus à hydrogène. « Il s’agit dans ce cas d’une batterie de puissance qui aura une fonction de tampon entre la pile à combustible – qui a besoin d’avoir un régime permanent – et l’exploitation normale du bus qui va avoir son stop & go régulier », poursuit le responsable de Forsee Power. Si les cellules proviennent toujours d’Asie, l’entreprise espère pouvoir compter un jour sur une production européenne, voire française, afin de sécuriser ses approvisionnements et rapatrier sur notre continent une part non négligeable de la valeur ajoutée globale des batteries (de 40 % à 60 %).

Le moteur thermique n’a pas dit son dernier mot

La conversion à marche forcée du parc de bus vers les énergies alternatives n’empêche pas une certaine résistance du moteur thermique. Voith a ainsi lancé en 2022 une nouvelle boîte de vitesses Diwa NXT pour bus urbains et interurbains, avec un investissement de 50 millions à la clé. « Un industriel doit sentir les évolutions du marché. L’équipement en boîte automatique sur l’interurbain est un marché en croissance, même si le marché global du thermique est en baisse. Cette nouvelle génération de boîtes, présente notamment sur les derniers Iveco Crossway Low Entry ou standard, est destinée aux véhicules gaz ou diesel, avec ou sans microhybridation 48 V. Elle offre des gains très significatifs en matière de consommation et d’agrément » affirme Pierre Levy, responsable du service véhicules industriels et commerciaux chez Voith. L’équipementier a en ligne de mire le plan de renouvellement de la flotte engagé par IDFM de 3 500 bus sur quatre ans, entre 2025 et 2028, pour la grande couronne parisienne, avec une part très significative de véhicules équipés de moteur gaz, qui pourrait être supérieure à 50 % si la législation le permet. « Nous souhaitons fournir notre nouvelle boîte de vitesses pour 70 % des nouveaux bus thermiques qui seront proposés ».

L’équipementier ayant investi depuis des décennies dans le diesel, comme beaucoup de ses confrères, regrette la disparition annoncée, et prématurée de ce carburant. La révision de la directive 2030, appelée à être revue en 2027, pourrait offrir un salut, sinon « un pan entier du marché va disparaître, ce qui est un problème pour les industriels, mais aussi probablement pour l’environnement ».

Pierre Levy s’interroge également sur la capacité du réseau à fournir l’énergie nécessaire à la transition énergétique. « En 2022, la consommation française de produits pétroliers, hors gaz, était de 7,7 TWh pour le transport collectif de personnes, soit un peu moins qu’un réacteur nucléaire de 1 300 MW (9 TWh). Cette consommation était de 288 TWh pour le transport individuel. La bascule au tout électrique pour les bus et les voitures ne pourra mener qu’à l’échec. Même si des objectifs sont définis, la raison plaide pour l’utilisation d’alternatives comme le gaz, voire de l’Euro 6 ».

La solution du rétrofit

Pour éviter que les véhicules munis d’un moteur diesel ne sortent prématurément du marché, le retrofit peut apparaître comme une solution pertinente. « Les objectifs fixés pour le renouvellement des flottes en électrique vont au-delà d’un taux de renouvellement normal, puisqu’habituellement ce taux est compris annuellement entre 7 % et 15 %. Cela peut conduire à sortir des véhicules du parc alors qu’ils sont parfaitement valides. Le changement de la chaîne de traction va permettre de garder ces véhicules 15 ans au lieu de 5 ans » estime Sébastien Rembauville-Nicolle. Des constructeurs s’y mettent, comme l’anglo-irlandais Wrightbus, premier constructeur de bus zéro émission au Royaume-Uni. « Wrightbus vient d’annoncer le lancement d’une nouvelle entreprise, NewPower, pour remplacer les anciens moteurs diesel de ses modèles, mais aussi ceux de ses concurrents, par de nouvelles chaînes de traction électrique à zéro émission », indique-t-il.

Forsee Power fournira à cet effet des batteries Zen Plus pour la conversion de 1 000 bus urbains à double étage au cours des trois prochaines années. Afin de lisser les coûts d’acquisition initiaux, Forsee Power s’est associé à EDF pour créer NeoT Capital, financeur destiné à accompagner les collectivités et les industriels « à travers un système de financement reposant sur la location du véhicule ou de la batterie ».

Pour sa part, Olivier Viktine indique que la RATP n’a pas fait le choix de véhicules rétrofités, une solution qu’il estime plus appropriée sur l’interurbain, notamment pour les autocars et les bus scolaires, ainsi que pour les plus petites villes en région. Il tient à rassurer les contribuables : les véhicules diesel ne sont pas mis au rebut ! « Les autorités organisatrices savent anticiper et ces transformations s’opèrent sur un temps relativement long. De fait, en France et en particulier en Île-de-France, aucun bus n’est écarté d’un réseau ou d’une exploitation et mis à la casse avant sa fin de vie, qui est classiquement entre 15 et 20 ans. »

L’électromobilité redéfinit-elle le rôle des opérateurs de transport ? Si la mission reste la même, de nouveaux enjeux interviennent. « Il s’agit avant tout d’un enjeu de technique et d’ingénierie, car notre rôle consiste à garantir l’interopérabilité entre le véhicule, sa batterie, la borne de recharge et le software associé », souligne Olivier Vitkine. Un véritable défi, selon lui, d’autant plus quand l’opérateur ne dispose pas d’un système intégré. « Les transitions s’effectuent sur des durées longues et nous ne disposons pas toujours des mêmes partenaires. Il faut que cet ensemble puisse se connecter et fonctionner correctement et il y a parfois des surprises. Cela nous permet de développer notre propre expertise et, une fois celle-ci acquise, l’enjeu se situe plus sur le plan de l’exploitation traditionnelle, avec la recherche de gains en termes d’optimisation ».

De nouvelles possibilités apparaissent, comme le Smart charging. Le groupe RATP a développé depuis deux ans un programme d’innovation sur ce sujet, consistant à charger « au meilleur moment sur le meilleur créneau, quand l’énergie utilisée est la plus décarbonée et accessoirement la moins onéreuse ». Même pendant une recharge de nuit, les variations dans la capacité de production des fournisseurs d’énergie permettent d’atteindre des résultats « assez intéressants ».

Le groupe RATP a aussi signé un partenariat avec EDF pour investir dans cinq parcs éoliens en France, « qui représentent l’équivalent du fonctionnement de sept lignes de tramway à Paris ». De même, le groupe a noué un accord avec Urbasolar – au travers du déploiement de 65 hectares de photovoltaïque en France – en s’engageant à acheter de l’énergie bas carbone sur une durée longue (2024 à 2039).

Côté gaz, Engie garantit que la moitié du bioGNV utilisé en Île-de-France est issu de sites de production franciliens. « Les transports en commun, très souvent opérés en délégation de service public, ont ceci de vertueux d’être utilisés pour tirer des filières industrielles vers le haut, en développant des capacités de production d’énergie qui pourront profiter ensuite à des utilisateurs plus grand public », se félicite Olivier Vitkine. Même tonalité chez Stéphane Batarière et Théo Trébuchon : les investissements réalisés pour les bornes de bus sont en train de se décliner pour les camions, notamment avec la future norme à très forte puissance MCS.

De fait, les industriels ne cessent d’innover et de trouver de nouveaux moyens d’optimisation. Voith a développé une chaîne de traction électrique, bien accueillie par le marché, proposant un système complet (moteur, convertisseur de fréquence et système de pilotage) qui couvre des midibus de 10 mètres – avec des moteurs qui font moins de 200 kW – jusqu’aux articulés avec des moteurs qui font 400 kW et 3 000 Nm de couple. « Les essais certifiés montrent une consommation de 68 kWh au 100 km pour un bus standard de 12 mètres chargé à 19 tonnes, ce qui nous place dans les premières marches en termes d’efficience énergétique. Notre chaîne cinématique est déjà présente chez le constructeur turc Otokar ainsi que les britanniques Alexander Dennis et Wrightbus, ce dernier étant en fort développement et ne devrait pas tarder à arriver sur le marché européen continental », souligne Pierre Levy.

Sébastien Rembauville-Nicolle indique que son entreprise continue à travailler sur la densité énergétique en recherchant toujours plus d’intégration dans le châssis. Après les batteries extra-plates – qui ont notamment contribué au succès de Wrightbus –, Forsee Power veut exploiter « tous les emplacements inutilisés » du châssis. Mais le plus gros défi consiste à rallonger la durée de vie des batteries. « Les générations actuelles ont des durées de vie de huit à dix ans et nous constatons qu’elles vieillissent moins vite que ce qui était anticipé. Le virage commence à être visible sur le marché britannique avec des batteries que nous poussons jusqu’à 12 ans, voire 14 ans. » Théo Trébuchon évoque également les efforts effectués pour prolonger la durée de vie des bornes, avec le développement et l’installation d’infrastructures de recharge à refroidissement liquide pour les modules de puissance. « La durée de vie apparaît quasiment doublée par rapport au système de refroidissement à air », affirme-t-il.

L’équipementier est également engagé sur un projet de vehicle-to-grid mené en Allemagne sur une flotte de bus complète, capable de présenter « des centaines de mégawatts disponibles qu’il faut pouvoir utiliser à bon escient lors de pics ». Restent toutefois encore quelques interrogations : l’optimisation de la gestion du coût électrique ne risque-t-elle pas de s’effectuer au détriment de la durée de la vie de la batterie, voire de l’exploitation elle-même, si les véhicules ne sont pas chargés avant la première tournée du matin ? Réponse dans quelques années, lorsque le marché sera véritablement mature !

Grégoire Hamon