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« La SNCF et les régions ont fait le choix de l’hydrogène bi-mode pour pouvoir convertir le parc existant », pointe Yannick Legay d’Alstom

Aline Nippert
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« La SNCF et les régions ont fait le choix de l’hydrogène bi-mode pour pouvoir convertir le parc existant », pointe Yannick Legay d’Alstom

Alstom a annoncé, le 8 avril, avoir reçu la commande de 12 trains régionaux électrique-hydrogène de la part de SNCF Voyageurs. Pour Industrie & Technologies, Yannick Legay, directeur technico-commercial et « Monsieur hydrogène » chez Alstom, revient sur le choix français du modèle bimodale et ses principales différences avec le 100 % hydrogène en circulation en Allemagne.

Les trains hydrogènes en circulation en Allemagne sont des modèles 100 % hydrogène (Coradia iLint), alors que la France a opté pour des trains bi-modes électrique-hydrogène (Régiolis hydrogène). Comment s’explique cette différence ?

En France, les régions – qui sont les donneurs d’ordre en ce qui concerne la mobilité régionale – et la SNCF ont fait le choix de la bi-modalité, avec l’idée, dans un avenir plus ou moins proche, de pouvoir convertir le parc existant utilisant encore du diesel en trains à hydrogène. Près des trois quarts de la flotte Régiolis qui circulent dans l’Hexagone sont en effet bi-mode électrique-diesel !

Pour l’heure, il n’y a pas eu cette demande d'être capable de rétrofiter les modèles existants en Allemagne.

Comment avez-vous conçu les trains Régiolis hydrogène, en prenant en compte la possibilité de rétrofit ?

Rappelons qu’un train, c’est surtout des cabines, des portes, des sièges… qu’ils soient diesel, électriques ou hydrogènes, près de 80 ou 90 % des trains sont constitués de pièces de maintenance communes. Nos trains à hydrogène sont donc les mêmes que nos Régiolis diesel-électrique à une différence près : nous changeons la chaîne de traction.

Ainsi, le réservoir d’hydrogène, le « fuel cell power pack » et le convertisseur (qui sert à ramener le bon niveau de tension au circuit de puissance) vont être placés sur la toiture des deux voitures situées aux extrémités du train à hydrogène, en lieu et place des « power pack diesel » des Regiolis bi-mode diesel. Toute la production d’électricité est donc sur la même voiture. De la même manière, la batterie, qui est plate, se trouve sous les emmarchements (sous les zones d’accès passagers) à la place de la cuve à gazole.

L’architecture du iLint est-elle différente ?

Les « power pack » et la batterie se trouvent aux mêmes endroits dans les Régiolis et les iLint. Mais d'autres architectures sont possibles, comme c'est le cas pour l’un de nos contrats avec l’Italie. Dans cette configuration, le train est composé de deux segments et l'on y ajoute une « rallonge » - une nouvelle caisse - d’une douzaine de mètres. Dans cette rame, il y aura un couloir centrale pour permettre aux passagers de circuler d’une partie du train à l’autre, mais l’ensemble de la zone est destinée à accueillir les réservoirs d’hydrogène (de chaque côté du couloir), les « fuel cell power packs » (en toiture) et les batteries portées.

Utilisez-vous une technologie hydrogène différente dans les cas du Régiolis hydrogène et du Coradia iLint ?

Non, seules les contraintes d’installation (liées au rétrofit) et les besoins de puissance diffèrent entre le Régiolis et le iLint. Dans les deux cas, les deux « fuel cell power pack » placés aux extrémités du train contiennent les stacks (qui permettent la conversion de l’hydrogène et de l’oxygène en électricité et en eau), les tuyaux d’alimentation en hydrogène et en air, les câblages d’alimentation et de contrôle, les circuits de refroidissement, etc. Pour les deux gammes de trains, les réservoirs stockent l’hydrogène gazeux à 350 bars pour une distribution d’hydrogène dans le « fuel cell power pack » autour de 2 bars.

Vos réservoirs sont réglés sur 350 bars, mais le développement des technologies de stockage de l’hydrogène s’accélère… Vos trains pourront-il s’adapter aux innovations ?

Nous démarrons aujourd’hui avec l’hydrogène gazeux à 350 bars, car nous ne pouvons pas attendre que la toute dernière technologie soit disponible sur le marché pour avancer. Nous restons toutefois très attentifs aux progrès qui peuvent être réalisés sur le stockage à 750 bars ou sous forme d’hydrogène liquide.

Si demain ces technologies sont matures et remplissent tous les critères de sécurité, il sera tout à fait possible de changer les réservoirs d’hydrogène qui sont montés sur le toit, sans pour autant toucher aux « fuel cell power pack ».

Les Régiolis hydrogène sont munis de piles à combustibles plus puissantes que les Coradia iLint – 300 kW contre 200 kW –, alors que les batteries lithium-ion fournissent un véritable apport de puissance lors des accélérations pour les trains français. Comment expliquer cette différence de puissance ?

Le Régiolis mesure 72 mètres et roule à hauteur de 160 km/h, tandis que le iLint fait 54 mètres et atteint 140 km/h. Pour le Régiolis, il faut donc accélérer beaucoup plus de masse à une vitesse supérieure (sachant que le besoin de puissance varie avec le cube de la vitesse), ce qui explique la différence de 100 kW des deux piles à combustible.

Notons que le Régiolis permet de transporter jusqu'à 220 passagers, là où un iLint n’accueille que 150 voyageurs. En termes de « ratio au passager transporté », les performances des deux familles de trains sont similaires : la capacité d’accueil du Régiolis est environ 50 % plus grande que celle du iLint, et on retrouve cette même différence de 50 % concernant la puissance de la pile à combustible entre les deux modèles.

Les bi-modes emporteront entre 160 kg à 180 kg d’hydrogène, tandis que les trains 100 % hydrogène allemands en transportent 260 kg. Les trains régionaux français nécessiteront-ils plusieurs réapprovisionnements en hydrogène dans une journée ?

Non ! Avec un remplissage par jour, l’autonomie annoncée se situe entre 400 km et 600 km : 600 km si le circuit est plutôt plat avec un certain nombre d’arrêts, 400 km si le train traverse des zones montagneuses sans beaucoup d’arrêts. Nous pourrions placer une quantité d’hydrogène plus importante dans le train – dans les salles voyageurs par exemple –, mais cela n’a pas été jugé nécessaire pour l’instant, en prenant en compte les usages actuels des trains régionaux.

Un train en combustion directe d’hydrogène, est-ce envisageable ?

Contrairement au secteur automobile, le ferroviaire utilise l’électricité pour la propulsion depuis très longtemps. Pour une raison simple : les rendements d’un moteur thermique sont mauvais (de l’ordre de 30-35 %), et ce sera la même chose dans le cas d’une injection directe d’hydrogène dans un moteur. En France, les trains diesel « purs » ne font plus l’objet de commandes depuis plus d’une décennie !

Il est ainsi assez naturel de s’orienter vers les technologies de piles à combustible pour nos trains à hydrogène. Nous pouvons transformer l’hydrogène en électricité et capitaliser sur notre savoir-faire en matière de motorisation électrique. D’autant plus que, dans le cadre d’un bi-mode, le diesel-électrique se prête particulièrement bien à une substitution par un « fuel cell power pack ».

La commande des 12 trains à hydrogène concerne des trains régionaux. À l’avenir, peut-on imaginer voyager dans un TGV à hydrogène ?

Un TGV à hydrogène n’aurait aucun sens ! En France pour le train, il n’y a pas de moyens plus écologique et économique que l’électrification… si le trafic entre deux villes à rallier est dense. Or, une ligne de TGV est seulement déployée si les échanges entre deux villes sont intenses. Dans ces cas-là, la question ne se pose pas : il faut électrifier, et c’est électrifié. L'investissement pour électrifier les lignes est très important – entre un et trois millions d’euros du kilomètre –, mais sera amorti.

Ce n’est pas le cas pour l’ensemble des 50 % du réseau non-électrifié en France. Le rapport Duron du Conseil d’orientation des infrastructures de 2018 a clairement pointé du doigt ce paramètre : il faut trouver d’autres moyens de décarbonation que l’électrification de l’ensemble du ferroviaire, sachant que beaucoup de lignes n’accueillent qu’une petite dizaine de trains par jour. Et les trains à hydrogène ou à batterie répondent précisément à ce problème.

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