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Quand propreté rime avec efficacité

HUGO LEROUX hleroux@industrie-technologies.com

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Quand propreté rime avec efficacité

Également financé par l'Ademe, le quadricyle Quat'Ode de Véléance est léger et inclinable. Utilisation visée : les petites livraisons en centre-ville.

© RENAULT ; D.R.

ÉCONOME La motorisation hybride permet de réduire de 10 à 35 % la consommation en carburant des transports urbains. Le développement du transport collectif est une réponse à la congestion et à la pollution des centres urbains. Mais pour conquérir opérateurs et usagers, ces transports doivent encore alléger leur facture énergétique. Entre l'électrification des bus et les efforts constants des ferroviaires, de nombreux chantiers sont ouverts. Passage en revue.

Les JO de Londres ont déclaré leur flamme aux bus hybrides. Dès cet été, la capitale britannique va s'équiper de 300 bus roulant avec un moteur diesel hybride. À l'instar de leur heureux fournisseur, l'irlandais Wrightbus, tous les constructeurs de bus ont développé des modèles électrifiés pour répondre à la demande des collectivités. Plus silencieux et peu émetteurs de polluants directs comme les particules fines, ou les oxydes nitreux, ces bus sont bien éligibles au qualificatif « vert ». Mais, au-delà de ce label, leur succès auprès des opérateurs de transports dépend toujours de leur capacité à réduire la facture globale. Les constructeurs de tramways et de métros ne sont pas en reste. Eux aussi fournissent un effort parfois méconnu pour diminuer leurs consommations.

Des moteurs hybrides pour limiter la consommation des bus

GX hybride d'Heuliez, Citelis d'Irisbus, Lion's city de Man... Depuis un peu plus d'un an, tous les grands constructeurs inaugurent leur modèle hybride en France. La structure de base est identique. Les hybrides associent au moteur thermique les trois composants essentiels de l'électrique : une génératrice, un moteur de traction et un organe de stockage, supercondensateur ou batterie. Dans leur plus simple déclinaison, ils consistent en des configurations dites « stop and start », dont l'intérêt est déjà avéré. « Ces types de dispositifs permettent à eux seuls d'économiser entre 10 et 15 % de carburant », explique Patrick Corollaire, chef du service transport et mobilité à l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (Ademe). Leur principe ? Au freinage, la génératrice tourne à l'envers et produit de l'électricité. Stockée par les supercondensateurs, qui emmagasinent l'énergie très rapidement, l'électricité est restituée pendant la phase de démarrage. Cela permet d'éteindre le moteur thermique lors des phases d'arrêt courtes.

À partir de cette hybridation minimale, les constructeurs poussent l'intégration électrique plus ou moins loin. Les batteries, qui bénéficient des progrès de la technologie lithium-ion, peuvent se substituer ou s'ajouter aux supercondensateurs pour augmenter la part d'électricité emmagasinée lors des phases de décélération. Différentes architectures sont également possibles. En série, le moteur thermique est « subordonné » au moteur électrique : il a pour unique fonction de fournir de l'énergie à la génératrice, qui alimente le moteur électrique. En architecture dite en parallèle, les moteurs thermique et électrique sont sur le même axe. Dans tous les cas, la stratégie consiste à suppléer au maximum le moteur thermique par le moteur électrique dans les basses vitesses, durant lesquelles le premier se montre le plus énergivore. « Au total, on réalise des gains de 25 à 35 % sur les consommations », estime Philippe Grand, directeur des relations publiques chez Irisbus, filiale d'Iveco.

Des alternatives pour pallier les faiblesses du lithium-ion

Certains constructeurs se positionnent sur un bus tout électrique. Depuis septembre 2000, la ligne « Montmartrobus » de la RATP roule par exemple avec des modèles Oreos 55E électriques de la société PVI. Le pionnier français des chaînes de traction « tout électrique » commercialise pour l'instant de petits modèles, de 22 ou 49 passagers. Reste que ce marché peine à démarrer : « Les coûts d'investissement sont encore rédhibitoires », note Philippe Grand, d'Irisbus. Également en cause : la faible densité énergétique du pack de batteries, qui entraîne un alourdissement des engins. Peu disposés à attendre les progrès du lithium-ion, certains constructeurs développent des solutions alternatives, basées sur une stratégie de saut de puce. Dans cette approche, le bus transporte juste assez de batteries pour effectuer de courts trajets. En contrepartie, il se recharge automatiquement sur des bornes intégrées aux abribus. Deux prototypes, subventionnés par l'Ademe dans le cadre du fonds de recherche sur les véhicules décarbonés, devraient voir le jour d'ici la fin de l'année. Iveco, le CEA et la RATP planchent sur le projet Ellisup. De leur côté, le PVI, Veolia transdev et Robosoft développent le bus Watt (voir encadré).

Quitte à changer de forme pour réduire ses consommations, le bus peut surprendre davantage encore. Le projet Taxicol, mené par l'ingénieriste AAAIndustries, est financé dans le cadre du programme véhicule intelligent de demain du conseil général des Yvelines. Il vise au développement de voitures électriques de dix places chacune. Celles-ci pourront se regrouper afin de former un bus de longueur modulable en fonction des besoins. Pendant les heures creuses, certaines voitures regagneront l'entrepôt. Un prototype sera présenté en mars 2013 au salon international de l'automobile de Genève. Iveco travaille depuis 2009 sur un projet similaire, Modulobus, sous l'égide du pôle Lyon Urban Trucks and Buses (LUTB).

Récupérer l'énergie du freinage et la réinjecter dans le réseau

Trams et métro ne sont pas en reste dans cette course à l'économie. Déjà électriques ? Ce n'est pas une excuse pour négliger la réduction des consommations, vous répondront les ingénieristes. Alstom Transport ou Bombardier planchent eux aussi sur la récupération d'énergie au freinage, en équipant les engins roulants de batteries et de supercondensateurs. Comme sur le bus hybride, la génératrice, réversible, récupère l'énergie issue du freinage. « Sur les tramways, la combinaison d'une batterie, pour la capacité de stockage, et de supercondensateurs, pour leur cycle de charge et de décharge très rapide, est une piste envisagée pour supprimer les caténaires dans certaines portions de centres ville. De cette façon, on allège l'impact visuel des tramways et on économise des travaux de voirie », estime Bernard Guieu, directeur R&D d'Alstom Transport. Cette solution est à l'oeuvre sur le tout récent tramway de Nice. Des tramways équipés de batteries nickel métal hydrure (NiMH) y relient, sans alimentation, les places Masséna et Garibaldi, distantes d'un kilomètre.

L'énergie récupérée par les métros et les tramways peut également être réinjectée sur le réseau. Pour l'instant, elle doit être employée par une rame à proximité. En effet, les sous-stations de transformation électrique, qui transfèrent l'électricité du réseau sur des sous-réseaux d'alimentation à 750 V, fonctionnent à sens unique. Pour parer à ce problème, Alstom a développé une sous-station réversible actuellement en test sur la ligne T1 de la RATP. Baptisée Hesiop, elle est capable de lisser le courant avec suffisamment de stabilité pour le réinjecter sur le réseau.

Les ingénieristes facilitent aussi le travail de l'exploitant grâce aux données fournies par les systèmes communicants embarqués dans le métro. Thales Transports parvient ainsi à optimiser la vitesse des rames les unes par rapport aux autres. En ayant une vue générale du trafic, il atténue la circulation en accordéon, synonyme d'accélérations et de freinages intempestifs. Selon l'industriel français, la consommation d'énergie du métro hongkongais a ainsi été réduite de 30 %.

Miser sur les composites et les aciers pour allèger les véhicules

Parallèlement aux efforts sur la motorisation, il existe une recette éternelle pour consommer moins : rouler plus léger. Premier axe de travail : l'utilisation d'aciers moins denses et de nouvelles architectures. Au terme du projet Hynovis Concept en 2010, Iveco a réduit d'une tonne la masse d'un bus de 12 mètres, tout en libérant des places pour accueillir 8 % de passagers en plus par rapport à un bus classique. Les matériaux composites ont aussi un rôle à jouer. « Dans les parties externes, non structurelles, l'utilisation de composites devrait se généraliser à l'horizon 2015 », estime Bernard Guieu, d'Alstom Transport.

Autre obsession : le « downsizing » de la chaîne de traction. Ce procédé consiste à réduire le poids et l'encombrement des éléments à performance égale. PVI a ainsi équipé ses moteurs électriques d'aimants permanents, qui éliminent les pertes d'énergie par frottement et offrent un couple plus élevé que les moteurs traditionnels. Les composants de puissance qui interviennent tout au long de la chaîne de transmission pourraient eux aussi bénéficier d'une rupture technologique à moyen terme : celle du carbure de silicium. Utilisé comme semi-conducteur à la place du silicium, il dope les plages de température et de fréquence sur lesquelles les pièces peuvent travailler. Qu'on se le dise : les transports ne manqueront pas d'arguments de poids.

« DANS LES PARTIESEXTERNES, L'UTILISATION DE MATÉRIAUX COMPOSITES DEVRAIT SE GÉNÉRALISER À L'HORIZON 2015. »Bernard Guieu, D'ALSTOM TRANSPORT

Le gaz n'a pas dit son dernier mot

Il n'y a pas que l'électricité, sur la route. La part belle des carburants alternatifs revient au gaz naturel pour véhicules (GNV) : une trentaine d'agglomérations en alimentent leurs bus en France. Plus propre que le Diesel, le gaz n'est pourtant pas exempt de toute émission nocive. Il devra les réduire à l'échéance de la norme euro 6 en 2014. Seul problème : il n'existe pas de systèmes post-traitement optimisés pour le gaz naturel. Le projet Caravelle, mené par le pôle Lyon Urban Trucks and Buses (LUTB) vise à leur développer des catalyseurs sur mesure. Ils replaceront à moindre coût les modèles adaptés au diesel.

Les 3 défis du bus Watt

Pour passer au tout électrique, le bus doit innover. Exit les packs de batteries énormes, qui l'alourdissent. En guise d'alternative, les fabricants envisagent des bus capables de stocker juste assez d'énergie pour aller d'une station à une autre et d'être rechargés en un clin d'oeil à l'arrêt. Pionnier de ce concept, le démonstrateur Watt, développé en consortium par la société PVI, parie sur la recharge ultrarapide au niveau de l'abribus via un bras robotisé. « En vingt secondes, entre le branchement et la rétractation du bras, la borne doit transférer 1,6 MWh d'énergie électrique. Cela revient à recharger une voiture électrique, qui embarque 20 MWh, en trois minutes seulement », explique Epvre Delquie, directeur marché chez PVI. Un tour de force électrotechnique. Pour y parvenir, les partenaires du projet ont misé sur le couplage de batteries et de supercapacités. Les premières offrent de grandes capacités de stockage, les secondes une grande vitesse de charge et de décharge. Autre point essentiel du cahier des charges : limiter les travaux d'installation en utilisant les infrastructures électriques existantes. L'inauguration de ce démonstrateur est prévue pour la fin de l'année, à Valenciennes.

LE VÉHICULE SE FOND AUSSI DANS LA VILLE

Entre voiture et scooter, une nouvelle génération de véhicules électriques est en gestation. Leur particularité : ils sont pensés pour un usage urbain exclusif. À la clé, des designs ultralégers, modulables, rechargeables sur de simples prises... De quoi soulager le trafic urbain. À condition de rencontrer le succès commercial.

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