Bus électrique : fonctionnement et développement du marché européen
Paris, 01 août 2019
Ayant pour source d’énergie l’électricité, les bus électriques se développent dans les milieux urbains et séduisent de plus en plus de villes en Europe. En France, la loi de transition énergétique pour la croissance verte de 2015 impose par exemple aux opérateurs de transports de renouveler l’ensemble de leur flotte de bus, en les remplaçant par des modèles à faibles émissions de gaz à effet de serre. Les bus électriques sont une des réponses possibles à cette problématique sans oublier les véhicules bio GNV ou hybrides bio GNV.
Alors comment fonctionnent les bus électriques ? Quels sont les avantages du développement de la motorisation électrique dans le secteur des transports publics ? Et comment la mobilité électrique se développe-t-elle en France et en Europe aujourd’hui ?
Fonctionnement et avantages des bus électriques
De plus en plus de bus électriques circulent au sein des métropoles et des grandes villes de province. Comment fonctionnent-ils et quels sont les avantages de ce nouveau type de transport en commun ?
Batteries et systèmes de recharge : comment fonctionne un bus électrique ?
Depuis plusieurs années, différentes avancées techniques et technologiques favorisent le développement de la mobilité électrique dans le monde. Le secteur des transports en commun électriques profite également de ces progrès (notamment évolution technologique des batteries dont la densité énergétique et le refroidissement) et plusieurs nouveaux modèles de bus électriques apparaissent régulièrement sur le marché.
Bus électriques et bus hybrides : quelle différence ?
Apparus en France en 2009, les bus hybrides en production de série fonctionnent à l’aide de deux moteurs : un moteur thermique (diesel ou GNV) et un moteur électrique. Ce système de double moteur permet de réduire la consommation de carburant, sans pour autant l’éviter totalement.
Les autobus électriques sont quant à eux équipés de batteries et d’un ou plusieurs moteurs électriques. Ce(s) moteur(s) est/sont alimenté(s) par l’énergie électrique stockée dans les batteries embarquées ou produite par une pile à combustible.
Contrairement aux trolleybus, les bus électriques possèdent leur propre réserve d’énergie : leur fonctionnement ne nécessite pas l’intervention d’un circuit d’alimentation (de type caténaire) sauf ceux nécessitant une recharge par opportunité (pantographe montant ou descendant). Ils fonctionnent uniquement à partir de l’électricité stockée dans les batteries ou produite par la pile à combustible.
Les différentes catégories de bus électriques
Véhicule de type autobus qui fonctionne grâce à l’utilisation d’énergie électrique, le bus électrique permet d’assurer le transport de voyageurs.
Pour répondre aux différents besoins des opérateurs de transport qui souhaitent se convertir à l’électromobilité, plusieurs types de bus électriques sont aujourd’hui commercialisés :
- des navettes électriques pouvant accueillir une vingtaine de passagers maximum ;
- des bus « classiques » de 8 à 10 mètres, pouvant transporter entre 30 et 80 passagers ;
- des bus de 12 mètres de long, avec environ 90 places ;
- des bus articulés permettant de transporter encore plus de personnes ;
L’autonomie, le mode de charge et la capacité de stockage doivent également être soigneusement étudiés au moment du choix de l’autobus électrique. En effet, ces éléments ont un impact sur la capacité d’accueil du moyen de transport : plus l’autonomie de l’autobus est importante, plus les batteries sont volumineuses et plus la capacité d’accueil est réduite.
Fonctionnement et autonomie
Comme leurs homologues thermiques, les autobus électriques fonctionnent grâce à une chaîne cinématique entraînée par un ou plusieurs moteur(s) électrique(s), lui-même alimenté par des batteries d’accumulateurs ou une pile à combustible.
Le stockage de l’énergie se fait aujourd’hui dans des batteries lithium-ion, qui présentent une densité massique plus élevée, ou des batteries solides type LMP ayant une durée de vie supérieure. Les bus 100% électriques eCitaro Mercedes Benz sont actuellement alimentés en énergie grâce à des batteries lithium-ion. Elles peuvent être rechargées au dépôt ou grâce à des solutions de recharges intermédiaires. Une deuxième génération de batteries est en cours de développement pour augmenter l’autonomie ainsi que seconde technologie de type LMP.
Même si elles restent plus volumineuses qu’un réservoir de carburant, les batteries des bus électriques sont aujourd’hui plus discrètes et peuvent offrir une autonomie de près de 200 kilomètres. En effet, l’autonomie des bus électriques est également prolongée grâce à un système de récupération d’énergie cinétique pendant les phases de freinage ou de réduction de la vitesse du véhicule.
Ces moteurs électriques permettent aux bus d’atteindre une vitesse de 70 km/h ou plus. Ils sont ainsi parfaitement adaptés à un usage urbain. Plusieurs recherches en cours visent à améliorer l'autonomie des batteries et à diminuer leur temps de charge.
Systèmes de charge
Plusieurs solutions de charge sont aujourd’hui proposées :
- la charge au dépôt ou au terminus de la ligne : solutions simples et économiques, les bornes de charge à la station ou au dépôt permettent de recharger les bus électriques pendant la nuit. En cas de besoin supplémentaire pendant la journée, une borne de charge rapide peut être installée au terminus de la ligne
- la charge complémentaire en ligne : le véhicule récupère assez de l’énergie aux arrêts, et ne doit pas nécessairement être équipé d’une batterie de grande capacité de stockage. Ultra-rapide, la charge s’effectue pendant que les passagers montent ou descendent du véhicule, avec par exemple :
- un pantographe montant ou descendant peut enfin venir se déployer au-dessus du bus électrique, dès qu’il arrive devant la station.
D’autres solutions sont à l’étude actuellement, pour permettre aux collectivités locales de convertir facilement leur flotte de véhicules de transport en commun. Couplé à une batterie électrique, l’hydrogène permet par exemple d’améliorer l’autonomie du bus électrique.
Les avantages de l’électromobilité
Comme les autres moyens de transport électriques, individuels ou collectifs, le bus électrique présente plusieurs avantages :
- un faible impact écologique et environnemental : la protection de l’environnement est en effet le premier argument avancé lorsque l’on évoque la mobilité électrique. N’étant à l’origine d’aucune émission de CO2, de particules fines ou de fumée locales, l’électromobilité est une technologie propre, et aujourd’hui l’une des principales solutions permettant de lutter contre la pollution de l’air et le réchauffement climatique. Même s’il n’est pas nul (la production d’électricité est à l’origine d’émissions de gaz à effet de serre), le bilan carbone global d’un bus électrique sur son cycle de vie est avantageux.
- un confort d’utilisation et l’absence de pollution sonore pendant les phases de circulation : silencieux et sans embrayage, le bus électrique offre un certain confort, tant à son conducteur qu’à ses passagers. Son utilisation généralisée dans certains milieux urbains permet d’améliorer de manière significative la qualité de vie des habitants.
- une énergie moins chère : en plus d’offrir un meilleur rendement énergétique, l’utilisation d’énergie électrique représente un coût moins élevé que la consommation de carburants fossiles.
- un accès à certaines aides financières pour accompagner le développement de l’électromobilité avec, notamment le programme MoéBUS financé par le dispositif des Certificats d’Economie d’Energie (CEE).
Le bus électrique, une solution d’avenir
Depuis l’apparition des trolleybus au XIXème siècle, les solutions de transports en commun électriques se sont multipliées et développées au cours des dernières années. Zoom sur l’état du marché de la mobilité électrique en France et en Europe.
Trolleybus, gyrobus et bus hybrides : l’apparition des premières solutions de transport électrique
Les trolleybus sont les premiers transports en commun électriques à faire leur apparition en Europe. Développés en Allemagne au XIXème siècle, ils fonctionnent à l’aide de deux caténaires, des câbles porteurs et des fils conducteurs d’électricité, qui captent le courant d’une ligne aérienne à contact bi-filaire. Les trolleys sont alimentés en énergie électrique et fonctionnent sans émettre de particules polluantes dans l’air. Nécessitant l’installation d’un réseau de câblage sur tout le parcours du trolleybus, son usage reste limité.
Permettant de stocker l’électricité par inertie (dans leur volant), de manière temporaire, le gyrobus est alors inventé. Parallèlement, certains trolleybus sont équipés d’un moteur thermique, qui leur permet de quitter leur parcours câblé : c’est l’apparition des premiers bus hybrides.
Développé ensuite avec un système de double moteur (un moteur électrique et un moteur thermique), les bus hybrides sont plus propres que les bus thermiques et plus indépendants que les trolleybus. Ces derniers ont d’ailleurs quasiment disparu ; en France, on en trouve encore à Limoges, Lyon (la ville est équipée de 9 lignes de trolleybus) et Saint-Etienne.
Les bus électriques équipés de batteries apparaissent sur le marché ensuite dans les années 1990. Plus propres et plus silencieux que leurs homologues thermiques, ils possèdent leur propre réserve d’énergie et sont indépendants de tout système de câblage ou circuit d’alimentation.
Depuis de nombreuses années, le secteur des transports publics inclut ainsi la technologie électrique dans sa stratégie de développement. Fonctionnant à l’électricité, des centaines de lignes de tramways et de métros équipent déjà plusieurs grandes villes françaises et européennes. Les bus électriques sont donc naturellement amenés à se développer dans les milieux urbains.
Le développement de la mobilité électrique en France et en Europe
En France, la « loi sur la transition énergétique et pour la croissance verte » de 2015 vise à développer les transports propres pour améliorer la qualité de l'air et protéger la santé des citoyens. Pour cela, la loi favorise le développement de la mobilité électrique en France : les opérateurs de transport qui gèrent une flotte d’au moins 10 véhicules doivent renouveler leurs bus et autocars, pour proposer uniquement des moyens de transport à faibles émissions.
Les batteries développées et commercialisées pour les bus électriques sont de plus en plus durables et performantes. L’ eCitaro, bus 100% électrique Mercedes-Benz , sera prochainement proposé avec de nouvelles batteries solides, fournies par Blue Solution (groupe français Bolloré). L’eCitaro vient compléter l’offre hybride déjà présente : le bus propose une capacité d’accueil d’environ 90 personnes dans sa version standard et autour de 135 / 140 personnes en version articulée. Il embarque deux moteurs roues électriques et jusqu’à douze modules de batteries.
Novateur et récompensé par le prix espagnol du « Bus of the Year 2019 » ainsi que par le prix « Sustainable Bus Awards 2020 » dans la catégorie des véhicules urbains remis à Bruxelles en octobre 2019, le bus électrique eCitaro complète la stratégie énergétique de Daimler Buses, dont l’activité est représentée en Europe par l’entreprise EvoBus. En plus d’offrir un nouveau design extérieur, le bus électrique propose un nouvel aménagement et une nouvelle esthétique intérieure, ainsi qu’un mode de propulsion entièrement électrique.
Dans un objectif de développement et d’accélération des solutions de mobilité électrique, les bus eCitaro de Daimler ont été testés dans plus de 14 pays européens et sont actuellement mis en exploitation dans toute l’Europe.
