La décarbonation des réseaux urbains et interurbains

Premier élément à prendre en considération, la durée de vie intrinsèque des véhicules, en moyenne entre 15 et 18 ans, est à la fois un déterminant et une opportunité majeure pour opérer des ruptures énergétiques. Sur les réseaux urbains, le schéma dominant repose sur l’abandon des motorisations thermiques et le passage à la traction électrique, dont les avantages intrinsèques sont évidents sur des services à arrêts fréquents et avec des vitesses commerciales assez basses.

Dans un premier temps, la rupture a été incarnée par les motorisations hybrides. Elle a finalement tourné assez court, le bilan apparaissant finalement insuffisant par rapport au surcoût d’acquisition, avec une pertinence d’usage décroissante selon le niveau de sollicitation de la partie thermique. Sur les lignes urbaines, avec de nombreuses séquences de démarrage et de freinage, l’hybridation présentait un bilan un peu meilleur que sur des lignes de banlieue, plus rapides. En outre, le fonctionnement réel de ces autobus s’est révélé aléatoire, avec une fonction stop-and-start laissant peu de latitudes de circulation sur les batteries.

Sur le plan du confort, si la disparition de la boîte de vitesses sur la plupart des véhicules, de type hybride série, a été appréciable, son absence a transformé le moteur thermique en génératrice de courant. Plus l’accélération est forte, plus le moteur monte dans les tours, augmentant le bruit – intérieur et extérieur – émis, en montant jusqu’à 2 500 tours / minute (ce qui pour un moteur Diesel de poids-lourds fait beaucoup).

Tout au plus, les autobus hybrides ont donc constitué une courte transition vers des solutions entièrement électriques, mais celles-ci sont astreintes à d’importantes sujétions techniques et fonctionnelles.

Trolleybus classique ou réinventé ?

Ils ont actuellement environ 4 800 en Europe occidentale (Union Européenne + Suisse + Norvège) dans 85 villes. Ils sont plus de 8 000 si on va plus à l’est, jusqu’en Russie. Ce n’est donc anodin, même si c’est bien peu par rapport aux autobus. Il peut donc paraître étonnant de commencer par les trolleybus, mais il y a une raison technique assez évidente. C’est la solution la plus efficace sur le plan énergétique. L’externalisation de l’alimentation l’affranchit totalement des questions d’autonomie, au prix d’une dépendance à une infrastructure. Le trolleybus présente en outre l’avantage d’une large amplitude de service, puisque la source d’alimentation est disponible en permanence. Un véhicule peut sortir à 5 heures du matin et rentrer après minuit sans se poser la question de son autonomie, même si les progrès des bus à batteries en la matière réduisent la portée de cet avantage.

La nécessité d’une infrastructure est souvent opposée, avec en corollaire la question esthétique. Pourtant, le trolleybus sait de longue date s’affranchir des infrastructures nourricières. En 1949, la société Jacquemond avait livré à Lyon 20 trolleybus AGT10, munis d’un accumulateur pour se tirer d’une zone neutre (croisement, aiguillage) ou d’un carrefour après un saut de perche… mais pas plus. Développé après le choc pétrolier de 1973, le Berliet ER100 mis en service à partir de 1977 disposait d’un générateur d’autonomie le faisant évoluer à demi-puissance. Irisbus améliora la technique avec le Cristalis sorti en 2000, introduisant aussi le moteur-roues, mais avec une solution complexe, de surcroît bruyante – un comble pour un véhicule électrique – et une autonomie souvent capricieuse.

Dans les années 1980, plusieurs constructeurs ont développé des véhicules censés être plus polyvalents : ainsi naquit le trolleybus bimode, avec d’abord en 1982 le PER180H de RVI, aux performances équivalentes en électrique et en thermique, au prix d’un alourdissement du véhicule par ce double appareillage. Le PER180H avait été retenu à Nancy, créant de toutes pièces un réseau avec 48 véhicules, ainsi qu’à Grenoble et Saint-Etienne pour compléter le parc d’ER100. Cependant, la bimodalité incitait aussi les conducteurs à rester en mode Diesel… Cette formule avait aussi été adoptée en Suisse à Fribourg avec des véhicules construits par Volvo, Hess et ABB, et à Bâle avec les Neoplan N6020. Ces derniers ont achevé les 3 lignes de trolleybus avec leur fonctionnement erratique et onéreux.

Désormais, les trolleybus IMC « In Motion Charging » disposent de batteries pour circuler hors réseau électrique. La solution est née de travaux universitaires à Zurich, dans le but d’éliminer les moteurs thermiques d’autonomie sur les trolleybus du réseau.

Elle a largement fait école depuis puisque tous les constructeurs européens ont progressivement converti leurs productions à cette solution totalement électrique, incrémentale – par la conversion de lignes de bus ayant des sections déjà dotées de bifilaires – et neutralisant la perte de performance auxquels les trolleybus étaient jusqu’à présent astreints en autonomie (sauf les cas bimodes, dont on a vu qu’ils n’avaient guère été couronnés de succès)

A ce stade, environ 40 % d’une course peut être effectuée en autonomie. Ce peut être l’occasion de rationaliser les installations fixes, pour se contenter de sections « simples » évitant les complexes de bifilaires, pour réduire les coûts de possession de l’infrastructure. Cependant, ces sections peuvent aussi être communes à plusieurs lignes, présentant donc un intérêt non négligeable pour le fonctionnement du réseau.

En revanche, jusqu’alors, les trolleybus classiques renvoyaient du courant dans le réseau d’alimentation, par exemple dans les parcours en descente, par le biais de la récupération, au profit des véhicules montants. Désormais, les trolleybus sont un peu plus égoïstes puisqu’ils s’occupent surtout de recharger leurs batteries lorsqu’ils circulent perches aux fils. Les logiques d’implantation des lignes aériennes peuvent être parfois étonnantes : c’est le cas par exemple à Lyon sur la récente ligne TB12.

Malheureusement, le trolleybus souffre d’être une solution existante, largement éprouvée, soumettant les décideurs et les exploitants à quelques sujétions (les infrastructures). En France, les développements ne concernent que des réseaux historiques. Même Nancy n’est pas vraiment une nouveauté : c’est un retour en 1982. En Europe, il a du mal à consolider ses positions (cas extrême à Moscou, où le démantèlement politique a été mené en un temps record). En France, outre les développements lyonnais, c’est le statu-quo à Limoges. En revanche, le réseau stéphanois revient de loin et connaît un renouveau discret mais efficace.

Sur le plan industriel, les constructeurs sont assez nombreux. En Europe occidentale, Hess domine le secteur en s’appuyant sur son implantation suisse. Malgré la faillite de Van Hool, restent encore plusieurs candidats venant d’Europe centrale : Solaris et SOR notamment. Iveco Bus a pourtant produit des Crealis 18 pour Limoges et Bologne, peu répandus (56 exemplaires) en dépit de leurs qualités et de leur adossement à des productions largement répandues (sur base Urbanway). Les constructeurs turcs semblent aussi poindre, comme Bozankaya.

Pourtant, comme on va le voir dans la suite de ce dossier, le trolleybus pourrait faire valoir de solides arguments même face aux autobus électriques.

La charge lente pour une solution sans infrastructures en ligne

Le besoin d’une infrastructure, considérée comme un handicap de surcroît inesthétique, trouve une échappatoire avec l’essor des autobus électriques avec batteries d’accumulateurs de composition et fonctionnement variés. La principale alternative réside entre un véhicule à charge lente hors période d’exploitation commerciale, donc la nuit au dépôt, ou un véhicule à recharge en ligne et/ou aux terminus. La différence porte sur le nombre et la masse de batteries embarquées. Cette solution constitue la transition la plus directe des motorisations thermiques vers l’électricité.

L’option « charge lente » implique que le véhicule puisse accomplir une journée de service sans recharge, ce qui serait source de parcours à vide supplémentaires, donc de coûts d’exploitation plus importants, par les kilomètres improductifs et le besoin accru en matériel roulant et en personnel de conduite pour assurer le service. Elle dépend donc de l’évolution de la performance des batteries, puisque l’espace est mesuré, la masse d’emport aussi. En 2026, avec une puissance embarquée d’environ 700 kWh, un véhicule peut atteindre – en conditions optimales – une autonomie de 400 km, ce qui laisse présager d’une large possibilité d’utilisation même en plein hiver dans des contrées aux températures basses, les batteries n’aimant pas le froid.

Charge rapide : un fort rapprochement avec le trolleybus

Dans ce cas, les véhicules ne sont pas capables d’assurer leur journée de service sans recharge intermédiaire, et sont donc tributaires de bornes de recharge implantées évidemment au dépôt mais aussi aux terminus voire à certains arrêts intermédiaires selon les modalités techniques retenues. Le véhicule dispose donc du même avantage – théorique – que le trolleybus quant à son amplitude d’utilisation, puisqu’il peut se recharger pendant son service commercial.

L’argument pourrait perdre de sa portée avec l’augmentation de l’autonomie des véhicules. Néanmoins, la recharge pendant le service commercial réduit structurellement le besoin en accumulateurs : pour un matériel urbain, l’essentiel est de pouvoir aller d’un terminus à l’autre, soit 15 à 20 km le plus souvent, et avec une charge intermédiaire dans le cas de lignes plus longues. Conséquence, le nombre de batteries à embarquer diminue, la masse de l’autobus aussi. Ce n’est pas un mince avantage, car l’alourdissement des véhicules augmente la sollicitation de la voirie avec l’orniérage aux arrêts et de la structure de la caisse, du fait du rehaussement du centre de gravité, avec une partie des batteries en toiture. Pour compenser la masse accrue par les batteries, il faut… plus de batteries, soit en nombre soit en qualité, ce qui se répercute sur le poids mort du véhicule. Bref, de fait, maîtriser la masse est nécessaire pour le système complet.

La charge rapide en service commercial rapproche donc fortement cette solution du trolleybus moderne, qui lui, peut désormais s’affranchir de lignes aériennes sur environ 40 % d’un parcours. D’ailleurs, TOSA, la solution pionnière de ce type développée par Hess et ABB, signifie « Trolleybus à Optimisation du Système d’Alimentation ». Tout est dit.

Outre la solution TOSA par Hess et ABB, la plupart des constructeurs ont développé des solutions avec recharge en exploitation, aux arrêts et aux terminus. A ce stade, les autobus articulés ou bi-articulés restent encore souvent proposés en charge rapide afin de ne pas alourdir encore un peu plus le véhicule du fait du besoin accru en batteries. Ici encore, leur évolution pourrait être déterminante, mais éviter de trop alourdir un véhicule n’est de toute façon pas une mauvaise orientation.

Seule différence : le couple perches + bifilaires est parfaitement interopérable, alors que les bornes de recharge créent une forme de dépendance industrielle selon les dispositifs : le pantographe est-il intégré à la borne ou au véhicule ? Les réseaux doivent donc faire un choix préalable qui se révèlera assez durable. Le dédoublement des bornes aux terminus peut être nécessaire selon les fréquences, puisqu’une borne ne peut évidemment recharger qu’un seul véhicule à la fois. Enfin, elles sont malgré tout peu esthétiques, réduisant la portée de l’argument (in-)esthétique des lignes aériennes…

En ce sens, le trolleybus nouvelle génération conserve encore des avantages évidents. L’interface de recharge est non seulement standardisée donc parfaitement interopérable, autorisant la diversification des fournisseurs. Etant opérationnelle en ligne, elle permet donc d’alimenter en même temps plusieurs véhicules, même aux terminus.

Autre solution émergente mais pour l’instant de portée limitée : l’alimentation par le sol, déclinant la solution adoptés à Nice sur les lignes 2 et 3 des tramways, avec recharge aux arrêts. Des plots au sol sont installés aux terminus et certains arrêts intermédiaires. La solution a été appliquée sur la ligne TZen4 entre Viry-Châtillon et Corbeil-Essonnes. Ile-de-France Mobilités avait commandé les véhicules à Van Hool (Exquicity 24 mètres), rechargés par le système SRS d’Alstom. Après la faillite de Van Hool, Hess a été chargé de terminer la construction de ces véhicules qui resteront uniques.

Bus électrique : à quel coût ?

Le tableau ci-dessus repose sur une durée de vie moyenne uniformisée de 15 ans, ce qui paraît objectivement pessimiste pour les véhicules électriques, car ceux-ci peuvent en principe tenir au moins 20 ans, du fait d’une moindre sollicitation des caisses (moins de vibrations liées au moteur thermique et à la boîte de vitesses). Pour les trolleybus, dans les faits, la durée de vie moyenne atteint plutôt 25 ans.

Néanmoins, le trolleybus continue de jouer un rôle marginal, du moins en Europe occidentale (4 800 véhicules, rappelons-le), hormis quelques exceptions : évidemment en Suisse, dans certaines villes italiennes et en Europe centrale. Notons son retour progressif à Prague et les développements prévus à court terme à Arnhem, déjà relatés par Quai numéro 2.

Une tension sur les livraisons : un boulevard pour l’industrie chinoise ?

La conversion à la traction électrique se heurte désormais à des problèmes de livraisons qu’on pensait conjoncturels mais qui deviennent manifestement structurels, d’autant qu’ils ne sont pas seulement français mais européens voire mondiaux. Certains réseaux essaient de contourner cet obstacle en élargissant le champ des constructeurs chinois, y compris jusqu’aux entreprises chinoises, malgré les délais inhérents aux importations et les potentielles dépendances technologiques.

Deux conséquences à cette crise. La première est de faire durer les parcs existants, puisque les commandes n’arrivent pas dans les délais contractuels, avec des véhicules fatigués, finissant par dégrader l’image – déjà difficile – de l’autobus. La seconde incite les autorités organisatrices à se détourner des solutions électriques et de redécouvrir les motorisations thermiques « à moindres émissions » comme le biogaz.

Liaisons interurbaines : un terrain pour les transformations ?

Sur les lignes interurbaines, la progression des motorisations électriques est beaucoup plus lente car l’autonomie disponible reste encore insuffisante par rapport aux besoins de l’exploitation habituels des autocars. Aujourd’hui, le seuil des 400 km est atteint avec 500 kWh embarqués. Cependant, pour l’instant, il n’y a pas de véhicule avec recharge en ligne, peut-être en raison de la hauteur accrue qui deviendrait problématique, la limite étant fixée à 4 m, laissant 50 centimètres de marge par rapport à la hauteur des véhicules thermiques.

Certaines fonctionnalités peuvent aussi être affectées comme la capacité pour les bagages en soute. Les motorisations thermiques au biogaz voire aux biocarburants, ont en revanche nettement progressé, compte tenu d’une transition plus simple et plus économique à mettre en œuvre, donc plus accessible notamment pour des entreprises de faible taille. Certains constructeurs tentent de reconvertir les solutions hybrides sur les autocars interurbains, mais le niveau sonore associé à des moteurs thermiques fonctionnant en générateur de courant est-il acceptable sur de longs trajets ? Une hybridation parallèle, en plus du couple moteur – boîte de vitesses – serait alors peut-être préférable.

C’est en revanche dans ce domaine que les transformations de véhicules existants ont été engagées (puisque désormais homologuées) même si des démonstrations ont aussi eu lieu sur des autobus urbains. Elles portent sur :

• le passage du gazole au biogaz de moteurs thermiques existants adaptés,
• la conversion à l’électrique avec batteries mais donc à ce stade pour des parcours de longueur moyenne,
• des solutions couplant pile à combustible et batteries, avec une modulation de l’équilibre entre la puissance délivrée par la pile et les batteries selon les usages attendus.

Autre facteur à ne pas négliger : les véhicules électriques sont plus lourds, sollicitant encore un peu plus les chaussées avec un effet d’orniérage très sensible aux arrêts. Sur les véhicules à plancher bas, les batteries se retrouvent majoritairement en toiture, rehaussant significativement le centre de gravité des véhicules, exerçant donc des efforts accrus sur leur structure.

En conclusion, hormis pour les motorisations thermiques au gaz, toutes les solutions d’électrification nécessitent d’embarquer un stockage d’énergie à bord. Au-delà des critères techniques et économiques objectifs, la sélection s’effectuera donc sur l’acceptabilité d’infrastructures sur l’espace public, qu’il s’agisse de bornes de rechargement ou des bifilaires pour trolleybus. Si cette dernière solution présente l’avantage d’un rendement maximal, elle est pénalisée par une faible notoriété et la nécessité d’une pensée à long terme du besoin d’infrastructures.

Hydrogène : au stade de l’expérimentation

Compte tenu du coût de possession présenté ci-avant par la CATP, le bus à hydrogène n’a guère le vent en poupe dans les faits même s’il conserve quand même encore une certaine cote de popularité dans les discours politiques. Pau avait voulu innové avec son BHNS exploité avec des Van Hool Exquicity avec pile à combustible alimentée en hydrogène. Triple peine, avec une solution coûteuse, d’autant plus que l’hydrogène arrivait par camion (avec moteur Diesel…) et produite par un industriel qui a depuis fait faillite ! L’annonce de leur arrêt agite la chronique béarnaise, mais la décision la plus contestable est plutôt la première, le fait de choisir ce type de motorisation, que celle d’arrêter les frais…

Un regain temporaire pour les décarbonations partielles ?

La combinaison du coût des solutions électriques, des délais de conversion, de livraison des véhicules et de leurs domaines d’aptitude a finalement eu pour conséquence de requestionner la place des motorisation thermiques au gaz avec le développement de filières locales de biométhanisation. Le coût de possession est le plus bas de la comparaison de la CATP, les tensions sur la production de véhicules sont nettement moindres et les émissions réduites d’au moins 75 % par rapport à un fonctionnement au gazole. En 2015, la stratégie francilienne visait 2/3 de véhicules électriques et 1/3 au gaz. C’est aujourd’hui quasiment l’inverse. On peut aussi noter que Lyon, bien que capitale française du trolleybus (du moins en théorie) a aussi converti de nombreuses lignes au biogaz pour réduire la dépendance au gazole.

Quant au « retrofit », il demeure encore très limité, d’autant que la filière est encore émergente, probablement dans l’incapacité d’encaisser à court terme des demandes massives de grands réseaux comme l’Ile-de-France.

La deuxième partie de ce dossier sera consacré aux transports ferroviaires, avec des solutions techniques assez voisines mais aux modalités et domaines d’application différents par la nature des convois, les distances parcourues, les vitesses et les masses déplacées.

Pour aller plus loin sur les réseaux urbains, consultez le sommaire de nos dossiers en France et en Europe…

2 octobre 2026