Routes électriques : une alternative crédible ?

Le transport routier est le mode d’acheminement le plus émetteur de polluants dans l’air : en France il représente entre 65 et 100 % de l’ensemble des émissions du secteur en fonction des polluants. Pour le décarboner, plusieurs solutions sont envisagées, mais aucune ne se dégage clairement. Les biocarburants ne peuvent être utilisés que temporairement car ils ne permettent pas d’atteindre le zéro carbone en 2050 comme l’envisage la Stratégie nationale bas carbone (SNBC). Le bioGNV est intéressant mais pose un problème : il n’y aura pas assez de ressources car il entrera en compétition d’usage avec le résidentiel et l’industrie. Quant à l’hydrogène (H2), la France est loin de disposer d’assez de capacité de production décarbonée pour produire cette molécule massivement. Le H2 sera donc prioritairement utilisé dans l’industrie ou l’aviation. De plus, il nécessite trois fois plus d’énergie électrique sur l’ensemble du cycle de production-consommation que la solution électrique-batterie lorsqu’il est produit par électrolyse de l’eau.

Quant au ferroutage, malgré ses immenses qualités environnementales, force est de constater qu’il peine à s’imposer. Sa part modale en tonnes-kilomètres est de l’ordre de 7 %. Cela s’explique notamment par des problématiques économiques, pour l’offre comme pour la demande. Ainsi, le ferroutage représente une rentabilité insuffisante pour la SNCF et les tarifs pratiqués restent supérieurs à ceux de la route pour les transporteurs. En outre, le ferroutage impose de réorganiser la filière logistique. Reste l’électrique… Mais cette motorisation a deux limites intrinsèques en matière de transport de longue distance : les batteries nécessaires pour offrir une autonomie comparable à la technologie diesel sont chères et lourdes. Ainsi, elles diminuent de plusieurs tonnes la charge utile d’un camion de 44 tonnes. Pour s’affranchir de ces limites, une idée fait son chemin depuis quelques années : le système de route électrique (ERS) qui propulse et recharge les véhicules en même temps.

Appel à projets en France

L’ERS permet de décarboner le transport routier de longue distance alors que l’électricité se verdit progressivement en Europe. Elle présente également un excellent rendement énergétique, une alimentation continue qui ne dégrade pas les conditions d’exploitation des camions, un besoin limité de bornes de recharge et une diminution significative de la taille des batteries des poids-lourds (PL) qui roulent sur de longs trajets : de 1 200 kWh pour un PL à batterie longue autonomie, elle passe à 400 kWh pour un PL sur ERS. « L’ERS permet de diviser par quatre la taille des batteries ce qui permet d’emporter plus de marchandises. Pour le reste, il n’y a pas de changements majeurs à opérer sur les camions », explique Nicolas Hautière, chercheur et directeur du département Composants et Systèmes de l’Université Gustave Eiffel. La possibilité d’emporter davantage rend cette technologie potentiellement intéressante pour les transporteurs. Toutefois, les projets sont encore très rares et restent pour l’instant au stade de l’expérimentation.

En Europe, ce sont surtout l’Allemagne et la Suède qui ont pris de l’avance. Les deux États sont les seuls à mener des tests sur route ouverte sur le Vieux Continent. La France souhaite aussi se lancer. « Dans le pays, le sujet a pris de l’ampleur à la fin de l’année 2019. Le ministre des Transports de l’époque M. Jean-Baptiste Djebbari a demandé trois rapports sur ce thème*. Leur écriture a fédéré un peu plus d’une centaine d’acteurs du transport au sein de trois groupes de travail. Ils ont été rendus publics en juillet 2021 », raconte Pierre Chaniot, directeur adjoint du département mobilité au Cerema Méditerranée. À la suite de cet important travail, les acteurs de la filière ont proposé la mise en œuvre d’au moins un appel à projets pour expérimenter à grande échelle les ERS et éclairer la puissance publique sur leur pertinence. Celui-ci a été réalisé grâce au quatrième Programme d’investissements d’avenir (PIA 4). Doté d’une enveloppe de 20 milliards d’euros, il prévoit un volet pour financer de telles expérimentations. Les dossiers sont en cours d’instruction. La mise en œuvre de sites d’expérimentations doit aider les autorités à choisir entre plusieurs technologies en développement.

La caténaire en avance

L’ERS rassemble trois familles de technologies. Celle par caténaire est la plus simple à mettre en œuvre car elle est maîtrisée depuis la fin du xixe siècle dans le ferroviaire. Elle consiste à installer une ligne à haute tension au-dessus de la route grâce à des pylônes. Le toit du camion est équipé d’un pantographe qui peut se déployer pour capter l’électricité, puis se rétracter pour permettre au véhicule de circuler sur des routes non équipées. L’avantage principal de cette technologie est sa maturité technologique. De plus, outre l’installation de pylônes, l’intrusion dans la chaussée est assez faible, ce qui a le mérite de ne pas fragiliser la route.

Mais des doutes subsistent, en particulier sur la sécurité. « Sur une autoroute très fréquentée comme l’A1 ou l’A9, des milliers de poids lourds peuvent circuler chaque jour, contrairement à une ligne ferroviaire sur laquelle les passages de train sont bien plus espacés. Le comportement physique d’un camion étant beaucoup moins rigide que celui d’un train (pneumatiques, suspensions), les nombreux passages de camions solliciteraient davantage la caténaire. Une rupture en heure de pointe pourrait avoir des conséquences catastrophiques sur l’exploitation d’une autoroute. Que se passerait-il par ailleurs si un camion se renversait et emportait un pylône dans sa chute ? », s’interroge Pierre Chaniot. De plus, les caténaires pourraient gêner les secours par hélicoptère. Enfin, si ce système est adapté aux camions, il n’est pas pertinent pour les voitures.

Malgré ces interrogations, cette technologie est déjà testée sur route ouverte en Allemagne. Trois sites ont été retenus. C’est Siemens qui est à l’origine de ces projets. Celui situé dans le Bade-Wurtemberg a été inauguré en juin 2021, sur la route fédérale B 462 entre Kuppenheim et Gaggenau. Cinq camions équipés de pantographes testent actuellement l’installation le long du parcours de 3,4 kilomètres. « C’est une étape importante pour prouver la maturité opérationnelle du système et pour acquérir une expérience pratique supplémentaire avant un déploiement plus large », se félicite Hasso Grünjes, responsable du projet eHighway chez Siemens Mobility. Le Groupe allemand ambitionne de mettre en œuvre de nouvelles ERS prochainement sur l’autoroute fédérale A5 près de l’aéroport de Francfort et sur l’A1 entre Reinfeld et Lübeck. La Plateforme nationale pour l’avenir de la mobilité recommande d’équiper de caténaires 300 km d’autoroutes d’ici la fin de l’année Outre-Rhin. Elle suggère d’électrifier un total de 4 000 km d’ici 2030 pour atteindre l’objectif de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) dans les transports de 40 % que le pays s’est fixé.

Plusieurs technologies basées sur le rail

La solution APS (alimentation par le sol) propose d’alimenter les véhicules via un rail inséré dans une engravure réalisée dans la chaussée. Les véhicules sont équipés de patins pour récupérer l’électricité. Le grand avantage de cette solution est son interopérabilité : elle peut alimenter les voitures individuelles comme les poids lourds. « En étant compatible avec plus de véhicules, l’équilibre financier du système pourrait être amélioré. Cette solution présente également un intérêt environnemental et financier majeur. En effet, ce type d’ERS permet d’éviter " la course à la grosse batterie " qui est en train de se mettre en place pour l’électrification des véhicules légers. Cette course induit une consommation importante de matériaux critiques (nickel, cobalt et lithium notamment). Grâce à l’ERS, la taille des batteries pourrait être plus modeste, ce qui amoindrirait la contrainte sur les ressources tout en conservant la même autonomie », détaille Pierre Chaniot.

Cette technologie soulève toutefois quelques doutes sur l’adhérence et la sécurité des deux roues. L’insertion d’un rail dans la chaussée pourrait par ailleurs la fragiliser et induire des contraintes opérationnelles supplémentaires lors du renouvellement de la couche de roulement. En France, Alstom est spécialiste de l’APS, qu’il a mis en œuvre depuis vingt ans pour le tramway de Bordeaux, puis à l’étranger. Sa solution repose sur deux rails parallèles affleurant, l’un pour l’amenée de courant et l’autre pour le retour. Les rails sont inclus dans une tranchée de 7 cm de profondeur et 50 cm de large. Le courant est délivré au passage d’un véhicule, qui peut se déporter de 50 cm autour de la position médiane sans coupure électrique. « Il n’y a pas de démonstration de l’efficacité de ce type de système à haute vitesse sur des autoroutes mais il peut être plus adapté aux transports en commun », estime Nicolas Hautière.

Pour ajuster ce système à des bus, le groupe français mène des essais à Malaga, en Espagne. Un bus électrique Linkker de douze mètres circule sur une ligne gérée par EMT, l’opérateur de transport local. En Suède, deux projets concurrents sont menés. Elonroad se caractérise par l’usage d’un unique rail segmenté en surface. Sous le véhicule, trois contacts, alignés les uns derrière les autres, récupèrent alternativement les polarités positive et négative. Elways mise plutôt sur un rail d’alimentation creux, dans lequel s’insère un ergot monté au bout d’un bras articulé sous le véhicule.

L'induction en retard

La troisième voie se fonde sur le principe de l’induction. Cela consiste à insérer des bobines émettrices dans la chaussée et des bobines réceptrices sous le véhicule. Une fois mises en place, elles sont totalement cachées. L’induction propose aussi, comme la conduction, l’interopérabilité. De plus, elle ne pose aucun problème de sécurité routière. Cependant, cette solution a beaucoup d’inconvénients. Elle souffre d’abord d’un manque de puissance. « Elle recharge les véhicules légers et les propulse mais pas les camions car ils nécessitent un apport de puissance de l’ordre de 300 à 400 kW. Or, les puissances proposées par l’induction ne dépassent pas les 200 kW pour l’instant. De plus, dès que le véhicule s’éloigne un peu de l’axe principal de la voie, le rendement électrique se dégrade rapidement contrairement aux deux technologies précédentes », pointe Pierre Chaniot. L’induction présente un autre écueil : pour être déployée à grande échelle, elle nécessiterait des quantités de cuivre colossales. Enfin, elle pourrait poser un problème sanitaire, à cause des rayonnements induits par des boucles de forte puissance.

En Italie, Electreon a construit un circuit d’un kilomètre de long équipé de bobines de recharge implantées dans l’asphalte. De décembre 2021 à juin 2022, l’entreprise israélienne a expérimenté le ravitaillement de véhicules en électricité grâce à l’induction. Chaque segment de bobines transfère 25 kW au véhicule. Le système est modulaire. Une bobine réceptrice suffit sur les voitures et quatre à huit sont nécessaires pour mouvoir et recharger des véhicules plus lourds. Pour montrer que son système peut convenir à des véhicules très variés, Electreon a mené ses essais avec une Fiat 500 et un autobus Iveco. Mais des doutes subsistent sur la capacité de cette technologie à déplacer un poids-lourd chargé. Le projet coréen WiPowerOne de KAIST est plus modeste. Pour le moment, il n’existe qu’une piste de démonstration de 60 m à Dubaï.

Un chantier pharaonique

Si l’appel à projets se révèle concluant, il faudra alors réfléchir au déploiement à grande échelle de l’ERS. Quelles routes privilégier ? « En France, il est plutôt envisagé de mettre en œuvre l’ERS sur autoroute. La moitié du réseau, soit 5 000 km, serait envisageable d’un point de vue économique d’ici 2030. Le cœur de cible est le camion de marchandises sans pour autant exclure que les véhicules individuels puissent s’y recharger », résume Nicolas Hautière. Les tronçons d’autoroute les plus fréquentés seraient privilégiés pour des économies d’échelle. Ce réseau pourrait selon certains calculs être plus ambitieux à horizon 2035. « Lors des groupes de travail, la taille du réseau optimal pour réduire celle des batteries tout en limitant l’investissement nécessaire en matière d’infrastructures a été modélisée. Si seuls les poids-lourds sont équipés, ce réseau atteindrait 9 000 km. L’intégration des voitures porterait sa taille nécessaire à 15 000 km », précise Pierre Chaniot.

Compte tenu des immenses distances à équiper et de la nouveauté de ces technologies, le coût d’un tel chantier serait important. Pour aménager les 9 000 km envisagés en 2035, il serait nécessaire de débourser entre 30 et 36 milliards d’euros pour une solution conductive (caténaire ou alimentation par le sol). « Il faudrait théoriquement installer vingt chantiers mobiles tous les 250 km en France pendant quatre ans qui se déplaceraient de 500 à 800 m par jour », précise Pierre Chaniot. Quels acteurs seraient prêts à débourser de telles sommes et à gérer de telles installations ? Le modèle envisagé serait concessif. Il pourrait être notamment porté par les concessionnaires autoroutiers. Mais, sans aides publiques au départ, il paraît difficile de lancer un projet de cette envergure. Pourtant, l’ERS pourrait être rentable sous certaines conditions. Selon le rapport du GT1*, la solution conductive est viable à partir du moment où le prix de l’électricité dépasse 0,15 €/kWh, y compris si elle n’est réservée qu’aux poids-lourds.

L'ERS doit faire vite

En dépit de ses possibles atouts, l’ERS doit rapidement émerger si elle ne veut pas rester indéfiniment au stade de concept. L’Union européenne (UE) a fixé un objectif de réduction des GES de 30 % en 2030 par rapport à 2005 dans le secteur des transports. Elle a besoin d’une solution prête pour les camions neufs à cette échéance. Ce délai extrêmement court ne joue pas en faveur de l’ERS. « Les premiers tronçons devraient être déployés d’ici 2030. Dans le cas contraire, cette technologie ne sera peut-être plus nécessaire si d’autres technologies apparaissent ou si les marchandises sont transférées massivement vers le train », avertit Nicolas Hautière.

* Groupe de travail n°1 : Décarboner le transport routier de marchandise par l’ERS, enjeux et stratégie ; GT2 : Solutions techniques, potentialités et verrous ; GT3 : Expérimenter à grande échelle les systèmes de route électrique (ERS), vers un appel à projets « Sydre »