Dans le jargon ferroviaire, la notion d'électrification sous-entend l'équipement de l'infrastructure. Or il s'agit bien de décorréler l'usage de l'électricité pour la motorisation des trains et l'installation d'équipements fixes et continues, solution considérée comme onéreuse et qui, aujourd'hui, n'arrive pas à passer dans les mailles du filet que constitue l'évaluation socio-économique, pour les raisons évoquées en ouverture de ce dossier.

Puisque la situation de référence s'appuie sur une traction autonome au gasoil qui a nettement réduit l'écart de performance et donc le bénéfice par rapport à la traction électrique, le bénéfice pour la collectivité ne peut guère s'appuyer sur les gains de temps de parcours mais surtout sur des aspects environnementaux qui, malheureusement, sont nettement moins pris en compte, même si, encore une fois, le mode ferroviaire reste plus vertueux que les modes routiers.

L'édition 2018 d’Innotrans a été un concentré de nouveautés en matière d'électrification du transport régional, mais les solutions présentées par les industriels méritent d'être relativisées. Au-delà de l'enthousiasme et des intérêts économiques des uns et des autres, il apparaît nécessaire, sinon urgent, de prendre un peu de recul, de les évaluer sereinement et surtout de préciser leurs domaines de pertinence respectifs.

Le train à hydrogène sur le devant de la scène... mais à quel coût !

Alstom ne lésine pas sur la promotion de son Coradia i-Lint, dont 14 exemplaires ont été commandés en Basse-Saxe, dont 2 mis en service à la mi-septembre 2018. A mi-2020, les commandes ont été portées à 41 avec l'apport du Rhein-Main Verkehrsverbund. Souvent présenté par les médias français comme « une innovation de notre champion national », avec sa pile à combustible alimentée par hydrogène, l'autonomie de ce train a été annoncée à 1000 km, soit un usage très comparable à celui des autorails Diesel entre deux passage par la station-service.

Notre dossier sur le train à hydrogène

Trains électriques à batteries, trains hybrides : des solutions plus pragmatiques ?

Ce type de solutions techniques semble avoir les faveurs des industriels... y compris d'Alstom, qui planche sur une version hybride du Régiolis, dont les essais devraient avoir lieu en 2021. L'hybridation semble être une option pour l'instant franco-française dans le sillage de l'apparition des rames bimodes en 2004 avec l'AGC, et une forme de prolongement naturel, avec le retrait d'un des deux moteurs thermiques pour lui substituer des batteries. L'autre option consiste en l'élimination totale des moteurs thermiques et leur remplacement par des batteries.

En Allemagne et en Autriche, où les matériels bimodes n'existent pas et où les automoteurs thermiques recourent encore souvent à la transmission hydraulique, les marges de manoeuvres sont plus limitées, ce qui explique en partie l'intérêt pour l'hydrogène. En revanche, Bombardier, comme Siemens, planchent sur l'ajout de batteries sur des automotrices électriques afin de pouvoir assurer des petits parcours terminaux sur des lignes non électrifiées.

Notre dossier sur les trains à batteries et hybrides.

Electrifier classiquement mais moins cher

L'électrification n'a pas dit son dernier mot, ne serait-ce que parce que l'organisation de la recharge des batteries nécessite des installations fixes : l'interface complètement maîtrisé qu'est le couple pantographe - caténaire s'impose avec évidence... tout comme la cohérence entre l'infrastructure et le plan de transport, pour que les points de recharge coïncident avec les terminus de la desserte, y compris les terminus intermédiaires.

Il devient donc naturel de faire évoluer la caténaire pour réduire le coût d'investissement et les coûts de maintenance. Pour les lignes de desserte fine du territoire, compte tenu des vitesses pratiquées, les solutions en fil trolley, sont déjà déjà connues sur le réseau national, par exemple sur Bellegarde - Evian, Plaisir - Epône-Mézières ou Marly le Roi - Saint Nom la Bretèche, en version 25 kV. Pour des hypothèses en courant continu, on pourra s'inspirer des réseaux urbains sur lesquels des vitesses peuvent atteindre 100 km/h (cas de Rhônexpress).

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Mareil sur Mauldre - 2 juin 2012 - Exemple de caténaire légère : du 25 kV et un simple fil trolley régularisé, sous laquelle circulent pourtant des Transilien consistants (7 VB2N avec une BB27300), quelques TGV et un peu fret. Une piste à revisiter pour de nouvelles électrifications économiques ? © transportrail

Parmi les pistes d'optimisation de coût, le raccordement au réseau électrique pourrait rechercher des solutions sur des installations de moyenne puissance pour traiter les besoins ponctuels avec la question de la capacité de rechargement sur des durées courtes (1 à 2 minutes) dans les zones de gare et de 7 à 10 minutes pour les terminus, le tout avec montée-descente automatique du pantographe avec des balises (ou avec une géolocalisation liée à un nouveau système d'exploitation si besoin).

Sobriété énergétique, frugalité des solutions mises en oeuvre et des moyens à mobiliser pour convertir les lignes en traction thermique devraient immanquablement amener à réexaminer les référentiels français sur le nombre de poteaux d'ancrage au kilomètre, la section de fil de contact, redécouvrir le fil trolley sur des lignes circulées à vitesse modérée (100 km/h) comme c'est déjà le cas et les seuils d'usure avant renouvellement. Les industriels planchent aussi sur la simplification des poteaux et consoles, sur la nécessité de fondations en béton en fonction de la nature des sols. Autre volet d'optimisation du dimensionnement des installations fixes de traction électrique : les sous-stations et la connexion au réseau de transport d'électricité. Faire une caténaire 30% moins cher qu'aujourd'hui : chiche ?

L'électrification conventionnelle par caténaire reste à ce jour la solution techniquement la plus efficace. Il y aura probablement matière à concevoir de nouveaux projets d'équipement du réseau.

Pas d'universalité dans les solutions

C'est une évidence : il n'y a pas de solution universelle applicable à l'ensemble du réseau. Lorsqu'on entend la présidente de la Région Occitanie s'exprimer en septembre 2018 pour proposer Toulouse - Bayonne comme première ligne exploitée par des autorails à l'hydrogène, alors que le parcours est intégralement sous caténaire, on mesure le risque de débordement par la tentation de la nouveauté au détriment d'un peu de rationalité.

Le train avec pile à hydrogène peut être intéressant, quand il faut renouveler du matériel roulant ou pour des besoins de développement assez consistants. Mais avant d'en faire une référence, il faudra évaluer dans le temps l'autonomie, les performances atteintes et le bilan économique. La gestion de l'approvisionnement en hydrogène devra être clarifiée et ne devra probablement pas être cantonnée à des usages restreints à quelques engins ferroviaires. En résumé : ce devrait être une facilité essentielle d'accès au réseau et le déploiement dervra être pensé dans une stratégie de flotte. Mais il faudra penser en réseau, avec de mutliples usages potentiels, au-delà du réseau ferroviaire.

En revanche, lorsqu'il faut envisager de conserver des rames au pire à mi-vie, du fait de leur potentiel de vie important, le remplacement partiel ou total des moteurs thermiques par des batteries constitue probablement l'orientation à privilégier, sous réserve là aussi de stabiliser leur cycle de vie et leur modèle économique. Cette solution impose néanmoins des infrastructures en ligne pour la recharge, via pantographe, dont il faudra définir le positionnement et préciser la conception, même si elle semble devoir recourir à des composants déjà largement connus et éprouvés. Le lien avec l'évolution de l'autonomie des batteries est évident... mais aussi avec l'organisation des services circulant sur le réseau ferroviaire pour l'implantation des points de rechargement.

L'hypothèse d'un mixage consistant à remplacer un moteur thermique par des batteries et à migrer le moteur restant pour fonctionner au biocarburant est à creuser. Les performances (donc l'horaire, donc la capacité et l'attractivité du service) seront-elles maintenues avec cette nouvelle motorisation hybride assez nettement inspirée du monde routier (automobile et autobus) ? C'est un élément essentiel.

Il semble donc que le train à batteries puisse prendre un léger ascendant car les performances accessibles semblent un peu meilleures... mais à condition de bien équilibrer le dimensionnement en batteries à bord du train et les sections électrifiées par caténaire, soit de façon linéaire (sur les sections déjà équipées, ou par de nouvelles sections en continuité) soit de façon ponctuelle (dans les zones de gare pour du rechargement au terminus ou pendant un arrêt commercial).

Quel domaine de pertinence pour de nouvelles électrifications (on y revient ici) et, par défaut, quelles solutions simples de changement de carburant sur le matériel existant, quand la version à batteries présenterait trop de contraintes vis à vis des performances attendues ?

Une chose est cependant certaine : la fin du Diesel sur le transport régional semble amorcée, ce qui fera chuter en France l’un des arguments des tenants de la contraction du réseau.

Plus loin : le réseau ferroviaire producteur d'énergie ?

Le système ferroviaire, ce sont d'abord des infrastructures pour faire circuler du matériel roulant afin de transporter des biens et des personnes... mais c'est aussi un patrimoine foncier et bâti qui peut être utilisé pour de la production locale d'énergie à usage ferroviaire (au sens large) voire à dispostion d'activités périphériques.

Certains industriels étudient certes l'implantation de panneaux photovoltaïques sur les traverses, de mini-éoliennes par l'action combinée du vent et du passage des trains (encore faut-il que leur nombre soit suffisant) mais d'autres possibilités semblent émerger. De façon plus pragmatique, on peut imaginer utiliser les abris de quais, le toit des gares, des ateliers de maintenance, des parkings, pour produire une énergie à usage local immédiat. On pourrait couvrir les voies de remisage du matériel avec de tels panneaux, pour préconditionner les rames, d'autant plus efficacement qu'à l'ombre, elles nécessiteraient moins d'énergie pour être climatisées.  Moins connu, le nettoyage des talus ferroviaires pourrait être l'occasion de valoriser les bois de coupes transformés en copeaux de chauffage pour un usage local...

Le transfert de Gares & Connexions à SNCF Réseau vient à point nommé engager une unification du foncier, élargissant l'ancrage territoriale du gestionnaire d'infrastructures et lui ouvrant peut-être la voie à une activité énergétique complémentaire à son coeur de métier ferroviaire. On en reviendrait presque à la Société Hydro-Electrique des Chemins de Fer du Midi...