14 juillet 2018

Les limites de l'autorail à hydrogène

Allemagne : feu vert pour l'exploitation, mais des commandes en moins

Le verkehrsbund Rhein-Rhur (VRR) a annulé le 11 mai dernier la commande d'autorails Alstom Coradia iLint fonctionnant à l'hydrogène avec pile à combustible. C'est un revers pour cette nouvelle technologie, qui fait beaucoup parler, y compris en France. Cependant, l'EBA, l'autorité de sécurité ferroviaire en Allemagne, a autorisé le 11 juin dernier ces rames à assurer un service commercial avec voyageurs. C'est en Basse-Saxe que débuteront les activités des autorails à hydrogène.

Néanmoins, les performances de ces autorails peuvent faire question : dotés de 2 piles à combustible de 180 kW, ils embarquent également des batteries d'une puissance moyenne de 221 kW pouvant atteindre 450 kW pendant 40 secondes. Les deux moteurs électriques développent 660 kW chacun, bien plus que ce que peuvent fournir les batteries et la pile. En résumé, le Coradia iLint n'est pas un foudre de guerre...

Le fonctionnement du train s'appuie d'abord sur les batteries, notamment au démarrage, et la pile à combustible viendrait en complément une fois le train lancé, pour le maintien en vitesse et la réalimentation des batteries, qui profiteraient également de la récupération au freinage. Cependant, un autre élément vient quelque peu timorer l'enthousiasme en faveur de ces trains : qu'en est-il sur des lignes à profil difficile avec des rampes de 20 à 30 / 1000 sur plusieurs dizaines de kilomètres ?

Hydrogène : pas si propre que cela ? 

La comparaison du rendement énergétique entre la production et la consommation constitue un point de fragilité important pour les motorisations à hydrogène, surtout en incluant l'acheminement et le stockage de cette énergie : plus il est fait usage d'énergies fossiles, plus l'hydrogène a besoin d'être transporté, par tubes ou plus souvent par voie routière, moins l'hydrogène s'avère pertinente par rapport au gasoil. Et compte tenu des méthodes de production d'électricité en Allemagne, le sujet devient des plus sensibles.

En France, d'après l'ADEME, le rendement énergétique de l'hydrogène, du producteur au consommateur, est de 20%, si elle est produite de façon vertueuse à partir d'une énergie renouvelable : un résultat équivalent aux motorisations thermiques et inférieur aux véhicules à batteries. Outre les méthodes de production de l'hydrogène, entrent en jeu les conditions d'acheminement et de stockage, avec des cycles de compression / décompression lors du transfert et le recours aux poids-lourds pour convoyer cette énergie. L'hydrogène semble donc plus adaptée à une logique de circuits de production courts, en misant sur des sources existantes de production électrique : on pensera à l'hydro-électricité dans les régions de montagne, mais aussi pour le cas français à la gestion des plages d'utilisation des centrales nucléaires en période creuse (la nuit notamment), pour profiter de la capacité à stocker cette énergie primaire qu'est l'hydrogène.

Le dossier n'est pas clos, loin de là, mais on peut déjà retenir cette évidence : il n'y a pas de solution universelle. Pour s'affranchir autant que possible des énergies fossiles, la traction électrique ferroviaire doit donc concevoir de nouvelles méthodes. L'hydrogène peut en être une, mais il y a encore besoin d'en préciser le domaine de pertinence non seulement technique mais aussi économique et écologique. Pour l'ADEME, dans le domaine de la motorisation de véhicules lourds, la pile à combustible à hydrogène viendrait en complément des batteries pour prolonger substantiellement l'autonomie de ces dernières et optimiser les cycles de récupération de l'énergie au freinage. C'est finalement le schéma vers lequel se dirige le Coradia iLint, et on est donc loin d'un train entièrement autonome grâce à sa seule pile à hydrogène.

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19 novembre 2017

Allemagne : Alstom livre les premiers autorails à hydrogène

Il avait été exposé à Innotrans 2016 et l'annonce d'une commande groupée de 80 éléments avait véritablement engagé sa commercialisation. Il fait désormais ses premiers tours de roue avant une mise en service commerciale en fin d'année. Le Coradia iLint, produit par Alstom, est en phase d'essais en Basse-Saxe, Land qui a commandé 14 autorails du type Lint41 à 2 caisses. Le contrat de 200 M€ intègre la maintenance du matériel et pour une durée de 30 ans.

Si la chaîne de traction est fabriquée en France, à Tarbes et Ornans, le cœur de cet autorail à hydrogène sort de l'usine allemande de Salzgitter. L'autorail embarque 1,5 t d'hydrogène sous pression de 450 bars, lui procurant une autonomie moyenne comprise entre 800 et 1000 km selon la configuration des lignes et un niveau de sécurité comparable au gasoil selon Alstom. La pile à combustible transforme l'hydrogène en electricité chargeant les batteries lithium-lion.

Coradia-iLint

La vitesse maximale est de 140 km/h et les aptitudes du train sont similaires à un engin électrique classique. Reste à évaluer dans la durée la pertinence écononomique, environnementale et fonctionnelle de cette solution.

Alors que nombre de voix critiquent le maintien de lignes de chemin de fer pour la desserte de territoires peu denses en insistant sur le moindre impact environnemental du transport par autocars ; alors que justement l'autocar évolue rapidement avec l'essor d'une filière GNV et des premiers véhicules de ligne entierement électriques (avec une autonomie de seulement 200 km), il serait peut-être temps de ne pas enfermer le chemin de fer régional dans des solutions techniques de motorisation qui le mettent dans une situation de fragilité. En France, il est de plus en plus question d'un "bilan carbone" pour évaluer la pertinence du train, une méthode contestable s'agissant de circulations sur un réseau construit il y a plus d'un siècle (la méthode englobant les coûts environnement de construction de la ligne). L'essentiel du parc autorail français est doté de moteurs aux normes Euro2 : en comparaison, les derniers autobus et autocars Diesel disposent de moteurs Euro6. Le train est ici victime de sa longévité avec un cycle de renouvellement tous les 40 ans en moyenne contre 12 à 15 ans pour le parc d'autocars.

Par conséquent, la recherche d'autres formes d'exploitation ferroviaire électriques - alternatives à la solution classique mais coûteuse par caténaire sur l'ensemble de la ligne - devient urgente si on veut asseoir un argumentaire en faveur du chemin de fer hors des grands axes et des grandes métropoles, comme certains l´envisagent, y compris parmi ceux qui devraient le défendre. Sous réserve de confirmation de la pertinence de cette solution, l'autorail à pile à combustible peut-il être le moyen de passer à l'électrique sans avoir besoin de coûteuses installations fixes de traction électrique ?

Notre "champion national de l'industrie ferroviaire" quoique fiancé avec son ex-concurrent allemand, ne pourrait-il pas vanter les mérites de son produit à notre "opérateur ferroviaire de référence mondiale" ?

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29 janvier 2017

La Belgique s'intéresse aussi aux trains à hydrogène

Après l'Allemagne, où 4 Landers ont franchi le pas en finançant l'acquisition de 80 automoteurs Alstom Coradia iLint fonctionnant avec une pile à combustible produisant de l'électricité avec de l'hydrogène, la Belgique s'intéresse à son tour à cette technologie. Pas encore de commandes, mais un intérêt certain, confirmé par le ministre fédéral des transports en réponse à un député écologiste.

Enjeu : se défaire de la traction Diesel sur les lignes qui ne sont pas électrifiées par caténaire. En effet, aujourd'hui, une petite musique s'installe, y compris en France, minorant la vertu environnementale du transport ferroviaire, surtout sur des lignes en traction thermique et a fortiori lorsqu'elles sont peu fréquentées. Avec une autonomie de 600 km, le Coradia iLint pourrait assurer des journées de service assez conséquentes, mais pourrait encore manquer d'autonomie pour certains segments de marché où le besoin serait plutôt de 1000 km par jour. L'hydrogène à l'état gazeux, certes trois fois plus dense que le Diesel (120 MJ / kg contre 42 pour le gasoil), présente néanmoins une moindre densité énergétique que l'hydrogène liquide : peut-être une marge de manoeuvre pour augmenter l'autonomie du train.

C'est bien ce que semble attendre la Belgique : une maturation de la technologie. Quant à la France, elle semble pour l'instant absente... alors que c'est Alstom, notre "champion national", qui a pris un temps d'avance en remportant cette commande en Allemagne. Etonnant non ?

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