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Bernard Jacob
Ingénieur général honoraire à l’Université Gustave Eiffel

« Il faut une volonté politique pour lancer les investissements sur l’autoroute électrique »

Ardent promoteur des autoroutes électriques, l’universitaire n’est pas pour rien dans les expérimentations prévues en France pour tester les différentes solutions techniques. Alors que cette solution, qui consiste à transformer au prix fort l’infrastructure autoroutière, apparaît controversée, il livre ses arguments. A ses yeux, la recharge rapide de poids lourds n’est pas une solution viable.

Propos recueillis par Marc Fressoz

 

Mobily-Cités : Pourquoi vouloir électrifier les autoroutes comme des voies ferrées ? 

Bernard Jacob : L’électricité se transporte très facilement mais se stocke difficilement, c’est un principe de physique élémentaire, donc il vaut mieux alimenter les véhicules en direct que de leur faire transporter leur électricité. Au début du chemin de fer, les locomotives transportaient le charbon et l’eau, c’était très lourd et assez complexe ; quand on a électrifié les trains, on a apporté l’électricité directement par des caténaires ou par des rails au sol pour les métros. Même si on travaille beaucoup sur les batteries et sur l’hydrogène, transporter son énergie avec soi n’est pas forcément la meilleure solution, sauf pour les avions les bateaux qui n’ont pas trop d’autres choix.
L’Electric Road System (ERS) est une solution efficace pour répondre à la forte demande de décarbonation, sachant que le transport routier représente à peu près 29% des émissions de CO2 en France, dont 40% pour les camions. Les émissions des poids lourds en Europe ont augmenté de 27% depuis 2010, c’est un des rares secteurs qui continue à augmenter. L’Union européenne s’est fixé des objectifs ambitieux. Fit for 55 vise à réduire les émissions de 55% en 2030 par rapport à 2010. En outre, en 2030 les poids lourds neufs devront émettre -30% de gaz à effet de serre par rapport à 2020, faute de quoi les constructeurs risquent des pénalités se chiffrant en milliards d’euros. Il faut utiliser toutes les solutions, l’ERS étant à combiner avec d’autres.

D’où vient ce concept d’autoroute électrique ?

Le concept d’autoroute électrique par caténaire, dérivé du ferroviaire, a commencé à émerger en Allemagne en 2010-12 à l’initiative de Siemens. D’autres industriels ont développé des technologies alternatives, comme l’alimentation par le sol, qu’Alstom a utilisé pour le tramway de Bordeaux. L’induction s’est développée dans les mêmes années, d’abord pour la recharge statique de bus aux arrêts (biberonnage), puis pour des voitures en marche (projet européen FABRIC). Pour ma part, je travaille avec l’université Gustave Eiffel (ex-IFSTTAR) sur la décarbonation du transport routier et l’ERS depuis 2015-16. Nous analysons les technologies proposées par les industriels, essayons de les évaluer et de regarder leur potentiel et leurs conditions de déploiements, et nous avons proposé des expérimentations pour lever certaines questions en suspens.

Quand le secteur de l’autoroute a-t-il commencé à s’approprier l’ERS ?

Il ne se l’est pas encore totalement approprié, mais plusieurs concessionnaires ont manifesté leur intérêt. Trois groupes de travail ont conduit des études pour la DGITM en 2021, en associant toutes les parties prenantes, autoroutiers, constructeurs de poids lourds, transporteurs, énergéticiens et chercheurs. Les autoroutiers ont découvert l’ERS à partir de fin 2020 et en 2021 dans ces groupes de travail, où ils ont été très actifs. Ils ont compris les avantages de cette solution par rapport aux seules batteries, ou aux bornes de recharge rapide, notamment pour les poids lourds, et anticipé leur rôle dans le modèle économique concessif (France, Autriche, Italie, Espagne). Le coût d’installation n’est pas négligeable mais peut être facilement amorti dans le cadre des concessions, sachant qu’il ne représente pas plus du tiers du coût de construction d’une autoroute (amorti dans les précédentes concessions). Cet investissement pourrait même être un argument de poids pour le renouvellement des concessions.

Vous appelez à un déploiement des ERS vers 2030, mais on ne peut pas inclure ces investissements lourds dans les concessions finissantes. Comment faire ?

Les concessions actuelles vont se terminer en France entre 2031 et 2035, à peu près au moment où il faudrait déployer l’ERS. Donc ce serait le bon timing pour renouveler les concessions sur une durée de 20 ou 30 ans, les concessionnaires assurant 100% de l’investissement sans avoir besoin d’argent public. Par contre, il faudrait commencer les travaux d’installation 5 ans avant, donc les planifier assez rapidement et en intégrer une partie des coûts dans les concessions actuelles, le reste pouvant faire l’objet d’emprunts garantis par l’Etat.

Les concessionnaires ne sont pas tous favorables à cette solution à l’instar de Sanef…

Sanef était la première société concessionnaire sur le sujet en 2017-2018, dans le projet EWay Corridor soutenu par l’Ademe, proposant une étude sur l’axe Le Havre – Paris par l’autoroute A13 (SAPN). Mais ce projet n’a pour le moment pas eu de suite, et Sanef s’est mise un peu en retrait. Les constructeurs de poids lourds se montrent réservés sur l’ERS, car ils ont compris le transfert de valeur des véhicules vers l’infrastructure que cela implique. Dans un véhicule électrique, les batteries représentent environ 60 % du coût. Avec l’ERS, on pourrait réduire de deux tiers la quantité de batteries nécessaire, surtout pour la longue distance. Il y a donc une réduction potentielle de 40% du chiffre d’affaires pour les constructeurs, qui fabriquent de plus en plus leurs batteries.

Le rapport de la DGITM qui est à l’origine de l’appel à projets met tout de même en avant des obstacles importants : le coût de plusieurs dizaines de milliards d’euros, la puissance électrique nécessaire, etc. Qu’en pensez-vous ?

Il y a eu plusieurs rapports sur l’ERS. Les plus critiques datent d’avant 2017, mais à cette époque les connaissances étaient très limitées et les technologies encore peu matures. Les rapports de 2021 ont relevé quelques verrous mais n’ont pas du tout considéré que l’ERS était une mauvaise solution, au contraire, et l’ont même recommandée comme une solution quasiment indispensable. Les positions évoluent vite, et beaucoup de défenseurs de l’hydrogène revoient leur point de vue aujourd’hui.

D’un point de vue technique et économique, quel est l’intérêt de l’ERS par rapport aux autres solutions de décarbonation ?

La décarbonation présente un certain nombre de contraintes. Le Total Cost of Ownership (TCO), le coût de possession des poids lourds, ne peut pas augmenter beaucoup car les marges des transporteurs routiers sont de 2 ou 3%, et peu de clients sont prêts à payer plus cher le transport. Les systèmes avec des grosses batteries induisent une augmentation du TCO d’environ 40%, et avec l’hydrogène il est multiplié par 3 à 5. Avec l’ERS, le TCO reste similaire à celui du diesel. Le potentiel de décarbonation de l’ERS est de plus de 85% en analyse de cycle de vie (ACV), contre 60 à 65% pour les biocarburants (sans fuite), et les batteries. L’hydrogène n’est lui pas pertinent pour le transport routier, sauf pour quelques niches. Premièrement, le rendement n’est que de 27% (60% pour l’électrolyse, 90% pour la compression et au mieux 50% pour la pile à combustible ou le moteur thermique à hydrogène). Donc le TCO est très élevé, car il faut déjà mettre trois fois plus d’énergie électrique que dans des batteries ou de l’ERS, et le transport et le stockage de l’hydrogène sont complexes et coûteux. Si on produit l’hydrogène par vaporeformage, comme aujourd’hui à 99%, on émet 11 kilos de CO2 pour 1 kilo d’hydrogène produit. Par électrolyse, il faut 3 kWh dans l’électrolyseur pour 1 kWh dans le moteur. C’est un gaspillage de l’énergie inacceptable dans le contexte actuel. La France produit et consomme, pour l’industrie, la chimie et l’agriculture, 1 million de tonnes d’hydrogène par an. Produire cet hydrogène entièrement par électrolyse nécessiterait à peu près 15% de la consommation électrique française, soit la production de 5 à 6 centrales nucléaires ! Et si on faisait rouler 50% des kilomètres-poids lourd avec l’hydrogène, il faudrait encore 1 million de tonnes de plus, donc à nouveau 5 ou 6 centrales nucléaires.

 

Le raisonnement est imparable mais la recharge a l’avantage d’être déployable de façon progressive.

Les batteries ont leurs limites. Pour donner à des poids lourds de 40 tonnes une autonomie de 700 km, il faut 5 à 7 tonnes de batteries, ce qui pose des problèmes de coût et de masse avec réduction de la charge utile de plus de 20%. On peut se contenter de moitié moins de batteries, avec des bornes de recharge rapide sur les parkings d’autoroutes, tous les 50 à 60 km, mais là aussi il y a des limites. Il faut 30 à 60 kW pour recharger une voiture rapidement sur une borne. Pour un poids lourd c’est 1 MW, pour recharger environ 750 kWh en 45 minutes (temps de repos entre deux séquences de conduite de 4h30).  Une telle puissance (à moins de 1000 V) ne passe pas par un câble, même de grosse section, il faut un conducteur refroidi, ce qui est compliqué et cher.
Ensuite il faudrait 50 à 100 bornes de chargement pour poids lourd par parking, soit environ 70 MW, ou deux fois la puissance installée sur l’aéroport de Roissy Charles-de-Gaulle. Et pour cela, il faut une ligne à haute tension. Aujourd’hui, Enedis propose 600 kW à 1 MW par parking et vise 12 à 15 MW d’ici quelques années. Mais pour 50 à 100 MW cela devient presque mission impossible.

 

Quelles sont les limites de l’ERS ?

D’abord, il faut une volonté politique pour lancer les investissements sur l’ERS et mettre en place le cadre juridico-financier. L’investissement peut s’intégrer dans le modèle concessif dans les pays où il y a des concessions, comme la France. Dans les autres pays, comme l’Allemagne ou la Suède, il y a d’autres modèles de financement, notamment la taxe kilométrique pour les poids lourds (LKW-Maut) qui en Allemagne rapporte environ 8 milliards d’euros par an pour l’entretien et le développement des réseaux de transport. Il faut aussi une volonté au niveau européen élargie au-delà des trois ou quatre pays qui portent l’ERS. Ensuite, il y a des technologies différentes (caténaire, rail au sol et induction), et il va falloir converger et harmoniser, pour limiter les systèmes de captation embarqués et ne pas complexifier ni renchérir les poids lourds.

En France, trois expérimentations vont se déployer avec les trois techniques, dans quel but ?

Les expérimentations sur autoroutes visent à évaluer en détail et en pratique les technologies, lever les derniers points de vigilance et converger vers la ou les technologies les plus efficaces. Les caténaires, présentés comme la technologie la plus mature, posent des problèmes de sécurité routière et d’exploitation, avec des pylônes tous les 40 ou 50 m, et la présence de câbles au-dessus de l’autoroute. En cas de renversement de poids lourd (à peu près tous les jours en France), il faut déployer rapidement une grue pour le relevage, ce qui n’est pas possible. Avec plusieurs milliers de poids lourds par jour, la durabilité des caténaires sera très inférieure à celle des voies ferrées, et en outre, celles-ci sont exposées aux phénomènes climatiques extrêmes. L’induction reste encore peu mature, a des limites de puissance pour les poids lourds et pourrait poser des problèmes de santé. L’alimentation par le sol semble plus efficace mais n’a pas encore été testée sur autoroute ; des questions se posent sur la tenue du rail dans la chaussée et la durabilité de celle-ci.

Quid des expérimentations à l’étranger ?

Elles sont intéressantes, surtout en Suède et en Allemagne, mais dans des conditions différentes ou limitées, et nous n’avons accès qu’à des résultats partiels. Les Allemands n’ont testé jusqu’à récemment que les caténaires, avec des nombres très faibles de poids lourds. Les Suédois ont testé plusieurs technologies sur 4 sites, dont 3 urbains ou sur route secondaire, et dans des conditions de trafic et climatiques particulières. Un projet pilote de 21 km est en appel d’offre et devrait ête déployé d’ici 2024. En France, l’approche est technologiquement neutre. Des projets indépendants ont été déposés pour obtenir un financement du Programme d’investissement d’avenir (PIA4).

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