Bus et autocars hydrogène : une filière rétrofit en plein essor

A l'occasion d'un webinaire organisé par la région Occitanie, Safra et le CRMT ont présenté leur solution pour la conversion des bus et autocar diesel à l'hydrogène. Une jeune filière en plein essor.
 
Encore peu d’entreprises s’activent à fournir des autobus et autocars électriques à pile hydrogène. Et dans ce marché de niche, on trouve d’un côté les constructeurs de véhicules neufs, et de l’autre des sociétés spécialisées dans la conversion de modèles diesel.

Safra : des bus neufs et du rétrofit

L’Occitanie bénéficie d’une situation exceptionnelle. Elle compte sur son territoire, à Albi (81) précisément, une entreprise longtemps active sur la prolongation de la durée de vie du matériel (bus métro, tramway, train), et qui se développe désormais autour des bus H2 neufs et rétrofités. Il s’agit de Safra qui a déjà vendu 24 modèles Businova à PAC hydrogène. Vincent Lemaire, son président, a été invité par les organisateurs comme intervenant au webinaire.
 
« Nous sommes devenus constructeur de véhicules dans cette PME qui rassemble 200 collaborateurs. Nous avons bien créé une industrie autour de cette activité et en particulier de l’activité hydrogène vers laquelle nous orientons l’ensemble de notre stratégie. C’est vous dire comment nous y croyons », a-t-il lancé.



Afin de justifier son engagement dans le mobilité hydrogène, Vincent Lemaire a rappelé les conséquences de la pollution sur le dérèglement climatique et la santé publique, mais aussi les exigences des autorités en matière de conversion des flottes. En France, en particulier, il existe des obligations d’achat en véhicules à faibles émissions pour le transport public lors du renouvellement des engins : Taux de 50 % à partir de juillet 2022, et de 100 % dès 2025. Le plein en carburant s’effectue en 15 minutes, c’est-à-dire aussi rapidement qu’avec un modèle diesel. Ce qui ne serait pas le cas avec une architecture électrique à batterie qui n’offrirait pas la même autonomie dans des conditions de service identiques. Diminution des prix, hausse de la densité énergétique : il est possible d’embarquer des packs de 450 kWh de capacité. Mais pas de les régénérer en peu de temps.
 
Déplorant le retour en arrière de la métropole de Montpellier au sujet des bus à hydrogène, Vincent Lemaire a assuré qu’un modèle H2 remplace à 1 pour 1 un diesel, alors qu’il faudrait compter 1,3 à 1,4 pour 1 avec un électrique à batterie.
 
Une différence à prendre en compte, même si un bus à PAC H2 coûtera de l’ordre de 100 000 euros plus cher que celui à pack lithium. « Aujourd’hui on consomme de l’ordre de 7 kg d’hydrogène aux 100 km. On n’est pas loin de la parité face au diesel avec un prix de 9 euros du kg d’hydrogène sur cet aspect de l’énergie », a-t-il comparé. Il prévoit une baisse dans les années à venir à 5 euros du kilo grâce à la construction de gros électrolyseurs. Pendant la présentation, l’architecture du Businova a été révélée. Le groupe motopropulseur se compose de 2 moteurs électriques d’une puissance de 125 kW chacun qui entraînent les roues arrière. Une pile hydrogène 45 kW fournit l’énergie, alimentée par 6 réservoirs 350 bars installés sur le toit. L’autonomie est de 350 km avec ce système, auxquels s’ajoutent les 90 km que peut apporter en prolongation le pack lithium 132 kWh.
 

Rétrofit : un intérêt pour "aller vite"

« La solution du rétrofit a aussi beaucoup d’intérêt pour aller vite devant cette urgence climatique, devant cette urgence de la pollution », a plaidé Vincent Lemaire. Safra s’active actuellement à transformer 15 autocars diesel Mercedes Intouro ME de 2012 pour le compte de la région Occitanie.
 
« C’est un modèle très déployé. Ces bus n’avaient pour défaut que d’être à la norme Euro 5, et sortaient d’une période de leasing à 7 ans avec une valeur vénale très faible », a-t-il commenté.


 
La transformation consiste à retirer le bloc diesel, la boîte de vitesses et les réservoirs, pour installer à la place un ensemble hydrogène composé d’un moteur électrique, d’une pile à combustible, de bonbonnes H2, d’une petite batterie et de la commande électronique. Les 15 bus transformés devraient être livrés en 2023, et s’approvisionneront auprès de 2 stations du Corridor H2, celles d’Albi et de Saint-Sulpice-Lapointe (81).
 
« C’est un vaste programme et ça ne s’est jamais fait au monde. Ce n’est pas simple, déjà sur les aspects techniques parce qu’il s’agit de travailler sur un véhicule conçu par quelqu’un d’autre. Forcément, il va falloir interagir avec les logiciels embarqués », a prévenu Vincent Lemaire, ouvert à la transformation d’autres types de véhicules lourds en fonction des compétences acquises par Safra.
 
Rendue possible depuis avril 2020, cette opération est toutefois soumise à homologation. « Quand on transforme un véhicule, on touche à des tas de choses. Par exemple le système de freinage, à air comprimé, qui fonctionne avec un compresseur complètement mécanique entraîné par une courroie. Là, il va falloir installer un compresseur électrifié, donc changer un élément clé. Il faudra démontrer aux autorités que le véhicule reste sécuritaire », a-t-il illustré.
 

Des bus à hydrogène moins chers grâce au rétrofit

« Le rétrofit va permettre de proposer des véhicules hydrogène moins cher. Ils vont coûter environ 250 000 euros, contre 600 000 euros avec un modèle parti d’une feuille blanche », a-t-il mis en balance. Le dirigeant de Safra s’attend dans les années à venir à une baisse du prix des piles à combustible. Aujourd’hui vendues autour des 40 000 euros et plus selon puissance, et elles devraient atteindre demain 5 000-6 000 euros. « C’est ce que nous disent de grands équipementiers comme Symbio », a-t-il rapporté.


 

Le CRMT en spécialiste du rétrofit hydrogène

PME innovante créée il y a 45 ans et issue du laboratoire de machines thermiques de l’Ecole centrale de Lyon, le CRMT bénéficie d'une solide expérience en matière d'ingénierie. Devenue une entité externalisée, l’entreprise propose aujourd’hui des services d’ingénierie, d’essais de tous types (sur bancs, sur véhicules, en situations réelles d’usage), et d’expertise, ainsi que des productions de petites séries et des formations.
 
« Le CRMT s’est aujourd’hui fortement engagé dans la transition énergétique, par l’utilisation de carburants tels quel le GNV, le bioGNV, l’hydrogène, et développe cette expertise », a présenté Olivier Marchand, directeur technique de CRMT Powertrain R&D. Question rétrofit, l’entreprise s’est déjà positionnée, avec plusieurs projets en cours : conversion au GNV d’un autocar diesel Euro V (projet Ecol’Car) et d’un tracteur agricole (RES4Live), rétrofit H2 de véhicules de transport en commun. « Nous avons transféré vers l’hydrogène notre cumul de connaissances et de technologies dans le GNV », a-t-il indiqué.

De nouveaux projets pour 2022

Parmi les nouveaux projets qui démarrent en 2022 au CRMT, celui de la transformation de poids lourds de 12 à 19 tonnes pour un usage en ZFE de métropoles.
 
« Ces camions vont être dans un premier temps convertis au bioGNV et dans un deuxième temps à l’hydrogène », a détaillé Olivier Marchand. Il a également mis en avant un travail qui vient de débuter pour un moteur à combustion qui fonctionnerait à l’hydrogène. « Nous croyons aussi à cette solution. L’hydrogène est un moyen d’obtenir le zéro émission. Quand elle est disponible, on pense que cette énergie peut aussi être utilisée dans des moteurs à combustion, éventuellement mélangée avec du gaz naturel », a-t-il justifié. L’entreprise cherche d’abord à comprendre les cas d’usage avant de s’engager dans des solutions. Et ce, en s’attachant à développer des compétences pluridisciplinaires, et à décortiquer les retours de la part des exploitants de flottes de véhicules - transporteurs comme collectivités. « Nous les écoutons pour pouvoir concevoir des systèmes, réaliser des prototypes, les tester, et les accompagner jusqu’à l’homologation », a-t-il schématisé.
 

« Un moteur bioGNV pourra fonctionner dès aujourd’hui avec un taux d’hydrogène jusqu’à 30 % »

 
« Aujourd’hui, l’hydrogène est déjà un carburant pour les moteurs, mais essentiellement stationnaires, pour la production d’électricité. On retrouve cette tendance avec le gaz naturel », a mis en avant Olivier Marchand. Il y voit de nombreux avantages, parmi lesquels une facilité d’implémentation, et un mélange entre les 2 produits avec une injection indirecte.

« Pour une application à la mobilité routière lourde, nous n’en sommes en revanche qu’au terme de la phase de recherche et développement. Mais ce point est très intéressant, car l’hydrogène permet d’allumer des mélanges très pauvres. Pour un moteur, c’est important, car ça va permettre de réduire les émissions d’oxydes d’azote et de décarboner les carburants », a-t-il complété. « Dans un bloc, on va pouvoir mélanger l’hydrogène avec du gaz naturel. Un moteur bioGNV pourra fonctionner dès aujourd’hui avec un taux d’hydrogène jusqu’à 30 % moyennant des adaptations, sans dire simples, mais connues et faciles à réaliser. En revanche, pour avoir une architecture dédiée, pour arriver à du 100 % hydrogène, il va falloir revoir le moteur de façon plus importante », a-t-il averti.


 

Des challenges à relever

Promettant qu’un tel moteur thermique fonctionnera au CRMT dès cette année 2022, Olivier Marchand a dressé la liste des challenges à dépasser pour y parvenir.
 
Les premiers concernent la recherche du rendement, et imposent de travailler sur le bruit et les vibrations du bloc. L’entreprise va devoir ensuite se pencher sur les matériaux à privilégier et les composants à adapter, tels que les injecteurs et les systèmes d’alimentation en air.
 
« L’hydrogène demande beaucoup d’air pour brûler », a précisé le directeur technique. Il a aussi mis au jour le problème de lubrification d’un moteur fonctionnant avec un carburant qui rejette de l’eau. Une fois toutes ces difficultés gommées, il restera encore toutes celles liées à la sécurité d’exploitation de l’hydrogène.
 
Dans le cadre de ses conversions au gaz - GNV comme hydrogène -, le CRMT passe beaucoup de temps à trouver les solutions les plus adéquates pour le stockage d’un produit qui prend plus de place que le gazole pour la même quantité d’énergie. C’est pourquoi l’entreprise s’intéresse aux solutions de cryogénisation pour obtenir des produits liquides, mais aussi aux hydrocarbures carriers.
 
Ces derniers se présentent sous la forme de liquides pouvant « stocker l’hydrogène à faible pression et à une température ambiante, avec un point éclair qui est supérieur à celui du kérosène, et des propriétés similaires aux fluides frigorifiques ». Pour Olivier Marchand, « ces possibilités sont très intéressantes au niveau des moteurs, notamment vis-à-vis de la sécurité. Mais aussi parce que pour désorber ces produits, il faut de la température qui est justement un des produits du moteur à combustion ».