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Le train à Hydrogène et son déploiement en France et à l'étranger - Visioconférence du 27 mai 2021

Dans le cadre d'une série de rencontres sur la mobilité hydrogène organisée par la Commission "Energie Climat" de l'AFITE, l'association recevait le 27 mai 2021 Yannick LEGAY, Directeur technico-commercial chez Alstom à l'occasion d'une visioconférence sur le thème du train hydrogène et de son déploiement en France et à l'étranger.

 

Le train à Hydrogène et son déploiement en France et à l'étranger

 

Visioconférence organisée par l’AFITE, jeudi 27 mai 2021

Avec Yannick LEGAY, Directeur technico-commercial chez Alstom

 

Alstom est la première entreprise ferroviaire au monde à avoir proposé un train à hydrogène sur le marché et à maîtriser cette technologie grâce à son matériel iLint développé pour le marché allemand. L'entreprise a annoncé le 8 avril avoir reçu commande de douze trains bi-mode électrique - hydrogène de la part de SNCF Voyageurs pour le compte des régions Auvergne-Rhône-Alpes, Bourgogne-Franche-Comté, Grand Est et Occitanie. Il s'agira des premiers trains de ce type à rouler sur le réseau hexagonal.

L’hydrogène s’inscrit totalement parmi les stratégies pour limiter le réchauffement climatique et atteindre la neutralité carbone.

Le transport représente 30 % des émissions de CO2. Les deux principales technologies développées pour la décarbonation des transports sont l’hydrogène et les batteries. Ces technologies ne sont pas concurrentes, mais complémentaires.

Même peu contributeur (il représente 0,5 % des émissions de CO2 liées au transport), le transport ferroviaire peut et doit agir pour la réduction des émissions de CO2 et de particules.

La plupart des grands axes sont électrifiés, si bien que rapporté au nombre de passagers transportés, le ferroviaire est majoritairement électrifié. Rapporté au nombre de kilomètres de ligne, en France, comme globalement en Europe de l’Ouest, près de 50% du réseau ferré n’est pas électrifié.

Le coût d’exploitation d’une ligne électrifiée reste le plus bas du marché, mais le coût d’électrification d’une ligne se situe entre 1 et 3 M€ du km. Sur une ligne très fréquentée, le coût d’investissement est rapidement amorti, mais ce n’est pas le cas lorsque le trafic est très faible, et il n’existait pas d’autre solution que de faire circuler des trains équipés de moteur diesel sur ces portions de voies. Près de 1200 trains diesels de transport de voyageurs circulent aujourd’hui en France. L’enjeu est de mettre en place les technologies pour verdir ces trains.

Une gamme de solutions pour un transport toujours plus respectueux de l’environnement

Il existe des alternatives au train diesel qu’il est possible de mettre en service en France sur une ligne dont une partie est non électrifiée. Il peut s’agir de trains « bi-mode thermique électrique » (trains diesels équipé d’un panthographe afin d’utiliser l’énergie électrique sur les parties électrifiées du trajet), hybride thermiques (dotés d’un moteur thermique et de batteries, ils peuvent également être bi-mode), bi-mode batterie (le moteur thermique a été supprimé, il dispose d’une autonomie de 80 km environ sur un tronçon non électrifié), et enfin bi-mode hydrogène (qui permet d’atteindre des distances plus longues).

La technologie de la pile à hydrogène

La technologie de la pile à hydrogène n’est pas récente, elle a été découverte avant le moteur thermique, mais elle n’a pas émergée pour des raisons de sécurité, de maîtrise des coûts et en raison du développement d’autres types de générateurs d'énergie électrique plus accessibles. Avec la problématique du changement climatique, cette technologie revient en force.

Elle consiste, à recombiner de l’hydrogène stocké sous forme gazeuse ou liquide sur le train, avec de l’air ambiant, cette réaction d'oxydation de l'hydrogène génère de l'électricité, qui est utilisées dans les moteurs de traction, de l'eau et de la chaleur qui peut être utilisées pour le chauffage du train sur certains modèles.

Les trains à hydrogène permettent d’atteindre des performances dynamiques et un confort équivalents aux trains actuels. Ils disposent d’une autonomie importante, équivalente à celle d’un train diesel (400 à 600 km, voire 1000 km sur un train 100 % hydrogène mis en service en Allemagne, les Allemands n’ayant pas souhaité développer de trains bi-mode).

Le temps de remplissage du train est équivalent à celui des carburants actuels, ce qui lui donne un avantage sur les batteries dont le temps de charge impose des immobilisations d’actif. Enfin les coûts de maintenance sont moins importants que les trains diesel.

La solution peut être mise en œuvre sur des trains neufs, mais l’équipement en « retrofit » de trains existants est également envisagé.

L’hydrogène ferroviaire, déjà une réalité

Le développement du premier train hydrogène a été lancé en 2014, avec la signature lors du salon InnoTrans à Berlin d’un accord entre Alstom, la région de Basse-Saxe, le groupe énergétique Linde, et le gouvernement allemand, en vue de l’utilisation d’une nouvelle génération de trains à zéro émission équipés d'une motorisation par pile à combustible. Le premier train a été présenté en 2016 et une expérimentation avec passagers de 18 mois a été conduite en 2018.

Ce train « Coradia iLint » a été conçu à partir du train « Lint » déjà déployé en Allemagne et dont la traction diesel à entraînement mécanique a été remplacée par une pile à combustible (de type PEM (à membrane d'échange de protons)) et une chaîne de traction électrique. L’alimentation électrique du train et des équipements à bord est produite par une pile à combustible, une batterie tampon permet d’assurer la dynamique de fonctionnement et de stocker l’énergie récupérée en phase de freinage.


Schéma du train iLint (source : Alstorm)

La pile à combustible placée sur toit du train est extrêmement compacte pour permettre le passage en tunnel, tout en délivrant une puissance importante (de 200 à 300 kw, voire plus dans les années à venir). L’hydrogènes gazeux est stocké à 350 bars, également sur le toit.

Le train a été mis en service commercial en Allemagne durant 18 mois en Basse-Saxe, entre Cuxhaven et Buxtehude. Cela a débouché sur deux commandes de 14 et 27 trains. Des démonstrations ont ensuite été faites aux pays-bas, en Autriche et peut-être prochainement en France.

Mobilité hydrogène ferroviaire … un écosystème à construire

Pour fonctionner, le train hydrogène nécessité un environnement et des infrastructures adaptés, à commencer par des centrales de remplissages d’hydrogène. Afin de contribuer à l’objectif zéro carbone, on privilégie l’hydrogène décarboné, produit par électrolyse de l’eau en utilisant des énergies renouvelables.

A l’heure actuelle, le prix de l’hydrogène vert se situe autour de 8€/kg, mais les énergéticiens considèrent qu’une massification de la production pourrait permettre d’atteindre l’objectif de 2€/kg.

Le coût en carburant du train iLint serait plus économique que son équivalent diesel si le prix de l’hydrogène vert passait sous la barre de 4,5€/kg.

Les moyens de maintenance des trains hydrogène doivent également êtres mis en place. Lors de l’expérimentation de 2018 Alstom a assuré la maintenance, mais elle sera assurée par les opérateurs, ce qui nécessite le déploiement des installations et des compétences nécessaires.

La filière Hydrogène en support du développement des Energies Renouvelables

Au-delà du ferroviaire et de la mobilité, l’hydrogène présente de nombreux intérêts. Avec le développement des énergies renouvelables dont la production est intermittente et les phénomènes de pics de consommation énergétique, l’hydrogène représente une solution de stockage d’énergie en période de sous-consommation.

Le projet ferroviaire a un fort impact sur la filière Hydrogène, car le train est un consommateur important (200 kg par plein contre 3 à 4 kg pour une voiture), il s’approvisionne tous les jours, au même endroit et pour une longue durée.

Pour un énergéticien, l’installation d’une infrastructure de chargement d’hydrogène ferroviaire permet le développement d’un projet avec l’assurance d’une consommation prédictible sur le long terme. Cela lui permet d’engager une massification de la production d’hydrogène vert et d’attirer d’autres consommateurs (bus, taxi, voitures…) et développer d’autres usages de l’hydrogène sur le territoire.

Le ferroviaire participe donc à l’émergence d’écosystèmes H2 dans les territoires.

Le calendrier du train à hydrogène en France

Le secteur ferroviaire vise une neutralité carbone entre 2040 et 2050. Les 1200 trains diesels existants devront donc être remplacés d’ici là par des trains décarbonés. Afin de ne pas être pris au dépourvu au moment du renouvellement des trains diesels les plus anciens, qui interviendra à partir de 2028, un projet de démonstration de la technologie hydrogène vient d’être lancé. Il portera sur une douzaine de trains afin de permettre à l’ensemble des opérations de mettre en place la technologie à partir de 2024-2025.


Calendrier du train à hydrogène en France

 

L’exposé de M. LEGAY s’est poursuivi par de nombreux échanges avec les participants, au sujet des performances et des spécificités des trains à hydrogène et de l’émergence du marché de l’hydrogène en France et dans le monde.


Publié le 04/06/2021




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