Se montrer fort et utile pour décarboner la planète : un défi pour le rail

Par Frédéric de Kemmeter – Signalisation ferroviaire et rédacteur freelance – Inscrivez-vous au blog
15/11/2021 –
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La COP26 de Glasgow est terminée, mais la course à la décarbonisation du secteur des transports est lancée depuis longtemps. Dans ce grand jeu, le train peut trouver sa place s’il parvient à démontrer sa pertinence.

La pression exercée sur les gouvernements et les entreprises pour qu’ils adoptent des technologies à faible émission de carbone ne fera qu’augmenter. Dans le secteur des transports, la volonté de décarbonisation se manifeste par une poussée de plus en plus frénétique en faveur du déploiement de la technologie des piles à hydrogène et des batteries pour remplacer la combustion interne dans tous les types de véhicules, y compris les avions. La Commission européenne s’est même lancée dans un vaste plan hydrogène qui a aiguisé l’appétit de nombreuses industries, voyant arriver de bonnes affaires, notamment Alstom.

Le rail semble avoir le grand avantage d’être déjà partiellement électrifié. Cependant, 45% du réseau ferroviaire européen n’est pas encore électrifié. En outre, la traction diesel et les niveaux de bruit élevés qu’elle engendre sont devenus le visage inacceptable du rail, en particulier au Royaume-Uni, en Irlande, au Canada et aux États-Unis. Pour certains riverains, il est de plus en plus difficile de promouvoir le train comme une alternative à faible émission de carbone dans de telles circonstances. Le problème est que ce message est reçu 5/5 par les élus politiques. En même temps, ils reçoivent d’autres propositions de décarbonisation, principalement du secteur automobile. Un lobbying intense tente de maintenir le secteur routier, principal concurrent du rail, dans les starting-blocks de l’avenir décarboné.

Nouvelles technologies
Le rail peut-il rester dans la course ? Aujourd’hui, les trains bimodes électro-diesel et électriques à batterie réduisent déjà l’utilisation du diesel sur les lignes partiellement électrifiées, tandis que les batteries et les supercondensateurs font des progrès dans les applications ferroviaires urbaines. Il ne fait aucun doute que le poids des batteries, principal problème technique lorsqu’on les ajoute à un train existant, diminuera à mesure que la technologie s’améliorera.

L’enthousiasme pour l’hydrogène est tempéré par la façon dont le carburant est créé. Le processus de création d’un « hydrogène vert » par électrolyse peut être considéré comme un « gaspillage d’électricité ». Selon certains experts, un train à hydrogène consomme 3,5 fois plus d’électricité en raison des inefficacités du processus d’électrolyse et des piles à combustible. Cependant, il ne fait aucun doute que l’hydrogène fonctionnera à l’avenir dans certains cas particuliers.

Mais la décarbonation des transports signifie aussi que le secteur ferroviaire va devoir mettre les bouchées doubles pour accélérer sa modernisation s’il veut paraitre comme la meilleure solution face aux politiciens. Actuellement, le constat est amer de voir que chaque avancée technologique sur un train s’accompagne d’une montagne de procédures qui peuvent parfois ralentir le progrès qu’on espérait obtenir. Le chemin de fer est encore trop souvent présenté comme un outil dangereux à exploiter par rapport aux autres modes. Pourtant, combien de morts fait la route chaque année ?

De plus on constate encore de nos jours des prises de position nationales qui peuvent handicaper le train. Il en est ainsi des fameuses semelles de freins de wagons de marchandises, conçues pour faire moins de bruit mais qui deviennent soudainement un objet à risques dans certains pays. On peut s’attendre aussi à une belle pile de barrières procédurales en vue de l’exploitation à venir de l’attelage automatique pour wagons de marchandises. Il y a encore quantité d’autres exemples qui font que le rail peine à avancer. Cela fait 30 ans que le concept ERTMS a été mis en route. On manque encore de recul pour faire un premier bilan des trains à hydrogène d’Alstom en Allemagne, lancés en 2018 grâce aussi à un fort soutien des autorités publiques. Cette technologie serait-elle viable avec moins de subsides ? Rappellons-nous le débat sur les éoliennes et la forte subsidiation de ce secteur comparé aux résultats attendus…

Service et infrastructure
Bien entendu, la technologie ne résoudra pas tous les problèmes. La décarbonation, c’est aussi attirer les gens vers le train plutôt que de les laisser utiliser un mode polluant. Il faut donc aussi investir dans le service à fournir aux voyageurs, et leurs demander ce qu’ils veulent vraiment pour utiliser le train. Le wifi à bord et les facilités dans la billetterie semblent être en tête du classement. Faire du voyage en train un moment utile pour le travail est aussi un critère fort demandé, tout particulièrement par une clientèle avec un bon pouvoir d’achat. Cependant, assurer à bord des trains une connexion mobile sans coupures nous ramène une fois de plus à la technologie, et on voit là aussi émerger des solutions diverses.

La décarbonation, c’est aussi une fluidité du trafic mieux assurée, qui nous mène plutôt sur le terrain des infrastructures. On n’est peut-être pas obligé de faire de grands travaux luxueux, mais en certains endroits, une reconstruction complète s’impose… et impose d’avoir d’importants fonds publics. N’oublions pas que des investissements qui paraissent coûteux aujourd’hui nous préservent d’autres dépenses tout aussi coûteuses pour les 50 prochaines années.

Un juste milieu
La décarbonation, c’est enfin et surtout la qualité des opérateurs qui exploitent les trains. Si on peut dénoncer les montagnes de procédures, il ne faut cependant pas oublier qu’elles sont apparues suite à des manquements parfois importants chez certains. La qualité et le suivi des procédures ne doivent pas être une question d’argent mais le fil conducteur de tout transporteur. Il n’y a pas de place ni pour le dumping technique ni pour la montagne de procédure, mais un juste équilibre à trouver entre ces deux extrêmes.

Ce sont toutes ces conditions réunies qui feront du train une solution pour atteindre les objectifs climatiques de chaque pays. Prions pour qu’il y ait moins de montagnes de procédures et davantage de mises en bonnes pratiques. Le train ne peut pas être « un outil dangereux à exploiter » mais un outil de décarbonation exemplaire.

Intermodal
(photo Network Rail)

15/11/2021 – Par Frédéric de Kemmeter – Signalisation ferroviaire et rédacteur freelance
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Pour approfondir :

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28/06/2021 – Le train pourrait remplacer certains vols de 500 à 1000 km. Les mentalités semblent évoluer dans ce sens et la durée moyenne des voyages augmenterait. Mais il y a encore un certain nombre de conditions pour ce remplacement. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxx xxxxxxxxxx xxxxxxxxxx xxxxxxxxxxx


Passer du produit au client : le rail peut-il s’inspirer des Gafam ?
21/06/2021 – Passer de la politique « produit » à la politique « client » est un vrai défi pour le rail. Le poids des actifs (trains-infrastructure) et les habitudes culturelles façonnent encore largement la politique ferroviaire, mais il y a pourtant quelques raisons d’espérer.


Chemin de fer : disruption ou simple innovation ?
01/01/2018 – L’innovation est dans la nature même de l’être humain. Le chemin de fer ne peut y échapper sous peine d’être minorisé dans le secteur des transports.




La semaine de Rail Europe News – Newsletter 044

Du 22 au 29 septembre 2021

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Politique des transports

Allemagne : un plan pour des trains de nuit en Europe – Le parti écologiste allemand a proposé un ambitieux réseau de trains de nuit à travers l’Europe, qui pourrait relier le Royaume-Uni à des destinations telles que Barcelone, Paris, Copenhague et Stockholm. Le réseau proposé verrait une quarantaine de services de trains de nuit opérer à travers le continent, avec des itinéraires allant jusqu’à Édimbourg, Glasgow, Madrid, Lisbonne, Stockholm, Bucarest, Athènes ou encore Rome. Le parti espère surfer sur la vague climatique actuelle pour proposer une alternative à l’avion et optimiser le temps de déplacement en voyageant la nuit, tout en évitant les transports lourds en carbone. La proposition des « Grünen » prévoit des voyages de nuit sans encombre dans des « trains de nuit confortables, rapides et silencieux », en basant ses itinéraires et ses temps de trajet sur des « trains à grande vitesse roulant à 200, voire 250 km/h ». Les concepteurs du réseau estiment que la plupart des trajets dureront entre 9 et 14 heures. La proposition des Verts allemands concerne aussi l’écart de prix entre les tarifs ferroviaires et les billets d’avion internationaux exonérés de TVA. Ces distorsions de concurrence qui doivent être corrigées de toute urgence, estiment les écolos d’outre-Rhin. On rappelle tout de même que l’Allemagne était ce dimanche aux urnes, ce qui peut expliquer certaines choses. Les Verts sont pressentis pour aller au pouvoir, mais cela ne garantit pas la mise en place de trains de nuit.
>>> MSN.com – Proposed German sleeper trains could connect London and Barcelona

Trafic grande ligne

Espagne : plus d’un million de voyageurs sur Madrid-Barcelone-Figueres – L’opérateur ferroviaire Renfe a transporté 1.331.708 passagers sur sa ligne Madrid-Saragosse-Barcelone-Figueres depuis le début de l’été, ce qui représente une augmentation de 173% par rapport à la même période en 2020. Ce chiffre comprend les voyageurs transportés par trains à grande vitesse Avlo, inaugurés le 23 juin et qui ont enregistré une occupation quasi continue de 99%, selon les données fournies par l’opérateur. Madrid-Barcelone est le premier corridor ouvert à la concurrence en Espagne avec l’arrivée du français Ouigo en mai dernier, et qui propose 5 allers-retours chaque jour par TGV, contre 4 fréquences par sens pour l’Avlo, le train low cost de la Renfe. Avlo exploite des rames Talgo modifiées mono classe de 438 sièges, soit 20 % de sièges de plus que ceux des trains actuels de la série S-112. L’autre service de la Renfe, constitué de trains à grande vitesse AVE, contribuent également aux bons chiffres de l’été avec 20 allers-retours quotidiens. Au total donc, Renfe propose 24 allers-retours et Ouigo 5, bien que ce ne soit qu’en août que ce dernier opérateur ait concentré près de 37% de la demande, selon les données de l’Adif. En tenant compte des gares principales, 1.096.234 passagers ont embarqué à Madrid, 14.935 à Guadalajara, 369.647 à Saragosse et 853.449 à Barcelone.
>>> Agenttravel.es – Renfe transportó en verano más de 1,3 millones de viajeros entre Madrid y Barcelona

France : La SNCF annonce son nouveau service « Ouigo vitesse classique » – La SNCF annonçait hier l’expansion de la marque Ouigo, mais cette fois sous forme de trains classiques rénovés, sur le réseau intérieur français. OUIGO Vitesse Classique, tel est le nom de la nouvelle offre que la SNCF compte lancer sur un segment qu’elle avait quelque peu abandonné : les lignes classiques non-TGV. 14 destinations, dont 8 nouvelles par rapport à l’offre grande vitesse (et plusieurs gares supplémentaires en Ile de France). L’idée de départ : prendre des parts de marché sur la route, fréquentée par 700.000 personnes chaque jour. Appelé OSLO en interne, le projet de cette nouvelle offre longue distance, qui démarrera au printemps 2022, sera opérée sur des lignes classique avec des trains Corail rénovés et…pelliculés en rose (et bleu) pour reprendre les codes visuels de la marque Ouigo. Il s’agit d’une exploitation sans subsides, c’est-à-dire en open access. Les premières liaisons OUIGO Vitesse Classique concerneraient Paris-Nantes et Paris-Lyon.
>>> Railtech.be/fr – La SNCF annonce son nouveau service « Ouigo vitesse classique »

Trafic régional

Constructeurs

Stadler : perte de contrat à cause d’une signature électronique ? – Le Tribunal administratif fédéral autrichien aurait déclaré la nullité d’un contrat de 186 trains double étage gagné par Stadler, au motif que la signature numérique utilisée ne semble pas être reconnue. Selon le tribunal, Stadler a signé l’offre avec une version suisse d’une signature numérique non reconnue par l’UE et l’Autriche. Pour être plus clair, la loi fédérale suisse sur les signatures électroniques (Zertes) réglemente la validité des signatures numériques en Suisse et dans l’UE. Les certificats de fournisseurs reconnus dans l’UE, l’EEE ou des pays tiers ne sont pas considérés comme qualifiés ou réglementés en Suisse et vice versa. Pour changer cela, la Suisse devrait conclure des traités internationaux avec l’UE, car le ZertES helvétique est compatible avec le règlement eIDAS en vigueur dans l’UE. En d’autres termes : sans un nouveau traité d’État, les signatures électroniques ne sont pas valides en dehors de la Suisse. L’entreprise a annoncé la semaine dernière vouloir se défendre contre la décision du Tribunal fédéral administratif autrichien. La banque cantonale de Zurich (ZKB) relève qu’il sera difficile pour ÖBB d’obtenir les trains en temps voulu après l’annulation de la validité du contrat par le tribunal. On ne sait pas encore si le vice de forme pourra être corrigé ou s’il faudra procéder à un nouvel appel d’offre, dans les deux cas Stadler serait de toute manière bien positionné, estiment les analystes.
>>> Remonews.com – Stadler Rail loses ÖBB mega-order – due to “signature failure”

Énergies

Italie : développement d’un train à hydrogène dans le centre de l’Italie – Le remplacement des trains diesel par de l’hydrogène sur une ligne du centre de l’Italie est à l’étude par AECOM, le groupe espagnol d’énergies renouvelables Iberdrola, la société d’hydrogène vert Cinque International et le spécialiste du développement durable Ancitel Energia & Ambiente. Les entreprises ont signé un protocole d’accord couvrant quatre projets visant à soutenir une reprise économique durable dans la région, qui a été durement touchée par les tremblements de terre de 2009, 2016 et 2017 et a souffert de décennies de dépeuplement. Le premier projet est la modernisation de la ligne de 300 km des Apennins, qui sera l’un des premiers chemins de fer à hydrogène d’Italie. La ligne relie la ville de Sansepolcro, dans la province septentrionale d’Arezzo, à Sulmona, une ville de la province centrale de L’Aquila. L’accent mis sur cette ligne est stratégiquement important car il relie un certain nombre de zones intérieures à travers quatre régions centrales. Une partie de la ligne n’a pas été électrifiée, utilisant actuellement des trains diesel qui seront remplacés dans le cadre du programme. Les projets s’alignent sur les objectifs de l’European Clean Hydrogen Alliance, un groupe dirigé par la Commission européenne qui envisage un déploiement ambitieux de technologies de l’hydrogène d’ici 2030 pour soutenir l’engagement de l’UE à atteindre la neutralité carbone d’ici 2050. En juillet 2021, le projet de chemin de fer des Apennins a été présélectionné par la Commission européenne dans le cadre de ses activités pour l’European Clean Hydrogen Alliance, qui vise à constituer un pipeline de projets d’investissement viables et à intensifier le déploiement de l’hydrogène vert en Europe.
>>> Businesswire – AECOM to develop hydrogen-powered railway in Central Italy to enhance economic growth

Technologies

Un partenariat entre Nozomi Networks et Cervello pour des solutions de cybersécurité destinés aux des chemins de fer – Les organisations ferroviaires ont besoin d’une solution de cybersécurité conçue spécifiquement pour leurs contraintes, leurs méthodologies et leurs systèmes propriétaires. La transformation numérique des systèmes ferroviaires mondiaux nécessite de plus en plus de solutions IoT et basées sur le cloud pour améliorer la sécurité ferroviaire, l’efficacité opérationnelle et la fiabilité. Mais cette prolifération et cette utilisation intentionnelles de l’IoT ouvrent la porte à de nouvelles cybermenaces et augmentent les risques d’attaques contre le rail et les transports publics. C’est dans ce cadre que Nozomi Networks Inc, le leader mondial de la sécurité OT et IoT, et Cervello, le leader de la cybersécurité ferroviaire, ont annoncé la semaine dernière leur partenariat pour fournir à l’industrie ferroviaire une cybersécurité complète. Reconnu comme le leader du marché de la sécurité OT et IoT, le californien Nozomi Networks est apprécié pour sa visibilité opérationnelle supérieure, sa détection avancée des menaces OT et IoT et sa solidité à travers les déploiements. Les solutions de Nozomi Networks prennent en charge plus de 48 millions d’appareils dans des milliers d’installations dans les secteurs de l’énergie, de la construction, de l’exploitation minière, du transport ou encore des services publics. La société israélienne Cervello propose de son côté une plateforme de cybersécurité qui associe un mécanisme d’authentification breveté et entièrement passif, des renseignements sur les menaces de niveau national et des capacités de réponse exploitables, permettant aux organisations ferroviaires d’assurer un transport sûr et fiable. La plateforme de Cervello offre une efficacité opérationnelle maximale et prend en charge les équipements d’infrastructure ferroviaire anciens et modernes. Le partenariat avec l’américain Nozomi Networks permettra de fournir aux clients un guichet unique pour la meilleure cybersécurité ferroviaire de sa catégorie.
>>> Finance.yahoo.com – Nozomi Networks and Cervello Announce Partnership to Deliver Advanced Cybersecurity Solutions to Railway’s OT, IT & IoT Environments

Prochaine livraison : le 06 octobre 2021

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Le train, l’hydrogène et la courbe de Gartner

Par Frédéric de Kemmeter – Signalisation ferroviaire et rédacteur freelance – Inscrivez-vous au blog
25/01/2021
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Depuis 2018, les trains à hydrogène sont en service commercial en Allemagne et sont testés aux Pays-Bas, en France et au Royaume-Uni. Ils sont commercialisés comme « verts » car la seule émission qu’ils produisent en fonctionnement est la vapeur. Pas de pollution sale dans nos villes et dans les gares. C’est exactement ce que recherchait nos politiciens pour répondre au grand mouvement climatique du moment. Ils ont donc imaginé de produire ce nouveau carburant miracle partout où c’est possible. L’hydrogène est soudainement devenu la coqueluche du moment.

L’excellent Roger Ford de Modern Railway nous rappelait en mars dernier le fameux cycle de Gartner. Bien que sujette à quelques critiques académiques, cette courbe peut être appliquée à toute forme d’engouement, dont les spécialistes de la communication sont si friands. Que nous apprend ce graphique ? Il montre qu’une percée technologique potentielle donne le coup d’envoi d’un nouvel engouement et provoque rapidement un pic d’attentes démesuré.  Ce fut le cas avec le véhicule autonome. Après quoi, un creux de désillusion s’installe et l’intérêt diminue à mesure que les expériences et les mises en œuvre ne donnent pas de résultats. Certaines startups de la technologie s’effondrent ou échouent. Puis, un renouveau prend la forme d’une courbe remontante, lorsque la technologie est mieux comprise et que les fournisseurs proposent des produits mieux maîtrisés.

(schema Jeremykemp via wikipedia)

En quoi cela peut-il être appliqué avec l’hydrogène ? Tout simplement parce que les politiciens se sont emparés de ce carburant pour pondre des grands plans de décarbonation. On en est aujourd’hui au « pic d’attente démesurée » de la courbe de Gartner.  L’hydrogène est en effet présenté comme le maillon essentiel de la transition du secteur énergétique des combustibles fossiles vers des sources propres et renouvelables. En conséquence, les pays et les entreprises investissent massivement dans la recherche pour rendre l’hydrogène commercialement viable, en particulier dans les industries qui consomment beaucoup d’énergie et polluent beaucoup.

Une bataille de communication s’est engagée entre le moteur diesel et l’hydrogène. Prenons pour exemple Daimler, qui signa en décembre 2020 une déclaration avec 6 autres constructeurs pour cesser de vendre des véhicules à combustible fossile d’ici 2040. Mais sur son site, Daimler fait valoir qu’il vaut la peine d’améliorer davantage le diesel plutôt que de l’interdire. Alors quoi ?

Une rame Régiolis B 83549M arrivant en gare de La Wantzenau, sur le TER 830719 Roeschwoog – Strasbourg. Certaines lignes à fort trafic seront appelées plus tard à recevoir la caténaire, d’autres pas. Un choix… (photo Boris Arbogast via license flickr)

Cette comparaison avec le moteur diesel intéresse hautement le secteur ferroviaire, principalement dans les pays qui ont un réseau peu électrifié. Comme le rappelle une étude de l’Ademe, sur les 30.000 km composant le Réseau National Ferroviaire (RFN), la moitié des voies sont non électrifiées. Ces voies sont principalement localisées sur des lignes régionales. Le diesel représente encore 25% de l’énergie consommée par les rames TER et est responsable de 75% de leurs émissions de CO2. La SNCF et les Régions ont lancé le projet TER H2 qui vise à déployer commercialement la toute première flotte de trains hydrogène régionaux bimode, (Régiolis PPM bimode H2) dans plusieurs régions françaises pilotes. Ces trains fonctionnent uniquement en traction électrique grâce aux caténaires sur les portions électrifiées des voies et grâce à l’hydrogène sur les portions non électrifiées. Cependant, la question de la production de l’hydrogène, qui n’est à la base pas un problème ferroviaire en soi, demeure entière.

Environ 70 millions de tonnes métriques d’hydrogène sont déjà produites dans le monde chaque année pour être utilisées dans le raffinage du pétrole, la production d’ammoniac, la fabrication d’acier, la production de produits chimiques et d’engrais, la transformation des aliments, la métallurgie, etc. La production d’hydrogène gris et bleu est responsable annuellement de 830 millions de tonnes d’émissions de CO2, soit l’équivalent des émissions du Royaume-Uni et de l’Indonésie réunis. C’est loin d’être négligeable. Actuellement, l’hydrogène vert – celui qui est nécessaire pour atteindre le niveau net zéro d’ici 2050 – représente moins de 4 % de tout l’hydrogène produit. L’augmentation de la production serait coûteuse, et elle est entravée par une multitude de problèmes techniques dans la chaîne d’approvisionnement.

Scania, fournisseur de véhicules routiers à batterie et à pile à combustible, a déjà annoncé que l’utilisation de l’hydrogène pour de telles applications sera limitée à l’avenir, car il faut trois fois plus d’électricité renouvelable pour alimenter un camion à hydrogène qu’un camion électrique à batterie. Une grande quantité d’énergie est en effet perdue dans la production, la distribution et la reconversion en électricité.

La grande question des infrastructures, à ne pas négliger…

La production verte de l’hydrogène pose aussi de nombreuses questions liées à la quantité des parcs éoliens qui ne pourront pas s’étendre à l’infini en raison des zones urbanisées et des oppositions de riverains. Il y a aussi les lieux où s’effectuera l’électrolyse, ainsi que les pipelines qui amèneront l’hydrogène vers les stations de ravitaillement, forcément éloignées des parcs éoliens. L’hydrogène est beaucoup moins dense que l’essence, il est difficile à transporter. Il doit soit être refroidi à -253 ° C pour le liquéfier, soit être comprimé à 700 fois la pression atmosphérique pour pouvoir être délivré sous forme de gaz comprimé. Actuellement, l’hydrogène est transporté par des pipelines dédiés. Tout cela a un coût et peut prendre du temps pour les permis. De plus, l’arrêt probable de la motorisation thermique pour 2035 ou 2040 selon les sources, signifierait un gigantesque parc de voitures électrique à charger chaque jour. Y aura-t-il une petite place pour l’électrolyse ferroviaire dans cette gigantesque production, et à quel prix ? Rien n’est encore certain à ce jour…

« Une transition énergétique basée sur l’hydrogène ne se fera pas du jour au lendemain », confirmait un rapport de l’Irena en 2019 (Agence internationale pour les énergies renouvelables). « L’utilisation de l’hydrogène ciblera des applications spécifiques. La nécessité d’une nouvelle infrastructure d’approvisionnement dédiée pourrait limiter son utilisation. » On serait donc bien en bas de la courbe, du côté des désillusions…

Cela dit, la traction par pile à combustible est susceptible d’avoir sa place sur les lignes peu fréquentées où l’électrification, même à moindre coût, n’est pas viable. Mais il s’agit d’une part limitée et l’économie réalisée comparé au total à décarboner est minime. Si on accepte cette analyse, on peut alors se retrouver dans la courbe ascendante, celle où l’idée de départ est actualisée à l’aune des constats des chiffres de coûts/bénéfices. En 2021, nous en sommes encore toujours au stade d’une certaine euphorie (le haut de la courbe de Gartner), alors que l’on sait notamment que l’énergie éolienne est instable selon la météo et de surcroît, fort dépendant des subventions publiques. Il arrivera un moment où les bonnes questions vont commencer à se poser…

Le tronçon Mol-Hamont de 33km, récemment électrifié par Infrabel (photo Benjamin Brolet/Infrabel)

La conclusion qu’on peut raisonnablement tirer est que l’électrification traditionnelle par caténaire est – et sera -, appelée à faire le gros du travail de décarbonation du chemin de fer. Le train à hydrogène occuperait une place minoritaire selon les pays. Au Royaume-Uni, sur les 9.855 kilomètres de lignes non-électrifiées, Network Rail aurait estimé en septembre 2020 que seuls 900 kilomètres seraient susceptibles d’être éligibles au train à hydrogène et 400 autres aux trains à batteries. Le reste des lignes non-électrifiées, devrait donc accueillir la caténaire 25kV quoiqu’on en juge. En France, l’étude Ademe semble plus audacieuse et a identifié 34 lignes susceptibles d’être compatibles avec la technologie à hydrogène, mais il est vrai que nous sommes au pays d’Alstom, ce qui peut signifier beaucoup de choses (1)… Cela dit, il est possible que le kilométrage pour le train à hydrogène soit encore plus important à l’avenir si des progrès importants sont réalisés dans l’électrolyse et dans les prix de fourniture du carburant vert. Cela reste très difficile à estimer de nos jours.

Il est évident que le calcul d’une électrification – ou non -, par caténaire, va fortement varier en fonction des politiques menées et des finances publiques disponibles. Le poids du lobby de l’hydrogène pourrait jouer plus favorablement dans certains pays que dans d’autres et les parcs éoliens n’ont pas la même densité partout. Au final, la politique ferroviaire jouera également un rôle, dans le fait de savoir s’il faut maintenir des petites lignes locales à coût raisonnable et quel gain tout cela apportera à la collectivité.

Alors, le battage médiatique autour de l’hydrogène est-il justifié? La réponse est oui, mais le battage médiatique doit être dirigé vers les lignes ferroviaires adéquates. Ne faisons pas du train à hydrogène la nouvelle idéologie à la mode mais conservons au maximum notre sens du pragmatisme.

Potůčky, à la frontière entre la République tchèque et l’Allemagne. Un cas pour le train à hydrogène ? (photo Ingolf Nistad via licence flickr)

(1) Lors d’une récente commande, le Secrétaire d’État Jean-Baptiste Djebbari déclarait que «La France a tout pour devenir un champion de l’hydrogène : le Gouvernement est pleinement engagé pour faire de cette ambition une réalité. Nous financerons les frais de développement du premier train régional à hydrogène français à hauteur de 47 millions d’euros.» L’étude Ademe ne disait pas autre chose en écrivant que «au niveau économique et stratégique, l’expertise française du train hydrogène peut être valorisée à l’international. Le déploiement du Coradia iLint en Allemagne et le projet de déploiement en France permettent de conforter le savoir-faire français pour répondre aux demandes de verdissement ferroviaire en Europe et à l’international. ».

25/01/2021 – Par Frédéric de Kemmeter – Signalisation ferroviaire et rédacteur freelance
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Quel avenir pour les trains à hydrogène ?

08/02/2021 – Par Frédéric de Kemmeter – Signalisation ferroviaire et rédacteur freelance
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Depuis plusieurs années, l’hydrogène semble être devenu le carburant miracle pour contrer la pollution générée par la propulsion diesel. Si au départ on en parlait pour l’automobile, l’hydrogène est maintenant utilisée dans le secteur ferroviaire.

L’utilisation de l’hydrogène comme solution aux problèmes énergétiques et environnementaux mondiaux a été proposée par les scientifiques il y a 30 ans. La combustion de l’hydrogène ne produit que de l’eau, ce qui n’entraîne pratiquement pas de pollution.

Historiquement, les premières « piles à combustible » qui combinent l’eau et l’hydrogène pour produire de l’électricité ont été découvertes au début des années 1800. Dans la seconde moitié du XXe siècle, elles furent fortement utilisées dans les programmes d’exploration spatiale comme propulseur de fusée. Mais pourquoi cet engouement pour l’hydrogène seulement maintenant ?

Trois éléments entrent en jeu. D’une part, Ces dernières années, alors que la réalité de la crise climatique commençait enfin à toucher les décideurs politiques du monde entier, l’hydrogène renouvelable s’est imposé comme une solution énergétique à fort potentiel pour les secteurs difficiles à décarboniser, comme les transports lourds et la fabrication industrielle. Il convient d’ajouter que les progrès technologiques ont également rendu la fabrication de l’hydrogène moins coûteuse. Ensuite, il y a l’intervention des États à travers la stratégie de la Commission européenne, qui implique des fonds publics pour lancer ce nouveau secteur, et cela ne peut qu’intéresser l’industrie. Et enfin, au niveau ferroviaire, l’idée de ne plus avoir à électrifier les lignes de chemin de fer qui n’ont pas un trafic très important pourrait également séduire. La stratégie consiste à montrer que le rail peut être un élément clé pour aider les États à atteindre leurs objectifs climatiques. Et cela intéresse évidemment les responsables politiques, qui pourraient plus facilement ouvrir le robinet à subventions.

Hydrogen

La grande question était de savoir quels secteurs des transports devraient être prioritaires pour le déploiement de l’hydrogène ? L’aviation et le transport maritime ont tous deux été identifiés comme des candidats appropriés, mais l’absence quasi totale de développement ou de prototypes signifie que les progrès sont à prévoir pour le long terme. Le transport routier lourd, la sidérurgie et d’autres processus industriels offraient de meilleures possibilités pour une application à plus grande échelle. Ce qui est remarquable, c’est que le train a failli une nouvelle fois d’être oublié dans ce nouveau secteur !

Heureusement, l’hydrogène est avant tout une source d’énergie à fort potentiel pour ce que l’on appelle l’industrie lourde. Pour l’instant, cela vise plutôt les bus, les poids lourds et finalement les trains. Une application ferroviaire était donc tout à fait appropriée.

Une étude sur l’utilisation des piles à combustible et de l’hydrogène dans l’environnement ferroviaire, évaluant l’état de la technique, l’analyse de rentabilité et le potentiel du marché, a été entreprise en 2019 par Shif2Rail (et Roland Berger). « Diverses régions d’Europe ont montré de l’intérêt pour le potentiel des technologies des piles à combustible et de l’hydrogène pour les trains, en particulier là où d’autres solutions d’électrification pour atteindre les objectifs de zéro émission se sont révélées irréalisables d’un point de vue technique et aussi économique », explique Bart Biebuyck, directeur exécutif de l’entreprise commune Piles à combustible et Hydrogène (PCH JU). Carlo Borghini, directeur exécutif de l’entreprise commune S2R, détaille : « L’analyse montre que les activités de développement du marché mondial des trains à hydrogène (PCH) sont actuellement concentrées en Europe. C’est encourageant car cela place l’Europe à la pointe de la technologie des trains PCH, ce qui constitue un potentiel important pour l’industrie européenne des PCH. La transformation du système ferroviaire initiée avec la mise en place du programme Shift2Rail, axée sur la durabilité, la numérisation et l’automatisation, crée de nouvelles opportunités de marché pour la compétitivité de l’industrie ferroviaire au niveau mondial ».

Voilà pourquoi il y a tant d’effervescence autour de ce thème dans le secteur ferroviaire. Flairant le bon filon, Alstom en Allemagne fut le premier constructeur à se lancer dans cette aventure avec son autorail à hydrogène Coradia i-Lint… et les indispensables subventions du gouvernement allemand. Alstom l’a fait alors que les deux autres concurrents, Bombardier et Siemens, s’engageaient plutôt dans une course aux autorails à batteries électriques. Depuis lors, on voit des trains à hydrogène en essais dans toute l’Europe, et pas seulement chez Alstom.

Le premier train à hydrogène au monde a été lancé en Allemagne le 17 septembre 2018. Il s’agit d’un train de la famille Coradia Lint d’Alstom, appelé « Coradia i-Lint », alimenté à l’hydrogène et mis en service sur la ligne Cuxhaven-Buxtehude, en Basse-Saxe. Ces trains doivent servir un volume de trafic d’environ 2 millions de passagers par an. Cette première mondiale a fait grande impression et propulsé Alstom au-devant de la scène, grâce à son pari sur un secteur largement soutenu par les pouvoirs publics. Une phase de test de dix-huit mois pour les deux premiers trains avait été menée à bien. En septembre 2020, à Bremervoerde, les travaux ont commencé pour construire la première station-service à hydrogène au monde pour les trains de voyageurs. Ce projet de mobilité, qui a attiré l’attention du monde entier, entrait ainsi dans une seconde phase. Profitant des subsides et afin de conserver son avance sur ce marché prometteur, Alstom signait en mai 2019 une commande de 27 Coradia iLint à hydrogène en version 54m pour le Land de la Hesse (Francfort).

Tout cela dans le cadre d’une Allemagne qui veut devenir le leader mondial de la technologie de l’hydrogène et qui souhaite promouvoir la production industrielle pour y parvenir. À cette fin, le gouvernement allemand a décidé d’une «stratégie nationale de l’hydrogène» dotée d’un budget de 9 milliards d’euros, qui bien-sûr ne couvrent pas uniquement que les trains.

En Grande-Bretagne, un démonstrateur appelé « HydroFLEX » a été créé en 2019 au départ d’une automotrice classe 319, dans le cadre d’un partenariat entre la société de leasing Porterbrook et le Centre de recherche et d’éducation ferroviaire de Birmingham (BCRRE). En plus d’être équipé d’une pile à combustible à hydrogène, cette 319001 conserve ses appareillages originaux pour capter le courant soit par troisième rail 750V DC, soit par caténaires 25kV. C’est la première fois qu’un train à hydrogène issus du matériel existant circule au Royaume-Uni. L’application de la technologie de l’hydrogène sur un tel train lui permet de circuler sur des lignes électrifiées conventionnelles ainsi que de manière indépendante sur lignes non-électrifiées. Il en résulte un train très flexible qui peut circuler sur différentes parties du réseau ferroviaire britannique, ce qui est le but recherché.

Le déclencheur de ce projet a été la demande du ministre britannique des chemins de fer Jo Johnson, qui a mis au défi en 2018 le secteur ferroviaire d’élaborer des plans de décarbonisation, avec pour objectif de retirer du réseau les trains fonctionnant uniquement au diesel d’ici 2040. Sans indiquer avec quelle technologie. Il est amusant de voir que c’est une initiative d’un loueur de matériel roulant, mais évidemment avec des fonds alloués à l’Université de Birmingham, ce qui montre ici aussi l’intérêt des partenariats public-privé.

Hydrogène

D’autres pays d’Europe ont emboîté le pas pour s’inscrire dans la stratégie européenne… et obtenir des fonds. En septembre 2020, Talgo a présenté à Badajoz, en Espagne, son système de propulsion à base d’hydrogène pour les véhicules ferroviaires, comme une alternative verte pour remplacer les locomotives diesel. Le projet a été présenté dans le cadre de la première conférence sur l’hydrogène comme vecteur de développement socio-économique dans le sud-ouest ibérique (SOI H2). Il s’agira du premier prototype en Espagne. En octobre 2020, la province néerlandaise de Groningen a annoncé son intention de remplacer les autorails diesels actuellement exploités par Arriva Nederland par des trains à hydrogène.Ici aussi, les financements publics sont prépondérants et la province est maintenant impliquée dans le développement d’une nouvelle grande usine d’hydrogène à Eemshaven et a donc intérêt à promouvoir ce « nouveau pétrole » pour les trains et les bus.

Le 26 novembre 2020, l’opérateur italien FNM et Alstom ont signé un contrat de 160 millions d’euros pour la fourniture de 6 rames à hydrogène qui devront être exploitées sur la ligne Brescia-Iseo-Edolo. Les nouveaux trains devraient être livrés d’ici 2023 et remplaceront les vieillissants autorails diesel Fiat ALn 668. Les trains Coradia Stream pour FNM sont fabriqués par Alstom en Italie. Le développement du projet, l’essentiel de la fabrication et de la certification sont réalisés sur le site d’Alstom à Savigliano. Les systèmes de signalisation embarqués seront fournis par le site de Bologne.

Hydrogen(photo Brinmingham University)

Ce grand engouement pour l’hydrogène suscite cependant certaines questions liées à la production, émet des doutes quant à la capacité de remplacer les coûteuses l’électrification de lignes ferroviaires et ne plaît évidemment pas au radicalisme vert.

On devait se douter que l’arrivée de ce nouveau carburant serait perçue comme une concurrence par le secteur électrique, qui lui-même mène un lobbying intense auprès des élus en tant que solution aux défis climatiques. En dépit de ses nombreuses déclarations « vertes », le secteur pétrolier n’est lui non plus pas enthousiaste et on voit arriver maintenant sur la place publique tout une série d’opinions tentant de contrer les vertus de l’hydrogène.

La production d’hydrogène peut se faire de plusieurs manières, dont certaines entraînent d’importantes émissions de gaz à effet de serre, ce qui a rapidement suscité des critiques. Le facteur clé de la production d’hydrogène est l’économie de l’hydrogène. Les technologies de production d’hydrogène sont disponibles dans le commerce, tandis que certaines de ces technologies sont encore en cours de développement. La production d’hydrogène est souvent associée à différentes couleurs comme le gris, le bleu ou le vert. Ces différentes couleurs représentent des distinctions dans les profils d’émissions pour les différentes voies de production d’hydrogène.

  • Hydrogène gris – Utilisation de combustibles fossiles pour la production d’hydrogène. Le reformage du gaz naturel est le procédé le plus utilisé pour la production d’hydrogène, mais il produit une quantité considérable de CO2. Différentes industries dépendent de ce procédé pour la production d’hydrogène à un coût raisonnable.
  • Hydrogène bleu – Hydrogène produit à partir de combustibles fossiles et utilisation de la technologie de capture du carbone pour réduire les émissions de CO2
  • Hydrogène vert – Hydrogène produit par électrolyse qui utilise l’électricité produite par les énergies renouvelables et d’autres technologies. Plusieurs usines de plus de 100MW ont été annoncées pour la production d’hydrogène vert par électrolyse. Les technologies d’électrolyseurs alcalins et PEM sont des technologies largement utilisées. Des développements sont également en cours dans le domaine des procédés d’électrolyse à haute température.

Le plus grand défi de l’hydrogène vert est qu’il nécessite de grandes quantités d’énergie renouvelable. L’AIE estime que pour répondre à la demande actuelle d’hydrogène par l’électrolyse, il faudrait 3.600 TWh par an, soit plus que la production annuelle totale d’électricité de l’UE. L’une des grandes questions est de savoir si l’on peut produire suffisamment d’hydrogène vert assez rapidement pour faire la différence dans la lutte contre le changement climatique. L’économie de l’hydrogène vert a besoin d’un soutien adapté. « La politique de l’UE tente de reproduire la réussite des énergies renouvelables », explique Emmanouil Kakaras, responsable des nouvelles entreprises chez Mitsubishi Power Europe, dans le magazine « Nature ». Peu de gens croient que les voitures particulières fonctionneront à l’hydrogène à l’avenir. On s’attend à ce qu’elles deviennent électriques. Ce sont plutôt les camions (et les trains ?) qui sont actuellement visés. La question de la production est un sujet crucial qui reste en dehors de l’industrie ferroviaire. En Basse-Saxe, Alstom a pu compter sur l’investissement de plusieurs millions d’euros de fonds publics dans une centrale de production, sans quoi le Coradia i-Lint n’aurait été qu’un simple power point…

HydrogenInstallation de la caténaire du côté de Cholsey (photo Bill Nicholls via license geograph.org.uk)

Se passer d’électrification est un autre sujet de discorde. Il divise la communauté des cheminots, tout particulièrement ceux qui font toute leur carrière dans « les caténaires » et les sous-stations. Chacun argumente bien évidemment pour sa chapelle… et son job ! Eviter de gâcher le paysage avec des poteaux caténaires tous les 60m est évidemment un rêve, mais il est beaucoup trop tôt aujourd’hui d’avoir le recul nécessaire, alors que les expériences de Basse-Saxe n’ont pas encore deux ans. Opérer un bilan comparatif entre la caténaire et l’hydrogène n’est pas à l’ordre de jour. La caténaire a fait ses preuves jusqu’à 350km/h mais elle peut parfois être fragile et sensible à la météo. Elle a comme désavantage de produire une tonne de procédures et d’appareillages de sécurité liés aux risques de foudre, de retour de courant et de maintenance, que l’on ne retrouve pas sur les lignes non-électrifiées.

Hydrogen

Le poids des appareillages à installer sur les autorails pose aussi de légitimes questions. Assez lourds, ces autorails, pour le moment, ne sont pas appelés à gravir de fortes rampes dans le centre de l’Allemagne ou en Auvergne. Les rapports puissance / poids respectifs de ces trains sont de 5,7 et 10,5 kW par tonne. Cela peut poser la question de l’usure des rails et des essieux, autrement dit des coûts d’entretien supplémentaires si on doit rentrer l’autorail en atelier plus de fois qu’un autorail « normal ». De fins observateurs font remarquer que les premiers trains à hydrogènes circulent tous dans des « régions plates ». En effet, la Basse-Saxe et les Pays-Bas sont voisins et ont bien des points en commun…

Nous nous attarderons moins sur le dernier point : les opposants idéologiques à l’hydrogène. En effet, pour eux, ce nouveau carburant serait uniquement promu pour poursuivre des objectifs industriels et financiers, incompatibles avec leur idéologie anticapitaliste. Si nous soulignons cela dans cet article, c’est parce qu’il faut bien lire certaines opinions et distinguer ce qui se cache là-derrière. Dans certains cercles radicaux, la cause climatique ne serait qu’un paravent pour promouvoir d’autres causes moins avouables, qui remettent totalement en cause notre société… et donc le chemin de fer. Prudence, donc !

La bataille entre les batteries électriques et la propulsion à l’hydrogène fait rage. Les aspects renouvelables de la production d’hydrogène rendent ce carburant attrayant par rapport aux réserves limitées d’éléments de batteries pour véhicules électriques tels que le lithium, le cobalt et le nickel, que l’on ne trouve que dans les pays pauvres et ce qui suscite d’autres oppositions politiques. Le recyclage des batteries, suite à leur deuxième vie, semble également limité. Le plus grand fabricant de véhicules électriques au monde, la société chinoise BYD, fait état d’un taux de récupération de 40 à 60 % pour le seul cobalt, le reste se traduisant par des boues hautement toxiques. L’hydrogène aura-t-il le même succès que les énergies renouvelables lancées il y a vingt ans ? L’hydrogène offre un grand potentiel pour les itinéraires moins fréquentés, mais l’électrification est potentiellement la meilleure option pour les lignes de chemin de fer à utilisation intensive et offre de nombreux autres avantages. Attendons de voir…

Hydrogène(photo Mediarail.be)

08/02/2021 – Par Frédéric de Kemmeter – Signalisation ferroviaire et rédacteur freelance
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