Hydrogène, batteries … et un peu de caténaires?

À l’heure où la réduction des émissions de gaz à effet de serre s’impose de plus en plus dans le débat quotidien, au point de parler de « verdissement » du ferroviaire pourtant déjà peu émetteur, la SNCF développe une multitude d’option. En Occitanie, la région s’est engagée dans le développement de ces alternatives mais qui ferait presque oublier la bonne vieille caténaire ! Tour d’horizon des différents projets en cours de réalisation :

Hydrogène

C’est l’expérimentation qui fait le plus parler d’elle. En 2021 les régions Auvergne Rhône-Alpes, Bourgogne-Franche-Comté, Grand Est et Occitanie se sont associées avec la SNCF et Alstom pour produire 12 rames régiolis dont la traction sera bi-mode électrique-hydrogène. Cette technologie consiste à remplacer les classiques moteurs diesels par des piles à combustible, des réservoirs d’hydrogène, et des batteries pour une traction sans émission directe de gaz à effet de serre. L’hydrogène stocké dans les réservoirs est mélangé à l’oxygène de l’air ambiant dans la pile à combustible, située en toiture du train, pour obtenir de l’électricité qui peut être stockée dans les batteries et consommée par les moteurs du train. Le train à hydrogène disposera d’une autonomie allant jusqu’à 600 kilomètres et une vitesse maximale de 160 km/h.

Illustration d’une rame régiolis bi-mode électrique et hydrogène ©SNCF

Sur les 231M€ du projet, la région Occitanie a investi 42M€ pour l’achat de 3 rames qui seront en circulation sur la ligne Toulouse – Montréjeau -Luchon dont les travaux de réouverture vont commencer en 2023. Au niveau du calendrier, les tests vont démarrer en 2023 également pour une livraison et mise en service en Occitanie qui s’étalera entre décembre 2025 et juin 2026.

Hybride

En 2018, les régions Occitanie, Grand-Est, Nouvelle-Aquitaine et Centre-Val-de-Loire se sont regroupées pour mettre au point le premier train hybride (électrique-thermique-batterie). Pour réaliser cette hybridation, une rame régiolis de la région Occitanie est partie début 2021 sur le site d’Alstom de Reichshoffen après avoir au préalable réalisé la validation des systèmes de stockage d’énergie sur le site Alstom de Tarbes fin 2020. L’hybridation de la rame a consisté à remplacer la moitié des moteurs thermiques par des systèmes de stockage d’énergie composés de batteries lithium-ion. La rame a également été équipée temporairement d’une voiture laboratoire et de capteurs permettant de mesurer les flux d’énergie du train.

La rame régiolis liO prêté par la région Occitanie afin d’être hybridée

Une première phase de mise au point statique et dynamique jusqu’à 60 km/h s’est déroulée à Reichshoffen pour vérifier le fonctionnement du train et tester son mode de traction hybride avant de rejoindre l’anneau de Vélim en République Tchèque pour les essais de validation et de certification jusqu’à 160 km/h. Ces essais ont démontré que la rame se comportait conformément aux attentes avec un taux de récupération de l’énergie au freinage, servant à recharger les batteries, supérieur à 90% permettant une économie d’énergie jusqu’à 20% en fonction du parcours. Grâce à une autonomie d’une vingtaine de kilomètres, le mode zéro émission permet au train de circuler sans recourir aux moteurs thermiques même si les batteries seront utilisées majoritairement en gare et dans les zones urbaines car elles ont l’avantage de réduire le bruit émis par la rame. Le train régional hybride aura la même autonomie sur les lignes non électrifiées que la version bi-mode thermique électrique, allant jusqu’à 1.000 kilomètres.

La dernière phase d’essais aura lieu sur le réseau ferré national permettant à SNCF Voyageurs de finaliser le dossier d’admission qui sera présenté à l’Etablissement Public de Sécurité Ferroviaire (EPSF) en vue de l’obtention des autorisations nécessaires à son exploitation commerciale. Une rame est arrivée au technicentre de Toulouse au début de l’été 2022 pour un démarrage du service commercial expérimental qui se fera au deuxième trimestre 2023 avec des circulations sur les lignes de Toulouse – Albi – Rodez et Toulouse – Castres – Mazamet. Après un an d’expérimentation, il sera envisagé le déploiement industriel de la solution d’hybridation sur le parc de Régiolis existants. Le cout de cette expérimentation est de 16,8M€, dont 3M€ provenant de la région Occitanie.

Batterie

Dans le prolongement du train hybride, les régions Auvergne-Rhône-Alpes, Hauts-de-France, Nouvelle-Aquitaine, Occitanie et Provence-Alpes-Côte-d’Azur se sont rapprochées de SNCF Voyageurs et Bombardier pour transformer des rames AGC en train à batterie. Au total la modification portera sur 5 rames dont la première a commencé fin 2021 sur le site Alstom Transport à Crespin (Hauts-de-France). Les premiers essais de validation de la rame AGC à batteries sont en cours avec une autorisation de mise sur le marché et la mise en service de ce nouveau train en 2023.

Concrètement, les deux moteurs diesel seront remplacés par des batteries au lithium qui chargeront principalement sous caténaire ou dans les gares électrifiées. L’énergie générée par le freinage du train est également récupérée et stockée dans les batteries qui pourront ainsi assurer la traction du train sur des tronçons de 80 km non électrifiés avec jusqu’à 20% d’économies d’énergie. La durée de vie prévisionnelle de ces dernières est de 10 ans. La rame AGC du parc régional sera en service dans un premier temps sur la liaison Nîmes – Grau-du-Roi qui fait 45 km dont 40 km sans caténaire, soit la limite d’exploitation possible. Le cout de cette expérimentation est de 38M€, dont 5,4M€ provenant de la région Occitanie.

Colza

Ce dernier projet devrait d’ici peu s’étendre dans toute la France. Il s’agit de remplacer le gasoil en utilisant du biocarburant B100. Expérimenté à partir de 2021 en service commercial, du biocarburant B100 issu à 100% de la filière française du colza est utilisé sur 15 rames Régiolis de la ligne Paris-Granville et dont les résultats se sont avérés concluants. L’un des grands avantages de cette innovation est qu’elle n’impose aucune modification de la motorisation des trains roulant au gazole, tout en garantissant une réduction des gaz à effet de serre d’environ 60%. Depuis janvier 2022, la SNCF  et la Région Bourgogne Franche-Comté ont lancé une phase d’essais de circulation au biocarburant B100 sur la ligne TER des Horlogers Besançon-Morteau.

Le TER de la ligne des horlogers est à son tour en train de tester le colza en lieu et place du gasoil

Caténaire

Le réseau Occitan possède 2.605 km de voies ferrées dont 70% sont électrifiés à savoir les axes principaux (Agen-Toulouse-Narbonne, Avignon/Pont-St-Esprit – Cerbère, Toulouse-Brive, Toulouse-Pau et Béziers-Neussargues) ce à quoi il faut ajouter les lignes Pyrénéennes (Toulouse – Latour-de-Carol, Perpignan-Villefranche-Vernet-les-Bains ainsi que le train jaune avec son 3ème rail). À noter que la ligne Elne-Céret est également électrifiée jusqu’au Boulou dans le cadre de l’autoroute ferroviaire. Enfin, les lignes Montréjeau-Luchon, Lannemezan-Arreau et Tarbes – Bagnères-de-Bigorre, actuellement fermées, étaient toutes électrifiées. Lourdes-Pierrefittes est de son côté la seule ligne électrifiée à avoir été déferrée à ce jour.

Le réseau ferré Occitan avec en bleu les lignes en 1500V, en rouge les lignes en 25kV et en jaune le 3ème rail 850V ©VoieMidi

La seule fois que SNCF Réseau parle d’électrification, c’est via l’électrification frugale consistant à mettre une caténaire sur une section seulement, le temps de permettre le rechargement des batteries d’un train… Or, en étant plus attentif, on note que sur le graphique, la SNCF concède que lorsque le trafic est important l’électrification complète reste la meilleure solution. Cela tombe bien puisque l’Occitanie possède plusieurs lignes qui cumulent plusieurs particularités qui poussent pour un plan d’électrification à moyen-long terme à l’image de ce que l’on observe en Allemagne.

Nombre de circulation maximale sur les lignes thermiques en 2022 (prévision pour les lignes fermées) ©VoieMidi
  • Ligne Toulouse – l’Isle-Jourdain – Auch

Sur la métropole Toulousaine, les navettes urbaines de la ligne C et les TER cumulent dès aujourd’hui 82 circulations sur la section Arènes – Colomiers. Dans le cadre de l’amélioration de la ligne du Gers, ces navettes vont être prolongées jusqu’à Brax-Léguevin d’ici 2028. Un nombre de circulations qui justifie une électrification, d’autant plus que dans l’optique d’un RER avec un cadencement de 15 minutes en parallèle d’un cadencement TER de 30 minutes qui signifierait environ 200 trains par jour, rendant la caténaire inévitable. Situé à seulement 1h de la capitale régionale, Auch devra également passer à court-moyen terme à un cadencement de 30 minutes à l’image des préfectures de l’Ariège, du Tarn du Lot ou de l’Aude, signifiant au minimum 40 trains par jour et justifiant ainsi un prolongement dans un second temps de la caténaire jusqu’au bout de la ligne. Par ailleurs, cela signifie par la même occasion une augmentation de l’offre en siège puisqu’une caténaire permet d’engager des trains à deux niveaux type régio2N qui sont plus capacitaire et qui deviennent nécessaires notamment pour l’Isle-Jourdain. Longue de 82,5 km, dont 35 km entre Toulouse et l’Isle-Jourdain, une électrification reviendrait à environ 100M€. Pour rappel, l’électrification d’Empalot-Brax (20,5 km) était chiffrée à 38M€ en 2014.

Croisement de TER à l’entrée de la gare de Colomiers, section qui voit passer 82 trains par jour ©VoieMidi
  • Ligne Toulouse – St-Sulpice-sur-Tarn – Carmaux

À l’image de la ligne du Gers, la branche Est de l’étoile ferroviaire Toulousaine voit passer un nombre important de circulations du fait du cumul des 3 lignes TER du Quart-Nord-Est de Toulouse avec 67 trains par jour. Là aussi, un chiffre qui justifie une électrification, d’autant plus dans l’optique d’un RER avec un cadencement de 15 minutes en parallèle du cadencement TER qui signifierait environ 200 trains par jour entre Toulouse et St-Sulpice-sur-Tarn. Jusqu’à Tessonnières, le cumule de deux lignes TER affiche 45 trains par jour sur cette section tandis que des études sont en cours pour passer la signalisation sur du BAPR numérique jusqu’à Albi à court terme ce qui permettra de passer à 52 trains par jour. Le prolongement dans un second temps de la caténaire jusqu’à Carmaux s’avèrera donc nécessaire à l’image d’Auch. À long terme, on peut s’interroger également pour créer une continuité jusqu’à Rodez-Séverac afin de rejoindre la ligne de l’Aubrac. La ligne Toulouse-Carmaux est longue de 90 km, dont 30 km entre Toulouse et St-Sulpice-sur-Tarn, soit une électrification qui reviendrait à environ 100M€.

Régiolis quittant Montastruc-la-Conseillère sur une section voyant déjà passer 67 trains par jour ©Pierre Joris
  • Ligne Toulouse – St-Sulpice-sur-Tarn – Mazamet

Dans le prolongement de l’axe de Carmaux, l’antenne de Mazamet mériterait à terme un cadencement de 30 minutes avec relèvement de vitesse et une modernisation de la signalisation entre Lavaur et Mazamet pour mieux relier l’agglomération Castres-Mazamet et ses 78.000 habitants à la métropole Toulousaine. Une amélioration de la ligne d’autant plus nécessaire avec la création à venir d’une autoroute entre Toulouse et Castres qui vient concurrencer le train. La ligne St-Sulpice-sur-Tarn – Mazamet est longue de 74,5 km, soit une électrification qui reviendrait à environ 80M€.

Régiolis effectuant son terminus à Mazamet avant de repartir vers Castres et Toulouse ©Delagardelle
  • Ligne Nîmes – Alès

Sur le littoral, la ligne Nîmes-Alès est la seule double voie complète de la région à ne pas être électrifiée. Avec un cadencement de 30 minutes en pointe, l’axe voit passer 37 trains par jour. Un renforcement de celui-ci et de l’offre en direction de la Lozère permettrait de dépasser facilement les 40 trains par jour. Avec une population de 41.837 habitants, deuxième ville du département, les flux domicile-travail/étude entre Nîmes et Alès sont très importants et nécessiteraient à terme l’engagement de régio2N et donc la pose d’une caténaire. La ligne Nîmes – Alès est longue de 45 km, soit une électrification qui reviendrait à environ 60M€.

  • Ligne Nîmes – Grau-du-Roi

Du côté de la Camargue, le potentiel de cette ligne est largement sous-exploité avec seulement 2 allers-retours en basse saison et 6 allers-retours les étés. Avec la modernisation de la voie et de la signalisation, il faudrait viser un cadencement de 30 minutes à court/moyen terme soit au minimum 40 trains par jour. Pour faire face à l’affluence exceptionnelle de la période estivale, l’engagement de régio2N plus capacitaire serait le bienvenu nécessitant donc obligatoirement une électrification. Cela permettrait par la même occasion une meilleure flexibilité sur l’utilisation du matériel roulant sur la métropole Nîmoise qui possède actuellement 3 lignes électrifiées sur les 5 de son étoile ferroviaire. Enfin, une électrification permettrait d’engager des TGV en provenance de Paris et qui seraient prolongés jusqu’au Grau-du-Roi pour atteindre les plages du Golf du Lion à l’image des TGV du Croisic et des Sables d’Olonne. La ligne St-Césaire – Grau-du-Roi est longue de 40,5 km, soit une électrification qui reviendrait à environ 45M€.

Un AGC en gare du Grau-du-Roi, terminus de la ligne. Une gare qui est loin de capter le potentiel voyageur du territoire ©Hunza
  • Ligne Montréjeau – Luchon

Dans cette vallée Pyrénéenne, il est bon de rappeler tout d’abord que la ligne a été électrifié en 1925 jusqu’en 2017 où la caténaire est supprimée officiellement pour cause de vétusté. Pour cause, le profil de la ligne affiche des rampes jusqu’à 17‰ faisant de la caténaire le mode de traction le plus performant. Une traction d’autant plus cohérente et écologique avec la production d’énergie hydroélectrique directement sur place, ce qui était la philosophie de la compagnie du Midi qui possédait à l’époque des barrages dans les Pyrénées. Si dans le temps le FRET fait son retour sur la ligne et/ou que l’on prolonge celle-ci vers le Val d’Aran, une caténaire sera d’autant plus nécessaire. L’autre argument concerne la cohérence de l’exploitation de la ligne dont les trains proviendront, il faut l’espérer, en totalité de Toulouse via la ligne électrifiée du piémont Pyrénéen. Enfin, une caténaire permettrait d’engager des régio2N plus capacitaires qui seraient bien utiles les hivers dans le cadre de l’offre skirail à l’image d’Ax-les-Thermes. Ici aussi, une électrification permettrait de prolonger les TGV en provenance de Paris jusqu’à Luchon pour rejoindre les pistes de ski de Superbagnères à l’image des TGV des Alpes. La ligne Montréjeau-Luchon est longue de 35,6 km, soit une électrification qui reviendrait à environ 35M€ (chiffré même à 20M€ lors de l’étude préliminaire).

Un AGC assurant un TER Toulouse-Luchon quand la caténaire était toujours présente… ©SylvainCostes

Au global, un plan d’électrification du réseau Occitan pourrait s’étendre sur les deux mandats à venir d’ici 2040 du fait de l’achèvement des travaux d’urgence, de renouvellement et de réouverture qui sont en cours actuellement, libérant ainsi plus de crédits pour des opérations de développement. Dans un premier temps il pourrait s’agir de la ligne d’Auch, Luchon, du Grau-du-Roi et de St-Sulpice-sur-Tarn pour environ 220M€ puis dans un second temps Carmaux, Alès et Mazamet pour environ 200M€. Mais malheureusement en France, hydrogène et batterie semblent éclipser la caténaire pour un petit moment encore …

Hypothèse de l’électrification du réseau Occitan à terme ©VoieMidi
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