La route électrique mise sur la recharge à induction

La mobilité électrique se heurte aujourd’hui à des contraintes : des batteries trop grosses et une autonomie trop faible. La solution ? Électrifier la route grâce aux nouvelles technologies de recharge à induction, statique ou dynamique. La route transmet à présent de l’énergie et peut aussi la fabriquer grâce à l’énergie solaire.

Si l’autonomie des véhicules électriques légers s’améliore, les bus, les autocars et les poids lourds, en revanche, accusent un retard de taille en matière d’électromobilité : le poids et l’encombrement d’une batterie. Mais les choses pourraient bien changer. Non seulement avec la route solaire de Colas qui transforme la chaussée en panneaux photovoltaïques. Également avec la recharge par induction électromagnétique. Point fort, cette technologie affranchit les véhicules électriques (VE) de leur cordon d’alimentation. En effet, elle transmet l’électricité vers la batterie du véhicule à partir d’une bobine de cuivre noyée dans le sol d’une place de parking et reliée au secteur.

Le biberonnage, un atout pour l’autonomie

Bernard Maestrali, chef du groupe R&D « Optimisation énergétique et expertise des procédés industriels » d’EDF © DR

Bernard Maestrali, chef du groupe R&D Optimisation énergétique et expertise des procédés industriels d’EDF travaille sur le « biberonnage » des bus. « Ce concept consiste à profiter d’arrêts de courtes durées du véhicule pour réaliser des charges partielles de la batterie. Suivant les parcours, les distances entre les arrêts et leur durée, les postes sont positionnés afin d’optimiser la charge et l’investissement. Ils peuvent être situés aux terminus, aux stations, aux gares de péages, aux gares de taxis. » Une solution parfaitement adaptée pour les bus, qui suivent des parcours connus et cycliques. Le biberonnage fonctionne également pour les navettes des aéroports ou de grands campus universitaires.

Berlin teste une ligne de bus électriques à recharge sans fil fondée sur la solution Primove.
© Bombardier

L’idée, c’est que le bus ne doit pas forcément être chargé à 100% avant le début d’une journée de service. Il peut par exemple démarrer avec 20% ou 30% de charge, en sachant qu’il sera approvisionné sur le trajet. Les avantages sont nombreux. L’appel de puissance sur le réseau électrique est moins important car il n’est pas nécessaire de recharger des flottes entières de bus pendant la nuit. Ensuite, les batteries n’ont plus à être dimensionnées pour tenir une journée. Elles peuvent donc être plus petites. Ce qui fait gagner du poids et permet d’embarquer plus de passagers. Par ailleurs, le biberonnage préserve la durée de vie des batteries, qui coûtent moins cher et durent plus longtemps. « Des expérimentations explorent différentes solutions techniques de recharge électrique. A Grenoble, un système par pantographe, à Bordeaux, par caténaires », reprend Bernard Maestrali. Genève, en Suisse, ouvrira en 2018 une ligne de bus électriques. Treize stations permettront aux engins de transport en commun de recharger leurs batteries le temps de l’arrêt, grâce au procédé baptisé Tosa (Trolleybus Optimisation Système Alimentation). Les bus se rechargent à chaque arrêt à une station, via un bras articulé qui se lève du toit et se connecte à un plot d’alimentation.

Pour sa part, la recharge par induction fait également ses premiers pas. Une flotte de bus électriques à recharge inductive circule dans la ville anglaise de Milton Keynes. A New York, des bornes en forme de plaques d’égout ont été déployées pour des tests par la société Hevo Power. Depuis l’été 2015, les passagers de la ligne de bus 204 à Berlin découvrent eux aussi les avantages du bus électrique à recharge inductive. Le projet fait partie de l’initiative du ministère fédéral allemand des Transports et des Infrastructures numériques (BMVI), s’intitulant « Vitrine internationale pour le programme de mobilité électrique de Berlin Brandebourg ». « Notre système permet ainsi de recharger les batteries à 200 kW des bus électriques de la ville de Berlin en seulement quelques minutes, lors des arrêts aux terminus, explique Jérémy Desjardins, directeur de Bombardier Primove. Ces stations invisibles permettent à une flotte de quatre bus électriques de desservir la ligne longue de 6.1 km. Et ce, sans arrêt pour recharge supplémentaire ou changement de batterie dans la journée. Une troisième station de chargement est installée au dépôt de l’opérateur local, la Berliner Verkehrsbetriebe (BVG). »

Recharger les batteries en roulant

Joseph Beretta est le président de l’Avere.
 © Avere

La recharge électrique cherche également à devenir  »dynamique » en s’étendant aux véhicules en déplacement. « Il s’agit de positionner les bobines dans la chaussée, à quelques mètres les unes des autres. Lorsque le véhicule roule dessus, il se recharge automatiquement, explique Joseph Beretta, président de l’Association pour le développement de la mobilité électrique (Avere France). L’avantage de ce procédé sans patin ni caténaire, c’est que ce dispositif améliore considérablement l’autonomie. L’électricité que le véhicule consomme pour rouler provient du système de recharge par induction. »

Dans le cadre du projet européen de R&D Fabric (Feasibility Analysis and Development of On-Road Charging Solutions for Future Electric Vehicles), l’Institut de transition énergétique Vedecom Inaugurera le 28 mars prochain sur son site de Satory (Yvelines) une piste d’essais pour les systèmes de recharge inductive dynamique, longue de 100 mètres. « C’est l’une des plus grandes pistes du genre dans le monde, souligne François Colet, chef de projet Systèmes de charge innovants chez Vedecom et Renault. Nous sommes les seuls, à ce jour, à accepter simultanément deux véhicules sur la piste. Cela nous permet de superviser le système lorsque les deux véhicules se rechargent et de mieux cerner la problématique du raccordement au réseau électrique. »

L’interopérabilité en question

Le but de cette expérimentation vise à jauger la consommation du véhicule en instantané, de façon à savoir générer l’énergie nécessaire à la traction du véhicule et à sa recharge. Autre utilité, apprendre à associer la consommation au bon véhicule, pour des raisons de facturation par exemple. La préoccupation de Vedecom concerne également l’interopérabilité. « Les différents types de véhicules, de la plus petite voiture au plus gros bus, doivent être pris en charge de la même façon par la route. Or ils n’ont pas les mêmes consommations d’énergie, ni les mêmes missions, ajoute François Colet. Et entre la voiture de sport et le poids lourd, le système doit s’adapter aux différentes hauteurs de garde au sol. »

La solution soulève ainsi de nombreux défis techniques et des contraintes financières. Il faudra alors inventer les modèles économiques idoines en répondant aux questions : qui paie ? Pour quelle rentabilité ? Qui opère le service ? Et dans quel environnement ce système de recharge serait-il le plus judicieux ? Pour sa part, la Société des autoroutes du Nord et de l’Est de la France (Sanef) participe également au projet Fabric. « Un groupe de travail a estimé le coût des bobines inductives et de l’alimentation électrique dans une fourchette allant de 1 à 2 millions d’euros du kilomètre, précise Guy Frémont, responsable du département prospective et projets transversaux. Pour installer un tel dispositif sur autoroute, il faudrait attendre les travaux de réfection de la chaussée qui ont lieu tous les 15 à 20 ans. Dans ce contexte, le surcoût de travaux serait relativement faible, estimé à 50 000 euros. »

Une piste de 100 mètres, dédiée à l’inductif dynamique, est en phase d’expérimentation par Vedecom sur son site de Satory (Yvelines).
 © Vedecom

Mais ces chiffres ne prennent pas en compte l’amenée d’énergie électrique le long de l’autoroute. Un chantier pharaonique. « Le Réseau de transport d’électricité (RTE) aurait à construire des lignes à haute tension le long des autoroutes et à mettre en place des transformateurs, poursuit Guy Frémont. C’est presque une centrale électrique qu’il faudrait installer tous les 100 km. » Autre difficulté : ces systèmes sont conçus pour les voitures, qui nécessitent environ 20 à 30 kW pour rouler mais sont très insuffisants pour un camion qui a besoin de 150 à 200 kW. Le dispositif de recharge inductive trouverait peut-être mieux sa place en zones périurbaines et urbaines où le trafic est dense. « Sur les boulevards urbains par exemple, les véhicules roulent à faible vitesse et n’ont donc pas besoin de beaucoup de puissance pour rouler et recharger leur batterie », reprend conclut Guy Frémont.

La route solaire, productrice d’électricité

Légende : Johnny Clatot est le chargé du projet chez Wattway by Colas. © Colas

Ainsi les routes sont-elles vouées à se rénover en permanence et à assurer de nouvelles fonctions. Outre la transmission de l’énergie, la route pourrait à présent produire de l’électricité. Car le déploiement de la route électrique devra s’aligner sur le parc des énergies renouvelables. Il y aurait un paradoxe à devoir rouvrir une centrale au fuel ou à charbon pour alimenter l’excès de consommation des véhicules électriques. D’où l’idée de Colas, via sa filiale Wattway, de donner une deuxième fonction à la route. « Le trafic représente 10% du temps de fonctionnement d’une chaussée, explique Johnny Clatot, docteur en physique des matériaux pour l’énergie, chargé du projet chez Wattway. Le reste du temps, elle est passive. Nous avons eu l’idée d’installer des panneaux photovoltaïques sur la route pour que les 90% du temps où la route regarde le ciel, elle ait une utilité. »

Un kilomètre de long sur 2,8 mètres de large est ainsi recouvert de dalles photovoltaïques, développées depuis cinq ans par Colas en collaboration avec l’Institut national de l’énergie solaire (Ines). Le chantier de la route solaire Wattway a été inauguré à Tourouvre (Orne) le 22 décembre dernier par Ségolène Royal, ministre de l’Environnement, de l’Énergie et de la Mer, chargée des Relations internationales sur le climat. « Le défi réside dans la création d’un module photovoltaïque compatible avec l’application routière. Ainsi la dalle Wattway mesure-t-elle 1,40m x 70 cm, pour seulement 7 mm d’épaisseur », dévoile Johnny Clatot. Directement posée sur la route, celle-ci est recouverte d’un substrat de résine étanche capable de supporter le poids des voitures, bus, autocars et des camions.
Le savoir-faire de Colas, protégé par deux brevets, se concentre dans la nature du revêtement transparent qui les protège.

Les tests portent sur le freinage, les aspects climatiques, la résistance à l’incendie et la gestion électrique. « Ce produit expérimental est sûr : il est adhérent et supporte les températures allant jusqu’à -40°C. Il ne dépasse pas 60 Volts, donc il n’y a aucun risque d’électrocution », affirme le chef de projet de Colas. Après l’annonce de la création de la dalle Wattway en novembre 2015, le groupe Colas s’est lancé dans une entreprise de deux ans pour mettre en œuvre une centaine de chantiers d’application afin d’appréhender différents climats et conditions de trafic, selon la fréquentation des bus, des poids lourds et des véhicules légers, les vitesses pratiquées, etc. Deux démonstrateurs de 50 m2 existent en Vendée, un de 100 m2 à Septèmes-les-Vallons près de Marseille, un en Normandie de 1 km linéaire, un autre à La Réunion et même aux États-Unis, à Westpoint (Georgie).

De son côté l’Institut français des sciences et technologies des transports, de l’aménagement et des réseaux (Ifsttar) a lancé son projet R5G, route 5ème génération. « Les routes sont confrontées aujourd’hui à trois enjeux majeurs : le développement durable, la transition énergétique et la mobilité, annonce Nicolas Hautière, directeur du projet R5G. Ces enjeux nécessitent de repenser le transport routier qui assure dans les pays développés plus de 80% des flux de marchandises et de passagers, tout en consommant 60% de l’énergie fossile produite sur Terre et en étant responsable de 25% des émissions de gaz à effet de serre. »

Vers la route à énergie positive

Nicolas Hautière est le directeur du projet « Route 5ème Génération » à l’Ifsttar
© Ifsttar

Et en ce qui concerne la route solaire, il existe deux familles : les panneaux thermiques, qui produisent de la chaleur et les panneaux photovoltaïques que l’on retrouve sur la Wattway. L’Ifsttar rapproche ces deux technologies pour mettre au point une route solaire hybride, la route à énergie positive en combinant électricité et calories. « Cette technologie n’est pour le moment qu’un démonstrateur de laboratoire mais d’ici un an, elle sera sur piste, explique Nicolas Hautière. Le démonstrateur est composé d’un empilement de matériaux remplissant chacun une fonction précise. » La couche de roulement, composée d’un enrobé semi-transparent à base de granulats de verre, permet de recueillir le rayonnement solaire. Dessous, des capteurs produisent l’énergie électrique nécessaire pour faire fonctionner la pompe à chaleur. Une couche d’enrobé poreux, placée sous ces capteurs solaires contient un fluide calo-porteur qui collecte l’énergie sous forme thermique. La route solaire pourrait également contribuer à recharger les véhicules électriques par induction.

© Caroline Albenois / TCA-innov24