Un bus électrique est un bus alimenté en électricité.

Les bus électriques peuvent stocker l’électricité à bord ou peuvent être alimentés en continu par une source externe. Les bus stockant de l’électricité sont principalement des bus électriques à batteries, dans lesquels le moteur électrique reçoit de l’énergie d’une batterie embarquée, bien qu’il existe des exemples d’autres modes de stockage, tels que le gyrobus qui utilise le stockage d’énergie par volant d’inertie. Dans le second cas, l’électricité est fournie par contact avec des sources d’énergie extérieures. Par exemple, les câbles aériens, comme dans le trolleybus, ou avec des conducteurs sans contact au sol, comme on le voit dans le véhicule électrique en ligne. Cet article traite principalement des bus stockant l’électricité à bord.

En 2017, 99% des bus électriques ont été déployés en Chine, avec plus de 385 000 bus sur la route, soit 17% de la flotte de bus chinoise.

Histoire
Les véhicules électriques existent depuis le 19ème siècle. Au début du XIXe siècle, des chercheurs en Hongrie, aux Pays-Bas et aux États-Unis ont commencé à explorer l’idée de véhicules alimentés par batterie. Un chariot électrique, une voiture sans chevaux alimentée par un moteur électrique, avait déjà progressé. Cependant, comme les gens voulaient se déplacer plus facilement et plus rapidement, les voitures sont devenues une solution de rechange plus rapide et plus raisonnable que les voitures tirées par des chevaux.

En 1835, l’Américain Thomas Davenport est crédité de la construction du premier véhicule électrique pratique, une petite locomotive. Il a mis au point un moteur électrique alimenté par batterie qu’il utilisait pour faire fonctionner une petite voiture sur une courte section de voie.

La première voiture électrique à succès a été fabriquée aux États-Unis en 1890. William Morrison, de Des Moines (Iowa), a construit un véhicule électrique pouvant accueillir jusqu’à six passagers et pouvant atteindre 6 à 12 milles à l’heure. Les spécifications du modèle 1890 Morrison Electric incluaient 24 cellules d’accumulateurs montées sous le siège avant. Le véhicule pouvait parcourir une distance de 100 miles avant de devoir être rechargé.

Cette invention initiale a suscité un intérêt pour les voitures électriques et les constructeurs automobiles ont commencé à construire leurs propres versions dans le monde entier. En raison de l’extrême intérêt soudain, les voitures électriques ont atteint leur apogée en 1900 et constituaient la majorité des véhicules sur la route.

A cette époque, les voitures électriques étaient les véhicules préférés. Les véhicules à essence nécessitaient beaucoup d’efforts pour conduire, du changement de vitesse au démarrage du moteur avec une manivelle, ainsi que d’autres inconvénients tels que des gaz d’échappement puissants et désagréables.

Cependant, des améliorations ont été apportées à la voiture à essence, ce qui a entraîné une perte de vitesse de la voiture électrique. La manivelle fut bientôt remplacée par un démarreur électrique et les véhicules à essence devinrent plus abordables. Les voitures à essence ont rapidement surmonté la popularité des véhicules électriques.

En 1935, les voitures électriques ont pratiquement disparu. Ce n’est que dans les années 1970, quand une pénurie de gaz a frappé, provoquant une montée en flèche des prix de l’essence, que les voitures électriques sont revenues sur le marché. Les voitures à essence sont toujours plus populaires en raison de leurs performances et de leur fiabilité accrues.

Les années 90 ont vu les voitures électriques devenir plus populaires alors que les préoccupations de la société pour l’environnement commençaient à augmenter. Au début du 21ème siècle, la technologie des voitures électriques semblait plus prometteuse que jamais avec la sortie de la Toyota Prius, le premier véhicule électrique de fabrication majeure. Aujourd’hui, les véhicules électriques sont à la hausse et continuent de progresser, alors que de plus en plus d’Américains exigent un véhicule plus efficace et plus écologique.

Désavantages
Comme pour les autres véhicules électriques, le contrôle du climat et le temps extrêmement froid affaibliront les performances des bus électriques. En outre, le terrain peut poser un problème pour l’adoption de véhicules électriques transportant de l’énergie stockée par rapport aux trolleybus, qui tirent leur énergie des lignes aériennes. Même lorsque les conditions sont favorables, les tarifs élevés des services publics locaux (en particulier pendant les périodes de pointe) et les systèmes de chargement propriétaires constituent des obstacles à l’adoption.

Bus électrique à batterie
L’un des types les plus populaires de bus électriques de nos jours est l’autobus électrique à batterie. Les bus électriques à batterie disposent de l’électricité stockée à bord du véhicule dans une batterie. Aujourd’hui, ces bus peuvent parcourir une distance de plus de 200 km avec une seule charge. Ces bus sont généralement utilisés comme autobus urbains en raison des particularités à portée limitée.

La conduite en ville accélère et freine considérablement. De ce fait, le bus électrique de la batterie est supérieur au bus diesel car il peut recharger la plus grande partie de l’énergie cinétique dans les batteries en cas de freinage. Cela réduit l’usure des freins dans les bus et l’utilisation de l’électricité par le diesel peut améliorer la qualité de l’air dans les villes.

Lorsque vous conduisez dans une ville, il est important de minimiser le poids à vide et le poids de roulement de l’autobus. Cela peut être accompli en utilisant l’aluminium comme matériau de construction principal pour un bus. Des panneaux composites et d’autres matériaux légers peuvent également être utilisés. Selon Linkkebus, leur construction de bus entièrement en aluminium est d’environ 3000 kg plus légère que celle des autobus modernes en acier de taille comparable (poids à vide de 9500 kg). La réduction du poids permet une plus grande charge utile et réduit l’usure des composants tels que les freins, les pneus et les joints, ce qui permet à l’opérateur de réaliser des économies annuelles.

Le bus de transport EcoRide BE35 de Proterra, baptisé Ecoliner de Foothill Transit, basé à West Covina, en Californie, est le premier autobus électrique à batterie à charge rapide et robuste au monde. Le système d’entraînement ProDrive de Proterra utilise un moteur UQM et un freinage par récupération qui capture 90% de l’énergie disponible et le renvoie au système de stockage d’énergie TerraVolt, ce qui augmente la distance totale parcourue par le bus de 31 à 35%. Il peut parcourir 30 à 40 milles avec une seule charge, consomme jusqu’à 600% de moins qu’un autobus diesel ou GNC classique et produit 44% moins de carbone que le GNC.

Charge
Charger des batteries de bus électriques n’est pas aussi simple que de faire le plein de moteur diesel. Une attention particulière, une surveillance et une planification sont nécessaires pour optimiser l’utilisation du processus de charge, tout en assurant une maintenance et une conservation correctes de la batterie. Certains opérateurs gèrent ces défis en achetant des bus supplémentaires. De cette façon, le chargement ne peut avoir lieu que la nuit. C’est une solution sûre, mais également très coûteuse et non évolutive. La vraie solution consiste à veiller à ce que l’horaire quotidien du véhicule prenne également en compte la nécessité de facturer, en gardant le calendrier global aussi proche que possible de l’optimum.

Aujourd’hui, divers éditeurs de logiciels aident les exploitants de bus à gérer leur calendrier de tarification des bus électriques. Ces solutions garantissent que les bus continuent à fonctionner en toute sécurité, sans arrêts imprévus et sans dérangement pour les passagers.

Pour la communication entre le chargeur et le bus électrique, le même protocole ISO 15118 est utilisé pour le chargement des voitures particulières. Les seules différences concernent la puissance de charge, la tension et le coupleur.

Pantographes et collecteurs de soubassement aux arrêts de bus
Les pantographes et les collecteurs de soubassement sont intégrés aux arrêts de bus pour accélérer la recharge des bus électriques, ce qui permet d’utiliser une batterie plus petite sur le bus, ce qui réduit l’investissement initial et les coûts ultérieurs.

Autobus électriques autonomes
Un bus autonome est un véhicule autonome à propulsion électrique qui transporte douze passagers ou plus. Les bus autonomes fonctionnent sans conducteur à l’intérieur du véhicule, mais utilisent plutôt des caméras, des capteurs et des télécommandes pour se déplacer correctement dans la circulation.

Batterie zinc-air
Un autobus électrique pur de 12,2 m (40 pieds) est en cours de développement, utilisant une technologie de batterie pré-commerciale. Electric Fuel Corporation développe et démontre un autobus électrique de 12,2 m (40 pieds) alimenté par une cellule à air de zinc, ainsi qu’un ultracondensateur. Le dispositif énergie zinc-air, souvent décrit comme une batterie, convertit le zinc en oxyde de zinc dans un processus qui fournit de l’énergie au bus. Le bus n’est pas rechargé; au lieu de cela, les cartouches d’oxyde de zinc sont remplacées par de nouvelles piles de zinc. Ce bus a montré une autonomie de plus de 160 km (160 km) et a été démontré à Las Vegas, au Nevada. Cependant, cette technologie est en phase de développement et plusieurs obstacles majeurs doivent être surmontés avant d’être adoptés pour l’utilisation de la flotte de transit, notamment l’infrastructure de ravitaillement disponible ou l’utilisation dans les gares routières.

Bus de condensateurs
Les bus peuvent utiliser des condensateurs au lieu de batteries pour stocker leur énergie. Les ultracondensateurs ne peuvent stocker qu’environ 5% de l’énergie contenue dans les batteries lithium-ion, ce qui les limite à quelques kilomètres par charge. Cependant, les ultracondensateurs peuvent charger et décharger beaucoup plus rapidement que les batteries conventionnelles. Dans les véhicules qui doivent s’arrêter fréquemment et de manière prévisible dans le cadre d’un fonctionnement normal, le stockage d’énergie basé exclusivement sur des ultracondensateurs peut être une solution.

La Chine expérimente une nouvelle forme de bus électrique, appelée Capabus, qui fonctionne sans lignes aériennes continues en utilisant de l’énergie stockée dans de grands condensateurs électriques à double couche intégrés, qui se rechargent rapidement lorsque le véhicule s’arrête à n’importe quel arrêt de bus (sous soi-disant parapluies électriques), et entièrement chargé dans le terminus.

Quelques prototypes ont été testés à Shanghai au début de 2005. En 2006, deux lignes de bus commerciales ont commencé à utiliser des bus de condensateurs électriques à double couche; l’un d’eux est la route 11 à Shanghai. En 2009, Sinautec Automobile Technologies, basée à Arlington, en Virginie, et son partenaire chinois, Shanghai Aowei Technology Development Company, testent depuis 2006, sans aucun problème technique majeur, 17 bus Ultracap de 41 sièges desservant la région du Grand Shanghai. Soixante autres autobus seront livrés au début de l’année prochaine avec des ultracondensateurs qui fournissent 10 wattheures par kilogramme.

Les bus ont des itinéraires très prévisibles et doivent s’arrêter régulièrement tous les 3 miles (4,8 km), ce qui permet des recharges rapides. L’astuce consiste à faire tourner des arrêts de bus le long de la route vers des bornes de recharge. À ces stations, un collecteur situé au sommet du bus se lève de quelques mètres et touche une ligne de charge aérienne. En quelques minutes, les batteries ultracondensatrices stockées sous les sièges de bus sont entièrement chargées. Les bus peuvent également capter l’énergie du freinage, et l’entreprise affirme que les stations de recharge peuvent être équipées de panneaux solaires. Une troisième génération de produit offrira une autonomie de 20 miles (32 km) par charge ou mieux. Un tel bus a été livré à Sofia en Bulgarie en mai 2014 pour un test de 9 mois. Il couvre 23 km en 2 charges.

Sinautec estime que l’un de ses bus a un dixième du coût énergétique d’un autobus diesel et peut réaliser des économies de carburant à vie de 200 000 dollars. En outre, les autobus consomment 40% moins d’électricité par rapport à un trolleybus électrique, principalement parce qu’ils sont plus légers et qu’ils bénéficient des avantages du freinage par récupération. Les ultracondensateurs sont constitués de charbon actif et ont une densité énergétique de six wattheures par kilogramme (à titre de comparaison, une batterie lithium-ion haute performance peut atteindre 200 wattheures par kilogramme), mais le bus ultracondensateur est également moins cher que bus de batteries lithium-ion, environ 40% moins chers, avec une fiabilité de loin supérieure.

Il existe également une version hybride plug-in, qui utilise également des ultracaps.

Développements futurs
Sinautec est en discussion avec Schindall du MIT pour développer des ultra-condensateurs de densité énergétique plus élevée en utilisant des structures de nanotubes de carbone alignées verticalement qui donnent aux dispositifs une plus grande surface pour contenir une charge. Jusqu’à présent, ils peuvent obtenir une densité d’énergie deux fois supérieure à celle d’un ultracondensateur existant, mais ils tentent d’obtenir environ cinq fois plus d’énergie. Cela créerait un ultracondensateur avec un quart de la densité énergétique d’une batterie lithium-ion.

Les développements futurs incluent l’utilisation de la charge inductive sous la rue, pour éviter le câblage aérien. Un tampon sous chaque arrêt de bus et à chaque feu de signalisation sur le trajet serait utilisé.

Bus scolaires
En 2014, le premier autobus scolaire tout électrique de modèle de production a été livré au district scolaire unifié de Kings Canyon, dans la vallée de San Joaquin, en Californie. Le bus scolaire de classe A a été construit par Trans Tech Bus, à l’aide d’un système de commande électrique développé par Motiv Power Systems, de Foster City, en Californie. Le bus était l’un des quatre que le district commandait. La première série de bus SST-e (comme on les appelle) est en partie financée par le programme d’amélioration de la qualité de l’air AB 118, géré par le California Air Resources Board.

Le véhicule Trans Tech / Motiv a réussi toutes les inspections et certifications de la KCUSD et de la California Highway Patrol. Bien que certains hybrides diesel soient utilisés, il s’agit du premier autobus scolaire électrique moderne approuvé par tous les États pour le transport des élèves.

Depuis 2015, le constructeur canadien Lion Bus propose un autobus scolaire grandeur nature, eLion, avec un corps en composite. C’est une version de production régulière construite et livrée en volume depuis début 2016, avec environ 50 unités vendues jusqu’en 2017.

Bus hybrides
À la fin des années 1990, la technologie électrique a été progressivement intégrée aux véhicules autonomes. Des véhicules plus propres que les autobus diesel conventionnels et plus indépendants que les trolleybus ont été développés: il s’agit de l’apparence des autobus hybrides. Ces véhicules combinent deux moteurs, un électrique et un thermique, pour permettre une utilisation plus optimale du carburant (économies de 10 à 30%). Cependant, bien qu’ils utilisent la technologie de traction électrique et de récupération d’énergie cinétique (ou même de stockage d’énergie dans des batteries alors appelées véhicules hybrides rechargeables), ils fonctionnent grâce au carburant contrairement au bus électrique dont la source d’énergie est uniquement l’électricité.

Bus électriques autonomes
Aujourd’hui, des bus électriques autonomes sont en développement et certains constructeurs (Power Vehicle Innovation, Renault Trucks,…) sont en mesure d’offrir une autonomie suffisante pour permettre aux opérateurs de fournir un service de transport urbain sans contraintes. Infrastructure. Certains sont utilisés depuis plusieurs années, comme Montmartrobus, un bus exploité par la Régie autonome des transports parisiens (RATP) depuis 2000. Les bus alimentés par des supercondensateurs (ligne Tosa de Genève) représenteraient un coût d’investissement inférieur à celui d’une ligne. de trolleybus, de l’ordre de un million d’euros par km.

La technologie
Les bus électriques fonctionnent sur le même principe que les bus thermiques, c’est-à-dire grâce à une chaîne de traction fonctionnant avec un moteur électrique alimenté par des batteries (le stockage de l’énergie est adapté à l’électricité par l’utilisation de batteries réservoir des véhicules thermiques). La puissance obtenue avec des moteurs électriques permet des vitesses suffisantes pour un usage urbain (plus de 70 km / h).

Batteries
Du point de vue du stockage de l’énergie, c’est essentiellement la technologie de la batterie qui a évolué dans la recherche (en particulier les batteries lithium-ion avec une densité plus élevée). Aujourd’hui, cette technologie permet l’utilisation durable des modèles contemporains et le développement du bus électrique en plus de la prise de conscience de l’impact environnemental des véhicules de transport en commun conventionnels. Bien qu’elles occupent plus d’espace qu’un réservoir de carburant, les batteries peuvent aujourd’hui occuper une place suffisamment raisonnable pour que nous ne le remarquions pas. Cette autonomie est notamment améliorée grâce au système de récupération d’énergie cinétique lors des phases de décélération ou de freinage. . Par rapport à la technologie diesel, l’efficacité énergétique des véhicules électriques est d’environ 90%, contre 40% pour les véhicules à essence.

Avantages

Avantage écologique
En utilisation, un bus électrique n’émet aucun gaz à effet de serre. La production d’électricité peut, selon son processus de fabrication, entraîner des émissions de gaz à effet de serre (telles que le dioxyde de carbone): l’empreinte carbone d’un bus électrique n’est pas nulle mais tend vers de très faibles niveaux de pollution.

Avantage environnemental
Un bus électrique fait très peu de bruit par rapport au bus de chaleur et pourrait donc être généralisé pour améliorer la qualité de vie des environnements urbains en réduisant la pollution sonore des véhicules de transport en commun.

Adaptation au paysage urbain
Les avantages écologiques et environnementaux combinés permettent aux bus électriques d’être discrets et propres (l’absence d’émissions de gaz à effet de serre n’est pas un problème, tout comme un bus de chauffage dans les zones très fréquentées par les piétons). Ces caractéristiques ont souvent été retenues pour être utilisées dans la ville: de nombreux petits bus électriques à utiliser dans le centre-ville dans les zones résidentielles et les rues étroites fréquentées par les piétons.

Aspects économiques
L’énergie électrique est moins chère à utiliser que le carburant, charger un petit bus électrique coûte 2 euros. Cependant, le coût des bus électriques varie considérablement en fonction du type de bus: Trolleybus, bus avec condensateurs, Gyrobus, Hybrides. Certaines études estiment cependant que le coût d’un bus électrique à batterie représente un coût d’investissement et de fonctionnement de 5 à 10 12 fois plus élevé qu’un trolleybus.

Désavantages

Autonomie
L’autonomie n’est pas encore aussi importante que celle des véhicules thermiques. Cependant, si la faible autonomie des batteries pour les véhicules électriques semble constituer une limite technologique à l’utilisation de véhicules électriques pour un usage individuel 13, l’utilisation de véhicules électriques pour les trajets en bus est plus rationnelle. Les calculs de longueur d’avance, de point de départ, de point final et d’installation peuvent être effectués en conséquence. De plus, les recherches menées dans ce domaine se poursuivent, d’une part pour améliorer la durée de vie des batteries, et d’autre part pour accélérer la recharge des batteries grâce aux supercondensateurs.

Infrastructure
Les bornes de recharge pour véhicules électriques ne sont actuellement pas aussi répandues que les stations-service, mais ces infrastructures ont tendance à être de moins en moins lourdes

Coût
Les bus électriques représentent un investissement à l’achat (plus coûteux qu’un bus thermique de type Diesel) bien que les économies en termes de consommation énergétique puissent s’ensuivre: le prix de l’électricité étant globalement inférieur à celui du carburant (grâce au TIPP) et au meilleur rendement énergétique. Ainsi, à titre de comparaison, le coût de fonctionnement des trolleybus est inférieur à celui d’un tramway, qui coûte au moins moins de la moitié de celui d’un bus diesel.