Troisième auteur : Reinier Huisman (veuillez contacter Xavier Chevreux)

 

Outre l'augmentation exponentielle du nombre des Teslas et d'autres voitures entièrement électriques, il convient de noter une nouvelle augmentation du nombre de flottes électriques. Avec 23 000 bus électriques prévus en 2025 (contre environ 1 200 bus actuellement), les transports publics s'électrifient à un rythme rapide. Plus précisément, Accuracy prévoit que la France et le Royaume-Uni mèneront ce développement du marché en Europe, soutenus par l'accord de Paris et la législation nationale sur l'absence d'émissions (ZE) visant à obtenir une flotte de bus de transport public entièrement ZE d'ici 2030. Alors que les opérateurs historiques de ces pays acquièrent de l'expérience avec les premières flottes de bus électriques, d'importants défis subsistent, même pour les premiers à les adopter.

La dynamique du marché des transports publics se caractérise par des appels d'offres concurrentiels visant à obtenir le droit d'opérer exclusivement dans une zone géographique spécifique - une zone de concession - pour une période (généralement) de 10 ans. Compte tenu de la faible marge et des opérations souvent subventionnées dans les transports publics, il est crucial pour les opérateurs de disposer d'un avantage concurrentiel afin d'augmenter leur taux de réussite aux appels d'offres. L'un de ces avantages concurrentiels pourrait être une compréhension plus approfondie du cycle de vie des batteries d'autobus et de ses implications pour l'investissement dans les flottes d'autobus électriques.

Nous pensons que de nombreux opérateurs n'ont pas encore une compréhension complète de l'analyse de rentabilité du parc d'autobus électriques et de ses complexités opérationnelles. Ils ne sont donc pas en mesure d'être compétitifs. En outre, les opérateurs de transport public seront contraints de développer de nouvelles compétences (telles que la maintenance des batteries) et devront se réinventer pour s'adapter à la nouvelle dynamique de la chaîne de valeur qui coïncide avec le fait de devenir un consommateur d'énergie à grande échelle.

Les opérateurs qui sont à la pointe des innovations rapides et qui ont une compréhension approfondie des sensibilités financières liées à la gestion des flottes d'autobus électriques sont en mesure de donner le ton sur un marché où tout le monde risque de gagner.

Cet article met en évidence trois effets turbulents qui devraient dominer l'électrification rapide de nos transports publics en Europe et conclut par quelques recommandations visant à surmonter les obstacles à court terme à l'adoption par le marché.

 

1. LE MARCHÉ DES BUS VA S'ÉLECTRIFIER PLUS VITE QUE VOUS NE POUVEZ L'IMAGINER

Prévisions concernant les autobus électriques urbains en service en Europe, par pays 2018-2025

La France, le Royaume-Uni, la Pologne, les pays nordiques, les Pays-Bas et l'Allemagne représentent ensemble plus de la moitié du nombre total de bus électriques en Europe aujourd'hui. Pour l'ensemble de ces pays, nous prévoyons un total de 3 900 bus électriques en service d'ici 2021 et 16 710 bus d'ici 2025. Cela implique un CAGR de 68% entre 2018 et 2021 et un CAGR de 34% entre 2021 et 2025.

En 2015, 195 États et l'Union européenne ont approuvé à l'unanimité l'accord de la COP21. Depuis 2016, 174 pays ont commencé à adopter l'accord dans leur propre système juridique. Suite à cela, les municipalités ont ajusté - ou sont en train d'ajuster - les critères d'appel d'offres pour induire une transition vers les véhicules ZE dans les nouvelles concessions.

 

Contexte législatif : France et Pays-Bas

Avant l'accord de la COP21, la France a adopté la loi sur la transition énergétique. Cette loi garantit que lors du renouvellement des flottes d'autobus publics, un niveau minimum de véhicules à faibles émissions est respecté. Plus précisément, la loi stipule que " l'État, les établissements publics, les collectivités territoriales et leurs groupements, lorsqu'ils gèrent directement ou indirectement un parc de plus de vingt autobus pour des services réguliers ou à la demande de transport de personnes, doivent acheter des véhicules à faibles émissions lors du renouvellement du parc, avec une proportion minimale de 50% à partir de 2020, puis en totalité à partir de 2025. Dans le cas des services assurés par la Régie Autonome des Transports Parisiens (RATP), la proportion minimale de 50% s'applique à partir de 2018"¹.

Aux Pays-Bas, les autorités de transport ont signé en 2016 l'accord administratif sur les transports publics à zéro émission, qui stipule que d'ici 2025, tous les nouveaux bus seront ZE "à l'échappement" et que d'ici 2030, l'ensemble de la flotte de plus de 5 000 bus sera ZE.

 

Les programmes de remplacement du parc d'autobus arrivent rapidement à maturité

Après une phase d'expérimentation, un nombre croissant d'appels d'offres sont lancés pour des autobus électriques (ci-après "e-bus"). Dans les grandes villes engagées dans l'amélioration de la qualité de l'air, telles que Paris et Londres, des programmes de remplacement à grande échelle ont déjà été mis en place :

- En France, en 2018, Ile-de-France Mobilités et la RATP ont lancé le plus grand appel d'offres d'Europe pour l'achat de 800 e-bus (d'une valeur de 400 millions d'euros).². Cela permettra d'atteindre l'objectif fixé par la RATP en 2015 de rendre sa flotte de 4 700 bus entièrement propre d'ici 2025.
- En mars 2018, le maire de Londres a publié un plan stratégique.³ pour les transports, qui énonce les objectifs pour la flotte d'autobus de la ville :

- À partir de 2018, tous les nouveaux bus devront être hybrides, électriques ou à hydrogène.

- D'ici 2020, tous les bus à impériale du centre de Londres (soit environ 200 bus) devraient être purement électriques ou à hydrogène.

- D'ici 2035, tous les bus à impériale du centre et de la périphérie de Londres seront purement électriques ou à hydrogène (soit environ 2 600 bus).

- D'ici à 2037, tous les bus seront ZE.

 

2. L'EUROPE PERD LE CONTROLE DE L'ACCES AUX BATTERIES ET AUX INNOVATIONS TECHNOLOGIQUES - LA CHINE DIRIGE LES AFFAIRES EN COULISSE

La Chine est actuellement le leader du marché pour la production et l'exploitation des bus électriques. En 2017, il y avait 385 000 bus électriques dans le monde, dont 99% en Chine. Sur ce marché, 9 500 bus électriques sont déployés toutes les cinq semaines. À titre de comparaison, le nombre cumulé d'e-bus en service en Europe a atteint 1 202 unités en 2018, soit moins de 13% de ce qui est déployé en Chine toutes les cinq semaines.

Les constructeurs européens tels que VDL, MAN, Mercedes, Volvo et Solaris en sont encore à leur phase de mise à l'échelle ou de démarrage en ce qui concerne les e-bus. Bien que la qualité des e-bus construits en Europe soit perçue comme supérieure, les fabricants européens sont peut-être trop en retard pour répondre à une grande partie de la demande d'e-bus en forte croissance dans les années à venir. Par conséquent, leur courbe d'innovation est plus lente que celle des acteurs chinois, qui couvrent actuellement 90% du marché en Europe.⁴. La Chine a beaucoup investi dans le développement de ce mode de transport alternatif : la part des ventes d'e-bus dans le pays est passée de 0,6% en 2011 à 22% en 2017.⁵.

 

      Le nombre cumulé d'e-bus en service en Europe a atteint

      1 202 unités en 2018, soit moins de 13% de ce qui est déployé en Chine

       sur une base hebdomadaire.

 

Quatre facteurs principaux expliquent le développement rapide des flottes chinoises d'autobus électriques. Premièrement, les subventions nationales et régionales ont permis d'amortir les coûts initiaux élevés des e-bus. Deuxièmement, la pollution urbaine importante a suscité une inquiétude croissante, ce qui a joué un rôle de catalyseur. Troisièmement, l'infrastructure de transport chinoise est partie de zéro, alors qu'en Europe, par exemple, l'infrastructure est déjà établie et les nouvelles technologies doivent y être intégrées. Enfin, le développement de nouvelles technologies compétitives sur le marché mondial est un objectif à long terme pour le gouvernement chinois.

 

Chine : sur le terrain en Europe

BYD, une entreprise chinoise spécialisée dans la production d'autobus et d'autocars électriques, a investi 10 millions d'euros en France pour construire une usine d'assemblage (Beauvais, Oise). La capacité de production de l'usine est de 200 e-bus par an, mais elle n'a pas encore reçu suffisamment de commandes pour fonctionner à plein régime⁶.

 

Les opérateurs restent largement dans l'ombre en ce qui concerne les données relatives à la performance des batteries

En général, les équipementiers qui fournissent des e-bus aux opérateurs de transport le font sans donner au propriétaire-opérateur l'accès au fonctionnement interne de la batterie du bus (le système de gestion de la batterie ou "BMS") pour comprendre ses performances au fil du temps. Il s'agit d'une information cruciale car les performances de la batterie peuvent rapidement se détériorer si les conditions d'utilisation ne sont pas optimales - un problème douloureux si votre batterie devient inutilisable et que vous avez une obligation contractuelle permanente d'assurer la maintenance d'une zone de concession. En outre, l'accès aux données peut offrir des perspectives uniques, qui peuvent permettre d'améliorer certains aspects financiers ou la durée de vie de la batterie en procédant à des ajustements opérationnels (tels que la stabilisation de la température de la batterie, l'ajustement des effets de la régulation de la fréquence et le comportement du conducteur).

 

 

Nous pensons qu'un écosystème de fabricants, de fournisseurs de maintenance et d'opérateurs locaux en Europe faciliterait la normalisation des technologies et l'ouverture du coffre-fort des données sur les batteries. Il serait préférable de disposer d'un écosystème local plutôt que de chercher à en établir un avec de lointains fabricants chinois, car cela inciterait les parties prenantes à rechercher une collaboration et des investissements et innovations communs.

 

3. L'ESSOR DE L'ÉLECTRIFICATION ENTRAÎNE TROIS DÉFIS ÉCOSYSTÉMIQUES ADJACENTS POUR LES INVESTISSEURS PUBLICS ET PRIVÉS

Nos réseaux électriques ne sont pas en mesure de gérer l'augmentation considérable de la demande d'électricité prévue pour les énormes flottes d'e-bus.

Pour les exploitants d'autobus, il est essentiel de respecter un calendrier serré. En limitant le temps de charge à vide, il est possible de répondre à la demande des passagers en optimisant la taille de la flotte. Par conséquent, des chargeurs de grande capacité sont utilisés tout au long de la journée pour la recharge rapide (actuellement, cette capacité est de 450 kW, mais elle devrait être portée à 900 kW dans un avenir proche).¹¹. Comme la capacité de ces chargeurs est très élevée par rapport aux chargeurs rapides pour voitures (jusqu'à 175 kW) et que plusieurs chargeurs (parfois des dizaines) se chargent simultanément sur une seule connexion au réseau, cela a un effet énorme sur la fluctuation de la consommation d'électricité.

Si un chargeur rapide est installé pour dix bus en moyenne, le pic de consommation d'énergie nationale sera sensiblement affecté (par exemple, la demande d'énergie de pointe d'environ 20 MW aux Pays-Bas augmentera de 1%). Bien que cela ne semble pas très important, cela pose des problèmes au système. La demande d'énergie pour charger les bus n'est pas constante, comme l'utilisation industrielle, mais binaire et volatile. Une augmentation ou une diminution soudaine de la demande d'énergie exerce une tension sur le réseau, ce qui, dans les zones rurales, où la consommation d'électricité est relativement faible et principalement résidentielle, peut entraîner des coupures de courant. Dans certaines de ces zones, si l'on reprend l'exemple du marché néerlandais, il n'est même pas possible d'exploiter un parc d'autobus électriques à l'heure actuelle, car la capacité du réseau local est insuffisante et les connexions au réseau à haute puissance ne pourront pas être établies d'ici 3 à 5 ans.

Pour assurer une électrification plus poussée de nos transports publics, l'opérateur du réseau électrique devra prendre en compte ces exigences en matière de demande d'énergie et réaliser des investissements appropriés dans le réseau énergétique. Sans cela, des solutions à court terme peuvent être trouvées grâce à des solutions prêtes à l'emploi (par exemple, des écosystèmes de mini-réseaux utilisant des projets solaires-PV dans les dépôts de bus), mais elles présentent des complexités supplémentaires pour les opérateurs de transport public (et pas seulement pour eux).

 

Un flot de piles usagées arrivera sur le marché d'ici 5 à 10 ans, ce qui soulèvera la question de la "seconde vie" d'une pile et ouvrira de nombreuses possibilités de cas d'utilisation.

Bien que les e-bus soient déjà opérationnels dans de nombreux pays, la question de la "seconde vie" des batteries des e-bus n'a pas encore été résolue. En effet, les batteries des e-bus fonctionnent de manière optimale pendant une période de 5 à 10 ans, en fonction de leur utilisation et de leur configuration opérationnelle. Après cette période, en partie à cause des profils d'utilisation intensive, elles ne sont plus adaptées aux transports publics, mais il leur reste environ 80% de leur capacité initiale¹². Combiné à l'augmentation rapide de la taille des flottes d'e-bus, le nombre de batteries arrivant à la fin de leur vie "mobile" sera un défi qu'il faudra inévitablement relever. Outre son aspect environnemental, ce défi peut être source de nombreuses opportunités de création de valeur.

 

Cycle de vie des batteries et approche de l'économie circulaire en trois étapes

 

Actuellement, les e-bus sont encore introduits progressivement sur le marché. Par conséquent, l'historique des performances à long terme des batteries et l'expérience dans la détermination des cas d'utilisation réels de la " seconde vie " restent très limités. Cependant, Accuracy a filtré ces opportunités de création de valeur en 13 cas d'utilisation distincts qui sont adjacents à l'utilisation de la mobilité de la batterie ou qui l'étendent. Chaque cas est lié à au moins un des quatre moteurs de valeur conceptuels clés : (1) la gestion de la charge, (2) l'équilibrage du réseau, (3) l'extension de la durée de vie et (4) la valeur résiduelle. Certains des cas d'utilisation les plus intéressants incluent (un ou plusieurs) des facteurs de valeur suivants :

 

Cas d'utilisation attrayants, y compris les principaux facteurs de valeur

 

Les batteries de bus sont particulièrement utiles pour les cas d'utilisation de "seconde vie" (non-mobilité ou durée de vie prolongée) pour les raisons suivantes :

- Une multitude de véhicules seront mis sur le marché. En 2017, rien qu'en Chine, 87 000 e-bus supplémentaires ont été mis en service.¹³. À ce rythme, près de 100 000 batteries d'autobus atteindraient la fin de leur utilisation principale pour la mobilité dans 5 à 10 ans et représenteraient un potentiel important pour d'autres applications.
- Leur capacité unitaire est beaucoup plus élevée que celle des batteries des véhicules électriques de tourisme. Il est donc plus facile de mettre en place des cas d'utilisation secondaires tels que des installations de stockage d'énergie stationnaires. Les batteries d'autobus ont une capacité élevée de 150 à 300 kWh et conviennent donc aux infrastructures de recharge pour véhicules lourds dédiées, par exemple, aux camions lourds à courte distance ou aux camions utilitaires.

 

Il existe déjà de premiers exemples d'utilisation de la "seconde vie", même si, dans la plupart des cas, il s'agit de batteries de voitures électriques :

- En mars 2018, MAN Truck & Bus et le prestataire de services publics de Hambourg VHH ont annoncé qu'ils allaient construire un prototype d'installation de stockage stationnaire avec des batteries d'e-bus de " seconde vie "¹⁴.

- En juin 2017, Renault et Powervault ont annoncé un système de stockage d'énergie stationnaire à domicile basé sur des batteries de véhicules électriques de seconde vie.¹⁵. Ce partenariat devrait permettre de réduire le coût d'une batterie intelligente Powervault de 30% et de prolonger la durée de vie utile d'une batterie Renault jusqu'à 10 ans. Bien que cet exemple se réfère aux batteries des voitures électriques, il pourrait être étendu aux batteries des bus électriques pour des applications à plus grande échelle.

- Le 29 juin 2018, le Johan Cruijff Arena d'Amsterdam a mis en service une méga-batterie de 3 MW, qui permettra aux matchs de football et aux concerts de se poursuivre en cas de coupure de courant¹⁶.

Là encore, les batteries des voitures électriques (148 unités) ont été utilisées pour cette "seconde vie", mais des applications similaires pourraient être conçues pour les batteries des autobus électriques.

 

Les critères d'appel d'offres actuels empêchent les effets contradictoires d'une mise en service réussie des e-bus.

Les décideurs politiques ont introduit des critères d'appel d'offres pour promouvoir le passage à des flottes électriques pour les récentes concessions d'autobus arrivant sur le marché ; cependant, ils doivent être examinés avec soin. À notre avis, ces critères ne correspondent pas toujours à un investissement opérationnel et financier optimal pour les flottes de bus électriques, car ils créent des complexités spécifiques dans le processus d'appel d'offres et obligent - involontairement - les opérateurs à prendre des décisions financières sous-optimales.

Actuellement, les bus électriques nécessitent un investissement nettement plus élevé que les bus diesel traditionnels (jusqu'à 1,5 fois l'investissement CAPEX, sans même inclure l'investissement CAPEX nécessaire pour l'infrastructure de recharge), bien qu'ils soient moins chers en termes de maintenance et de propulsion. Les critères d'appel d'offres actuels contiennent des critères ZE hybrides ou "souples" (permettant de combiner des flottes d'autobus diesel traditionnels et ZE), alors que les prochains appels d'offres auront probablement des exigences ZE "strictes". En réalité, certains incitants et arrangements sont mis en place pour aider les bus ZE à remporter l'appel d'offres, tels que des incitants financiers (par exemple, financement hors bilan, crédits carbone). Cependant, afin de maintenir la qualité des transports publics jusqu'à ce que les prix des bus ZE aient baissé de manière significative, il faut faire davantage pour déterminer ce qui serait un investissement financier intéressant pour les opérateurs, étant donné les risques et les incertitudes plus élevés qui sont impliqués et qui n'ont pas encore été résolus, comme le démontrent certains exemples ci-dessous.

Quelques exemples de complexité des appels d'offres pour les flottes de bus électriques (non exhaustif) :

- En tant que les connexions au réseau à haute puissance et les infrastructures de recharge ne sont pas présentes dans les nouvelles zones de concession (c'est-à-dire ceux qui n'ont pas encore exploité de bus ZE, ce qui est le cas de la plupart d'entre eux), les incertitudes et les exigences en matière d'investissement sont beaucoup plus élevées pour les opérateurs, ce qui crée un énorme désavantage par rapport à l'exploitation d'une flotte diesel. Les infrastructures partagées avec des entreprises voisines exploitant des flottes ZE pour leur logistique sont économiquement réalisables, mais sont difficiles à mettre en place si les processus d'appel d'offres n'adhèrent pas à des perspectives économiques plus holistiques.

- Préparation dès le premier jour les délais sont difficiles à tenir car l'acquisition des bus, des infrastructures et des connexions au réseau ne peut être organisée qu'après l'attribution de la concession.. Le transfert des anciens concessionnaires doit se faire dans un délai très court, ce qui, une fois encore, est beaucoup plus difficile à réaliser que dans le cas d'un parc de véhicules à moteur diesel.

- L'attribution de la concession coïncide naturellement avec l'attribution des subventions pour la période de concession ; cependant, la subvention n'est généralement pas corrélée à la croissance du trafic de passagers au cours de la période. Par conséquent, les opérateurs doivent initialement un mélange et une taille de flotte non souhaitables pour pouvoir répondre à la demande de passagers à long terme. Cela peut rendre difficile la planification des itinéraires des bus ZE et la mise en place d'une infrastructure de recharge, créant ainsi plus de défis que les opérations des bus diesel traditionnels.

- Le transfert de l'infrastructure de tarification Le transfert de l'infrastructure de recharge au nouveau concessionnaire après la période d'exploitation de 10 ans est courant dans les critères d'appel d'offres actuels, mais il peut ne pas être lié au même emplacement. Toutefois, le transfert de l'infrastructure de recharge d'un site à l'autre ne peut se faire du jour au lendemain.

Nous recommandons aux décideurs politiques d'adhérer aux domaines susmentionnés s'ils veulent maintenir la qualité des transports publics et atteindre les objectifs fixés en matière d'électrification.

 

Déclaration finale

Nous estimons que, pour que l'Europe soit un acteur mondial viable dans le domaine des autobus électriques et de la prochaine vague d'électrification des véhicules (par exemple, les segments lourds du transport de marchandises et de la logistique), il est essentiel que les décideurs politiques européens, les opérateurs de réseaux énergétiques, les équipementiers et les opérateurs de transport public travaillent ensemble et mettent à profit leur expérience de la production à grande échelle pour combler l'écart qui les sépare de la Chine sur le marché actuel.

Cela ne peut se faire que si les obstacles émergents, tels que nous les avons identifiés dans cet article, sont rapidement levés. Il s'agit notamment de l'obstacle auquel sont confrontés les exploitants de flottes d'autobus qui ont besoin d'accéder au réseau énergétique ; les décideurs politiques doivent aligner les critères des appels d'offres publics sur les véritables cas d'investissement en matière de "coût de propriété" (y compris l'utilisation des batteries en seconde vie et les exigences en matière d'infrastructures (jointes)) ; et les fabricants doivent mettre à la disposition des exploitants les données relatives aux performances des batteries, par exemple par le biais de l'innovation ouverte.

 

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¹ L'art. L. 224-8 du code de l'environnement.

² RATP, Bus2025 : L'ambitieux Plan de la RATP pour un parc 100% propre, avril 2018.

³ Caroline Pidgeon, Going electric - The future of London's buses, janvier 2019.

⁴ Bernd Heid, Matthias Kässer, Thibaut Müller et Simon Pautmeie, Fast transit : why urban e-buses lead electric-vehicle growth, McKinsey&Company, octobre 2018.

⁵ Bus électriques dans les villes - Vers un air plus pur et une réduction des émissions de CO₂Bloomberg New Energy Finance. Août 2018.

⁶ Le Figaro, BYD investit 10 millions d'euros en France, 23 mars 2017.

⁷ Battery University, Comment la résistance interne affecte-t-elle la performance ?, 2010

⁸ Noshi Omar et al, Rechargeable Lithium Batteries, Chapter 9 - Ageing and degradation of lithium-ion batteries, 2015.

⁹ Discover Energy Corp, Temperature effects on battery performance & life, janvier 2015.

¹⁰ Jean-Marc Timmermans et al, Batteries 2020 - Lithium-ion battery first and second life ageing, validated battery models, lifetime modelling and ageing assessment of thermal parameters, 18^th Conférence européenne sur l'électronique de puissance et ses applications, octobre 2016, page 6.

¹¹ State Grid Corporation of China, La Chine vise une norme de recharge hyperpuissante de 900 kW

¹² Quoi qu'il en soit, les garanties OEM prennent généralement fin lorsque les batteries atteignent environ 80% de SoH. Selon les experts de l'industrie, la poursuite d'une utilisation très intensive de la mobilité après la norme de 80% entraînerait une dépréciation accélérée des performances de la batterie.

¹³ Bus électriques dans les villes - Vers un air plus pur et une réduction des émissions de CO₂Bloomberg New Energy Finance. Août 2018.

¹⁴ Nora Manthey, MAN & Hamburg pour donner 2^nd aux batteries d'autobus électriques, Electrive.com, 19 mars 2018.

¹⁵ Communiqué de presse de Renault, Renault et Powervault donnent une "seconde vie" aux batteries des véhicules électriques dans le cadre du Smart Energy Deal, 5 juin 2017.

¹⁶ Johan Cruijff Arena wordt superbatterij voor elektriciteitsnet, Website Johan Cruijf ArenA. 29 juin 2018.