Trains sans caténaire : quand choisir batterie, hydrogène ou diesel moderne

Pourquoi les trains sans caténaire existent

Une part importante des lignes régionales européennes reste non électrifiée. Ce n’est pas toujours par manque d’ambition climatique : installer une caténaire continue exige des travaux de génie civil, l’adaptation des gabarits, des sous-stations, des autorisations, des interruptions de service et un investissement qui peut être difficile à justifier sur des antennes peu fréquentées ou aux tracés complexes. Le problème est clair : le train électrique avec caténaire est très efficace, mais le réseau réel comporte des zones où le diesel assure encore aujourd’hui des services voyageurs et de manœuvre.

L’Union européenne ne présente pas les trains sans caténaire comme des substituts universels à l’électrification. Le règlement (UE) 2023/1804 sur le déploiement d’une infrastructure pour carburants alternatifs parle d’évaluer des solutions comme les trains à hydrogène ou à batterie pour les sections ferroviaires qui ne peuvent pas être entièrement électrifiées pour des raisons techniques ou de rentabilité. Pour les sections du réseau RTE-T qui ne peuvent pas être électrifiées, les États membres doivent prendre en compte la situation, les perspectives, les mesures, les jalons, le financement et les besoins de recharge ou de ravitaillement.

L’Agence de l’Union européenne pour les chemins de fer, dans son rapport environnemental ferroviaire de 2024, identifie aussi les trains à batterie et ceux à pile à combustible à hydrogène comme des options susceptibles de remplacer le diesel sur une partie du réseau. La clé réside dans ce « sur une partie » : chaque technologie fonctionne bien avec certains schémas d’exploitation et mal avec d’autres.

• Idée de base : la caténaire reste la référence lorsque le trafic et les travaux la justifient.
• Le train sans caténaire a du sens là où électrifier l’ensemble du tracé n’est pas viable ou n’est pas rentable.
• La décision publique doit examiner la ligne, le service, l’énergie disponible, la maintenance et l’infrastructure, pas seulement le train.

Carte conceptuelle : ce qui propulse chaque train

Un train diesel conventionnel embarque son carburant et produit l’énergie de traction avec des moteurs thermiques. Son avantage opérationnel est qu’il ne dépend ni d’une caténaire ni d’une infrastructure électrique ferroviaire continue, mais il conserve des émissions directes et une consommation de carburant fossile s’il utilise du gazole conventionnel.

Le train électrique avec caténaire capte l’énergie depuis la ligne aérienne. C’est la solution classique pour les corridors à haute fréquence, les services intensifs et les lignes où l’investissement fixe est réparti entre de nombreux trains. Sa limite n’est pas technologique, mais économique et liée aux travaux : électrifier chaque kilomètre peut ne pas être raisonnable sur toutes les antennes.

Le train à batterie, ou BEMU, associe traction électrique et batteries embarquées. Il peut circuler sous caténaire comme un train électrique et parcourir des sections non électrifiées grâce à l’énergie stockée. Dans de nombreux projets, la recharge s’effectue sous caténaire existante, au moyen d’îlots de caténaire en gare ou grâce à la récupération d’énergie au freinage.

Le train à hydrogène utilise une pile à combustible qui produit de l’électricité à bord à partir d’hydrogène. Alstom décrit le Coradia iLint comme un train régional à pile à combustible qui n’émet pas de CO2 direct en exploitation et dont l’échappement est de l’eau. En contrepartie, il nécessite la production, le transport ou la génération locale, le stockage et le ravitaillement en hydrogène.

Le train hybride combine plusieurs solutions. Il peut s’agir de batterie plus caténaire, d’hydrogène plus batterie et caténaire, ou de diesel-électrique dual pour certains usages. L’ERA indique que, pour les locomotives de manœuvre européennes, une priorité technique est de développer des locomotives duales diesel-électriques capables de circuler aussi bien sur des sections électrifiées que non électrifiées.

• Batterie : meilleure lorsqu’il existe une caténaire partielle ou des points de charge bien situés.
• Hydrogène : intéressant pour les longues lignes sans caténaire, à condition que le ravitaillement soit garanti.
• Diesel moderne ou dual : peut couvrir la transition, les manœuvres ou les lignes où les alternatives ne conviennent pas encore.

Batterie : idéale pour les réseaux partiellement électrifiés, pas pour tout

La batterie est l’option la plus intuitive lorsqu’une ligne possède déjà des sections électrifiées. Siemens explique que le Mireo Plus B se recharge par caténaire et par récupération de l’énergie de freinage. Dans la commande passée par le Bade-Wurtemberg pour le réseau régional Ortenau, le constructeur a annoncé une autonomie d’environ 80 km en mode batterie dans des conditions réelles. Ce contrat comprenait 20 trains, une livraison prévue pour juin 2023 et une maintenance pendant près de 30 ans.

Alstom annonce pour le Coradia Continental BEMU une autonomie allant jusqu’à 120 km, une exploitation à la fois sous caténaire et sur des sections non électrifiées, des batteries en toiture et une vitesse pouvant atteindre 160 km/h en mode batterie. Stadler, de son côté, fournit des rames FLIRT Akku ; dans le Schleswig-Holstein, NAH.SH a commandé 55 rames à deux caisses en juillet 2019.

Le cas du Schleswig-Holstein illustre bien la logique de la batterie : il ne s’agit pas d’électrifier tout le réseau avec une caténaire continue, mais d’utiliser intelligemment la caténaire existante et d’ajouter une infrastructure ponctuelle. NAH.SH parle de rendre opérationnels environ 480 km de réseau sans poser de caténaire continue, avec des îlots de caténaire sur des quais non électrifiés comme Tönning, Heide et Husum.

La limite apparaît lorsque les sections sans caténaire sont longues, que les temps d’arrêt sont courts, que les rampes ou la météo augmentent la consommation, ou que la demande impose des compositions lourdes et très fréquentes. Il existe aussi un risque à concevoir une ligne « à la limite » de l’autonomie : tout détour, retard, basse température ou vieillissement des batteries réduit la marge.

• Checklist pour la batterie : kilomètres sans caténaire entre deux charges, temps d’arrêt, puissance disponible, récupération au freinage, réserve opérationnelle et plan de maintenance.
• Erreur de planification typique : acheter des trains dont l’autonomie catalogue paraît suffisante, mais sans renforcer les points de recharge ni les marges horaires.
• Bon scénario : antennes régionales reliées à des corridors électrifiés et disposant de gares terminus adaptées à la charge.

Hydrogène : plus d’autonomie, davantage d’infrastructure énergétique

L’hydrogène ferroviaire déplace le problème. Au lieu d’installer une caténaire ou des recharges électriques fréquentes, il concentre l’infrastructure sur des points de ravitaillement. Alstom positionne le Coradia iLint pour les lignes non électrifiées ou partiellement électrifiées et annonce des autonomies allant jusqu’à 1 000 km. Le 15 septembre 2022, l’entreprise a communiqué sur un parcours de 1 175 km sans ravitaillement ; il convient de le lire comme un jalon de démonstration, et non comme une garantie d’exploitation quotidienne sur n’importe quelle ligne.

L’avantage opérationnel est évident sur les longues lignes sans caténaire, avec des roulements étendus et peu d’endroits où il serait pratique de recharger des batteries. Mais le système exige une chaîne complète : hydrogène produit, stocké, comprimé ou géré dans des conditions ferroviaires, livré au train et disponible de manière fiable chaque jour.

Bremervörde, en Basse-Saxe, est l’exemple européen le plus cité. Linde y a inauguré le 24 août 2022 une installation de ravitaillement conçue pour 14 trains de voyageurs à hydrogène, avec une capacité totale d’environ 1 600 kg d’hydrogène par jour et la possibilité d’intégrer à l’avenir une production verte sur site.

Le débat ne s’arrête pas à l’échappement du train. Le fait qu’il n’y ait pas de CO2 direct en exploitation ne règle pas à lui seul l’origine de l’hydrogène ni les pertes énergétiques liées à sa production, à son stockage et à sa reconversion en électricité. C’est pourquoi l’hydrogène a généralement plus de sens lorsque l’électrification complète est difficile, que la batterie n’offre pas une marge suffisante et qu’il existe une stratégie énergétique locale solide.

• Checklist pour l’hydrogène : nombre de trains à ravitailler, consommation quotidienne, emplacement de la station hydrogène, origine de l’hydrogène, redondance et contrats d’approvisionnement.
• Erreur de planification typique : disposer de trains homologués, mais d’une infrastructure de ravitaillement insuffisante ou dépendante d’une logistique fragile.
• Bon scénario : réseau régional long, peu électrifié et doté d’une base de maintenance permettant de centraliser le ravitaillement.

Diesel moderne et hybrides : une transition, pas un blanc-seing

Même si la pression climatique pousse vers des solutions sans émissions directes, le diesel ne disparaît pas du jour au lendemain. Sur les réseaux peu denses, avec du matériel roulant encore utile ou sans infrastructure alternative disponible, il peut encore apparaître comme une solution temporaire. L’enjeu est d’éviter que le « transitoire » devienne une excuse pour ne pas planifier le remplacement.

Les hybrides aident à combler les lacunes. Siemens définit le Mireo Plus B comme un train hybride à batterie capable d’exploiter des lignes avec ou sans caténaire grâce à sa chaîne de traction hybride à batterie. Dans d’autres approches, la combinaison peut s’appuyer sur la caténaire là où une alimentation externe existe et réserver l’énergie embarquée aux sections sans caténaire.

Dans le fret léger, les manœuvres ou les services auxiliaires, les besoins peuvent être différents de ceux d’un train régional de voyageurs. C’est là que s’inscrit l’observation de l’ERA sur les locomotives duales diesel-électriques pour les manœuvres : des véhicules capables d’utiliser la traction électrique là où une alimentation existe et de conserver une capacité en dehors de celle-ci. Ce n’est pas une solution zéro émission à tout moment, mais elle peut réduire la dépendance au diesel pur et améliorer la flexibilité.

Le bon critère consiste à se demander ce que l’on achète : une réduction réelle des émissions et de la consommation dans un plan daté, ou simplement davantage d’années de dépendance au gazole. Sans calendrier d’infrastructure, de financement et de renouvellement de la flotte, le diesel moderne peut bloquer de meilleures alternatives.

• Utile comme transition : lorsqu’il existe une date pour électrifier, installer la charge ou déployer l’hydrogène.
• Risque : dimensionner le réseau autour du diesel par facilité opérationnelle et retarder les investissements nécessaires.
• Question clé : le train hybride utilise-t-il une énergie externe propre lorsqu’il le peut, ou ajoute-t-il seulement de la complexité au système existant ?

Infrastructure et coûts : la décision ne se trouve pas seulement dans le train

Comparer les trains sans caténaire exige de regarder le système complet. Électrifier une ligne suppose un investissement fixe élevé, mais offre une alimentation continue et éprouvée. Installer des chargeurs ou des îlots de caténaire peut être plus sélectif, même si cela oblige les horaires, la puissance électrique et l’autonomie à s’accorder. Mettre en place une station hydrogène peut concentrer l’investissement en un ou plusieurs points, mais ajoute une chaîne d’approvisionnement en hydrogène, du stockage et une sécurité spécifique.

La réglementation européenne insiste précisément sur la planification d’une infrastructure de recharge ou de ravitaillement pour les trains à batterie ou à hydrogène sur les sections qui ne peuvent pas être électrifiées. Il ne suffit pas d’acheter de nouvelles rames : il faut s’assurer qu’elles pourront assurer les roulements de service pendant des années, avec maintenance, pièces de rechange, personnel formé et énergie disponible.

Règle pratique : plus une ligne a de trafic, plus l’électrification continue gagne en pertinence ; plus les sections sans caténaire sont discontinues et proches d’un réseau électrifié, plus la batterie devient attractive ; plus le réseau non électrifié est long et isolé, plus l’hydrogène peut avoir des arguments, à condition que l’approvisionnement soit résolu. Le diesel ou le dual reste destiné à la transition, aux usages spéciaux ou aux cas où il n’existe pas encore d’alternative mûre pour le service concret.

• Variables décisives : fréquence, longueur sans caténaire, rampes, climat, masse du train, temps d’arrêt, énergie disponible, base de maintenance et durée de vie contractuelle.
• Signal d’alarme : choisir une technologie par effet de mode sans étude d’exploitation ligne par ligne.
• Bonne pratique : distinguer essais, commandes fermes, mise en service et performance réelle avant de généraliser les conclusions.

Cas européens et sécurité : ce qui est éprouvé et ce qui reste à évaluer

En Europe, il existe déjà des projets commerciaux et des pilotes, mais tous ne signifient pas la même chose. Le Bade-Wurtemberg a commandé 20 Siemens Mireo Plus B pour Ortenau avec une autonomie annoncée d’environ 80 km en batterie. Le Schleswig-Holstein a commandé 55 Stadler FLIRT Akku et accompagne la flotte d’une infrastructure de recharge spécifique. Alstom propose des BEMU avec jusqu’à 120 km annoncés et le Coradia iLint à hydrogène avec jusqu’à 1 000 km dans son application produit.

Le cas de Bremervörde montre une infrastructure ferroviaire à hydrogène documentée : Linde a inauguré le 24 août 2022 une installation conçue pour ravitailler 14 trains de voyageurs à hydrogène, avec une capacité totale d’environ 1 600 kg par jour. En revanche, des jalons comme les 1 175 km de l’iLint sans ravitaillement doivent être cités comme des essais ou des démonstrations d’autonomie, et non comme une exploitation normale généralisée.

La sécurité ferroviaire ne s’improvise pas. Batteries, réservoirs d’hydrogène, piles à combustible, systèmes de charge et de ravitaillement exigent homologation, maintenance spécifique et formation du personnel. Pour l’usager, l’important n’est pas de connaître les procédures techniques, mais de savoir que ces trains doivent s’intégrer au cadre d’interopérabilité et de sécurité ferroviaire avant de circuler en service.

La conclusion est peu spectaculaire, mais utile : il n’existe pas de « train sans caténaire » gagnant pour tout. Il existe des lignes où un îlot de caténaire et des batteries résolvent le problème avec élégance ; d’autres où l’hydrogène évite d’électrifier de nombreux kilomètres ; et des cas où le diesel dual ou hybride couvre une transition. La meilleure technologie est celle qui correspond au réseau, pas celle qui promet le plus sur une fiche technique.

• Disponible : commandes, références et infrastructures documentées comme FLIRT Akku, Mireo Plus B, Coradia Continental BEMU ou Coradia iLint sur des réseaux précis.
• En évaluation : démonstrations d’autonomie qui ne correspondent pas encore, à elles seules, à un déploiement massif.
• Critère final : vérifier s’il existe une infrastructure, une énergie, une homologation, une maintenance et un financement pour toute la durée de vie du service.