Le bus TOSA: l'innovation et la mobilité au service des Genevois

La mise en service du bus TOSA (Trolleybus Optimisation Système Alimentation) est une première suisse et même mondiale. TOSA est le premier bus articulé 100% électrique de grande capacité, à la fois écologique et d'une large autonomie.


Crédit photo © TPG/Fabrice Piraud

Qu'est-ce que TOSA ?

Les bus TOSA 100% électriques sont des bus de grande capacité, actuellement développés dans une version articulée de 18 mètres permettant d'accueillir près de 110 voyageurs. Ces bus offrent le même niveau de confort qu'un autobus diesel ou un trolleybus, avec chauffage, climatisation et écrans pour l'information des voyageurs.

De plus, les véhicules TOSA de la ligne 23 seront équipés de prises USB vers les sièges en face-à-face à l'avant du véhicule, permettant ainsi la recharge des équipements mobiles personnels. Chacun pourra ainsi recharger ses « propres » batteries dans les bus TOSA !

Les batteries des bus TOSA sont situées sur le toit du véhicule, ce qui permet de garantir un plancher plat et bas sur toute la longueur du bus. Elles auront une capacité de stockage électrique de 73 kWh environ pour un poids d'une tonne à peine. A titre de comparaison, la capacité des voitures Tesla S varient, selon le modèle, de 60 à 100 kWh. Les bus TOSA ne nécessitent pas de batteries de forte puissance puisque l'autonomie n'est pas un facteur capital. En effet, grâce à la technique du biberonnage qui permet la recharge partielle des batteries des bus en cours de trajet, les bus TOSA ont besoin de transporter beaucoup moins de batteries qu'un bus électrique qui serait chargé la nuit uniquement : il en faudrait 5 à 7 tonnes de plus !

Ainsi, les bus TOSA transportent plus de passagers et moins de batteries que les bus électriques conventionnels, ce qui est évidemment positif pour l'environnement car cela représente moins de batteries à recycler.

 

Les infrastructures

En complément du système de transfert d'énergie installé sur le toit des bus, la technologie TOSA est aussi constituée de stations de recharge localisées à certains arrêts le long du parcours qui permettent le transfert d'énergie entre le réseau électrique et les batteries des véhicules.

Il existe trois types de stations de recharge:

  • Stations flash (Flash Feeding Station – FFS)
  • Stations terminales (Terminal Feeding Station - TFS)
  • Stations au dépôt (Depot Feeding Station - DFS)

Les stations flash ont pour fonction de recharger partiellement les batteries embarquées des bus pendant le temps de montée et descente des passagers aux arrêts, soit 20 secondes. Elles sont équipées d'un module de stockage permettant un lissage des pointes de consommation électrique.

Il s'agit de batteries Lithium-ion (LIB). Ce choix est justifié par un volume et un coût beaucoup plus faible des batteries. Les batteries sont dimensionnées avec une capacité de stockage de 88 kWh, ce qui est surdimensionné afin de pouvoir fournir la pleine puissance ainsi que d'avoir un réservoir nécessaire pour gérer un train de bus (un bus qui suit l'autre).

Ce cycle de charge/décharge permet d'estimer une durée de vie de 10 ans pour le module LIB des stations de recharge flash. Pour un fonctionnement optimal des batteries, il est nécessaire de maintenir une température inférieure à 45° dans le module de stockage d'énergie. Un refroidissement à eau a donc été étudié afin de maximiser la durée de vie des batteries.

Le bruit généré à l'extérieur de l'armoire par la climatisation, l'échangeur air/eau et les ventilations a fait l'objet d'une grande attention afin de maintenir le niveau des émissions sonores bien en deçà des limites légales de l'ordonnance sur la protection contre le bruit (OPB RS 814.41).

Les stations terminales ont pour fonction le chargement complet des batteries des véhicules durant le temps de la remise à l'heure au terminus (4-5 minutes). Du fait du taux d'utilisation élevé (très faible intervalle de temps entre chaque recharge), ces stations ne sont pas équipées d'un module de stockage d'énergie (tel que batteries, supercapacités, etc.) qui permettraient de réduire la puissance de raccordement. Celle-ci est de 436 kVA, offrant une puissance de sortie de 400 kW environ.

Une potence de recharge complète les infrastructures des stations flash et terminales. S'élevant à plus de 7 mètres, elle supporte un rail dans lequel vient se connecter le bras automatique articulé des véhicules. Ce rail, situé à une hauteur de 4.5 mètres au-dessus de la chaussée, permet le transfert d'énergie entre les armoires électriques et les batteries des bus. Lorsqu'aucun bras n'est connecté dans le rail, il n'y a aucun courant électrique dans la potence et dans le rail, pour une sécurité totale. Se faisant par contact, le transfert d'énergie ne génère aucun champ électromagnétique, à la différence d'autres technologies de transfert d'énergie, telles que l'induction.

La technologie

La technologie TOSA donne aux bus électriques la même flexibilité que les bus diesel tout en restant 100% écologique. Grâce à la technique dite du biberonnage, qui repose sur le transfert d'énergie entre le véhicule et les stations de recharge par un bras articulé, le bus TOSA se recharge rapidement, à l'arrêt (20 secondes) comme au terminus (4 à 5 minutes environ).

Une innovation sur le toit

La principale innovation technologique réside dans le système de transfert d'énergie installé sur le toit des bus. Il s'agit d'un bras articulé automatique qui se relève lorsque le bus approche d'un arrêt équipé et se connecte en 1 seconde à peine à un rail de recharge, lorsque le véhicule s'arrête. C'est ce qu'on appelle le biberonnage.

Cette connexion permet de transférer en 20 secondes à peine, pendant la descente et montée des passagers, une quantité d'énergie suffisante permettant de contenir à 4 minutes le temps de recharge aux terminus. A titre de comparaison, cette énergie transférée permettrait de recharge une dizaine de vélos électriques en 20 secondes !

Grâce à cette technologie, les bus TOSA n'ont ainsi pas besoin d'être constamment reliés à des câbles électriques qui encombrent le paysage.

Outre l'absence de lignes aériennes, le grand avantage de la technologie TOSA est de permettre une réduction considérable de la taille des batteries embarquées. Résultat : un gain à la fois en capacité (15% à 30% de places en plus) et en consommation énergétique (environ 10% d'économie) puisque le véhicule est allégé.

Une énergie propre et mieux consommée

L'utilisation efficace de l'énergie électrique est l'essence même de TOSA. La conception tout entière du bus a été pensée dans cet esprit et les innovations qui en découlent ne se limitent pas au biberonnage. Par exemple, le bus TOSA récupère l'énergie au freinage, à la décélération et à la descente. Cette énergie est directement stockée et consommée à l'intérieur du véhicule. Grâce aux batteries situées sur le toit du véhicule, l'électricité générée sert aux phases de démarrage et de roulement au lieu d'être renvoyée dans les lignes aériennes comme c'est le cas avec les lignes de trolleybus.

TOSA représente ainsi une innovation majeure en matière de gestion de l'énergie et du réseau, avec l'intégration des dimensions de stockage d'énergie et de transfert à forte puissance (smart-grid et smart-metering). Des technologies informatiques sont mises à contribution pour optimiser la production et la distribution de l'électricité en fonction de la consommation (en quantité et en localisation). De cette manière, les pertes d'électricité qui ont lieu sur les lignes aériennes sont évitées.

De plus, le projet permet la valorisation des énergies renouvelables dans le secteur des transports en commun. En effet, les Services Industriels de Genève (SIG), qui fournissent l'électricité aux Transports publics genevois (TPG), ne distribuent que de l'électricité d'origine certifiée 100% renouvelable d'origine solaire et hydraulique (dont plus de 23% sont produits localement) pour les trams, trolleybus et futurs bus TOSA.

TOSA ligne 23, c'est parti : l'union partenariale publique-privée au service du bus du futur

Le projet de bus TOSA concrétise aujourd'hui une étape importante en vue de son déploiement à Genève. Ce véhicule 100% électrique à recharge rapide et sans ligne de contact sera déployé à l'horizon 2018, sur la ligne 23 qui reliera à terme Carouge au Parking P+R 47 de l'aéroport international de Genève. Réunissant de multiples qualités technologiques et économiques, TOSA positionne Genève et la Suisse sur la carte de l'innovation en matière de mobilité durable, mais aussi en tant que formidable incubateur d'acteurs orientés vers le développement de projets innovants au service de la qualité de vie de la collectivité.

Les Transports publics genevois et les entreprises ABB et HESS Carrosserie ont signé ce jour les contrats d'acquisition de la technologie TOSA en vue de son déploiement sur le futur tracé de la ligne 23 à Genève. La nouvelle flotte de bus 100% électrique sans ligne de contact viendra remplacer une ligne exploitée aujourd'hui au diesel. Concrètement, la commande porte sur la production de 12 bus électriques et des stations de recharges TOSA : 13 stations de recharge flash, 3 stations de recharge aux terminaux et 4 stations au dépôt, pour un montant total de 24 millions de francs.

A l'occasion de la cérémonie de signatures, Monsieur Luc Barthassat, conseiller d'Etat chargé du département de l'environnement, des transports et de l'agriculture et Monsieur Pierre Maudet, conseiller d'Etat chargé du département de la sécurité et de l'économie, se sont réjouis de cette concrétisation, qui confirme la volonté du Conseil d'Etat de placer Genève sur la carte des métropoles engagées dans un processus de transition énergétique vers l'électromobilité. Le bus électrique TOSA répond parfaitement à la Stratégie énergétique 2050 de la Confédération visant à réduire la consommation énergétique du pays, notamment par la promotion de technologies efficientes. Il bénéficie à ce titre d'une subvention de l'Office fédéral de l'énergie (OFEN) à hauteur de CHF 3'400'000.- pour son déploiement à Genève sur la ligne 23 et figure en tant que projet phare de la Stratégie énergétique menée par la Confédération.

TOSA se démarque aussi par son aspect novateur en matière de partenariat. Il est le fruit d'une union publique-privée exemplaire réunissant les Transports publics genevois (TPG), l'Office de Promotion des Industries et des Technologies (OPI), les Services industriels de Genève (SIG), ABB Sécheron SA et le Canton de Genève, qui finance l'acquisition des stations de recharge ainsi que des travaux de génie civil notamment, pour un coût budgété de CHF 15'000'000.-.

TOSA est aussi source d'inspiration pour les futurs ingénieurs et designers que forme notre région, il a permis aux étudiants des milieux académiques, tels que l'EPFL, la HE-Arc, l'Hepia ainsi que la chaire d'efficience énergétique de l'UNIGE d'apporter leurs connaissances et savoir-faire dans la phase initiale de développement du projet. C'est une des forces de ce projet comme le souligne Monsieur Pierre Maudet. « Outre la puissance innovante de TOSA, ce projet a créé une synergie novatrice entre des acteurs aussi pluriels que les hautes écoles, les grandes régies, l'industrie et l'Etat. La réussite de TOSA est en bonne partie due à cet écosystème.»

Ainsi, la mise en service de TOSA sur la future ligne 23 devient une véritable vitrine pour l'innovation genevoise et suisse tout en étant générateur d'affaires pour de multiples entreprises locales et suisses. En termes de retombées commerciales, TOSA, qui s'est vu remettre de nombreuses reconnaissances, dont le prix OMPI 2012, un Smart Award et deux prix EBUS en 2014, intéresse déjà plusieurs villes et collectivités du monde entier.

La mobilité durable de demain s'invente aujourd'hui à Genève

Premier système de bus de grande capacité 100% électrique, TOSA est un bus articulé à batterie rechargeable pour la desserte des villes. TOSA, c'est avant tout une innovation-clé à l'échelle mondiale: la recharge par biberonnage, développée par ABB à Genève. Ce processus consiste en une recharge dite flash des batteries à certains arrêts, soit 15 secondes, le temps qu'il faut normalement pour laisser monter ou descendre des passagers. Un bras mécanique repliable placé sur le toit du bus et doté d'un capteur laser permet la connexion automatique à la station de recharge, ce qui rend le processus quasiment instantané (moins de 1 seconde). Outre l'absence de lignes aériennes, le grand avantage de la technologie TOSA est de permettre une réduction considérable de la taille des batteries embarquées. Résultat : un gain à la fois en capacité (15% à 30% de places en plus) et en consommation énergétique (environ 10% d'économie) puisque le véhicule est allégé. Jean-Luc Favre, directeur général d'ABB Sécheron souligne que « ABB contribue depuis 125 ans déjà, en Suisse et dans le monde entier, au progrès technique – en mettant l'accent aussi bien sur l'amélioration de l'efficacité énergétique que sur celle de la productivité industrielle. Parmi les compétences majeures d'ABB figurent les technologies au service du transport durable. Ainsi, ABB aide le Canton de Genève à déployer une solution de transport urbain sans émissions sur son territoire ». «

Pour nous, opérateur, le système de bus TOSA permet non seulement de respecter les horaires annoncés mais aussi d'assurer une meilleure flexibilité en cas de perturbation du trafic par rapport aux véhicules électriques avec des lignes de contact. » a précisé Denis Berdoz, directeur général des TPG.

Pour tout complément d'information : M. Luc Barthassat, conseiller d'Etat chargé du DETA, en contactant M. Thomas Putallaz, secrétaire général adjoint, tél. +41 (0)79 417 09 69

Mme Emmanuelle Lo Verso, secrétaire générale adjointe chargée de communication, DSE, tel. +41 (0)79 955 44 29

Mme Isabel Pereira, attachée de presse, TPG, tél. +41 (0)22 308 35 29

Mme Marie-Azeline Faedy, responsable communication, ABB Sécheron SA, tél. +41 (0)58 586 20 16.