Électrifier les autoroutes?

Une étude publiée le 20 mai par la Chaire de gestion de l’énergie de HEC Montréal étudie la pertinence d’électrifier les autoroutes 20 (au Québec) et 401 (en Ontario) sur les 1 137 km du corridor Windsor-Rivière-du-Loup. L’idée est d’installer des fils au-dessus des voies, permettant aux camions lourds de s’alimenter en électricité à la manière d’un tramway ou d’un trolleybus. L’étude se penche sur les coûts financiers d’une telle installation, de même que sur les émissions de gaz à effet de serre qui pourraient être évités grâce à elle.

Le travail de l’équipe de chercheurs se base sur les résultats pratiques obtenus jusqu’ici sur quelques segments expérimentaux, dont un de 2 km en Suède, un de 1,6 km en Californie et deux autres de 5 et 10 km en Allemagne. La firme allemande Siemens est associée à la plupart de ces projets et a aussi apporté son aide à l’étude de HEC.

La technologie est adaptée de celle utilisée par les tramways : des fils suspendus au-dessus de la voie, et une caténaire qui maintient le lien entre cette installation et le camion. Elle n’est pas très compliquée et elle est pratiquement prête au déploiement à grande échelle. Quant aux camions eux-mêmes, l’étude mise sur des camions semi-remorques hybrides roulant à l’électricité sur les autoroutes électrifiées et retombant sur leur moteur diesel sur les voies normales. Ils pourraient aussi être munis d’une petite batterie leur donnant une autonomie limitée de 5 à 20 km, pour pouvoir faire un dépassement ou contourner une voie bloquée par un accident, par exemple, tout en restant en mode électrique.

Si l’on oublie les zones urbaines, où ce système est considéré comme peu applicable en ce moment, l’axe 20-401 comporterait 1 137 km de voies électrifiées sur les 1 344 km séparant Windsor de Rivière-du-Loup. Ce corridor relierait notamment les villes de Toronto, Montréal et Québec. Le nombre quotidien de camions circulant sur chaque segment varie : environ 3 500 par jour entre Toronto et Windsor, et près de 1 500 entre Montréal et Québec. On ne parle ici que de camions semi-remorques de 15 tonnes et plus : le projet n’envisage pas d’installer des caténaires sur de plus petits véhicules.

Le coût de l’électrification sur 1 137 km serait de 4,1 milliards de dollars canadiens, selon les chercheurs (soit 3,6 millions de dollars au kilomètre). Une revue de la littérature donne des estimations des réductions d’émission de GES très variées, se situant entre 11 et 88%. Les études les plus récentes penchent du côté des valeurs les plus élevées. Sur cette base, l’étude conclut que l’autoroute électrique proposée pourrait éviter des émissions de 2,8 millions de tonnes d’équivalent CO₂ par année. Pour se donner un point de comparaison, les camions lourds au diesel émettent 8,4 millions de tonnes par année au Québec seulement, et les chiffres ontariens sont encore plus élevés.

Les chercheurs reconnaissent quelques limites à leur étude. Comme personne ne va acheter de camions à caténaire tant qu’il n’existe pas de voie électrifiée où les faire rouler, ils reconnaissent qu’il faut construire l’autoroute électrifiée d’abord et espérer que les camions viendront ensuite. Ceci rend hélas le projet très risqué, d’autant plus que l’étude ne s’est pas penchée sur l’impact financier des camions hybrides à caténaire sur les exploitants de parcs de camions. L’électricité coûte moins cher que le diesel, mais les trajets sur autoroute électrique compensent-ils le prix élevé des camions hybrides à caténaire? La question reste non résolue.

Quelques angles morts

L’étude a le mérite de poser les termes du débat dans un dossier qui demeure très peu étudié dans le monde. Il élude toutefois quelques considérations techniques qui paraissent importantes.

Premièrement, on ne pose aucune hypothèse explicite sur le dimensionnement des circuits. Les réseaux de tramways utilisent des véhicules relativement légers et peu énergivores. De plus, ils circulent en fonction d’horaires réguliers, de sorte qu’on sait à tout moment combien il y aura de véhicules sur le réseau et quelle sera lur consommation électrique combinée. Dans le cas de camions lourds sur une autoroute, la consommation est importante (le semi-remorque électrique e-Cascadia a un moteur de 475 kW à pleine puissance) et le nombre de camions sur le circuit est imprévisible.

S’il y a, par exemple, 20 de ces camions sur un circuit donné, l’appel de puissance peut atteindre 9,5 MW, ce qui est considérable. Et le nombre de camions peut être plus élevé encore durant les heures de grand achalandage. Les 3 500 camions par jour entre Toronto et Windsor correspondent à 145 camions par heure en moyenne. Il aurait été souhaitable que l’étude se penche sur le dimensionnement du circuit électrique nécessaire et son impact sur le coût de l’installation, surtout que les circuits expérimentaux existants n’accommodent forcément qu’un très petit nombre de camions.

L’autre angle mort est celui de la consommation électrique. Bien que les quelques milliers de camions lourds de l’axe 20-401 ne représentent qu’une petite partie du transport par camion dans l’Est du Canada, on voit que leur potentiel de consommation énergétique est considérable et que remplacer le diesel par l’électricité nécessitera la construction de nouvelles centrales électriques. Les études sur l’électrification des transports supposent un peu vite que les producteurs d’électricité n’auront aucun mal à répondre à la demande et surtout, qu’ils pourront le faire en temps voulu même si le rythme de la transition s’accélère. Cet aspect du problème aurait avantage à être mieux modélisé.

Enfin, maintenir un bon contact entre le caténaire et les fils exige des routes très lisses, sans bosses ni nids-de-poule. Compte tenu de l’état général des routes au Québec, ce n’est pas un détail insignifiant. Il faut aussi garder à l’esprit que l’asphalte est un produit pétrolier – il représente la partie la plus lourde du pétrole brut. Si l’électrification des transports entraînait une forte réduction de la production de pétrole, l’asphalte viendrait vite à manquer. Le béton serait l’alternative la plus évidente pour nos routes, mais sa production est elle-même fortement émettrice de CO₂.

Ce billet de blogue a bénéficié de quelques échanges privés avec Alice Friedemann, à qui l’on doit le livre When Trucks Stop Running : Energy and the Future of Transportation, publié en 2016 chez Springer. Je la remercie pour ses commentaires et ses idées.

Sources :

• Clara Kayser-Bril, Ramata Ba, Johanne Whitmore, Ashok Kinjarapu. Decarbonization Of Long-Haul Trucking In Eastern Canada Simulation Of The E-Highway Technology On The A20-H401 Highway Corridor, 20 mail 2021.
• Whitmore, J. et P.-O. Pineau, 2021. État de l’énergie au Québec 2021, Chaire de gestion du secteur de l’énergie, HEC Montréal, préparé pour le ministère de l’Énergie et des Ressources naturelles, Montréal,
• Alice Friedemann, Just 16,000 catenary trucks (out of 5.6 million) would use 1% of California’s electricity generation, 22 août 2015.