Début juin, Mercedes-Benz a présenté pour la première fois le nouvel eCitaro fuel cell, le premier bus urbain équipé d’une pile à combustible permettant de prolonger son autonomie. Avant son lancement en série, l’eCitaro fuel cell a dû passer de nombreux tests de fonctionnement et de sécurité. Il s’agissait notamment d’une traversée des Alpes en hiver, un essai qui comportait de nombreux défis.

L’air froid des Alpes enveloppe le bus articulé jaune à plancher surbaissé, qui semble être un corps étranger sur le vaste parking du Plan de Gralba, à 1 795 mètres d’altitude, dans les Alpes du Tyrol du Sud. Tandis que le conducteur Andreas Hoffmann s’active à gratter la glace sur les vitres, un petit nuage de vapeur blanche s’élève des structures du toit du bus. C'est un signe infaillible que la pile à combustible sur le toit du bus a commencé son travail et produit désormais de l’électricité à partir d’hydrogène et d’oxygène de l’air, avec la vapeur d’eau comme seule émission. En effet, l’autobus articulé est un véhicule d’essai, l’un des quatre prototypes de l'eCitaro fuel cell Mercedes-Benz.

Le premier bus électrique sur lequel un système à pile à combustible assure une augmentation de l’autonomie vient de passer avec brio l’un des nombreux tests : après une nuit passée à des températures bien en dessous du point de congélation, le système de propulsion électrique et la pile à combustible démarrent sans problème.

Début 2023, une équipe d’ingénieurs d’essai Mercedes-Benz s’est rendue dans les Alpes avec l’eCitaro fuel cell pour tester son comportement au démarrage à froid à des températures hivernales et tester la nouvelle gestion thermique. Parallèlement, les trajets à des altitudes supérieures à 1 700 mètres devaient permettre d’acquérir des connaissances sur le fonctionnement du système à pile à combustible à des altitudes extrêmes. En outre, le nouveau système d’entraînement a dû prouver ses performances lors de passages de cols exigeants avec des montées et des descentes allant jusqu’à 15 %. Enfin, la consommation d’énergie était d’un grand intérêt dans ces conditions exigeantes.

« Pendant le trajet, les ingénieurs d'essai surveillent en permanence d’innombrables points de mesure et données », explique Jonas Steinki, responsable du test. Outre les températures de la batterie, de la pile à combustible, des moteurs et de l’espace passagers, il s’agit notamment de la consommation d’énergie de l’entraînement, du chauffage et d’autres consommateurs auxiliaires, de l’état de charge des batteries et du niveau de remplissage des réservoirs d’hydrogène. Les ingénieurs d’essai Rainer Bickel, Stephan Lutz et Hannes Mayer surveillent en permanence sur leurs écrans les paramètres les plus importants du système à pile à combustible, de l’entraînement, de la gestion thermique et du chauffage, recherchent les anomalies et comparent les données avec les valeurs de consigne calculées.

Le test de plusieurs jours commence par une traversée des Alpes de Neu-Ulm à Bolzano en passant par Füssen, le Fernpass et le Reschenpass. La combinaison de la batterie et de l’hydrogène devrait permettre de parcourir 360 kilomètres. Néanmoins, il est difficile d’estimer l’évolution de la consommation d’énergie sur les cols longs et raides lorsque le point de congélation est atteint. Par mesure de sécurité, l’équipe décide de recharger un peu plus les batteries haute tension sur l’aire de repos Allgäuer Tor.

En passant le Fernpass, on se rend vite compte que l’eCitaro fuel cell maîtrise même mieux que prévu ce parcours exigeant. « Malgré la pente, la pile à combustible fonctionne dans la plage de puissance la plus efficace de 20 à 30 kW », explique Rainer Bickel en indiquant la valeur correspondante sur le moniteur. « De plus, la nouvelle gestion thermique utilise la chaleur dissipée de la pile à combustible de manière rentable pour tempérer l’habitacle. Le chauffage électrique n’est donc guère utilisé et la consommation d’énergie de tous les organes auxiliaires, tels que le chauffage, la direction et le compresseur, reste donc très faible. »

L’eCitaro fuel cell montre aussi sa force en descente. Lors des phases de freinage, la récupération augmente jusqu’à 285 kW. En d’autres termes, au total, les quatre moteurs des deux essieux moteurs fonctionnent désormais comme des générateurs et rechargent les batteries jusqu’à 285 kW, soit presque deux fois plus qu’une borne de recharge rapide. « On ne peut pas faire mieux », déclare Rainer Bickel. « Pour ne pas trop solliciter les batteries, nous avons limité la puissance de récupération à 285 kW. »

Le bilan énergétique positif s’est poursuivi jusqu’à l’arrivée de la traversée des Alpes à Bolzano : Après 368 kilomètres et une charge intermédiaire d’environ 55 kWh, l’indicateur de charge de la batterie affiche encore 56 % de SoC (State of Charge). Quant aux réservoirs d’hydrogène, ils sont encore bien remplis (42 %).

Bolzano s’avère cependant être une destination idéale pour le test hivernal. En effet, avec une station-service publique d’hydrogène située juste à côté de la sortie d’autoroute Bolzano Sud et une autre station-service d'hydrogène dans le dépôt de la société de transport Sasa de Bolzano, la ville dispose d’une des meilleures infrastructures d'hydrogène d’Europe. De plus, l’hydrogène disponible ici provient exclusivement de sources renouvelables, principalement d’électrolyse avec de l’électricité issue de l’énergie hydraulique. En outre, les Dolomites environnantes, avec leurs cols exigeants et leurs hautes altitudes, offrent des conditions idéales pour les essais en altitude du système de piles à combustible et pour d’autres tests dans des conditions topographiques difficiles et à basse température.

« Toutefois, les essais hivernaux ne sont qu’un des nombreux tests que l’eCitaro fuel cell doit subir avant d’être produit en série à partir de l’été », souligne Shahrukh Javed, chef de projet pour l’eCitaro fuel cell. « Les réservoirs d’hydrogène et le système à pile à combustible ont notamment passé avec succès de nombreux tests de sécurité qui vont parfois au-delà des tests exigés par le législateur. » Il s’agit notamment de tests d’impact et de secousses, ainsi que d’un test de glissement avec le système de fixation, qui simulent une situation d’accident. Pour les essais dans des conditions chaudes, l’eCitaro fuel cell s’est rendu dans la chambre climatique des camions de ses collègues Truck à Wörth, dans le Palatinat.

Cependant, pour Javed, il ne fait aucun doute que, malgré la chambre climatique avec banc d’essai à rouleaux, des trajets en conditions réelles restent nécessaires : « Les nombreux résultats de mesure et constatations que nous pouvons obtenir en raison des grandes altitudes, des pentes raides et des basses températures lors de ce trajet, sont irremplaçables. » Pour la traversée des Alpes et les différents essais sur route sur les cols alpins, le chef de projet tire un bilan positif : « L’eCitaro fuel cell a su relever avec brio les défis de ce trajet dans les Alpes. Grâce à la nouvelle gestion d’énergie, la pile à combustible fonctionnait principalement dans la plage la plus efficace entre 20 et 30 kW, même sur les longues pentes raides. La nouvelle gestion thermique s’est avérée être un élément important pour l’efficacité énergétique, car elle a permis d’utiliser de manière optimale la chaleur dégagée par la pile à combustible pour tempérer l’espace passagers. Lors de cet essai exigeant, l’eCitaro fuel cell a dépassé nos attentes en termes d’autonomie ainsi que d’efficacité de la propulsion et du système de pile à combustible. »