Innovations technologiques
Décarbonation du fret ferroviaire : innovations et analyse économique

La transition énergétique du secteur des transports constitue l’un des défis majeurs du XXI^e siècle. Alors que les émissions mondiales de gaz à effet de serre (GES) continuent de croître, le transport représente aujourd’hui près de 25 % de ces émissions, avec une dynamique particulièrement préoccupante dans le fret. Parmi les différents modes, le transport ferroviaire demeure de loin le plus vertueux : il ne contribue qu’à une fraction marginale des émissions du secteur, tout en assurant une part significative des volumes transportés. À l’échelle mondiale, ses émissions sont estimées à environ 95 MtCO₂ par an , soit moins de 1 % des émissions énergétiques mondiales. En Europe, le ferroviaire représente 3 MtCO₂ . Une part notable de ce total provient néanmoins du fret tracté par locomotives diesel, dont la décarbonation reste un enjeu prioritaire.

En France, un paradoxe illustre bien les marges de progrès possibles : près de 80 % des trains-kilomètres de fret diesel sont effectués sous caténaires (en 2018) . Cette situation traduit à la fois des rigidités techniques, des arbitrages économiques défavorables et une absence de cadre incitatif suffisamment structurant pour encourager l’usage de la traction électrique. Pourtant, le rail dispose d’un potentiel considérable pour contribuer à la décarbonation du transport de marchandises, à condition de repenser ses modèles technologiques, économiques et réglementaires, afin de valoriser pleinement ses atouts environnementaux.

Dans ce contexte, l’industrie ferroviaire connaît une mutation profonde, marquée par l’émergence de solutions alternatives au diesel : électrification frugale, batteries, hydrogène, biocarburants, ou encore hybridation. Ces technologies, bien que prometteuses, présentent des performances hétérogènes selon les cas d’usage (fret lourd ou léger, lignes principales ou capillaires, distances longues ou courtes). Cette diversité rend complexe le choix de la solution optimale pour les opérateurs, les chargeurs et les décideurs publics.

L’objectif de cet article est de proposer une grille d’analyse technico-économique rigoureuse des alternatives bas carbone pour le fret ferroviaire. En s’appuyant sur les enseignements d’une recherche doctorale menée entre l’université Gustave Eiffel et Alstom, il s’agit de croiser les dimensions opérationnelles (autonomie, infrastructure, maturité technologique), environnementales (émissions GES, polluants locaux) et économiques (coût total de possession, coût externe, coût d’abattement). L’approche adoptée repose sur une méthodologie multicritère et multi-acteurs, intégrant également les contraintes réglementaires et géopolitiques. Ce travail entend ainsi répondre à une double ambition : d’une part, structurer une réflexion stratégique sur la décarbonation du fret ferroviaire à l’échelle nationale et européenne ; d’autre part, fournir aux acteurs de terrain des éléments concrets d’aide à la décision, fondés sur une évaluation systémique des coûts et bénéfices des différentes options.

Dans la continuité des travaux de Bigo  sur les cinq leviers de décarbonation des transports, cet article se concentre plus particulièrement sur les leviers 4 et 5 : la décarbonation des vecteurs énergétiques et la substitution modale vers le rail. En éclairant les conditions de viabilité technologique, économique et environnementale des solutions émergentes, il vise à contribuer à une transition énergétique du rail à la fois ambitieuse, réaliste et économiquement soutenable.

La transition énergétique du fret ferroviaire désigne l’ensemble des stratégies, technologies et politiques visant à réduire, voire éliminer, les émissions de GES et de polluants atmosphériques générées par le transport de marchandises par rail. Elle englobe ainsi la diversification des vecteurs énergétiques (électricité, hydrogène, biocarburants, batteries), l’optimisation des consommations et l’adaptation des infrastructures pour soutenir ces nouveaux modes d’approvisionnement. La décarbonation, quant à elle, désigne plus précisément la réduction des émissions de gaz à effet de serre, principalement du dioxyde de carbone (CO₂), issues de la traction ferroviaire. Par abus de langage, ce terme englobe également les démarches visant aussi à réduire les polluants atmosphériques tels que les oxydes d’azote ou les particules fines. Dans le présent article, le mot décarbonation sera donc utilisé dans ce sens étendu, pour désigner les alternatives qui concourent à réduire l’empreinte environnementale du fret ferroviaire, qu’elles agissent sur les émissions de GES, sur la qualité de l’air.