Le trolleybus a fait son retour en France fin 2001 avec la mise en service à Lyon du trolleybus nouvelle génération Cristalis, développé par Irisbus.
Depuis 2017, des trolleybus de nouvelle génération utilisant la technologie IMC (In Motion Charging) sont commercialisés.
La mise en œuvre de trolleybus nécessite la pose d'une ligne aérienne et l'installation de sous-stations. Le dépôt doit aussi être aménagé, aussi bien pour le remisage que pour la maintenance (équipements en toiture). Le personnel de maintenance doit avoir les habilitations électriques nécessaires.
Certains endroits de la ligne sont équipés d'un empercheur. Ce système permet au conducteur de lever les perches sans quitter son poste de conduite.
Les lignes aériennes peuvent avoir des aiguillages, se croiser ou bien encore croiser des lignes de tramway.
La circulation des trolleybus est silencieuse grâce à leur moteur électrique alimenté en courant par les lignes aériennes. La tête de perche est constituée d'un frotteur (pour capter le courant), câble d'alimentation (pour transmettre le courant du frotteur à la perche) et d'un cordon de sécurité (pour retenir le frotteur au cas où celui-ci se détacherait).
Certains trolleybus sont équipés d'un petit moteur diesel. Ils peuvent alors circuler sans être reliés à la ligne aérienne. La vocation de ce moteur est de permettre la circulation dans les dépôts et de permettre aux trolleybus de circuler en cas de coupure de courant ou de travaux sur leur itinéraire.
En octobre 2017, Iveco Bus a annoncé un partenariat avec Skoda Electric pour produire un trolleybus sur la base de l'autobus Urbanway ou Crealis (BHNS). Ces véhicules peuvent être équipés d'une petite batterie leur permettant de circuler en autonomie sur une petite distance (technologie IMC).
Les constructeurs Hess, Solaris et Van Hool proposent aussi des trolleybus pour le marché français.
Limoges a remplacé ses ER 100 par une vingtaine de Cristalis ETB12 et 4 HESS Swisstrolley articulés.
En septembre 2018, trois trolleybus articulés Iveco Crealis équipés par Skoda Electric ont été commandés. Livrés en novembre 2019, ils sont équipés de la technologie IMC. Ainsi, il peuvent circuler sur batteries sur une courte distance.
Quatre trolleybus Iveco supplémentaires ont été livrés en novembre 2022.
Acteur majeur du trolleybus en France, le réseau de Lyon possède 69 Cristalis ETB12 (standard) et 55 ETB18 (articulé). Ces trolleybus ont été mis en service entre 2002 et 2010.
Lyon exploite aussi 7 miditrolleybus de 1999 qui circulent sur les pentes de la Croix-Rousse.
En octobre 2018, le SYTRAL a lancé un marché public pour l'achat de trolleybus articulés bi-modes (alimentés par lignes aériennes et autonomes sur batteries) pour la ligne de bus C13 Grange Blanche - Montessuy. L'investissement devrait concerner 20 trolleybus (minimum de 18 trolleybus sur 8 ans). Le marché a été attribué en janvier 2020 à la société suisse Carrosserie Hess AG. Le premier véhicule LighTram 19 a été livré en décembre 2020, entièrement gris. Ces trolleybus ont été mis en service en avril 2021 sur la ligne C13.
En mars 2022, le Sytral a lancé un appel d'offres pour la fourniture de trolleybus articulés nouvelle génération 100% électriques avec autonomie sur batterie suffisante pour exploiter des lignes où la ligne aérienne de contact est discontinue sur tout le parcours et les systèmes et outils nécessaires à leur maintenance et à leur exploitation. Le marché porte sur 80 à 250 trolleybus bi-modes articulés. L'accord-cadre sera d'une durée de 8 ans. Ce marché a été attribué à Hess en décembre 2022 pour 118 millions d'euros. La commande porte sur 127 trolleybus.
Pour remplacer quelques ER 100, Saint-Etienne a fait l'acquisition de 11 IRISBUS Cristalis ETB 12 pour le réseau de transport public STAS.
Début 2019, un marché de 22 trolleybus a été attribué à Solaris. Les Trollino 12 seront livrés entre 2019 et 2022, les dix premiers ont été mis en service début 2020. À l'été 2021, ce sont 23 trolleybus Solaris sont en service.
La ligne M6 devrait être équipée de trolleybus IMC à partir de 2026 (projet Chronobus M6+). En mai 2024, Saint-Etienne Métropole a décidé d'acquérir 8 Trollino 18.
Le réseau de Nancy a remplacé ses PER 180 par le TVR (trolleybus guidé tri-caisse). Le TVR, conçu par ANF Industrie (devenu Bombardier Transport France), réutilise en partie l'infrastructure des trolleybus.
La communauté urbaine avait également commandé des trolleybus la société italienne Ansaldo pour une mise en service prévue en 2001. Malheureusement, les véhicules reçus n'étaient pas conformes, ils ne rouleront jamais sur le réseau.
En août 2021, un projet de remplacement du TVR par des trolleybus est lancé. La Métropole du Grand Nancy a annoncé le 6 janvier 2022 avoir retenu l'offre de la société Hess via la CATP. L'entreprise suisse va fournir 25 trolleybus bi-articulés pour équiper la ligne 1. Ces trolleybus devraient être mis en service en septembre 2024.
Dans les années 80, trois autres réseaux français exploitaient des trolleybus. Depuis, ces véhicules ont été remplacés par des autobus ou des lignes de tramway. Dans ces villes, il peut rester des traces des trolleybus, notamment les attaches de ligne aérienne sur les façades de certains bâtiments.
Grenoble a réformé ses trolleybus ER 100 fin juin 1999 sans les remplacer par de nouveaux trolleybus.
En 2023, le SMMAG a lancé une étude sur le retour du trolleybus sur trois lignes structurantes (C1, C3 et C4).
Marseille a réformé ses trolleybus ER 100 sans passer commande de nouveaux trolleybus. Les lignes aériennes sont restées en place plusieurs années après la disparition des trolleybus.
Berliet relance le trolleybus en adaptant un équipement électrique sur son autobus PR 100. Cette adaptation se nomme ER 100. Les réseaux de Limoges, Lyon, St-Etienne et Marseille vont exploiter des ER 100. Les réseaux de Nancy et St-Etienne recevront des PER 180, version bi-mode de l'autobus articulé PR 180.
Au début des années 2000, le parc français de trolleybus commençait à vieillir sérieusement. Malgré la rénovation des ER 100 de plusieurs réseaux, le moment était venu de leur trouver un remplaçant : ce sera le Cristalis d'Irisbus.
À la fin des années 2010, une nouvelle génération de trolleybus est proposée par quelques constructeurs : le trolleybus IMC. Des batteries remplacent le moteur diesel pour circuler en l'absence de LAC. L'arrivée de ces modèles relance le trolleybus.
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