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Un avenir plus vert pour les chemins de fer

11 août 2017

Les nouvelles technologies de matériel roulant rehaussent la réputation écologique du transport ferroviaire

Le transport ferroviaire offre déjà un rendement énergétique et environnemental favorable par rapport aux autres modes de transport.

Mais les attentes plus élevées de la société, les avancées des autres modes de transport en matière d’empreinte énergétique et écologique, et les ambitieux engagements des gouvernements poussent l’industrie ferroviaire à continuer à innover pour demeurer un mode de déplacement durable et rentable.

Au Royaume-Uni, le gouvernement a pour cible de réduire ses émissions de carbone de 57 % par rapport aux niveaux de 1990 d’ici à 2030. Bien qu’au Royaume-Uni les chemins de fer comptent pour moins d’un pour cent des émissions de CO2 liées aux transports, de récents concours de concession pour l’exploitation de lignes de trains de passagers avaient comme exigences clés la réduction des émissions de carbone et l’amélioration du rendement énergétique.

Réduire les émissions de carbone

Des études démontrent que les trains de passagers génèrent environ la moitié des émissions de CO2 par passager-kilomètre (pkm) que les voitures, et le quart des émissions des transporteurs aériens – mais les secteurs automobiles et aéronautiques s’améliorent constamment.

Le nombre de déplacements de passagers au Royaume-Uni a augmenté d’environ 70 % au cours de la dernière décennie, tandis que le nombre de trains en service a augmenté d’environ 10 %. Au cours de la même période, la consommation énergétique et les émissions de CO2 ont connu une augmentation globale d’environ 12 %. La consommation d’énergie et les émissions par déplacement ont donc diminué. Globalement, plus il y a de personnes (et de chargements) qui voyagent en train plutôt qu’en voiture ou en avion, plus la consommation d’énergie et les émissions de CO2 diminuent.

Le futur de la propulsion de matériel roulant

L’amélior ation du rendement énergétique et des niveaux d’émissions du matériel roulant aide à réduire l’empreinte écologique des chemins de fer.

Les technologies de propulsion novatrice constituent un domaine en développement.

Historiquement, les trains ont été conçus pour fonctionner grâce à une source d’énergie unique – habituellement du diesel ou de l’énergie électrique.

Les trains électriques, communément utilisés sur les lignes de train de banlieue à travers le monde, génèrent environ 30 % moins d’émissions de CO2 par passager-kilomètre que les trains au diesel. Cependant, les trains électriques s’appuient sur de dispendieuses infrastructures. Au Royaume-Uni, seulement 42 % du réseau ferroviaire est électrifié, et les projets visant à augmenter cette proportion ne sont pas toujours vus comme de bons investissements.

Les technologies modernes de propulsion hybride deviendront de plus en plus répandues au cours des années à venir 

Jason Groombridge

Directeur, Matériel roulant Royaume-Uni 

Trains au diesel. Leurs moteurs autonomes offrent une excellente flexibilité d’exploitation, mais les frais d’achat et d’exploitation sont généralement plus élevés. Ils génèrent aussi des émissions locales et sont plus bruyants, ce qui en fait de mauvais candidats pour les lignes qui traversent des banlieues à haute densité. Les technologies bimodes et hybrides deviennent de plus en plus communes dans les transports lourds et légers sur rail. En utilisant une combinaison de sources d’énergie – généralement une traction électrique combinée à une autre source d’énergie – on obtient les avantages de la traction électrique tout en ayant la possibilité de fonctionner sur des sections non électrifiées qu’il serait trop cher d’électrifier. Les solutions bimodes et hybrides offrent un meilleur potentiel de rendement énergétique et une plus grande flexibilité d’exploitation que les trains au diesel, et les systèmes hybrides intègrent la récupération et le stockage d’énergie pour améliorer leur efficacité – à la manière des voitures hybrides. Les dispositifs de stockage d’énergie sont le plus souvent des batteries, des supercondensateurs ou des rotors.

La moitié des nouveaux trains UK Intercity Express seront des véhicules bimodes poussés par un système d’alimentation électrique de 25 kV c.a., ou au moyen de moteurs à bord. Au Royaume-Uni, les exploitants ferroviaires TransPennine Express, Hull Trains et Abellio Greater Anglia ont aussi commandé des trains bimodes – en tout, plus de 1 300 de ces véhicules seront livrés au cours des trois prochaines années.

Les technologies bimodes modernes offrent aux propriétaires de trains une nouvelle occasion de redéployer leur matériel roulant à mi-chemin de leur vie utile. Porterbrook, un propriétaire de matériel roulant britannique, et Northern Rail, exploitant ferroviaire britannique, font partie du partenariat Rail North Partnership qui travaille sur un projet innovateur visant à repenser les trains Class 319 – supplantés lors des plus récents concours de concession au Royaume-Uni – pour les convertir en trains bimodes. Cela pourrait se traduire par un résultat plus écologique, permettant à ces trains d’être remis en service d’une nouvelle manière plutôt que d’être retirés, et constitue un pas de plus vers la possibilité d’installer une technologie hybride intégrale à un parc ferroviaire en milieu de vie utile.

La mise en service de trains fonctionnant à pile à combustible à hydrogène est prévue en Allemagne, et Alstom a dévoilé une rame automotrice de grande ligne à pile à combustible, le Coradia iLint, à InnoTrans en 2016.

La technologie de pile à combustible à hydrogène a besoin d’infrastructures pour produire et distribuer le combustible à hydrogène, qui est difficile à produire de manière rentable – mais l’utilisation d’énergies renouvelables pour le produire donne la chance de créer un système d’alimentation à très faible empreinte de carbone.

La technologie des batteries avance à grands pas, et les batteries de traction sont en mesure de propulser des trains à pleine vitesse, offrant une solution à émissions nulles sur les chemins de fer non électrifiés. Au Royaume-Uni, le récent projet à haute visibilité de rame automotrice électrique autonome (IP-EMU) mettait à l’essai un système de propulsion à batterie pour un train de grande ligne. Il a démontré avec succès le fonctionnement d’une rame automotrice électrique de quatre voitures, sur une distance allant jusqu’à 50 kilomètres. Entretemps, au Royaume-Uni, Birmingham tram installe des batteries de traction sur ses véhicules actuels afin de leur permettre de fonctionner sans câbles dans la ville.

Les rotors représentent une technologie émergente de stockage d’énergie pour le secteur ferroviaire, offrant l’avantage de pouvoir se recharger beaucoup plus rapidement que les batteries. En 2014, CSR Zhuzhou, en Chine, a amorcé la livraison d’un tram à plancher abaissé entièrement alimenté par rotor. Les diplômés en formation de SNC-Lavalin au Royaume-Uni ont créé dans le cadre de leur participation au Défi ferroviaire national une locomotive alimentée par rotor.

Réduire notre empreinte écologique

La réduction du poids des trains constitue une autre approche qui permet de réduire la consommation énergétique et les émissions de carbone. Les innovations de conception structurelle et de matériaux trouvent des applications concrètes dans les systèmes ferroviaires. En réduisant le poids d’un train, on réduit la quantité d’énergie requise pour le propulser, en plus de potentiellement diminuer l’usure des rails et les coûts qui y sont associés. Les avantages se font remarquer encore plus pour les trains qui font des arrêts fréquents, comme les métros et les trains légers sur rail.

Les nouvelles technologies qui aident les trains à fonctionner plus efficacement jouent aussi un rôle. Les technologies de systèmes d’information embarqués pour conducteur (DAS) et de systèmes d’information embarqués pour conducteur connectés (C-DAS) fournissent aux conducteurs de train des données en temps réel et des directives concernant la vitesse et le freinage afin d’aider à trouver un équilibre optimal entre consommation d’énergie et respect de l’horaire. L’équipe Transports collectifs et ferroviaires du Royaume-Uni a développé et mis en oeuvre un système qui est maintenant utilisé par de nombreux exploitants, dont Virgin East Coast, qui relie Londres et l’Écosse, et c2c, un transporteur public de Londres.

Enfin, un autre élément clé de l’approche globale visant à améliorer le rendement énergétique et réduire l’empreinte de carbone du secteur ferroviaire est de mesurer l’utilisation d’énergie – et de facturer aux exploitants ferroviaires la quantité d’énergie réellement utilisée, telle que calculée par des compteurs précis. Le propriétaire de l’infrastructure ferroviaire du Royaume-Uni, Network Rail, utilise le logiciel Energyx de SNC-Lavalin pour mesurer la consommation électrique de nombreuses lignes de transport de passagers (vois ici).

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