Utopie pour le transport de marchandises (version 2001 révisé en 2017)

Innovation pour le fret SNCF

Un convoi de poids lourds sur rail, pourquoi pas?

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Un avenir pour les wagons automoteurs! Le TGV est passé dans les moeurs, mais les français ont oublié le train. Le train de voyageurs ne fait plus concurrence à la voiture, la lutte semble trop inégale. Reste le train de marchandises. Il est symptomatique que les projets technologiques s'intéressent aux trains de camions sur les autoroutes, défi singulièrement plus difficile que de mettre des marchandises sur les chemins de fer. Le train de marchandises existe déjà, plein de reproches certes, mais aussi d'une étonnante évidence. C'est là que les projets technologiques sont utiles, à quelques années d'une libéralisation européenne du rail.

On parle de ferroutage. La philosophie du " tout voiture " frappe encore, puisqu'il s'agit de mettre sur des wagons le fret et le camion qui le transporte. Les marins ont un peu plus de bon sens : ils ont inventé le conteneur, que l'on met parfois sur des wagons, que l'on assemble en trains de façon trop rigide. D'un coté la souplesse des camions que l'on aimerait assembler en trains et de l'autre des trains à qui l'on voudrait la souplesse d'un ensemble de camions.

 

 

 

 

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Le wagon automoteur, une utopie?

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L'objectif est clair. Il est étonnant qu'aucun projet technologique ne s'intéresse à la solution des wagons automoteurs, qui pourrait résoudre la rigidité des trains. Utopie ! A voir ? Donnons-nous le temps d'imaginer. Equipons chaque wagon d'un moteur d'appoint et d'un système d'attelage en dynamique. En régime de croisière, les wagons forment un train normal. A l'approche d'une dérivation, le train ralentit, le ou les wagons ayant à quitter l'axe principal se désaccouplent en laissant avec le wagon précédent un intervalle compatible avec un aiguillage. Après passage de la zone d'aiguillage, les wagons restant sur l'axe principal rattrapent la tête du convoi et s'y accouplent à nouveau. Les wagons dérivés utilisent leur autonomie pour continuer à faible allure sur leur voie de desserte. Inversement, les wagons prêts à partir d'une voie de desserte attendent le passage du prochain convoi pour s'y accrocher avant qu'il ne reprenne sa vitesse de croisière.

Le réseau ferré est ainsi parcouru en permanence par des motrices derrière lesquelles le convoi se transforme au gré des besoins de chacun des éléments. Le fret ferroviaire présente une souplesse et une rapidité équivalente au fret routier. Les wagons n'ont plus de passage obligé par les gares de triage qui allongent et compliquent leur parcours. Les gares de triage deviennent de simples commutateurs avec une voie d'attente par direction. De nombreuses voies de garage et aiguillage peuvent être supprimés. Le nombre de wagons dormeurs est réduit, la rotation du parc est optimale. Les motrices n'ont pas à s'arrêter ou à démarrer à pleine charge, ce qui simplifie les moteurs de traction. Accessoirement, l'énergie des wagons peut soulager la motrice dans les côtes ou lors de la montée en vitesse.

 

Avec 100 kg de batteries au plomb délivrant 50Wh par kg, un wagon avec un moteur de 5kW peut être sollicité en permanence à pleine puissance pendant une heure. Dans les prochaines années, les nouvelles technologies devraient offrir sous forme industrielle des batteries à 300Wh par kg, soit 6 fois plus

L'énergie de freinage peut être récupérée à chaque freinage par des supercapacités ou par un volant d'inertie avec des rendements de plus de 50% Ces dispositifs sont adaptés pour un stockage de faible durée. La récupération par recharge des batteries a un rendement de l'ordre de 20%. Il semble donc intéressant de combiner les stockages courte et longue durée


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Technologies

En contrepartie, le système demande l'introduction de l'intelligence et de l'énergie dans chaque wagon. Pour bouger un wagon de fret sur une voie horizontale à plat, quelques kilowatts suffisent. Quelques dizaines de kilogs de batteries modernes feront l'affaire auxquelles on pourra joindre un dispositif pour récupérer l'énergie de freinage. L'intégration mécanique d'un tel système de traction à faible énergie sur les wagons existants ne devrait pas poser de problème .

Le système d'attelage automatique en dynamique ne devrait pas non plus être trop complexe si l'on prend soin d'équiper les moteurs des wagons d'une commande précise. Le suivi en temps réel de tous les wagons est fait par GPS avec redondance par odomètre, particulièrement en tunnel. L'approche finale se fait au radar. La motrice pour sa part doit savoir si elle approche d'une dérivation utile à l'un de wagons de son convoi, afin de ralentir. Elle doit savoir aussi l'état de couplage de tous les wagons, y compris celui des nouveaux venus en queue de convoi.

Les nouveaux wagons autonomes utilisent la technologie du couplage inductif pour passer l'énergie électrique d'un wagon à l'autre. Ce couplage se fait sans contacteur et sans câble à l'air libre. L'ordinateur des wagons gère la puissance sur les roues pour que le wagon suive le précédent au centimètre près. Il n'y a plus besoin d'attelage mécanique (ni tampons, ni crochets) et les wagons peuvent se suivre de très prés, améliorant d'autant l'aérodynamisme du train. C'est sans là la plus grande révolution technologique ! Pour le roulage en section courante, il s'agit essentiellement d'accélérer et de freiner en même temps que la motrice.

Reste l'intelligence de chaque wagon et l'intelligence du régulateur central pour tous les trains. En amont de chaque divergence, chaque wagon vérifie sa route et, le cas échéant, selon la destination du wagon précédent, ralentit pour laisser à l'aiguillage le temps de se positionner. Les techniques informatiques savent réguler des moteurs électriques à la milliseconde près. La mise en oeuvre d'un réseau informatique local reliant tous les wagons d'un même convoi, accouplés ou non, par courant porteur et redondance par transmission cryptée sans fil devrait répondre aux exigences de sécurité.

La technologie des moteur-roues présente l'avantage de diviser la puissance de traction et de freinage par le nombre de roues,  de supprimer l'essieu et de proposer un différentiel numérique dans les courbes, ce qui pourrait remettre en cause la nécessité de bogies pour les wagons supportant les conteneurs de 12m. Pour un wagon classique, il suffit de monter 4 moteur-roues identiques sur leurs ressorts amortisseurs.


La puissance de traction d'une motrice classique est de l'ordre de 4000kW car elle doit assurer les démarrages et les rampes. En confiant aux batteries la fourniture de l'énergie de démarrage et l'assistance électrique dans les rampes, les motrices peuvent être beaucoup moins puissantes et moins lourdes (pas de patinage à vaincre).

A 18km/h, le wagon avance à 5 mètres par seconde. Un aiguillage performant peut changer en une seconde. Il faut 3 secondes pour un arrêt en freinage d'urgence, au cas où l'aiguillage viendrait en défaut. Une interdistance de 25m est envisageable. Si le wagon suivant va dans la même direction, il reste attelé. En supposant un différentiel de vitesse de 1 km/h entre 2 wagons, l'écart augmente ou diminue de 1/3 de mm chaque milliseconde

La technologie de calcul des itinéraires en fonction de bouchons est bien maîtrisée pour les véhicules routiers. L'application au domaine ferré devait être simple.

Les transmissions sur courant porteur sont protégées naturellement contre les intrusions pirates.

Il peut y avoir une grande économie d'échelle à concevoir desmoteur-roues banalisés

 

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Cohabitations

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En dehors des trains de voyageurs qui ne sont pas concernés par cette "révolution technologique" - quoique - , les applications non compatibles peuvent être traitées avec les moyens classiques. Le trafic maritime a imposé les conteneurs. Le vrac et les citernes peuvent aussi se conditionner aux dimensions des conteneurs. La compatibilité avec les wagons traditionnels n'est pas obligatoire. Les trains classiques continuent à circuler et sont progressivement remplacés par des trains de wagons autonomes.

Le système n'assure pas la desserte du client final, sauf si celui-ci est équipé de voies privatives. Pour la plus grande partie du fret, le camion reste le bon moyen d'acheminement entre la gare et le client. Il y a complémentarité entre les modes. Le fret en conteneur peut être traité par des portiques de transbordement sur des camions-taxis, appelés à la demande. Le wagon automoteur comme le camion-taxi ont tous les deux l'avantage de pouvoir se positionner précisément, et à leur tour, au niveau du transbordeur. Le transbordement avec un bateau porte-conteneurs devrait être tout aussi simple et rapide.

 

 

 Le couplage inductif consiste à mettre une bobine primaire en face d'une bobine secondaire, à l'instar d'un auto-transformateur.

 

 

 

 

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Des enjeux?

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En France, il circule chaque jour 1300 trains de marchandise, soit environ 30 000 wagons, avec en moyenne 5 gares de desserte par département, soit environ 1000 aiguillages. L'enjeu est faible à comparer avec l'automatisation des camions sur les autoroutes. Pourquoi ne pas envisager un projet européen sur le sujet, je serais le premier à investir des actions dans un wagon automoteur?

Ici : Quelques études sur la faisabilité


 

 

 

 

 

 

 

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