Wagons automoteurs – Pré-études
Wagons
automoteurs – Pré-études
On peut certes essayer d'automatiser des pelotons de poids lourds sur les autoroutes, mais il faudra pour cela résoudre des problèmes difficiles. La solution du problème existe, c'est le train, mais sans la souplesse des camions.
Une première amélioration est le ferroutage qui permet aux camions de prendre le train. On peut envisager une autre solution sans révolutionner d'un coup le système ferroviaire actuel.
Diminuer le trafic lourds sur les autoroutes, c'est augmenter la durée de vie des chaussées, dont la rénovation est particulièrement coûteuse.
Mettre le fret sur les rails, c'est aussi éviter des conditions de travail pénibles des chauffeurs routiers qui ont certainement un rôle à jouer dans les trajets locaux entre l'émetteur et la gare et entre la gare et le destinataire.
Réduire la consommation de traction: à charge transportée égale, le train consomme et pollue moins.
La solution consiste à équiper les wagons actuels pour leur donner une certaine autonomie.
Le système de la bosse dans les gares de triage peut être transformé et généralisé:
le wagon possède sa propre motorisation et le stockage d'énergie nécessaire à de courtes manœuvre.
le wagon connaît son chargement et sa destination. Il commande lui-même l'aiguillage
Le wagon régule sa motorisation pour exécuter un arrêt au but. Le but peut être fixe ou mobile.
effort faible de la part de la locomotive, qui sert seulement de distributrice d'énergie et de tête de train.
le risque de patinage de la locomotive au démarrage est supprimé
les wagons peuvent se mouvoir isolément
L'énergie de freinage peut être récupérée. Il est intéressant d'étudier les fréquences des démarrages et des arrêts, des freinages et des accélérations, des appoints en rampe, pour estimer les économies d'énergie et dimensionner l'organe de stockage de l'énergie. Cela peut avoir un impact sur la technologie de stockage, sachant que les batteries ont un mauvais rendement pour les recharges très rapides et très intenses (à vérifier pour les nouvelles technologies Li-ion…). Les supercapacités ou les volants d'inertie sont sans doute envisageables, mais elles ont une autodécharge plus importante que les batteries. Un stockage hybride est à envisager.
pour démarrer le wagon
pour atteindre la vitesse de croisière
pour effectuer des petits parcours à faible vitesse
pour réduire la puissance distribuée sur de courtes rampes
pour le régime de croisière
pour la recharge lente
pour dissocier un wagon du reste du train
pour former un train
pour le suivi individuel des wagons
pour espacer les trains entre eux
pour les accostages et les arrêts au but
pour le triage entre wagons se succédant espacés à faible allure
Le système est mis en œuvre progressivement.
Les trains classiques et les trains de wagons automoteurs utilisent les mêmes voies de liaison, à la même vitesse de croisière
Les voies de desserte utilisées par les wagons automoteurs isolés doivent être interdites aux wagons classiques isolés, mais les trains de wagons classiques sont admis en conduite à vue.
Les trains classiques peuvent tracter des wagons automoteurs dont les fonctions automotrices sont désactivées.
Pour information, la motrice BB36000, avec 4 moteurs de 1850 kW, (d'un poids d'environ 100t ?) assure:
la remorque d'un train de voyageur de 16 voitures à 200 km/h en rampe de 2,5 ‰,
la remorque d'un train de marchandise de 2050 t à 80 km/h en rampe de 8,8 ‰.
Un convoi est un ensemble composé exclusivement de WA, avec une locomotive et un conducteur.
Contrairement aux trains actuels qui ne peuvent se former que dans des gares de triage à l'aide de motrices de service, les convois de WA se composent et se décomposent en dynamique.
Les convois circulent sur toutes les voies autorisées aux trains de marchandises. La composition dynamique n'est autorisée que sur les itinéraires équipés en conséquence.
Des WA en attente à une convergence viennent s'accrocher à la suite d'un convoi venant de l'autre branche.
Des WA ayant une destination différente de celle du convoi dont il font partie peuvent quitter le convoi au moment de la divergence.
La voie divergente peut mener à une gare de destination ou à une voie d'attente, dans l'attente du prochain convoi dont l'itinéraire emprunte la voie divergente.
En gare, les WA se présentent au site de chargement/déchargement qui assure la télécommande de leur déplacement.
Les WA ont une motorisation qui permet
les déplacements à faible vitesse dans les sites terminaux
les accélérations pour rejoindre un convoi
les accélérations pour permettre au convoi d'atteindre sa vitesse de croisière
les apports dans les rampes
selon les solutions: la propulsion en régime de croisière
Les aiguillages (convergence ou divergence) qui peuvent être empruntés sur les deux branches disposent d'un transpondeur fournissant l'identifiant de l'aiguillage (axe, km, sens, GPS, gares encadrantes et/ou voie d'attente), ainsi que son état (état inconnu lorsque l'aiguille est en mouvement, prochaine gare desservie par l'aiguillage dans sa position, horodate courant, horodate du précédent changement d'état, place disponible). Le transpondeur est situé à la distance de sécurité de l'aiguillage. Il est répété au guidon d'arrêt.
Des transpondeurs d'arrêt au but permettent aux WA de s'arrêter en attente d'ordres extérieurs.
En entrée de zone, un transpondeur fournit l'indication de place disponible. Si l'offre de la zone est insuffisante, les WA refusés doivent rester avec leur convoi d'origine. Cette procédure est exceptionnelle. Un "hyperviseur" permet de vérifier que tout WA se joignant à un convoi a une possibilité d'accueil dans toutes les zones où il sera autonome.
Un cahier des charges pour les outils de déchargement et de chargement pour différents types de wagon (pont transbordeur pour conteneurs, transpalettes, pompes pour pulvérulent,….) permet de construire des plate-formes d'échange efficaces et rapides au voisinage des zones urbaines, industrielles ou commerciales.
Une étude particulière coût/puissance devrait permettre de déterminer s'il est préférable d'utiliser les locomotives classiques (en y ajoutant les fonctions nécessaires à la gestion d'un convoi) ou de développer un nouveau type de locomotive plus légère.
Un train de 100 wagons de 20t à 2 essieux équipés chacun d'un moteur de 20kW dispose de 4000 kW de traction.
Pour information, les moteurs d'automobiles électriques font environ 40kW.
Le bas de caisse des wagons de marchandises à 2 essieux peut facilement accueillir ce type de moteur et son couplage mécanique à l'essieu.
Cette répartition de la motorisation permet de mettre en œuvre des motrices plus légères et peu puissantes.
La locomotive peut assurer la traction en vitesse de croisière. L'énergie stockée dans les WA peut aussi servir aux phases d'accélération et au passage de certaines rampes. En vitesse de croisière, la locomotive peut assurer sur sa réserve de puissance la recharge lente des WA.
A priori, les batteries, les supercondensateurs ou les volants d'inertie sont une solution trop lourde pour une autonomie d'au moins 1000 km.
Sans doute la plus prometteuse. Les gares sont équipées de pompes ou de systèmes d'échanges de réservoirs (hydrogène ou si possible méthanol).
Ce système nécessite un suivi de consommation.
C'est la locomotive qui tracte, comme pour un convoi classique.
L'énergie de propulsion est distribuée à tous les WA.
La solution de mettre une pantographe sur chaque wagon ne semble pas très réaliste. Elle mériterait cependant un remue-méninge. Certains wagons pourraient en être équipés.
La solution d'alimenter les WA depuis la locomotive, malgré les problèmes difficiles que sont la continuité électrique de la locomotive jusqu'au dernier wagon, compatible avec la distribution de 4000 kW en croisière (cette distribution peut être coupée à faible allure ou à l'arrêt). L'accostage doit mettre Entre WA, un dispositif contacteur de sécurité ou un couplage inductif (sans contact) doit résoudre les problème d'accostage.
Le "Bus énergie" permet la recharge lente.
Les supercondensateurs permettent la recharge intense lors des freinage ou des descente
Cette solution simplifie les WA mais nécessite un réseau de distribution de combustible.
En amont d'une divergence, les WA qui divergent se désaccouplent et attendent le mouvement d'aiguillage pour quitter le convoi.
Le WA déconnecté du convoi rejoignent celui-ci dès la remise en position directe de l'aiguillage. Etc.
La procédure la plus simple est que la motrice et la première coupe directe franchissent l'aiguille et s'arrête ensuite dans l'attente d'une reconnexion des WA retardés par les WA divergents.
La première coupe divergente s'arrête automatiquement au guidon de l'aiguille et attend le signal de bon positionnement de l'aiguille pour repartir et quitter l'itinéraire.
La coupe directe qui suit s'arrête au guidon d'arrêt et attend le signal de repositionnement de l'aiguille pour repartir et rejoindre le convoi.
Lorsque le convoi est complètement reconstruit, il reprend sa croisière.
En aval d'une convergence, les WA en attente sur la voie convergente attendent que le convoi soit passé pour s'engager sur l'itinéraire et le rejoindre.
La procédure la plus simple est que le convoi s'arrête pour assurer l'accostage automatique de la nouvelle coupe avant de reprendre sa croisière.
L'approche lointaine se fait au GPS. Tout WA non accouplé aux deux extrémités émet en permanence sa position.
L'approche à vue se fait au transpondeur. Le délai de réponse à une interrogation détermine la distance (technique identique au GPS, avec un seul degré de liberté).
L'approche finale se fait par palpeur souple (ou autre système si les contraintes d'environnement, température, agressions physiques,… le nécessite). Ce système assure par ailleurs la régulation des moteurs lorsque ceux-ci sont sollicités par le convoi (accélération, rampe, freinage).
Le système d'attelage automatique prend le relais pour la dernière phase
La compatibilité avec le système d'attelage manuel actuel conduit à équiper le WA d'un bras manipulateur capable de d'engager la chape sur le crochet du wagon précédent, puis de mettre en tension l'attelage et de raccorder le circuit pneumatique.
C'est sans doute le problème le plus difficile à résoudre.
Après débranchement du circuit pneumatique, il est nécessaire de détendre brusquement l'attelage pour que le crochet et la chape puisse se séparer.
Un élément de fin de convoi est sans doute nécessaire pour assurer des fonctions de sécurité, pour maintenir l'intégrité du train en cas de défaillance d'un WA, pour vérifier les groupages.
Un WA avec une motorisation plus puissante, un stockage d'énergie en conséquence et une "intelligence" adaptée.
Le WA peut aussi distribuer de l'énergie
Une motrice peut faire office de lanterne rouge.
A l'approche d'une convergence, la locomotive vérifie que des wagons ne sont pas en attente pour prendre le train.
Dans ce cas, c'est la lanterne rouge qui décroche et ralentit pour permettre au(x) wagon(s) en attente de s'insérer sur la voie et de rattraper le train.
Lorsque la lanterne rouge est raccrochée, le train reprend sa vitesse de croisière.
Le circuit d'air comprimé doit aussi satisfaire à l'accostage automatique
Chaque WA gère son chemin lui-même. La motrice a juste un rôle de supervision.
Lorsqu'il quitte un convoi, le WA peut se mettre automatiquement dans une zone d'attente sécurisée, qu'il ne pourra quitter que sur télécommande.
Le convoi roule à 30 m/s.
La longueur du convoi est de 1000m.
La décélération du convoi est paramétrée à 0,5m/s/s
La décélération d'une coupe isolée est paramétrée à 1m/s/s
L'accélération du convoi ou d'une coupe est paramétrée à 0,5m/s/s
Si une coupe diverge, le convoi décide une attente après la divergence, à une distance égale à la longueur du convoi.
La coupe divergente décide un arrêt au carré qu'elle ne franchira réglementairement qu'à vitesse de manœuvre.
Avec une décélération de 1m/s/s, la coupe en déviation mettra 20s à atteindre la vitesse de divergence, sur 400m. Si le carré est déjà ouvert (cas normal puisque le début de convoi aura laissé un intervalle suffisant pour le changement de position après son passage), il faut encore environ 10 secondes pour franchir l'aiguillage.
La coupe suivante qui est une coupe directe doit aussi décélérer pour être au maximum à 10m/s à 50m du carré au moment où celui-ci va s'ouvrir dès que l'aiguille sera revenue en position.
Si le mouvement de l'aiguille dure 3 secondes (vérification comprise), la coupe directe doit donc avoir un intervalle d'au moins 8 secondes avec la coupe en déviation. Sa décélération doit donc commencer 8 secondes avant celle de la coupe directe.
On peut estimer à 20s la durée totale minimale de la déviation d'une coupe.
La coupe directe ainsi retardée rejoint le convoi à vitesse de manœuvre. L'accostage prend environ 10s (pendant lesquelles les autres extractions peuvent avoir lieu. Seul le dernier accostage influe sur le retard général)
Le convoi peut repartir dès le franchissement de la divergence par la dernière coupe directe.
Récapitulatif
20s pour la décélération jusqu'à la vitesse de manœuvre
10s pour l'extraction de la première coupe à extraire
10s pour la remise en convoi de la première coupe directe retardée
60s pour atteindre de nouveau la vitesse de croisière.
Soit environ 2 minutes et 20s par coupe à extraire
