S’il est un domaine vital pour les constructeurs de matériel roulant ferroviaire, c’est bien le transport urbain. Un domaine dont l’environnement est plus que jamais en évolution, entre progrès techniques, économies d’énergie, remises en cause d’investissements pour raisons budgétaires et concurrence accrue. De plus en plus souvent, Alstom, Bombardier et Siemens se retrouvent face à des acteurs européens de taille moyenne comme Caf, Stadler, Vossloh ou Pesa et risquent demain de faire face de plus en plus souvent à la concurrence asiatique, surtout avec la reprise d’AnsaldoBreda par Hitachi ou la fusion CSR-CNR…

Etre concurrentiel, ce n’est pas seulement présenter le meilleur prix d’acquisition, mais livrer dans les délais, améliorer la qualité de service et optimiser le coût de cycle de vie du matériel. Par exemple en permettant de réduire la consommation d’énergie.

Alstom mise sur l’innovation technique et les économies d’énergie

L’innovation est « au cœur de la stratégie » d’Alstom Transport, proclame Benoit Carniel, vice-président R&D et Innovation au siège de l’entreprise, qui mise sur la différenciation et l’attractivité. Cette démarche a fait ses preuves au cours de la dernière décennie, même si elle n’est pas exempte de risques. Dix ans après le laborieux démarrage de l’APS à Bordeaux, cette solution d’alimentation des tramways par le sol proposée par Alstom équipe maintenant cinq réseaux en France et s’exporte vers les nouveaux réseaux riverains du golfe Persique.

Depuis quatre ans, une autre innovation Alstom, moins visible, est testée sur le tram T à Bobigny : la sous-station Hesop, qui permet, sur les réseaux électrifiés en courant continu, de récupérer l’énergie électrique produite par le freinage lorsque celle-ci n’est pas consommée, en la renvoyant sur le réseau national de transport d’énergie via des convertisseurs à transistors IGBT. Cette solution, qui permet soit de réduire le nombre de sous-stations de 10 à 20 %, soit de supporter un trafic plus important avec le même nombre de sous-stations, permet également de se passer des rhéostats embarqués… et donc de produire moins de chaleur en tunnel. Un avantage qui intéresse le Tube de Londres (essais sous 630 V sur la Victoria Line) et doit mener à « un premier équipement sous 1 500 V dans le métro de Milan », indique Christine Darragon, directrice Innovation & Compétitivité pour la plateforme Infrastructure d’Alstom Transport. Outre la réduction de la consommation énergétique qui en découle, Hesop offre bien d’autres avantages : adaptation de la tension au trafic, changement de la tension en ligne (passage prévu à 750 V à Londres), stabilité de la tension en ligne, mais aussi dégivrage de nuit sur la ligne de contact…

Maintenant mûr à son tour (103 sous-stations ont été vendues à ce jour à Londres, Milan, Riyad et Sydney), Hesop montre à quel point les progrès de l’électronique de puissance permettent d’optimiser et d’améliorer la gestion de l’énergie, composante importante du coût de possession. « Hesop devient la solution de base dans nos projets clés en mains », précise Benoit Carniel, soulignant que si cette solution est « 10 à 20 % plus chère à l’achat », elle permet ensuite bien des économies.

Outre l’interface entre réseau ferré et réseau de transport d’énergie, il est possible de réduire la consommation en jouant sur des solutions à bord des trains, comme la masse du véhicule ou l’aide à la conduite (le mode automatique s’avère plus économique que la conduite manuelle) mais aussi la consommation des différents systèmes, comme le montrent les exemples suivants, testés ces deux dernières années.

Le carbure de silicium, semi-conducteur de la prochaine génération

L’évolution des semi-conducteurs utilisés pour la conversion de l’énergie à bord des trains permet également d’en réduire la consommation, comme l’avait montré, il y a une vingtaine d’années, le passage du thyristor GTO au transistor IGBT. Alstom a franchi une nouvelle étape en développant un convertisseur auxiliaire à transistors Mosfet mettant en œuvre le carbure de silicium (SiC) comme semi-conducteur. Réputé pour sa dureté, le SiC permet de réaliser des transistors qui commutent à plus haute fréquence (découpage 15-25 kHz) et à température de jonction plus élevée. La réduction des pertes ainsi permise (de 60 % à moins de 30 %) permet de se passer d’une ventilation pour le refroidissement des convertisseurs.

Dans le cadre du programme européen Osiris, deux équipements prototypes à transistors SiC ont été réalisés à Charleroi et mis en circulation en novembre dernier sur la ligne 3 du métro de Milan (ATM) pendant deux mois. « On a beaucoup appris », reconnaît Flavien Gradisnik, vice-président Plateforme Traction, en particulier autour de 15 kHz, qui se trouvait être la fréquence du pilotage automatique de ce métro ! A part ces perturbations électromagnétiques, les avantages sont patents : équipement deux fois moins lourd que le précédent, pour un tiers de volume en moins, plus de 5 % d’économies d’énergie et un fonctionnement silencieux.

Pour l’instant, les transistors SiC n’équipent que des convertisseurs auxiliaires, mais son application aux convertisseurs de traction est déjà envisagée.

Un refroidissement économique, silencieux et propre des convertisseurs