Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Avec le temps, la pollution urbaine devient un véritable fléau dans des villes en perpétuelle évolution. Les autorités organisatrices du transport sont donc amenées à reconsidérer les solutions des véhicules ferroviaires urbains. Sont considérés le métro, le RER, mais également le tramway. Ces derniers font appel à une alimentation électrique peu polluante, propre en site, et avec peu de perte. Cet article détaille comment ce système d'alimentation s'est adapté aux spécificités de ces transports urbains (arrêts fréquents et nombreux, cadences élevées, etc.), tout en permettant un haut niveau de service actuel (capacité, qualité, sécurité). Les règles de conception généralement appliquées en France sont ensuite recensées.
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Over time, urban pollution has become a major scourge in constantly evolving cities. Transport organizing authorities have thus been led to reconsider the solutions for urban rail vehicles such as the metro, the suburban railway line (RER) and also the tramway. These means of transportation use a low emission electric feed, on site cleaning and with little waste. This article details how this feeding system has been adapted to the characteristics of these urban means of transportation (frequent and numerous stops, high operating rates, etc.) while allowing for a current high level of service (capacity, quality, security). It then proceeds to listing the designing rules which are generally applied in France.
Auteur(s)
-
William SEILER : Ingénieur ESE - Ingénieur honoraire RATP
-
Jacques LEDUC : Ingénieur ENSEEIHT - Responsable d'études énergie traction RATP
INTRODUCTION
Jusqu'à ce jour, aucune autre énergie que l'électricité n'a été durablement utilisée pour le fonctionnement des véhicules ferroviaires urbains. Dès son origine, le Métropolitain de Paris a utilisé l'électricité qui était, et qui est encore aujourd'hui, la seule énergie qui offre toutes les qualités pour l'exploitation d'un réseau de transport urbain souterrain performant.
Là où elle est consommée, elle est peu polluante. En effet, à l'utilisation, elle n'entraîne aucun rejet nocif pour l'homme et pour son environnement et les machines qui la transforment en énergie mécanique n'émettent que peu de bruit et de vibrations. Dans le cas d'un système de transport en site propre, elle peut être facilement distribuée aux véhicules en circulation, qui dès lors n'ont pas à stocker de l'énergie dans des réservoirs lourds et potentiellement dangereux en souterrain. Les pertes d'énergie dans les circuits et dans les machines électriques engendrées par le fonctionnement des véhicules et des auxiliaires sont faibles, ce qui limite considérablement la dissipation de chaleur dans les tunnels et les stations souterraines.
Au fil des années, la pollution de l'air et le bruit sont devenus pour les villes une préoccupation de plus en plus forte. Redécouvrant les vertus de l'électricité pour les transports de surface, les autorités organisatrices du transport ont alors poussé au renouveau des lignes de tramway. À ces considérations s'ajoute le constat que sans l'électricité et ses systèmes de distribution, le transport public ferroviaire, n'offrirait pas aujourd'hui le haut niveau de service actuel, en termes de capacité, de performance, de disponibilité et de qualité. On comprend donc que le système d'alimentation et de distribution de l'énergie électrique est une composante essentielle de tout système ferroviaire urbain.
Ce système d'alimentation électrique du ferroviaire urbain fait appel à des solutions techniques qui lui sont propres, car les plus adaptées aux spécificités du transport en ville, à son exploitation (arrêts nombreux, cadences élevées, stationnements brefs) et à son environnement (tunnel, voie publique). Ce dossier est consacré à la principale fonction du système : l'alimentation en énergie des véhicules.
Nous nous proposons de montrer comment ce système s'est adapté, au fil du temps :
-
à l'augmentation des performances commerciales et de la consommation en énergie ;
-
aux exigences accrues de continuité et de sécurité du service, en particulier, dans le cadre d'une exploitation automatisée ;
-
à l'évolution des contraintes liées à l'environnement urbain et à la fourniture d'énergie.
Nous donnons également un aperçu des règles de conception généralement appliquées en France, en particulier pour :
-
l'architecture fonctionnelle ;
-
les schémas électriques ;
-
le dimensionnement des équipements ;
-
la gestion de l'énergie.
Nous traiterons à la fois des applications au métro, au RER et au tramway.
L'expertise technique et scientifique de référence
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Caractéristiques de l'exploitation4. Perspectives d'évolution
4.1 Allégement des installations fixes par réduction de la charge
4.1.1 Marches moins consommatrices
Il existe différentes marches. Les plus courantes sont la marche tendue, la marche détendue avec course sur l'erre, ou dérive de vitesse, et la marche détendue à palier de vitesse, ou vitesse constante.
Comme indiqué au § 1.3, la marche tendue est la marche la plus rapide. Avec ce type de marche, il est impossible d'absorber les aléas de la conduite autrement que par des temps d'arrêt écourtés, ce qui est rarement possible en période de forte affluence.
La marche normalement pratiquée est la marche détendue. Lorsqu'elle est obtenue par la course sur l'erre, la dérive de vitesse qui suit la phase de traction induit un freinage d'arrêt moins important et l'économie est de 10 à 20 % sur la marche tendue.
La marche détendue par palier de vitesse implique une vitesse de croisière moins élevée en fin de démarrage, mais maintenue sur tout le parcours jusqu'au freinage. Au début du freinage, la vitesse est un peu plus élevée que dans le cas précédent. On montre par la simulation de ces deux types de marches que pour un même temps de parcours, la marche avec course sur l'erre économise 8 à 10 % sur la marche à palier de vitesse.
En première approximation, on montre que l'économie résulte d'une moindre énergie de freinage, surtout quand l'énergie de freinage n'est pas récupérée.
Mais pour être précise, l'étude de l'impact des différentes marches sur le bilan énergétique global de la ligne passe nécessairement par la simulation. Toutefois, elle ne peut se limiter à la seule étude des marches-type, qui n'intègre que de façon hypothétique les effets de la...
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Perspectives d'évolution
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - VENARD (C.), IZABEL (P.) - Dimensionnement des équipements fixes d'alimentation traction à la RATP. - RGCF, juin 1988.
-
(2) - VENARD (C.) - Les divers systèmes d'alimentation électrique des métros. - Revue RATP Savoir Faire, no 23 et 25 (1997).
-
(3) - Sub-Committee « Electrical Installations and Safety Systems » of UITP - Reducing energy consumption in underground systems – an important contribution to protecting the environment. - UITP, 52th International Congress, Stuttgart (1997).
-
(4) - SEILER (W.) - Effect of stray currents on metallic structures located near a DC traction railway system. - International PCIM Conference, Power Quality, Nuremberg, 20-22 mai 2003.
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Applications ferroviaires – Tensions d'alimentation des réseaux de traction - EN 50163 -
-
Applications ferroviaires – Traction électrique – Partie 1 : mesures de protection relatives à la sécurité électrique et à la mise à la terre - EN 50122-1 -
-
Applications ferroviaires – Traction électrique – Partie 2 : mesures de protection contre les effets des courants vagabonds issus de la traction électrique à courant continu - EN 50122-2 -
-
Protection contre la corrosion due aux courants vagabonds des systèmes à courant continu - EN 50162 -
-
Applications ferroviaires – Installations fixes – Lignes aériennes de contact pour la traction électrique - EN 50119 -
-
Convertisseurs à semi-conducteurs - CEI 146 -
ANNEXES
Arrêté technique du 17 mai 2001 (modifié par l'arrêté du 10 mai 2006) fixant les conditions techniques auxquelles doivent satisfaire les distributions d'énergie électrique. Titre 3 – Traction électrique. JO du 12 juin 2001.
Arrêté du 17 mars 2003 relatif aux prescriptions techniques de conception et de fonctionnement pour le raccordement au réseau public de distribution d'une installation de consommation d'énergie électrique.
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MARCADET : Modélisation Appliquée aux Réseaux Continus d'Alimentation et Distribution de l'Énergie Traction (logiciel RATP).
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