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RÉSUMÉ
La traction ferroviaire à moteur thermique (à combustion interne Diesel) est la plus répandue dans le monde, à hauteur de 80 %. Elle occupe la majeur partie de la catégorie appelée « traction autonome » au sens où l’énergie potentielle est embarquée à bord du, ou des, véhicules. L’architecture des engins nécessite une configuration adaptée aux performances de traction et aux contraintes résultant du fonctionnement de la partie motrice : combustible embarqué, adaptation des caractéristiques motrices par la transmission du couple moteur, évacuation des pertes et échappement des gaz brulés, auxiliaires de fonctionnement. Les conséquences sur l’environnement et la maintenance de tels engins constituent les aspects majeurs de cette technologie.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Pierre CHAPAS : Ingénieur DPE – Senior expert ferroviaire
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Dominique COIFFET : Technicien de mise en service ferroviaire
INTRODUCTION
L'énergie nécessaire à la traction des trains fut, durant plus d'un siècle, celle de la vapeur d'eau, produite grâce à un combustible – charbon en général, ou fuel – embarqué à bord, soit de la locomotive, soit d'un véhicule attelé à la locomotive : le « tender » (« chariot » en français). Ce type de traction a été appelé « autonome » par comparaison avec la traction « électrique » qui, à partir de 1879, se développa grâce à une infrastructure de distribution d'électricité le long de la ligne.
Il faut attendre 1912 pour voir la première locomotive utiliser un moteur « Diesel », du nom de son inventeur qui déposa le brevet du moteur à combustion interne en 1892. Dès lors la traction « autonome à vapeur » sera progressivement remplacée par la traction « autonome à moteur thermique », d'un rendement énergétique très supérieur et de pollution incomparablement plus faible.
L'objet du présent article est de traiter de la traction à moteur thermique. Elle est l'une des composantes principales parmi celles de l'appellation « autonome ». Nous la définissons en première partie et en analysons les avantages et les contraintes. En seront donnés les principaux critères de développement dans le monde.
La deuxième partie présente les différents types de moteurs thermiques utilisés, leurs spécificités et leurs principales applications.
En troisième partie, sont analysés les critères de dimensionnement en termes de puissance installée, en regard des contraintes de masse et d'encombrement. Les conséquences sur l'architecture du véhicule moteur en sont déduites.
Le couple délivré par le moteur thermique est incompatible avec l'effort à transmettre par les essieux sur la voie ; un intermédiaire, appelé « transmission », s'impose. Nous en énumérons les trois types possibles en quatrième partie. Des articles spécifiques traiteront plus en détail ces transmissions.
L'application du moteur thermique impose des solutions d'architecture du véhicule moteur bien particulières pour la mise en œuvre de toutes les fonctions : réserve de combustible, alimentation, refroidissement, auxiliaires. C'est l'objet de la cinquième partie.
L'étude des principaux impacts environnementaux est exposée dans la sixième partie où sont également analysées les spécificités de la maintenance.
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4. Transmission de puissance
4.1 Nécessité de la transmission
L'énergie mécanique disponible sur le vilebrequin du moteur thermique est caractérisée par la courbe du couple moteur (N · m) en fonction de la vitesse de rotation (tr/mn) (figure 3 a ). Le couple maximal est fourni à vitesse maximale, de sorte qu'à vitesse proche du ralenti, le couple est minimal. En comparant cette caractéristique avec celle de l'effort au crochet (effort de traction en kN) en fonction de la vitesse (km/h) d'un véhicule ferroviaire (il en est de même pour un véhicule automobile, figure 3 b ), il est aisé de constater que le besoin est exactement inverse : le couple maximal du moteur doit s'exercer dès le démarrage, dans la limite de l'adhérence aux contacts roue-rail, et le plus faible à vitesse maximale [D 5 530].
En d'autres termes, le moteur thermique n'est pas adapté à la traction ; il est donc indispensable d'insérer, entre lui et les essieux moteurs, un (des) dispositif(s) capable(s) d'utiliser sa puissance motrice.
Les fonctions principales de la transmission moteur thermique- essieux moteurs sont donc :
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transmettre l'énergie disponible du moteur aux essieux moteurs avec le meilleur rendement possible dans toute la plage d'utilisation ;
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permettre l'utilisation du moteur aux charges partielles en limitant les variations de régime ;
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permettre la marche à vide. Le moteur thermique doit pouvoir être désolidarisé des essieux en cas de marche « sur l'erre », c'est-à-dire marche par l'inertie du train ;
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réaliser l'inversion de sens de marche. Le véhicule ferroviaire doit en effet, être apte à circuler dans les deux sens à caractéristiques égales (à la différence du véhicule automobile pour lequel la marche arrière est exceptionnelle en cas de manœuvre à très basse vitesse) ;
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BIBLIOGRAPHIE
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Traction ferroviaire bimode et hybride – Impact des nouvelles technologies.
-
Composantes et applications électriques du système ferroviaire.
-
Technologie des moteurs thermiques.
-
Matériel roulant ferroviaire – Architecture et conception mécanique.
-
Émissions polluantes des moteurs thermiques – Procédures d'essais.
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...
ANNEXES
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1 Événements
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2 Normes et standards
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3 Réglementation
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4 Annuaire
- 4.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
- 4.2 Constructeur de matériel ferroviaire (voies, matériels roulants, signalisation)
- 4.3 Constructeur de matériel ferroviaire (véhicules sur rails, transmissions hydrodynamiques)
- 4.4 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
- 4.5 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
InnoTrans (International Trade Fair for Transport Technology)
Berlin – Salon des composants innovants, véhicules, systèmes ferroviaires
Années paires http://www.innotrans.de
HAUT DE PAGE
UIC : Document 624 (04-02), Exhaust emission tests for Diesel Traction engines
UIC 622-O (07-80), Définition de la puissance nominale des locomotives et automotrices à moteurs à combustion interne
UIC 623-1-OR (02-08), Procédures d'homologation des moteurs...
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