Bibliographie & annexes
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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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Lire l’articleAuteur(s)
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William SEILER : Ingénieur ESE - Ingénieur honoraire RATP
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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 ;
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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.
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Évaluation du besoin énergétique
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1. Caractéristiques de l'exploitation
1.1 Capacité de transport
La capacité de transport se définit simplement comme le produit de la fréquence maximale de passage des rames à l'heure de pointe et la capacité unitaire « normale » des rames.
à Paris, la norme est une moyenne de 4 voyageurs par m2.
Sur une ligne de métro classique, le mouvement des trains s'effectue comme dans un « carrousel ». La fréquence et la composition des rames sont les mêmes en tout point et la capacité de transport est constante. Ce n'est pas le cas sur une ligne exploitée avec des dessertes ou plusieurs compositions de trains différentes (branches, terminus intermédiaires, rames à éléments découplables).
HAUT DE PAGE1.2 Structure des lignes
La structure des lignes de métro est généralement linéaire avec deux terminus aux extrémités.
Les lignes sont totalement indépendantes les unes des autres et les rames y circulent avec la même composition et le même intervalle dans toutes les sections. Ce sont les caractéristiques les plus simples et de beaucoup les plus efficaces pour une ligne intra-muros à fort trafic. La régulation y est plus aisée (pas de perturbations induites par les autres lignes, pas d'interférences entre dessertes de branche, simplicité d'utilisation pour le voyageur).
Sur des lignes longues aux terminus excentrés en banlieue (RER ou certains tramways de villes moyennes), la structure des lignes est plus complexe, avec des branches, des terminus intermédiaires, des troncs communs, voire des interconnexions entre lignes (cas des RER RATP et SNCF). Ces lignes sont souvent difficiles à gérer et le moindre aléa d'exploitation sur une desserte se répercute rapidement sur la fréquence des autres.
HAUT DE PAGE1.3 Marche-type des rames
La marche-type (figure 1) est la marche de référence pour la circulation des rames. Elle définit les temps de parcours et les temps d'arrêt, ainsi que les horaires de départ et d'arrivée...
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Caractéristiques de l'exploitation
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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