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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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 :
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à l'augmentation des performances commerciales et de la consommation en énergie ;
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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.
L'expertise technique et scientifique de référence
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Perspectives d'évolution
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3. Conception du système d'alimentation
3.1 Critères de choix des principales caractéristiques
Les caractéristiques du système d'alimentation doivent être définies en respectant au mieux les critères qui garantissent la sécurité du transport, une bonne qualité de service, une exploitation et une maintenance maîtrisées, tout en s'adaptant aux contraintes environnementales.
HAUT DE PAGE3.1.1 Qualité de l'alimentation : continuité et stabilité de tension
L'alimentation doit toujours être disponible et offrir un niveau de tension aux trains leur assurant des performances nominales, gage d'une bonne régularité de la marche. On verra dans la suite comment on répond à cet objectif.
HAUT DE PAGE3.1.2 Sécurité vis-à-vis des risques d'électrisation et d'incendie
Le système de distribution du courant électrique aux trains est spécifique à la traction électrique. Il se particularise notamment par le fait qu'il utilise des conducteurs électriques actifs nus qui ne sont pas toujours inaccessibles aux personnes ou à l'abri de chutes d'objet, surtout sur le métro, avec le captage de courant par 3e rail. Les risques pour la sécurité des personnes ne sont pas nuls : risque de contact direct et danger d'électrisation, risques d'incendie provoqué par un court-circuit. Il convient donc de prendre des dispositions particulières.
HAUT DE PAGE3.1.3 Compatibilité avec les autres composantes du système ferroviaire
La compatibilité du système d'alimentation avec le matériel roulant l'est par principe. Encore faut-il s'en assurer lors de l'introduction d'un matériel nouveau à la fois en termes d'interfaces (frotteurs, pantographe, compatibilité électromagnétique…) qu'en termes de puissances ou de tensions admissibles (heureusement normalisées).
La compatibilité avec les autres installations fixes doit être assurée, en particulier avec les...
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Conception du système d'alimentation
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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