Technologies ECO4

Depuis une dizaine d'années, l'environnement et les économies d'énergie sont au coeur des préoccupations et deviennent incontournables dans tous les domaines.

C'est la raison pour laquelle, Bombardier, assumant pleinement son statut de leader mondial de la technologie ferroviaire lance ses technologies EcoActives novatrices "ECO4" afin de faire progresser le monde de l'industrie ferroviaire de par:

  •     une optimisation de l'utilisation de l'énergie;
  •     une diminution des pertes d'énergie;
  •     une minimisation des émission de CO2;
  •     une amélioration de la performance totale des trains.

Bombardier affirme qu’ainsi il serait possible d'arriver des économies d'énergie de l'ordre de 50% ce qui serait une avancée formidable d'un point de vue écologique et économique (voir photo 1).

Photo 1: schéma des principales causes des économies d’énergie réalisables grâce aux technologies ECO4

 

Photo 1: schéma des principales causes des économies d’énergie

réalisables grâce aux technologies ECO4

 

Les technologies ECO4 sont fondées sur quatre principes fondamentaux que sont l’Energie, l’Efficacité, l’Ecologie et l’Economie (faisant donc intervenir la notion de rendement). Les technologies ECO4 ont été mise au point dans le but d atteindre une meilleure efficacité énergétique des systèmes de transport et d'améliorer l'aérodynamisme

Mise en place en 2008, la gamme modulaire des technologies ECO4 de Bombardier comprend :

  •      Outil de simulation EnerGplan
  •      Optimisation de la forme du train AeroEfficient
  •      Système de conduite assistée EBI Drive 50
  •      MITRAC Supercaps
  •      Système PRIMOVE pour fonctionnement sans caténaire
  •      C.L.E.A.N Diesel Power Pack
  •      Moteur à aimant permanent MITRAC
  •      Système de climatisation ThermoEfficient
  •      Système de contrôle de gestion d'énergie
  •      Technologie FLEXX Tronic
  •      Bogie FLEXX Eco
  •      Technologie MITRAC Hybrid

Nous verrons par la suite de quoi il s'agit.

Bombardier affirme que dans les années à venir, leur slogan « Le climat est favorable aux trains » n'aura jamais aussi bien collé à la peau du constructeur. A la recherche d'un développement durable de leurs technologies, le but final du projet ECO4 est de léguer aux futures générations "un environnement que les activités de notre secteur [le secteur ferroviaire] et nos produits auront laissé intact.

Dans un avenir proche, Bombardier compte d'ailleurs présenter ses nouvelles technologie permettant une amélioration du projet ECO4.

 

I.Les technologies ECO4

 

Outil de simulation EnerGplan: L'anticipation est la clé de l'économie d'energie

EnerGplan est un outil de simulation et d'optimisation des systèmes d'alimentation électrique et de consommation d'énergie afin de choisir la technologie la plus adaptée afin de permettre:

  1. une optimisation des performances
  2. une consommation d’énergie minimale
  3. des économies financières en amont
  4. le moins d’impact sur l’environnement

EnerGplan aide les concepteurs de systèmes à optimiser la configuration du système d'alimentation en leur apportant une visualisation graphique du mode de fonctionnement optimal pour presque tous les systèmes de transport en se basant sur une simulation de différents scénarios de consommation d'énergie et en présentant des solutions viables.

Des essais doivent quand même être réalisés pour confirmer les résultats d'EnerGplan

Fonctionnement: Ce logiciel novateur analyse l'ensemble des données du train et les éléments complets du réseau électrique, puis illustre ces données pour une visualisation du comportement du système électrique.

Concrètement EnerGplan analyse :

  1. la performance de la flotte
  2. les profils de vitesse du train
  3. les flux des charges des systèmes d’alimentation et de distribution électrique
  4. les effets des dispositifs de stockages embarqués et sur la voie
  5. les horaires des trains et leur trajet

Bombardier estime que rien qu'avec ce logiciel, il est possible d'économiser 20% d'energie.

En résumé: Le logiciel EnerGplan est un logiciel révolutionnaire de simulation permettant aux concepteurs de systèmes électriques d'optimiser les performances et de réduire la consommation d'energie.

De plus, anticipation = gain de temps et gain d'argent ! (On fait moins de tests, perd moins de temps, économise en energie)

Optimisation de la forme du train AeroEfficient

La technologie AeroEfficient a pour objectif une optimisation de la performance aérodynamique des véhicules ferroviaires de par l’utilisation de simulations assistées par ordinateur ultra perfectionnés. Bombardier estime qu’ainsi, qu’une économie de 8 à 15% est réalisable selon les modèles de trains. Cette technologie permet également d’améliorer vitesse et puissance d’accélération, ce qui engendre des déplacements de plus courte durée donc un gain de temps pour les usagers.

Les ingénieurs sont ainsi capable de concevoir de nouveaux modèles de véhicules de façon à réduire la traîner.

L’optimisation de la forme du train AeroEfficient est basée sur des algorithmes génétiques qui utilisent :

  1. des modèles tridimensionnels et paramétrés
  2. la simulation détaillée des traînées aérodynamiques
  3. un logiciel d’optimisation décisionnel

Cette technologie est d’autant plus viable que les ingénieurs ont pris en considération les contraintes comme le design industriel imposé par le marché, les limites ergonomiques de la cabine et des wagons afin de conserver un certain confort pour les passagers, la structure anticollision contraignante d’un point de vue matériaux…

C’est en prenant tous ces paramètres en compte que les modèles les plus adaptés sont testés et retenus

Système de conduite assistée EBI Drive 50

Il s’agit d’un système d’assistance aux conducteurs qui leur affiche des recommandations sur la vitesse à adopter, sur l’accélération et la décélération afin de réduire la consommation d’énergie de traction d’environ 15% mais également réduire l’usure du matériel et les coût de part une conduite plus douce (réduction de l’usure des essieux, des moteurs, des freins, des voies donc réduction des frais d’exploitation).

Cette technologie est d’autant plus intéressante qu’elle peut être adapté à tout type de véhicule actuel puisqu’elle améliore la performance des moteurs électriques et diesels de tous les types de traction hybride et des systèmes de traction multiples.

Concrètement, le fonctionnement est basique : des postes de travail centraux calculent des profils de vitesse et de forces de traction, traite ses données et  les communique en temps réel au conducteur qui peut alors adapter sa conduite

 

Photo 2: Vue du tableau de bord du conducteur où lui sont transmise les informations relatives au système EBI drive 50

 

Photo 2: Vue du tableau de bord du conducteur

d'où lui sont transmise les informations relatives au système EBI drive 50

 

MITRAC Supercaps

La technologie MITRAC Supercaps est l’une des technologies ECO4 les plus novatrices et permettrait de réaliser des économies d’énergie de 30 à 35% selon les véhicules de par la réutilisation de l’énergie de freinage.

Des ultracondensateurs stockent libérée à chaque freinage et la réutilise en phase d’accélération ce qui à pour effet de permettre une nette augmentation de la puissance d’accélération et de permettre une exploitation 100% électrique sur des distances limitées.

Cette technologie est déjà testé en Allemagne depuis 2003 où elle fait remarquablement ses preuves et ’exploitant allemand Rhein-Neckar-Verkehr a récemment commandé 19 véhicules légers sur rail dotés de ce système.

 

Système PRIMOVE pour fonctionnement sans caténaire

Les voies sans caténaire (ensemble de câbles porteurs en bronze ou en aluminium/acier et de câbles conducteurs en cuivre au cadmium destinés à l’alimentation des trains électriques par captage du courant.) pour les tramways et les véhicules légers sur rail augmentent l’attrait d’une ville en procurant une vue non obstruée par les pilonnes et les câbles en tout genre.

Le but de cette technologie est avant tout de permettre aux villes de disposer de moyens de transports qui « séduisent » les habitants en conservant un environnement le moins touché possible (d’un point de vue esthétique).

Le nouveau système PRIMOVE de Bombardier permet d’exploiter les tramways FLEXITY sans caténaire sur des distances variées, partout, y compris sur les lignes de métro.

Les avantages majeurs de ce système sont la sécurité et l’environnement urbain. En effet, la transmission d’énergie se fait sans contact car les composantes de distribution d’électricité sont invisibles, cachées sous le véhicule et sous la voie ainsi que sur le toit (voir photo 3): ainsi, il y a moins de risques pour les usagers et les zones historiques des villes sont protégés.

Avec son système de transmission d’énergie sans contact:

  1. élimine les câbles aériens et augmente l’attrait de la ville
  2. transmet sans danger l’énergie par induction
  3. élimine l’usure des pièces et des composants
  4. résiste à toutes les conditions météorologiques et au sol

Le système PRIMOVE utilise la technologie MITRAC Supercaps détaillée auparavant pour assurer l’exploitation en continu des véhicules en utilisant l’ énergie emmagasinée pendant les phases de freinage.

 

Photo 3: schéma d’un tramway sans caténaire avec transmission sur le toit.

 

Photo 3: schéma d’un tramway sans caténaire avec transmission sur le toit.

 

 

C.L.E.A.N. Diesel Power Pack

Le nouveau groupe moteur diesel C.L.E.A.N. de Bombardier est le système de propulsion à plus faible émission disponible pour les rames automotrices diesels. Ce système de propulsion novateur :

  1. optimise le poids et la configuration
  2. diminue la consommation de carburant
  3. réduit au minimum la maintenance
  4. améliore l’efficacité

Cette technologie, mûre pour la production en série, répond d’ores et déjà aux directives européennes relatives aux émissions les plus sévères  et obligatoires à partir de 2012. (Directive CE 2004/26, Etape III-B).

Moteur à aimant permanent MITRAC

Le moteur à aimant permanent MITRAC est un moyen efficace d’économiser de l’énergie. Il optimise essentiellement le volume et le poids du moteur ce qui:

  1. utilise moins d’énergie
  2. facilite le refroidissement du moteur
  3. augmente la performance du moteur
  4. réduit les coûts liés au cycle de vie des véhicules

Le moteur à aimant permanent haute performance de Bombardier fait également passer la puissance de freinage du système mécanique au système électrique, ce qui réduit les frais d’exploitation et l’impact sur l’environnement.

Construction novatrice du moteur.

Système de climatisation ThermoEfficient

Le réglage de la climatisation est également un point important sur lequel il est possible d’effectuer des économies d’énergie de l’ordre de 30%. Pour cela il est très important de prendre en compte le nombre de voyageur à bord, ce qui jusque là avait été très nettement négligé.

Cet économie d'énergie est également synonyme d’économies financières pour les constructeurs et réduit les frais d'exploitation.

La technologie allie deux systèmes:

  1. qui à l’aide de capteurs adapte le débit d’air de la climatisation au nombre de passagers détectés en fonction de la masse du train
  2. des échangeurs de chaleur permette en fonction de l’état du wagon de le préchauffer ou le pré-refroidir.

Technologie FLEXX Tronic

La technologie FLEXX Tronic est fondée sur la plate-forme mécatronique (alliant notamment mécanique, informatique et électronique) qui offre des capacités uniques de direction radiale active (ARS).  

Les principaux avantages de la technologie FLEXX Tronic sont les suivants :

  1. diminution de l’usure des roues et des rails
  2. allongement des intervalles de maintenance donc réduction des coûts.
  3. diminution de la masse du véhicule, des vibrations et du bruit

La technologie FLEXX Tronic peut également être utilisée pour mettre en place une amélioration active du confort et un système de pendulation. 

 

Bogie FLEXX Eco (chariot destiné à orienter convenablement le véhicule dans les courbes: voir photo 4)

Photo 4: Bogie Flexx Eco

 

 

 

Photo 4: Bogie Flexx Eco

 

 

Le bogie FLEXX Eco a été conçu pour satisfaire les exigences du marché qui visent à réduire au maximum les dommages causés aux voies (légers impacts, frottements ...)

Ce concept de bogie a déjà été mis à l’épreuve à 200 km/h avec les trains Bombardier Voyager et Meridian au Royaume-Uni. Il est déjà en production pour NSB en Norvège et pour les nouveaux trains TURBOSTAR au Royaume-Uni.

Les principaux avantages de cette technologie sont:

  • réduction globale du poids du véhicule de part:
  1. une réduction de 30 % de la masse comparativement à un bogie ordinaire
  2. une réduction de 30 % de la masse non suspendue
  • une véritable révolution pour les voies de part:
  1. une réduction des dommages causés aux voies grâce à la réduction de la masse non suspendue des trains à roues
  2. une réduction de l’usure des rails grâce à une optimisation de la prise des courbes.
  3. une réduction des risques de dommages aux rails causés par la force centrifuge relative (FCR).
  • Coût total réduit de part:
  1. une réduction des frais d’accès aux voies
  2. une réduction de la consommation d’énergie
  3. une réduction de la maintenance des bogies
  4. une réduction de la traînée aérodynamique

Technologie MITRAC Hybrid

Cette technologie utilise une seule chaîne de propulsion qui peut être alimentée par une source diesel ou électrique rendan possible l’exploitation efficace, économique et écologique des véhicules ferroviaires sur des voies qui sont partiellement électrifiées, ce qui permet de limiter au minimum l’utilisation du diesel.

Les avantages incluent :

  1. une réduction jusqu’à 80 % de la pollution de l’air car les moteurs diesel ne fonctionnant qu’au besoin, les émissions de CO2, d'oxyde nitrique et de particules sont réduites.
  2. une réduction jusqu’à 40 % de la consommation de carburant car les locomotives avec plusieurs moteurs diesel peuvent utiliser ceux-ci individuellement et ainsi réduire la consommation de carburant. Ce qui engendre donc également de s économies de carburant.
  3. une réduction jusqu’à 40 % du niveau de bruit
  4. une réduction jusqu’à 20 % de la durée des trajets agréable pour les passagers.

Les technologies ECO4 développées par Bombardier sont donc révolutionnaires pour le monde ferroviaire de part leur aspect écologique ET économique qui permet aux constructeurs comme aux PASSAGERS de profiter un maximum de ce mode de transport. Certains trains sont d’ailleurs déjà en circulation et ne cesse de faire leur preuve. Bombardier est donc un constructeur majeur impliqué dans le développement durable comme le montre leur slogan «Le climat est favorable aux trains» et dont l’objectif et l’engagement majeur est de laisser aux futures génération un secteur d’activité que leurs technologies auront laissé intact.

 

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