[Matériel] Innovation technologique

[Aig]

Bonjour,

n'ayant pas trouvé de sujet existant faisant l'affaire, je me suis permis de créer une catégorie [Innovation technologique] qui doit pouvoir se décliner en de multiples sous-sujets. Je demande aux modérateurs de m'excuser si ce n'est pas la bonne façon de procéder.
Certains d'entre vous ont sûrement entendu parler des travaux de recherche de la startup polonaise NEVOMO qui tente de mettre au point un système de sustentation magnétique sur des voies ferrées classiques. Même si on n'en est qu'au stade de la recherche (TRL = ?), les travaux progressent bien :
https://www.youtube.com/watch?v=CQOEP7_euXQ
Le fait qu'on puisse faire léviter un véhicule lourd au dessus d'une voie ferrée classique compatible avec le réseau actuel est intéressant, mais quel avantage en tirera t'on, sachant que la dépense d'énergie nécessaire pour la lévitation sera probablement plus importante que celle nécessaire pour compenser les pertes dissipatives du système roue-rail ? Peut-on y gagner en coût d'entretien, en sécurité, en confort, en coût d'équipement du système roue-rail ? Quid des interactions entre les courants induits dans les rails et ceux qui circulent pour la transmission d'informations ?
SNCF et RFI sont des partenaires de ce projet de recherche. Qu'en attend la SNCF?

Bonne journée.

Modération
La balise "innovation technologique" n'existe pas, mais la balise "Matériel" semble être adaptée au sujet traité. Modification effectuée.

[chris2002]

au vu de la vidéo, j'aimerai déjà tempérer l'aspect "voie ferrée classique" :

1) au centre de la voie, il y a probablement la partie fixe d'un moteur à induction linéaire, qui est une application déjà utilisée au niveau de certaines lignes de métros (cf. par exemple les métros Innovai d'Alstom : https://en.wikipedia.org/wiki/Innovia_Metro ).
Pour un train conventionnel, c'est un système de propulsion un peu "exotique" qui ne concerne qu'un marché de niche (des métros circulant sur des lignes spécifiques) et qui rencontre peu de succès par rapport aux systèmes de propulsion conventionnels (ce qui dit bien les problèmes d'un tel système), pour un "maglev" c'est plus ou moins le seul système de propulsion possible vu l'absence de roues...

2) de chaque coté, il y a deux pistes supplémentaires qui sont là pour assurer à priori le guidage (patins montés horizontalement) et la sustentation (patins montés verticalement).

Ce point pose un sérieux problème commun à tous les systèmes à guidage latéral (Maglev ou métro sur pneu notamment) : à un moment donné il faut interrompre ce guidage pour permettre au train de changer de voie.
Chose impossible à réaliser sur une ligne de Maglev car cela déstabiliserait le train.
or la solution habituelle pour les Maglev est d'utiliser des aiguillages coulissant ou rotatif pour que la "voie" ne soit pas interrompue. Si on veut conserver l'usage "conventionnel" de la voie, cela risque vite de poser de gros problèmes s'il faut équiper chacun des aiguillages rencontrés d'un tel système.

Deux autres solutions que je vois seraient soit de :
1) faire redescendre le train en dessous de 80 km/h pour que les roues entrent en nouveau en contact avec la voie ferrée conventionnel, le temps de passer l'aiguillage. Ce qui serait ingérable sur une ligne où il y a beaucoup d'aiguillages.
2) faire descendre la roue à plus haute vitesse, tout en en coupant l'effet de sustentation ou en le diminuant fortement pour que la roue ait un bon contact avec le rail (sinon on risque de dérailler). C'est gérable, mais cela rend vite les passages d'aiguillages beaucoup plus ardus.

Tout cela veut donc dire que ce système ne fonctionnera que sur des voies dédiées et spécialement équipées pour. Et niveau équipement, entre les éléments de guidage latéraux et la partie fixe du moteur à induction linéaire placée en centre de voie, cela représente des installations encore plus lourde à installer que celles utilisées dans le cadre des métros sur pneu.
De plus, il faut que la voie transformée soit bien armée et bien entretenue, car l'espace entre le rail et la roue, en mode "lévitation" n'est que de 2 cm. Si la voie est trop mal entretenues, cela risque de poser de sérieux problèmes...

Cette technologique permettrait cependant, par exemple dans le cadre de LGV, d'utiliser la lévitation sur les sections à grande vitesse (y compris en parallèle à des trains encore équipés de roues conventionnelles) et ensuite d'utiliser les roues conventionnelles sur les portions non équipées pour rejoindre d'autres destinations.
C'est d'ailleurs probablement cela l'avantage principale de cette technologie : pouvoir convertir progressivement le réseau, alors que des systèmes comme le Maglev japonais ou le Transrapid allemand nécessite des infrastructures dédiées et sont complètement incompatibles avec les lignes conventionnelles, ce qui limite fortement l'intérêt de ces technologies (les japonais construisent par exemple une ligne Maglev en "parallèle" à une ligne Shinkansen traditionnelle déjà existante).

[Aig]

Merci pour ce point de vue qui me parait très pertinent et qui tempère à juste titre les capacités d'adaptation du système aux voies ferrées classiques.
Ce qui est singulier dans ce projet, c'est que les applications visées ne concernent pas spécialement la grande vitesse mais le chemin de fer classique dont le fret (moteur linéaire sans lévitation), les lignes urbaines (augmentation de la capacité selon le directeur de l'innovation de la SNCF, bien que le principe de cette augmentation ne saute pas aux yeux. Capacité à mieux accélérer et mieux freiner en étant indépendant de l'adhérence ?), les lignes rurales (bien que là encore, on ait du mal à saisir comment, surtout s'il faut investir dans les installations fixes). Voir :

https://www.railtech.be/fr/fret/2023/03 ... dpr=accept

https://www.nevomo.tech/en/made4rail-pr ... rks-kicks/

https://www.youtube.com/watch?v=VWCBrC4Y4sU

Les 2 derniers documents portent sur les wagons de marchandises autonomes équipés de moteurs linéaires (se déplaçant sur des voies aménagées, bien sûr).

Bonne journée.

[chris2002]

Quelques citations qui me font bien rire :

Les trains traditionnels et les véhicules à lévitation magnétique peuvent emprunter la même voie ferrée. MagRail offre aussi la possibilité d’utiliser des véhicules électriques dans des zones non électrifiées, telles que les terminaux et les ports.

https://www.railtech.be/fr/fret/2023/03 ... dpr=accept

Oui enfin, il faut installer des moteurs linéaires sur la voie, et si on veut utiliser la lévitation magnétique, les pistes latérales nécessaires à la lévitation.
Sans vouloir être méchant, motoriser un essieu d'un wagon de marchandise et y mettre quelques batteries (ou un agrégat), c'est "légèrement" plus simple (euphémisme) et quasiment aussi efficace (tout au plus faudra-il penser à recharger les batteries ou le réservoir du wagon d'une manière ou d'une autre).

Notre nouveau Magrail booster permet un rétrofit rapide des wagons et rails existant en installant une propulsion linéaire

(video youtube)

Euh comment dire, s'il faut équiper l'ensemble de la voie de moteurs linéaires, autant installer une caténaire, ça risque d'être plus ou moins le même prix, voir même moins cher... (ou au pire, un moteur diesel/des batteries pour avoir des locomotives "last mile")
Et si il s'agit d'améliorer les performances, revenir à la solution indiquée plus haut (l'alimentation des moteurs installés dans les wagons pouvant se faire depuis la locomotive via un câble électrique)

D'ailleurs je signale que l'idée n'est absolument pas nouvelle. A une certaine époque (les années 90), Windhoff, la DB et Fraport ont développé le "Cargo Sprinter", un train marchandise autopropulsé (utilisant des moteurs diesel) combinant différents éléments propulsés ou non, en fonction des besoins.
Pour ce qui est du succès au niveau du trafic marchandise, on repassera, même si un ou deux Cargo Sprinter ont finis leurs vies en Suisse, couplé à une locomotive, pour former des rames marchandises réversibles "last mile" (l'élément automoteur équipé d'une cabine de conduite pouvant assurer les manoeuvres, la locomotive électrique à l'autre extrémité les parcours en mode électrique). C'était le Marti Express Shuttle puis le train marchandise réversible de Railogistics.
(par contre le concept a donné naissance aux trains d'extinction et de secours autopropulsés des CFF et du BLS).

Quant à bouger des wagons de manière indépendante, très bien, mais en dehors des triages c'est mort, sauf à transformer chaque wagon en un véritable automoteur équipés de tous les équipements de sécurité nécessaires, et aussi de face avant et arrière répondant aux normes de sécurité en cas de collision.
Et même dans les triages (le seul endroit où je verrai vraiment une telle application, en plus peut-être d'usines, mais sous la télécommande direct d'un opérateur humain), je serai curieux de voir les règles de sécurité que cela impliquerait. Laisser des wagons bouger tout seul après avoir été lancé depuis une bosse, c'est une chose (les wagons vont tous dans le même sens, et viennent tous du même endroit), avoir une flotte de wagon qui bouge tout seul et dans tous les sens dans un triage, c'est autre chose.

Bref, comme d'habitude la communication mélange un peu tout et essaie de faire passer une technologie de propulsion (moteurs linéaires) et de guidage (sustentation magnétique) comme la solution miracle qui résoudra des problèmes qui sont avant tout des problèmes de contrôle des trains et d'automatisation de ceux-ci. Certes, la propulsion linéaire peut avoir quelques avantages, mais il y a bien d'autres techniques pour contrôler et automatiser des trains. La preuve en est les nombreux métros automatiques qui existent à travers le monde et qui utilisent des moteurs de traction conventionnels...

D'ailleurs la seule vraie innovation de ce projet, c'est de réussir à utiliser la lévitation magnétique d'une manière compatible avec le rail existant, utiliser des moteurs linéaires pour propulser des trains, cela n'a pas grand chose d'innovant, et cela est déjà réalisé depuis des décennies (cf. l'exemple de mon message précédent par exemple).


RAJOUTS : à propos des wagons "autonomes" : cela suppose aussi un attelage automatique si on veut pouvoir réaliser des coupures/accroches comme sur la vidéo. Même si des expérimentations sont en cours, on sait tous à quel point c'est une "arlésienne", et là on parle de coupe-accroche en mouvement, ce qui ne se fait même pas pour du trafic voyageur actuellement...

Cette réflexion en amène une autre : si on veut qu'un système puisse "s'imposer", que ce soit de propulsion par moteur à induction linéaire ou de sustentation magnétique, il faut que ce soit un système standardisé et ouvert à tous les constructeurs. Sinon on aura des systèmes incompatibles les uns les autres à gauche qui rendront toute généralisation illusoire, et risquent de limiter de tels systèmes à des systèmes fermés (genre ligne de métro ou de RER complètement séparée du reste du réseau). Comme l'APS et d'autres systèmes du genre sont limités à certains réseaux de tram et à certains constructeurs, avec tous les risques que cela comporte pour l'avenir (TVM et Translohr bonjour !).

[Aig]

Je suis bien sûr globalement d'accord avec toutes ces remarques. Je tente quand même de me faire l'avocat du diable :
- les moteurs linéaires permettent de se passer de l'adhérence et pourraient être utilisés pour franchir des rampes importantes, ce que ne permet pas la traction ferroviaire classique ;
- on connait les mésaventures du cargo-sprinter, mais outre que techniquement, il n'y avait pas vraiment d'innovation technique, seulement une tentative d'innovation organisationnelle, la prise de conscience environnementale a évolué depuis ;
- il est possible de se contenter d'équiper seulement de courtes sections pour la propulsion linéaire (sections en forte rampes ou sections où une forte accélération est requise) et de faire de la traction classique ailleurs. Evidemment, il subsiste l'inconvénient de devoir équiper le matériel de moteurs ad hoc (ni lourds, ni volumineux, mais qui ont un coût ...)
- faire en sorte que les wagons puissent évoluer de façon autonome dans les triages ou les faisceaux d'embranchement, à défaut de pouvoir circuler en ligne, serait déjà appréciable ; je pense que capteurs et informatique permettraient d'aboutir à des mouvements plus sûrs que les mouvements au lancer ou induits par les bosses de triage pour lequel le freinage par les freins de voie laisse (laissait ) parfois à désirer.
- indépendamment de la discussion sur le sujet de la lévitation et de la propulsion linéaire, j'espère bien que l'attelage automatique finira par fonctionner pour le fret. Sinon, à long terme, je ne donne pas lourd des chances du chemin de fer de garder une petite part de marché dans le transport de marchandises en Europe (et ce n'est malheureusement pas la seule condition nécessaire).

Bonne soirée.

PS : en ce qui concerne la sustentation sur "voie classique", je vais être honnête, j'en vois trop peu l'intérêt pour me faire un tant soit peu l'avocat du diable .

[chris2002]

Pour les fortes rampes je vais me faire l'avocat du diable en disant que le Zentralbahn en Suisse réfléchit à des solutions, basée sur des moteurs de traction conventionnel (mais avec 100% de boggies moteurs), pour franchir sans crémaillère des rampes allant jusqu'à du 120/1000.
D'ailleurs, pour moi le vrai défi reste la descente plus que la montée, et même si un moteur linéaire peut être utiliser pour le freinage, la vraie question restera celle de l'immobilisation de la rame et du fonctionnement en régime dégradé (coupure de l'alimentation électrique), et cela reste valable pour un système à moteur linéaire (en tout cas asynchrone).

Cela m'amène à une autre remarque, que ce soit avec un moteur linéaire synchrone ou asynchrone, une question que je me pose est : la partie "alimentée" (celle qui produite le champ magnétique alternatif entrainant le déplacement du train) est placée où dans ce système : au sol ? C'est la solution utilisée pour le Maglev et le Transrapid, et elle a l'avantage de simplifier grandement la partie embarquée (qui peuvent être soit de simples aimants permanent (synchrone), soit une bête plaque métallique (asynchrone)) et surtout, dans le cadre d'une sustentation magnétique, d'éviter d'avoir à alimenter la rame avec de forts courants électriques.

Mais dans une logique d'équiper de très nombreuses voies (sans sustentation magnétique), j'aurai plutôt tendance à dire qu'il vaudrait mieux placer la partie alimentée à bord et équiper la voie d'une "bête" plaque en métal (en utilisant des moteurs asynchrones). C'est la solution utilisée sur le système Moovia d'Alstom il me semble.
Aussi pour faciliter le mouvement indépendant des véhicules (sinon il faut pouvoir découper la voie en de très nombreuses sections où la vitesse de propagation de l'onde électromagnétique peut varier puisque c'est la vitesse de propagation de celle-ci qui détermine la vitesse de mouvement du wagon) et pour éviter d'avoir des parties au sol alimentée en électricité (sécurité électrique des autres usagers à proximité)

Ce qui m'amène à un des arguments utilisés dans leur promotion : électrifier des voies non électrifiée sans caténaire.
Dans le premier cas décrit (partie "alimentée" au sol), au lieu d'avoir des caténaires, on aura une bande conductrice au sol chargée de la propulsion qui sera donc alimentée électriquement, et qu'il faudra, à la manière du système APS d'Alstom (qui ne fait que fournir l'alimentation électrique), pouvoir moduler et couper dynamiquement ce courant en fonction de la position des wagons.
Dans le deuxième cas décrit (partie "alimentée" embarquée), il va bien falloir fournir cette alimentation électrique au wagon en question. Ce qui revient au même problème qu'en ayant des boggies motorisés conventionnels montés sur chaque wagon.

PS : les deux solutions ont aussi une philosophie de répartition des coûts très différente.
en mettant la partie alimentée des moteurs au sol, on augmente fortement le coût de l'infrastructure au sol, mais on diminue fortement celle embarquée. Cela favorise donc un usage généralisé sur de nombreux wagons, mais sur de courtes sections, car le coût d'installation au sol sera très élevé.
l'inverse, en mettant la partie alimentée à bord des wagons, on augmente le coût d'installation, puisqu'il faut transformer chaque wagon en une sorte de petit "automoteur". Cela favorise donc un usage sur de longues sections de lignes, mais avec un matériel très spécifique.
Soit deux logiques opposées et pas forcément compatibles entre elles (en tout cas dans un des deux sens : il faut au moins qu'une des deux parties puisse être alimentée par un courant alternatif pour que cela fonctionne).

[Aig]

Cela m'amène à une autre remarque, que ce soit avec un moteur linéaire synchrone ou asynchrone, une question que je me pose est : la partie "alimentée" (celle qui produite le champ magnétique alternatif entrainant le déplacement du train) est placée où dans ce système : au sol ? C'est la solution utilisée pour le Maglev et le Transrapid, et elle a l'avantage de simplifier grandement la partie embarquée (qui peuvent être soit de simples aimants permanent (synchrone), soit une bête plaque métallique (asynchrone)) et surtout, dans le cadre d'une sustentation magnétique, d'éviter d'avoir à alimenter la rame avec de forts courants électriques.

Visiblement, le concept Magrail booster repose sur une motorisation asynchrone passive du coté du wagon en mouvement (cf schéma de l'aménagement du wagon donné à t=26s dans la vidéo ci-dessous). C'est probablement aussi le cas du concept Cargo Magrail (schéma à t=2mn06s) mais avec en plus le système de sustentation.
https://www.youtube.com/watch?v=VWCBrC4Y4sU
Le premier concept (Magrail booster) qui peut être mis en place avec des investissements localisés me semble pouvoir amener quelque chose, le second, je n'y crois pas du tout, on ne transformera pas des kms de pleine voie pour la traction et la sustentation, le container prendra la route, éventuellement sur un camion avec tracteur à batterie, et terminé ...

Bonne journée.