Le tramway passe au sans fil

Un prototype de Bombardier roule depuis un mois sans caténaire ni rail d'alimentation. La transmission de la haute puissance exigée par le ferroviaire a lieu sans contact. Une première.

Magique ! Pas de caténaires en haut, pas de rail d'alimentation au sol. Et pourtant, le tramway roule. Depuis environ un mois, le canadien Bombardier répète à l'envi ce tour de passe-passe sur une section de 800 mètres d'une ligne de tramway d'Augsburg, au sud de l'Allemagne. Le spectacle sera à l'affiche jusqu'en juin 2011. Au programme : démontrer la fiabilité, en situation réelle, de l'alimentation électrique d'un tramway sans fil et sans contact.

Le truc est en fait connu... depuis près de deux siècles : c'est l'induction magnétique. Prenez une bobine de cuivre et faites-y circuler un courant alternatif. Vous obtenez un champ magnétique qui rayonne allégrement. Prenez une seconde bobine et rapprochez-la : un courant se met à y circuler, induit par le champ. Le courant électrique a été transféré d'une bobine à une autre, sans les mettre en contact. C'est ainsi que procède Bombardier avec son système, appelé Primove. La première bobine est un circuit qui court sous la surface de la voie, entre les rails. La seconde est placée sous le plancher d'une voiture. Le courant qu'elle récupère alimente le moteur à bord. Et roule le tramway !

« Le principe est d'une simplicité navrante, résume Harry Seiffert, le directeur du projet Primove. C'est sa mise en oeuvre qui est difficile. » Bombardier a dû faire face à deux difficultés : une puissance à transmettre élevée (500 kW) et une distance importante (environ 10 cm) entre les bobines. Cet écartement introduit une résistance au champ magnétique, qu'il faut compenser en augmentant le courant. Dans les applications usuelles de l'induction, comme la recharge de batteries de brosses à dents électriques ou de smartphones, la distance entre les deux bobines n'est que de quelques millimètres et la puissance transmise de l'ordre du watt. Depuis une dizaine d'années, l'induction est aussi utilisée pour alimenter des convoyeurs et des chariots de manutention dans les usines, notamment automobiles. Ce sont au plus 5 kW qui sont transmis, à une distance d'environ 1 centimètre.

Pour alimenter un tramway, il s'agit de multiplier la puissance par cent et la distance par dix ! Si le principe reste le même, cela change tout pour sa réalisation technologique. Il faut pousser les curseurs à fond, à savoir l'intensité du courant et sa fréquence. Mais augmenter le courant fait bondir les pertes d'énergie par effet Joule, ainsi que la taille et le poids des bobines. Parallèlement, de nouvelles pertes d'énergie apparaissent quand on monte en fréquence. Au-delà d'un certain seuil, il devient impossible de conjuguer haute fréquence et puissance élevée.

AUCUN RISQUE D'ÉLECTROCUTION

Le salut est venu de la... géométrie. « La bobine au sol est formée d'un entrelacement de boucles qui nous permet de transférer une forte puissance avec un courant raisonnable. révèle Benoît Gachet, le directeur marketing et produits de Bombardier pour l'Europe du Sud. Le rendement de ce transfert atteint 90 %. »

Le constructeur a par ailleurs pu se contenter d'une puissance de 500 kW, grâce à l'utilisation de supercondensateurs embarqués, offrant un surcroît de puissance au démarrage (lire l'encadré).

Au final, le système d'alimentation est insensible à l'usure mécanique et aux intempéries et ne présente aucun risque d'électrocution, insiste Bombardier. Allusion à peine voilée aux déboires d'Alstom lors du démarrage, en 2004, de son tramway APS (alimentation par le sol), nourri par un troisième rail électrifié. La sensibilité de ce rail aux intempéries a conduit Alstom à installer un système de drainage des eaux de pluie. Le capteur de courant embarqué, qui s'usait en frottant sur le rail d'alimentation, a quant à lui contraint Alstom à changer de matériau. Reste, pour Bombardier, l'inconvénient de l'induction à haute puissance : la nécessité d'un blindage performant. « Un effort particulier a été porté sur le matériau et la géométrie du support du bobinage sous la voie, pour empêcher que le champ ne s'échappe dans le sol, où il risquerait, par exemple, de brouiller les signaux des feux de signalisation », explique Harry Seiffert. Côté voiture, le plancher métallique suffit à bloquer le champ. Et en l'absence de tramway ? Il n'y a pas de champ. L'alimentation au sol est découpée en segments d'une dizaine de mètres. Grâce à des équipements de détection au sol, le courant ne circule dans un segment que lorsqu'un tramway l'occupe. Une solution nécessaire pour répondre aux normes sur le rayonnement électromagnétique. La magie ne peut opérer qu'à ce prix.