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Construction ferroviaire : TGV:350km/h pour quoi faire?

Publié le

GEC-Alsthom est pour un lancement rapide du TGV-NG.La SNCF considère que c'est un pari économique risqué. Conçu pour l'international, son intérêt reste limité pour la France et le réseau européen est à peine ébauché.



Le TGV de nouvelle génération (TGV-NG) roulera-t-il en l'an2000 sur la future ligne à grande vitesse Paris-Strasbourg? L'avenir du prochain joyau de la technologie ferroviaire française dépend en grande partie de la réponse qui sera donnée dans les mois qui viennent à cette question. Car, au-delà du TGV Est, c'est le lancement effectif du programme TGV-NG qui est au centre d'un match feutré, mais serré, entre les deux protagonistes nationaux de la grande vitesse, GEC-Alsthom et la SNCF, avec l'Etat en position d'arbitre. Une expertise technico-économique indépendante a été demandée par les Pouvoirs publics.Ses conclusions ne seront connues que fin 1994-début 1995.Mais elles pourraient mettre en lumière les retards pris par le projet sur le plan technique. D'un côté, GEC-Alsthom, tout auréolé du succès du TGV coréen, pousse les feux pour obtenir une décision le plus tôt possible. Pour le numéro1 mondial du ferroviaire, il s'agit de garder son avance technologique et commerciale afin d'affronter la concurrence exacerbée de ses rivaux allemand et japonais. En face, la SNCF, maître d'oeuvre des premiers TGV et principal client de GEC-Alsthom, affiche une prudence redoublée. Plombée par son déficit (8,2milliards de francs prévus en 1994, après 7,3milliards en 1993), affaiblie par la baisse de ses trafics, attelée à la délicate négociation de son contrat de plan avec l'Etat, elle ne peut plus se permettre de fuite en avant sous prétexte d'être la vitrine de la technologie française. D'où sa réserve actuelle, que sous-tend une question centrale: 350km/h, pour quoi faire? Car faire passer les TGV de 300 à 350km/h n'est pas qu'une affaire de vitesse, au demeurant complexe sur le plan technique. Première contrainte, l'importance du réseau TGV français (1200kilomètres) contraste avec des possibilités d'extension limitées par le fardeau financier qui pèse sur la SNCF. Même si les projets foisonnent (Rhin-Rhône, Lyon-Turin, Montpellier-Perpignan, Le Mans-Rennes-Angers, Tours-Bordeaux), seules deux nouvelles liaisons sont acquises à l'horizon 2000-2002: le TGV Est, vers Strasbourg, qui se fera d'ailleurs en deux étapes, et le TGV Méditerranée, vers Marseille et Montpellier. Soit environ 600kilomètres de lignes nouvelles.

Cela nécessitera, selon la SNCF, de mettre en service au mieux 40rames supplémentaires, compte tenu des 426rames TGV déjà livrées ou en commande. Or, jusqu'à présent, les générations successives de TGV - Sud-Est, Atlantique, et Réseau - ont donné lieu à des commandes portant sur une centaine de rames. Seuls l'Eurostar, complexe techniquement mais indispensable politiquement, et le TGVà deux niveaux, en phase de lancement, ont fait l'objet de commandes plus modestes.Lancer un matériel aussi sophistiqué que le TGV-NG pour 40rames apparaît économiquement risqué. Le nouveau train devra également fonctionner sur le réseau existant. Hormis la ligne Paris-Lyon, limitée à 300km/h, les autres ont été conçues pour rouler à 350km/h, voire plus. Encore faut-il trouver une exploitation optimale, en termes techniques et commerciaux. Assurer la sécurité de trains circulant à de grandes vitesses différentes (300, 350km/h) sur une même ligne n'a rien de facile. En outre, si le 350km/h est indispensable pour relier Paris à Marseille en trois heures, son intérêt est moins évident sur Paris-Strasbourg. D'où un autre dilemme: le TGV-NG sera-t-il introduit progressivement sur les lignes actuelles ou "en bloc" sur une ligne nouvelle? C'est GEC-Alsthom qui porte le projet

Arguments dilatoires? En fait, le TGV-NG marque pour la SNCF une double rupture, qui explique aussi sa prudence. Le TGV-NG a été conçu d'emblée pour les marchés européen et international, pas prioritairement pour le réseau français. Et, à la différence des précédents TGV, c'est le constructeur GEC-Alsthom qui porte le projet, et non l'exploitant SNCF. Dès le début du programme de recherche, en 1990, le TGV-NG a été défini pour parcourir 1000kilomètres en trois heures et circuler sur les principaux réseaux d'Europe (sauf la Grande-Bretagne), c'est-à-dire accepter quatre tensions d'alimentation et cinq ou six systèmes de signalisation différents. Or, au stade actuel, le réseau européen est à peine ébauché. "S'il y avait une autre politique de développement du réseau TGV européen, la question ne se poserait plus", avance Daniel Lacôte, directeur du matériel de la SNCF. Certes, les lignes à grande vitesse existent maintenant en Allemagne et en Espagne, bientôt en Belgique, aux Pays-Bas et en Italie. Onze grands projets d'infrastructures, dont six portent sur des liaisons ferroviaires à grande vitesse - Lyon-Turin, Perpignan-Barcelone, Dax-Madrid, Paris-Strasbourg-Mannheim, Berlin-Vérone,Bruxelles-Cologne-

Amsterdam-Londres - ont été lancés au sommet européen de Corfou, en juin dernier. Mais la question du financement (69milliards d'écus d'ici à 2010, soit 460milliards de francs) est reportée au prochain sommet d'Essen, en décembre. Surtout, GEC-Alsthom veut affirmer sa prééminence avec le TGV-NG, fer de lance de sa stratégie dans la grande vitesse. Depuis 1990, le groupe franco-britannique a mobilisé sur ce projet 200 personnes et 295 millions de francs sur un total de 535millions, l'Etat contribuant pour 150millions et la SNCF pour 90millions. Il compte bâtir autour de ce nouveau train une véritable gamme, modulable selon les besoins du client: à partir d'une rame, d'une motrice et quatre remorques à un niveau, pour une vitesse de 250km/h, jusqu'à une rame à deux motrices, huit voitures à deux niveaux roulant à 360km/h. Cela en jouant sur des sous-ensembles (moteurs, transformateurs, bogies) standardisés, de façon à allonger les séries.

Un enjeu commercial important

L'enjeu: rester en tête dans la course qui l'oppose à Siemens et aux Japonais sur le marché international. Engagés dans l'aventure des trains à sustentation magnétique, délaissés par les Français (voir "L'Usine Nouvelle" du 10mars 1994), Allemands et Japonais ne restent pas inactifs dans le domaine de la grande vitesse "classique" roue-rail. Siemens vient ainsi de recevoir de la Deutsche Bahn une première commande de seize rames pour son ICE3, annoncé pour 330km/h et capable de rouler en France. De son côté, le Railway Technical Research Institute japonais prépare pour 1996 la mise au point d'une version révolutionnaire du fameux Shinkansen. Baptisé Atlas, il vise lui aussi les 350km/h en vitesse commerciale sur la ligne Tokyo-Osaka. L'objectif immédiat de GEC- Alsthom, qui connaît bien l'impact commercial de la référence SNCF, est donc d'obtenir la commande d'une rame de présérie dans les tout prochains mois pour une mise en essai sur rail en 1997. Avec en ligne de mire un lancement en fabrication vers 1998 ou 1999 afin d'être prêt pour l'ouverture... de la ligne Est. "Le calendrier n'est pas aussi tendu qu'on veut bien le dire", rétorque-t-on laconiquement au ministère des Transports.





l haut en bas).

LA CONTROVERSE

TROP RAPIDE pour les courtes distances européennes, explique la SNCF.

FINANCIÈREMENT RISQUE pour la société nationale, gênée par son déficit, qui renâcle à commander 40rames pour Paris-Strasbourg.

MAIS INDISPENSABLE POUR EXPORTER

rétorque GEC-Alsthom, qui a besoin de développer cette nouvelle génération de TGV pour conquérir

les marchés américain et asiatique, et s'opposer aux rivaux

allemand et japonais.



Des défis technologiques difficiles à relever

Deux cents personnes en recherche et développement. 535millions de francs. Malgré les moyens mis en oeuvre pour étudier la faisabilité du TGV-NG, le projet a pris du retard.Et des incertitudes techniques demeurent.



"Tant que nous n'aurons pas observé d'essais concluants de la nouvelle propulsion électrique asynchrone, au moins au banc d'essais, nous ne pourrons pas rendre d'avis favorable!" Face à l'enthousiasme de GEC-Alsthom, les experts chargés d'examiner le projet se montrent pour le moins prudents. Tout comme les scientifiques qui sont impliqués dans ce vaste programme de recherche.Sous le sceau du secret, chacun explique que le projet, trop optimiste sans doute dans son calendrier et difficile à coordonner, souffre aujourd'hui d'une bonne année de retard par rapport au planning initial. "Rien de grave", tempère Claude Gaillard, au ministère de l'Industrie. "Mais les essais prévus pour la mi-1994 ne démarreront qu'à l'été 1995!", rétorquent les experts. Difficile d'y voir clair... Reste que ces réticences, si elles transparaissent dans le rapport qui sera remis aux ministres de l'Industrie, de la Recherche et des Transports, tranchent avec la belle assurance de GEC-Alsthom.Pour le géant franco-britannique, en effet, la vitesse commerciale de 350kilomètres/heure semble désormais maîtrisée. Au prix d'un travail important, qui aura mobilisé 200personnes en recherche et développement et la collaboration d'une quarantaine d'équipes universitaires. Au prix également de véritables révolutions technologiques dans des domaines clés, comme le freinage et la motorisation. Mais avec un bémol important: les problèmes acoustiques engendrés par cette vitesse sont loin d'être résolus.









Motorisation : l'impératif de l'allégement

Premier défi à relever : augmenter la puissance des motrices sans accroître leur poids. Pour gagner 50kilomètres/heure de vitesse, ces motrices doivent disposer de 30% de puissance supplémentaire. Sans pour autant s'alourdir dans les mêmes proportions, car le bolide ne pourra déroger à la sacro-sainte loi de poids imposé par le ferroviaire: ne pas dépasser les 17tonnes par essieu.Pour y arriver, les ingénieurs de GEC-Alsthom n'ont pas trouvé d'autre solution que de déporter quatre des douze moteurs nécessaires sur les premières voitures de la rame. "De plus, une meilleure connaissance des phénomènes électromagnétiques et du comportement des composants électroniques nous a permis de réduire la puissance massique de nos moteurs, qui est passée de 1,3tonne à 1tonne par mégawatt", indique Jean-Claude Raoul. Une réduction de poids principalement due à l'utilisation d'une chaîne de traction asynchrone, comme sur l'Eurostar. Cette recherche d'allégement était également compliquée par le caractère européen du TGV-NG. Ainsi, le simple fait de pouvoir rouler en Allemagne sous 15kilovolts de tension et 16hertz deux tiers de fréquence (contre 25kilovolts, 50hertz dans les principaux pays européens) impose normalement la présence d'un transformateur de 12tonnes dans chaque motrice. Ce poids a pu être ramené à 7,5tonnes grâce à la modélisation et à l'optimisation des phénomènes électromagnétiques. La totale hétérogénéité des moyens de signalisation du réseau européen impose également la présence à bord d'un matériel sophistiqué de collecte et de traitement des informations. "Nous avons développé une couche logicielle capable de les transformer en messages homogènes pour le conducteur", commente Jean-Claude Raoul. Sur le papier, tous les choix de cette nouvelle chaîne de traction- qui a englouti la plus grosse partie des 535millions de francs dépensés pour le programme- sont donc validés. "Il reste à terminer les maquettes prototypes et à faire les essais", indique Claude Gaillard. Et c'est là, selon les experts, que le bât blesse: comment jauger une technologie qui n'a pas encore été testée en vraie grandeur? S'il veut voir rouler son nouveau train d'ici à l'an 2000, GEC-Alsthom n'a pas droit à l'erreur. D'autant qu'il devra trouver des solutions relatives au niveau sonore.



Un freinage original

Aller plus vite, d'accord, mais il faut pouvoir s'arrêter rapidement. Question de sécurité, mais aussi de productivité: une distance d'arrêt trop longue impose un espacement plus grand entre les rames. "C'était un des points d'achoppement du projet, car l'énergie nécessaire au freinage augmente comme le cube de la vitesse, explique Jean-Claude Raoul, directeur du projet chez GEC-Alsthom. Sans solution, le programme TGV-NG s'effondrait." Plus question de compter uniquement sur des disques d'acier pour évacuer les formidables quantités d'énergie dissipées par l'arrêt de 400tonnes lancées à plus de 350kilomètres/heure. "En multipliant le nombre de disques, on multiplie d'autant les masses suspendues", indique Yves Ravallard, directeur de l'Ecole d'ingénieurs de Valenciennes. Les freins carbone/carbone? "Cette idée, explorée au début, a été abandonnée, révèle Jean-Claude Raoul. La nécessité d'une mise en température préalable de ce matériau le rend inefficace à froid." D'autres solutions ont donc dû être envisagées. La première, déjà utilisée, mais de moindre manière sur les TGV classiques, consiste à transformer cette colossale énergie cinétique en énergie électrique grâce aux six moteurs de chaque motrice utilisés comme générateurs. Le courant est alors renvoyé dans la ligne via la caténaire. Ou, en cas de rupture, dans six résistances ventilées capables d'absorber 1mégawatt chacune.Mais, qu'ils soient mécaniques ou électriques, ces freins agissent sur les roues. Et, à de tels degrés de décélération, le contact roue-rail atteint ses limites. "Nous avions pensé à équiper les trains de ralentisseurs aérodynamiques, évoque Jean-Claude Raoul. Mais nous butions sur des problèmes de bruit."Une solution a été finalement retenue: celle d'un patin ralentisseur utilisant les courants de Foucault, un phénomène électromagnétique déjà utilisé par les camionneurs pour ralentir leurs véhicules.Employé dans 90% des cas de freinage classique, ce système sans contact limite l'usure des freins et réduit les opérations de maintenance. Ces courants de Foucault présentent néanmoins quelques inconvénients: ils échauffent les rails et posent des problèmes de parasitage lors de la transmission des données nécessaires à la signalisation. Dans tous les cas, ils ne pourront s'appliquer que sur les lignes nouvelles, au risque d'arrachement des rails! Malgré tout, le TGV-NG lancé à pleine vitesse aura besoin de 5,8kilomètres pour s'arrêter, contre 4,3kilomètres avec la génération actuelle.



OÙ VA L'éNERGIE DU FREINAGE?

L'énergie nécessaire au freinage sera dissipée de trois manières:

un tiers dans les disques

un tiers dans la ligne via les moteurs électriques

un tiers dans les rails par les patins à courants de Foucault.



Le problème du bruit n'est pas encore résolu

Sur ce dernier point, curieusement, GEC-Alsthom est beaucoup moins disert. Et pourtant... Le bruit aérodynamique augmente à la puissance 6 par rapport à la vitesse, et il vient s'ajouter au bruit de roulement. Ainsi, une rame Atlantique lancée à 350kilomètres/heure provoque un bruit de 96décibels à 25mètres, contre 92décibels à 300kilomètres/heure! A ce problème de bruit externe vient s'ajouter le casse-tête des bruits et vibrations internes. Avec, en particulier, les désagréments liés aux entrées de tunnel. "Nous comptons bien réduire le bruit en jouant sur le profil aérodynamique de notre véhicule", promet Jean-Claude Raoul. Cela reste complexe. GEC-Alsthom s'appuie sur les compétences de nombreux laboratoires: l'UTC de Compiègne, l'Université du Mans, le LMA à Marseille, l'Ecole centrale de Lyon et l'Insa de Lyon. "Nous développons un logiciel de modélisation des problèmes de vibrations et de bruit", indique Mohamed Hamdi, professeur à l'UTC et président de la société d'ingénierie Straco. Modéliser pour mieux comprendre et agir sur les sources de bruit, c'est bien. Mais cela suffira-t-il à réduire notablement le fléau des décibels? Un problème très complexe, de l'avis des spécialistes, que GEC-Alsthom devra impérativement résoudre. Faute de quoi, ce fameux TGV roulant à 350kilomètres/heure pourrait bien être boudé par nos voisins européens, et surtout par les Allemands, qui se targuent d'avoir rendu l'ICE moins bruyant que son concurrent français. Le TGV-NG cantonné à l'Hexagone? Impensable, pour un train adapté à tous les réseaux européens!

USINE NOUVELLE - N°2476 -

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