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L'alimentation électrique est un élément crucial pour le fonctionnement des gares et le transport ferroviaire moderne. La ligne D, par exemple, est une ligne propre, sans production de gaz à effet de serre, au moins pour ce qui concerne la traction, car son alimentation est entièrement électrique.
Mais comment alimente-t-on un train en électricité ? Ce n'est certainement pas avec des batteries, même si des batteries sont intégrées dans les trains de façon à garder un minimum de fonctions (dont une partie de l'éclairage en cas de coupure de l'alimentation). Il n'est pas possible à l'heure actuelle d'envisager la traction d'un train alimenté par batteries. Il serait probablement nécessaire pour une rame de 10 voitures d'avoir au moins une rame remplie de batteries...
En quelque sorte, c'est comme la cafetière du petit déjeuner, à part que la prise se trouve tout au long de la ligne !
On connaît principalement 2 techniques :
Un câble ou un rail ne suffit pas à faire circuler le courant. Il faut quelque chose permettant le retour du courant: ce sont en fait les rails sur lesquels roulent les trains qui assurent le retour du courant.
Il faut ensuite alimenter le 3e rail ou la caténaire en électricité: on a recours à des points d'accès appelés des sous-stations. Ce sont des bâtiments cubiques d'une petite dizaine de mètres de côté situés à intervalles réguliers le long des voies. Ces bâtiments reçoivent une arrivée par câbles électriques moyenne tension et renvoient le courant adapté sur la ligne. Chaque sous-station a ainsi la tâche d'alimenter une portion déterminée de la ligne.
Sous-station électrique le long d'une voie ferrée.
Quel courant utilise-t-on pour faire rouler les trains ? Il existe deux possibilités :
Autant en courant continu, le passage de la zone d'une sous-station à une autre ne pose pas de problème, autant en courant alternatif, on n'a aucune garantie que les 2 sous-stations fournissent la même tension au même moment en tenant compte des 50 oscillations par seconde. On supprime donc tout risque en évitant que le train change subitement de sous-station voire soit alimenté par 2 sous-stations simultanément. Pour cela on coupe le courant quelques secondes le temps de passer la zone limite. La coupure de courant se fait comme chez soi par ouverture des disjoncteurs de la rame. Cette opération est appelée sectionnement.
La rupture de caténaire est le cauchemar des voyageurs. La SNCF redoute les incidents qui surviennent sur ce câble d'alimentation électrique, souvent synonyme d'importantes perturbations. La caténaire est en fait constituée de tous ces câbles qui permettent d'alimenter la locomotive en électricité par le biais du pantographe.
Une disjonction sur une caténaire, c'est comme lorsque les plombs sautent à la maison, tout est coupé. On isole le circuit en cause, on peut rallumer les autres, et on change le fusible. Sur les rails également on sait isoler cet incident. Mais la solution est un peu plus complexe qu'un fusible à changer et la remise en route des trains peut être longue, très longue. Des incidents d'alimentation électrique comme celui de la gare du Nord, la compagnie ferroviaire en connaît une cinquantaine par an.
Le givre en hiver et les fortes chaleurs en été peuvent provoquer de tels incidents. L'âge de la caténaire peut aussi être en cause. La SNCF explique sur son site internet que la durée de vie d'une caténaire est de « maximum 60 ans ». Au-delà de cette cinquantaine d'incidents électriques chaque année, la caténaire peut également être arrachée lorsqu'un arbre chute sur la voie, par exemple, ou en cas de malveillance.
Une fois la caténaire en cause identifiée, le trafic peut être rétabli, excepté sur la voie concernée, qui doit évidemment être réparée. Mais, lorsqu'il n'y a qu'une voie, il faut réparer la caténaire pour faire repartir les trains. L'intervention peut prendre un certain temps : les mesures de sécurité sont en effet importantes en raison de la tension élevée et du risque électrique. Et, au-delà d'une demi-heure en moyenne, le chauffage et la climatisation dans les trains sont coupés, car les batteries sont alors à plat.
Par exemple, un défaut d'alimentation électrique a immobilisé les trains sur le tronçon Strasbourg-Mulhouse via Erstein, ce samedi 7 février. Une équipe a été dépêchée pour intervenir sur la caténaire, à hauteur de halte ferroviaire de Graffenstaden. Résultat, de nombreux trains retardés et annulés en gare. Des voyageurs ont été bloqués dans les trains, en pleine voie. Toutes les lignes TER empruntant cet axe ont été concernées par l'incident.
Avec ses partenaires, Nexans, acteur majeur de l’électrification, a remporté auprès de la Bpifrance (Banque Publique d’Investissement) et dans le cadre des Investissements d’Avenir, un projet coordonné par SNCF Réseau pour la pose de deux câbles supraconducteurs en courant continu près de la gare Montparnasse à Paris. C’est la première fois que des câbles de ce type seront intégrés dans un réseau ferré, et ce sera la première installation permanente en France tous réseaux confondus.
Créée en 1840, la gare Montparnasse est la 4ème gare de France avec plus de 50 millions de passagers et plus de 90 millions attendus en 2030. SNCF Réseau va ainsi avoir besoin de plus de courant pour faire circuler un nombre toujours plus important de trains.
Dans ce projet clé de SNCF Réseau, les câbles supraconducteurs permettront d’utiliser l’infrastructure de la gare Montparnasse, en installant les liaisons dans les conduites existantes. Seul un câble supraconducteur peut combiner un diamètre réduit et une puissance exceptionnelle pour répondre à la performance demandée par SNCF Réseau : 5,3 MW par conduite, soit 3 500 A à 1 500 V continu.
Les câbles d’énergie supraconducteurs présentent des avantages inégalés. Grâce à leur résistance nulle, ils déploient l’électricité avec de faibles pertes et contribuent ainsi à rendre le monde plus durable. Leur compacité, c’est-à-dire leur faculté à transporter des courants très élevés dans un espace limité, est parfaitement illustrée par ce projet. Un seul câble supraconducteur peut en effet remplacer de multiples câbles en cuivre.
Deux câbles reliant la sous-station de Vouillé aux caténaires des voies desservant Montparnasse seront mis en service en 2023. Ce câble supraconducteur est le produit des capacités d’innovation de Nexans dans le domaine de l’électricité et de l’électrification durable du monde.
Le projet doit relever des défis nombreux et conséquents. En premier lieu, les travaux de modernisation de l’infrastructure doivent être réalisés en minimisant les perturbations pour le trafic ferroviaire et routier environnant. La solution pour surmonter cette contrainte réside dans la mise en œuvre de câbles supraconducteurs, qui seront intégrés dans les conduites existantes de la gare. Mais cette approche implique une ingénierie complexe et une coordination très précise, afin que le chantier d’installation des câbles ne nuise pas à l’exploitation de la gare.
Nexans joue un rôle essentiel dans ce projet, en mobilisant sa maîtrise des infrastructures électriques et des technologies de supraconductivité. Le Groupe s’est vu confier la conception et la fabrication des câbles supraconducteurs, ainsi que la coordination de leur installation dans les conduites existantes de la gare Montparnasse.
Le projet de la gare Montparnasse illustre aussi parfaitement leur capacité à acheminer des puissances très élevées en occupant un espace très faible.
Avec l’installation de câbles supraconducteurs dans la gare Montparnasse, Nexans ouvre des perspectives nouvelles pour la durabilité, la fiabilité et l’efficacité des systèmes d’alimentation électrique dans le secteur ferroviaire.
Avantages des câbles supraconducteurs :
| Caractéristique | Avantage |
|---|---|
| Résistance nulle | Faibles pertes d'électricité |
| Compacité | Transport de courants élevés dans un espace limité |
| Durabilité | Contribue à un monde plus durable |
La ligne est découpée en deux parties. Deux parties ayant chacun son propre système d’alimentation en énergie électrique. La « Ligne de Sceaux », ancêtre du RER B Sud, a été électrifiée entre 1935 et 1937.
RTE (Réseau de Transport d’Électricité) livre du courant à la RATP (qui gère elle-même son propre réseau d’électricité) via 7 Postes Haute Tension (PHT) répartis dans Paris. Sur le RER B sud, 18 PR, après avoir transformé l’énergie du fournisseur, alimentent 26 secteurs électriques. Ces secteurs sont eux-mêmes divisés en sections élémentaires (plus petite zone que l’on puisse priver de courant). Un secteur comprend plusieurs PR. Un secteur correspond en moyenne à 7 kilomètres de ligne.
C’est à Gare du Nord que la commutation électrique s’effectue.
1) La sous-station « R » alimente le RER B entre Gare du Nord (gare souterraine) et la section de séparation d’Aubervilliers.
3) La sous-station électrique « M » alimente le RER B entre la section de séparation de Sevran Livry et le terminus Mitry-Claye.
Une sous-station couvre un très large périmètre de circulation : en cas de coupure d’urgence, un grand nombre de trains se trouvent alors à l’arrêt. C’est la raison pour laquelle dans tous les Centraux Sous-Station d’Île-de-France, les transformateurs sont « redondés », de manière à ce qu’un second appareil puisse prendre le relais en cas de défaillance du premier.
tags: #alimentation #électrique #gare
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