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Le système de freinage de CITADIS™
Le tramway, qui évolue en environnement urbain, est confronté à une problématique de freinage particulière. Alstom Transport a développé pour CITADIS™ une gamme de freins complémentaire, faisant appel à diverses techniques : l’électrodynamique, la mécanique et l’électromécanique. Florent Brisou, membre de l’équipe sous-système « freinage », effectue une revue d’ensemble.
Quelle est la particularité du système de freinage de CITADIS™ ?
Un train possède généralement deux modes de freinage : le freinage de service utilisé en permanence par le conducteur pour réduire la vitesse, et le freinage d’urgence, qui assure la sécurité (un arrêt certain sur la distance d’arrêt la plus courte). Le tramway, quant à lui, possède un système de freinage particulier dû à des contraintes d’exploitation qui lui sont propres, puisqu’il circule en ville dans un environnement où évoluent piétons et véhicules. Il est bien sûr muni du freinage de service pour une exploitation dite « normale », mais aussi d’un mode de freinage procurant une décélération très élevée : c’est le freinage d’urgence. Celui-ci permet un arrêt très rapide et surtout sur une courte distance, pour éviter une collision ou en minimiser les conséquences. Enfin, il dispose d’un freinage de sécurité qui répond aux normes de sécurité, mais ne délivre pas la plus forte décélération : avec ce dernier mode, le conducteur est sûr de pouvoir stopper le train, mais pas forcément sur la distance la plus courte.
Quelles sont les techniques utilisées par ce système de freinage ?
Le freinage fait appel à trois techniques. La première est la technique électrodynamique. On utilise les moteurs de traction qui fonctionnent à l’envers. C’est comparable au frein moteur d’une voiture. La deuxième est mécanique : il s’agit d’un frein à disques qui équipe les trois ou quatre bogies du véhicule. La troisième est la technique électromagnétique qui consiste en le frottement de patins sur les rails. C’est en fait un gros électro-aimant qui vient se plaquer sur le rail et produit l’effort de freinage.
Pourquoi avoir fait appel à la technologie hydraulique ?
Pour CITADIS, nous avons utilisé la technologie hydraulique en raison du développement des planchers bas, qui depuis vingt ou vingt-cinq ans ne laissent que peu d’espace aux équipements de freinage sur les bogies. Les efforts de freinage nécessaires sont importants et les volumes disponibles très petits. Seule l’hydraulique, grâce à des pressions très fortes, peut répondre à cette problématique. De surcroît, ses temps de réponse sont extrêmement courts, donc favorables dans le cas où il faut s’arrêter très vite (freinage d’urgence).
Comment le conducteur gère-t-il ces différents systèmes ?
Pour assurer le freinage de service, dans des conditions normales, le conducteur dispose d’une manette traction-freinage unique qui lui permet la modulation de la vitesse. En bout de course, la manette comporte une position qui déclenche le freinage d’urgence. Dans le cas où cette manette ne fonctionnerait pas, le conducteur a la possibilité d’actionner le freinage de sécurité par un simple coup de poing, donné sur un gros bouton rouge indépendant situé sur le pupitre de conduite.
Chacune de ces différentes techniques intervient-elle dans un cas particulier ?
Oui. Dans une procédure de freinage normale, c’est le frein électrodynamique, actionné par les moteurs, qui fonctionne. Il ne provoque aucune usure. En plus, il renvoie l’énergie électrique générée par le freinage vers la ligne d’alimentation. La consommation électrique globale du véhicule est ainsi très réduite. Lorsque l’effort de freinage n’est pas suffisant, le frein à disques peut intervenir automatiquement. Il est géré par l’électronique de bord qui calcule le manque. Tout cela est transparent pour le conducteur.
En cas d’urgence, les trois systèmes fonctionnent simultanément. En freinage de sécurité, seuls deux des trois systèmes, le frein à disques et le frein électromagnétique fonctionnent, car ils sont sécuritaires. Parce qu’il n’est pas modulable, le frein électromagnétique sur rail n’intervient que pour le freinage d’urgence ou le freinage de sécurité.
Le freinage d’urgence présente-t-il des risques ?
Oui, et c’est une situation souvent évoquée avec les exploitants. Il provoque un phénomène d’entraînement des passagers vers l’avant s’il y a fort freinage, comme dans tout véhicule. C’est d’autant plus le cas lorsqu’on active le freinage d’urgence pour éviter des collisions potentiellement mortelles.
Le frein de parking est dissocié de ces différents systèmes. Comment fonctionne-t-il ?
Pour immobiliser un tramway, par exemple lorsqu’il se trouve au dépôt, on a intégré des systèmes mécaniques qui vont générer le freinage sans apport d’énergie et sur une durée prolongée. Il s’agit de systèmes à ressorts qui viennent serrer le frein à disques sur les bogies moteurs des véhicules. Lorsque le véhicule est mis hors service par le conducteur une fois arrivé au dépôt, cette opération est automatique.
Qu’est-ce que le système anti-enrayage ?
C’est un système qui protège les roues contre les blocages. Quand l’adhérence est dégradée par la pluie ou des feuilles mortes, par exemple, l’anti-enrayage permet d’optimiser le freinage sans blocage. Cela permet d’éviter le bruit, mais aussi des reprofilages de roues, qui ont un coût de maintenance élevé. De plus, il permet de limiter l’allongement de la distance d’arrêt lorsque l’adhérence est dégradée. C’est donc une sorte d’ABS, qui est d’ailleurs installé sur tous les véhicules ferroviaires.
Avez-vous rencontré des difficultés liées au freinage depuis les débuts de CITADIS™ ?
Oui, avec les « étriers de bogies moteurs », c’est-à-dire l’actionneur qui pince le disque et provoque l’effort de freinage mécanique. Nous avons eu plusieurs cas de blocages intempestifs quand le tramway roulait, cela créait un effet de surchauffe. Nous avons donc travaillé avec le fournisseur d’équipements et résolu ce problème.
Des innovations sont-elles prévues dans vos futures gammes de CITADIS™ ?
Nous réfléchissons à l’architecture des systèmes de freinages en tenant compte de leurs différentes contraintes. Aujourd’hui, le système de commande de freinage de CITADIS™ utilise beaucoup de signaux analogiques. Sur ce type de véhicule, nous solliciterons davantage le numérique avec les possibilités offertes par les réseaux informatiques, de manière à optimiser la gestion du freinage. Ainsi, nous aurons moins d’usure et limiterons encore plus le coût d’exploitation. Les tramways en cours de fabrication pour Toulouse, Orléans, Reims et Angers, et ceux qui ont été commandés depuis, bénéficieront de cette technologie.
