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Le volant d'inertie, une solution complète pour préserver l'environnement urbain et naturel Contrairement à ce que son nom peut laisser penser, le volant d'inertie va bouleverser un certain nombre de paramètres dans le domaine de l'environnement et du développement durable. Le volant d'inertie est en effet un nouveau système d'autonomie embarqué qui permet au tramway de générer sa propre énergie, entièrement renouvelable, en récupérant l'énergie produite lors du freinage. D'autre part, ce système permet d'éviter la pose de poteaux et de lignes aériennes de contact entre deux stations. Totalement innovant dans son principe de fonctionnement, ALSTOM a également réussi à réduire le volume du volant d'inertie et à l'installer sur la toiture du tramway tout en conservant de bonnes performances. Comment le volant d'inertie est-il né ? Jean-Paul Moskowitz* : En partenariat avec la société néerlandaise CCM (Center for Concepts in Mechatronics BV), ALSTOM a conçu le premier prototype du volant d'inertie. Avec 230 centimètres de long, 140 centimètres de large, 51 centimètres de haut et une masse d'un peu plus d'une tonne, ses dimensions n'en demeurent pas moins diminuées par rapport à ce qui pouvait exister auparavant. La principale innovation réside bien dans la taille : avant la réalisation du prototype, la génération précédente de volant d'inertie se situait à l'intérieur du train et ses mensurations généreuses (2 mètres sur 2 mètres sur 2 mètres) auraient nécessité de l'installer à l'intérieur du véhicule dans l'espace voyageurs. Malgré la réduction de ses dimensions, les performances s'avèrent toujours aussi optimales. Comment fonctionne-t-il ? Le volant d'inertie est une masse qui tourne à très grande vitesse, jusqu'à 22 000 tours par minute et qui fonctionne sur le principe d'une « toupie ». L'énergie cinétique emmagasinée par cette masse lors du freinage est restituée par un générateur électrique à la chaîne de traction lors de l'accélération suivante. Le dispositif se recharge à chaque freinage ou par un système de recharge rapide complémentaire lors de chaque arrêt en station. L'utilisation de l'énergie stockée à bord permet ainsi de réduire considérablement la consommation électrique, avec une durée de vie du système égale à celle du tramway. Testé en conditions réelles d'exploitation depuis 2005 sur le tramway CITADIS d'ALSTOM de Rotterdam, le volant d'inertie est une solution particulièrement attractive en terme d'impact environnemental. En quoi cette innovation contribue-t-elle à préserver l'environnement ? L'utilisation de l'énergie stockée à bord sous forme mécanique, sans aucun élément chimique à recycler en fin de vie en fait un produit particulièrement attractif en terme de préservation de l'environnement. Cela se traduit par une énergie propre, une réduction de la consommation électrique et une durée de vie du système égale à celle du tramway, soit 30 ans. Dans le cadre des essais réalisés à Rotterdam, nous avons évalué les réductions de consommation d'énergie. Il est apparu que, selon la configuration du réseau, ancien ou moderne, en pente ou non, il était possible de réaliser environ 15 % d'économie d'énergie. Le volant d'inertie participe également à la préservation de l'environnement urbain et du patrimoine historique des villes puisqu'il permet au tramway de circuler sans poteaux ni lignes aériennes de contact. En quoi cette innovation présente-t-elle des avantages pour les collectivités locales ? Pour les usagers ? Le volant d'inertie offre de nombreux avantages :
L'accord avec CCM porte sur le développement d'une version plus industrialisée. Une fois cette version au point, courant 2007, il sera fabriqué sur les sites ALSTOM de Tarbes pour l'électronique de puissance (tous les systèmes de contrôle et de conversion de l'énergie) et d'Ornans pour la masse tournante. Le développement industriel ne faisant que commencer, le volant d'inertie n'a pas encore été proposé dans le cadre d'appels d'offres. Mais d'autres expérimentations et projets de recherche sont en cours. Comme le STEEM (Système Tramway à Efficacité Energétique Maximisée) en partenariat avec la RATP, labellisé par le Predit (Programme National de Recherche et d'Innovation dans les Transports Terrestres) dans le cadre du programme véhicules propres et économes. L'objectif de ce projet de R&D est d'améliorer l'efficacité du système tramway en utilisant un volant d'inertie en toiture pour récupérer, stocker et réutiliser l'énergie de freinage. Le tramway CITADIS d'ALSTOM sera le véhicule de référence. Une expérimentation sera menée sur une ligne du réseau RATP. Qu'en est-il du coût par rapport à un tramway sans caténaire ? Les solutions d'autonomie présentent certes un surcoût par rapport à la caténaire, mais qu'il faut relativiser puisqu'il représente une portion minime de la valeur globale de l'investissement (génie civil, équipements, matériel roulant, voie ferrée, architectes, aménagement urbains...). Néanmoins, les collectivités semblent prêtes à assumer ce coût pour des raisons esthétiques et environnementales. Le volant d'inertie est moins cher que l'APS (Alimentation Par le Sol) mais avec une prestation moindre. En effet, les performances du tramway avec l'APS sont équivalentes à celles d'un tramway sous caténaires, en termes de vitesse (jusqu'à 60/70 km/h en vitesse de pointe maximale), d'accélération ou d'alimentation des auxiliaires en mode dégradé (alimentation permanente). Un tramway avec volant d'inertie aura des performances optimales moindres même s'il représente un excellent compromis puissance / énergie pour une utilisation en centre-ville. Les essais à Rotterdam ont montré qu'il pouvait atteindre une vitesse de 45 km/h en charge maximale (6 passagers au m2). Rappelons toutefois, que quelque soit le mode d'alimentation, les tramways ne sont jamais exploités qu'à une vitesse commerciale moyenne de 30 km/h. Tout dépend donc des contraintes de la ville. A terme, on pourrait envisager de mixer les deux systèmes. Quant à la batterie, cette solution est plus adaptée, a priori, pour de courtes distances. ALSTOM sera bientôt, le seul constructeur au monde capable de proposer 3 solutions d'autonomie pour les tramways. Dans quels cas une ville choisira-t-elle la batterie, l'Alimentation Par le Sol (APS) ou le volant d'inertie ? Il n'y a pas de situation type. Les solutions sans caténaires sont étudiées, au cas par cas, chaque ville ayant une problématique qui lui est propre, avec différents facteurs à prendre en compte :
NDLR : Jean-Paul Moskowitz est responsable des programmes R&D Systèmes d'ALSTOM depuis 2001. |
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