Numéro 308 - Spécial "Les 70 ans du 25000 volts 50 hertz"

Octobre 2020

Prix Version Papier : 32.00 €
Prix Version Numérique : 32.00 €
Prix Bimédia : 60.00 €

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Sommaire

Introduction

 

Congrès de Lille et d’Annecy : 70 ans après, quelle vérité ?

25 kV 50 Hz : jeunesse et maturité

Après 70 ans d’exploitation du 25 kV, ce système, conçu initialement pour des lignes à trafic moyen pour lesquelles le 1 500 V continu n’était pas adapté, a pu montrer toutes ses capacités à équiper l’ensemble des lignes, qu’elles soient à grande vitesse ou à trafic lourd et difficile. Aujourd’hui en phase de maturité, de nombreuses améliorations peuvent encore améliorer son efficience pour les années à venir.

25 kV et 15 kV : deux systèmes finalement proches

Après un bref rappel historique, les auteurs, Martin Aeberhard et Christian Courtois, qui représentent chacun un des deux grands systèmes d’électrification européens, montrent à quel point ces derniers sont proches en philosophie. Les différences s’expliquent seulement par l’héritage de l’histoire de l’électrotechnique et des choix d’investissements différents.

Le 25 kV, un système énergétiquement performant qui reste une réponse pertinente

Depuis les origines de ce système 25 kV, les avantages en terme énergétique sont apparus importants et restent un des facteurs essentiels du choix généralisé de ce mode de traction. La montée en puissance des thèmes environnementaux renforce sa prééminence en permettant l’utilisation des dernières technologies et en restant économiquement viable.

Performances comparées des IFTE à courant 25 000 V monophasé et 1 500 V continu après 70 ans de monophasé

Ce dossier s’attache à montrer comment les avantages technico-économiques initiaux lors de la réalisation d’une électrification en 25 000 V 50 Hz par rapport à un équipement en 1 500 V CC, tant côté caténaire que sous-station, se déclinent en matière d’exploitation (pertes électriques, incidentologie, disponibilité...) et de maintenance (tant préventive que corrective).

La SNCF au cœur de l’écosystème des compétences du 25 kV

Concevoir et exploiter un système 25 kV complet requiert un panel d’expertises qui s’imbriquent, s’articulent, et doivent être entretenues et développées dans le temps. La SNCF a su développer cet écosystème qui s’adapte en permanence aux nouvelles technologies pour rester leader dans ce domaine.

Maîtrise du déséquilibre généré par la traction ferroviaire sur les réseaux électriques de transport et de distribution

Après en avoir donné la définition, ce dossier décrit les impacts du déséquilibre de tension et les différentes méthodes que la SNCF, depuis l’origine des électrifications monophasées, a mis en œuvre pour répondre aux exigences du raccordement sur le réseau d’alimentation électrique triphasé de RTE.

Le retour du courant de traction et l’apport de la mise à la terre

Les installations de retour du courant de traction obéissent à des règles qui peuvent être spécifiques aux deux types d’électrification 25 kV 50 Hz CA ou 1500 V CC. Toutefois, les installations en CA présentent des avantages de ce point de vue et une migration du CC vers le CA en est facilitée.

Interopérabilité et standardisation, les projets à l’étranger

Le 25 kV et l’interopérabilité

Le CA 25 kV 50 Hz est devenu naturellement une « norme» en matière d’électrification dans le monde gage d’une certaine interopérabilité que les STI (Spécifications Techniques d’Interopérabilité) et les normes EN applicables sont venues renforcer.

La caténaire 25 000 V et ses perspectives - La vision d’un industriel

Après des décennies d’exploitation et d’évolutions, le système de suspension caténaire 25 000 V fait toujours l’objet d’amélioration au niveau de ses constituants, souvent avec une collaboration entre SNCF Réseau et les industriels.

L’électrification 25 kV – 50 Hz au Luxembourg : épine dorsale de la traction électrique !

Après avoir traité du contexte européen du réseau ferré luxembourgeois, et de la forte demande de trafic domestique et international, tant fret que voyageurs, il est montré comment l’électrification du réseau CFL a été mise en œuvre pour constituer aujourd’hui le réseau 25 kV le plus moderne d’Europe.

Le 25 kV à Eurotunnel

Le système 25 kV d’Eurotunnel a évolué depuis 1994 pour accompagner la croissance forte des trafics. Des projets sont en cours ou encore dans les cartons pour permettre une exploitation plus dense, plus robuste et plus en phase avec les contraintes environnementales.

Évolution du matériel roulant et impacts sur l’infrastructure

Rétrospective des matériels roulant sous 25 kV 50 Hz et perspectives

Comme pour les installations fixes, le passage du matériel roulant au courant alternatif industriel fut une aventure humaine et technique. Ce dossier montre quelles ont été les solutions technologiques essayées sur les premières lignes en Savoie et celles exploitées sur la ligne Valenciennes Thionville à partir de 1954 pour assurer la motorisation des engins de traction sous caténaire monophasée 25 kV 50 Hz. Puis il décrit comment, après s’être imposée, la technologie à redresseur et moteur à courant continu a continué à évoluer et à progresser en termes de qualité (moteur sans collecteur, rendement, facteur de puissance…) au fur et à mesure de l’apparition de nouveaux composants électroniques de puissance et finalement rendre possible le schéma universel multi-tension des matériels roulants actuels, en attendant les promesses des nouveaux composants au carbure de silicium.

Du bi-mode thermique électrique à ses nouvelles déclinaisons hybride ou pure électrique

Pour atteindre l’objectif de sortir du Diésel à l’horizon 2035, la SNCF explore toutes les solutions et technologies qui s’ouvrent à elle.

L’intégration des systèmes de stockage dans le matériel : impact sur l’infrastructure

Les différentes solutions d’évolution des matériels roulants permettent également d’imaginer des réponses innovantes au niveau de l’infrastructure.

Le captage

Évolution des pantographes

Le déploiement de la tension 25 kV en France a boosté l’évolution de la conception des pantographes depuis leur origine par la recherche de la légèreté et de la diminution de l'encombrement d'une part, et d'autre part avec la réduction de la composante aérodynamique de la force d'appui sur la caténaire à très grande vitesse.

Simulation de l’interface pantographes – caténaires

La traction électrique, comme d’autres techniques, fait de plus en plus appel à la simulation, notamment pour l’interface pantographes – caténaires. L’outil OSCAR développé par la SNCF est un pas important vers la réduction des essais en ligne au profit d’une homologation plus virtuelle et une meilleure compréhension des phénomènes dynamiques complexes du sous-système énergie.

La place de l’électronique de puissance (alimentation et traction)

L’électronique de puissance est apparue dans les années 1970 pour devenir une composante essentielle de l’optimisation du système 25 kV aussi bien sur les installations fixes que sur le matériel moteur. L’avenir qui se dessine avec l’arrivée des composants au carbure de Silicium verra peut-être la disparition des transformateurs tels qu’on les connaît aujourd’hui. L’article qui suit montre cette évolution et indique les pistes de recherche du moment.

L’évolutivité de l’électrification 25 kV

Du 25 kV au 2 x 25 kV

Ce dossier montre comment les performances d’une électrification en 25 kV 50 Hz (au-delà de l'ajout d'une sous-station) peuvent être améliorées par le choix du 2 X 25 kV puis par l'adjonction de batteries de condensateurs, voire par des survolteurs comme cela a été fait sur la LN1 (LGV Paris Lyon). Il s'ouvre aussi sur les techniques d'avenir en cours d'étude.

Pertinence de migration du 1 500 V au 25 000 V

La conversion d’un système d’alimentation électrique 1 500 V courant continu en 25 000 V 50 Hz nécessite une étude technico-économique approfondie sur les aspects parc du matériel roulant, installations de signalisation, retour de courant, compatibilité électromagnétique et distances d’isolement. Les sous-stations sont à remplacer et pour la transformation des lignes de contact une étape intermédiaire peut être envisagée par le biais d’une caténaire «migrable». La modernisation de l’axe Bellegarde Genève est présentée à titre d’exemple.

Esmeralda©NG : évolution d’un outil au service du développement

ESMERALDA©, logiciel de dimensionnement des IFTE de SNCF Réseau évolue constamment afin de permettre aux ingénieurs qui l’utilisent de proposer des solutions optimisées avec des coûts de mise en œuvre et d’exploitation maîtrisés pour l’alimentation de la Traction Electrique. Les résultats des simulations menées avec le logiciel ESMERALDA© sont ensuite analysés en regard de l’efficacité énergétique et de la sûreté de fonctionnement afin d’orienter le choix du maître d’ouvrage vers la solution qui répond le mieux au besoin exprimé.

Évolution des caténaires 25 000 V

Comment la caténaire 25 kV 50 Hz a évolué depuis ses premières applications en France dans les années cinquante jusqu’aux dernières réalisations conformes aux STI.

Exploitation, maintenance et surveillance

L’exploitation des IFTE centraux sous-stations (CSS) : évolution, résilience et traitement des incidents opérationnels

La conduite des équipements d’alimentation des lignes électrifiées (caténaires) et des installations fixes de traction électrique (sous-stations) se fait depuis des centraux sous-stations dont la technologie a suivi depuis l’origine les progrès technologiques. L’accent est également mis sur le rôle du régulateur sous-station avec également les particularités propres à chaque type d’électrification 􀀋25 000 V 50 Hz ou 1 500 V courant continu􀀌.

La surveillance du réseau

Avec le déploiement des nouvelles technologies (capteurs, instruments de mesure, IoT, enregistrements, télétransmission...) les installations de traction électrique peuvent de plus en plus faire l'objet d'une surveillance renforcée et d'une maintenance prédictive.

L’exploitation du système ferroviaire

La vision système est nécessaire à l’exploitation des installations fixes de traction électrique comme pour l’ensemble des autres composantes du ferroviaire. Ce dossier met en exergue les améliorations récentes du management de cette fonction essentielle du chemin de fer.

La résilience du système 25 kV

L’amélioration de la résilience des réseaux est un enjeu de plus en plus primordial. S’agissant des installations de traction électrique en 25 kV, quelques exemples montrent l’amélioration continue recherchée aussi bien sur les processus que les installations.

Une vision du futur ?

La commande stratégique et sa déclinaison aux IFTE

À partir de son projet stratégique et de la démarche d’Asset Management, SNCF Réseau décline sa commande stratégique dédiée aux IFTE (Installations Fixes de Traction Electrique).

Quels produits d’avenir en 25 kV 

70 ans d’exploitation des installations fixes de traction électrique ont permis l’émergence de nouveaux produits, fruits des technologies qui se sont succédé. L’époque actuelle pousse à la gestion en coûts complets, à la maintenance prédictive et au respect des exigences environnementales. L’innovation reste un facteur déterminant pour relever les défis du XXIème siècle.

La moyenne tension continue (MTDC) un challenge d’innovation pour le 25 kV

Vision future, rôle du développement, comment continuer à électrifier…

Les axes principaux du réseau sont aujourd’hui électrifiés. Le 25 kV a permis la performance des trains au meilleur coût. Comment faire évoluer ces installations vers plus de résilience, vers un réseau interopérable, surveillé et maintenu au meilleur coût ? Ce dossier montre aussi qu’il sera possible de prolonger les électrifications sur les lignes de desserte fine du territoire, en conservant l’esprit de frugalité qui a prévalu il y a 70 années pour développer le 25 kV.

La SNCF et le monophasé : ce que révèlent les carnets de Marcel Garreau