PRÉSENTATION DU TRAIN D’ILLE DE FRANCE

La région Île-de-France représente 40 % du trafic ferroviaire assuré sur 10 % du réseau ferré national. On y observe une grande diversité de services et de matériels qui cohabitent : entre autres Transilien, TER, TGV, Intercités, trains spéciaux, trains de fret.

Le réseau d’Ile de France est composé de lignes ferroviaires urbaines (métros, tramways), et de lignes ferroviaires suburbaines (RER, lignes Transilien). Les zones dites denses et très denses se situent dans une zone de 20 km de rayon autour du centre de Paris. Le défi de l’exploitation suburbaine en zone dense porte sur le débit, le temps de parcours et la qualité de service, et notamment la gestion des aléas.

Afin de décharger la ligne A du RER, un prolongement d’Eole (ligne E du RER) à l’ouest d’Haussmann Saint-Lazare à Mantes-La-Jolie en passant par La Défense sera opérationnel à partir de 2024 (Figure 1).

Figure 1 : Carte du prolongement du RER E

Cette solution doit être capable d’assurer la contrainte de 28 trains par heure avec un intervalle de temps de 108 secondes entre deux trains. La SNCF va mettre en place le système NExTEO sur la section centrale Nanterre – Rosa Parks (Figure 2).

Figure 2 : Les sections du RER 2024

Le système NExTEO permet de contrôler 3 tâches :

  • le contrôle de la vitesse
  • la réalisation des phases d’accélération et de freinage
  • et une aide à la gestion des temps de stationnement de gare.

Les objectifs de la technologie NExTEO ont pour but :

  • l’amélioration de la fréquence, de la vitesse et de la régularité
  • l’optimisation d’énergie
  • et l’optimisation des infrastructures

Le système NExTEO passe d’un espacement de sécurité fixe entre deux trains (canton fixe) à un espacement mobile qui s’adapte en temps réel aux conditions de circulation et à la vitesse des trains (canton mobile). (Figure 3).

Figure 3 : La gestion des cantons

Au cœur de NExTEO, le nouveau système CBTC (Communication Based Train Control) établit une communication continue entre les trains et l’intelligence centrale chargée de gérer automatiquement le trafic. L’intelligence centrale actualise en temps réel tous les outils d’information des voyageurs. (Figure 4).

Figure 4 : Le système CBTC

ÉTUDE D’UNE PERFORMANCE DU PRODUIT

Figure I-1 : Diagramme des exigences partiel du system Nexteo

Problématique : La gestion du flux des trains permet-elle une restitution énergétique sur le réseau ? L’objectif est d’analyser le temps de trajet entre 2 gares avec l’effet marche sur erre et de valider la quantification énergétique pouvant être récupérée sur le réseau.

Question I-1

En vous aidant de la présentation du système et du diagramme des exigences de la figure I-1, analyser et justifier la mise en place du système Nexteo.

Nous allons nous intéresser ici au temps de trajet entre les stations Haussmann Saint-Lazare et Porte Maillot avec l’effet marche sur erre.

Figure I-2 : Section utilisant le système Nexteo

Le profil de vitesse d’un train est généralement découpé en phases dynamiques. Les quatre types de mouvements identifiés sont :

  • la croisière : sans dénivelé, phase mobilisant un effort de traction positif faible et une accélération nulle
  • la marche sur l’erre : sans dénivelé, phase mobilisant un effort de traction nul et une accélération négative
  • l’accélération : sans dénivelé, phase mobilisant un effort de traction positif et une accélération positive
  • le freinage : sans dénivelé, phase mobilisant un effort de traction négatif et une accélération négative

Question I-2

Repérer sur le document réponse DR1 QI-2 les différentes phases dynamiques repérées 1, 2, 3 et 4

  • Lorsque que le train atteint sa vitesse de croisière il est à 120 km.h-1
  • Le train a une accélération constante de a = 0,842 m.s-2
  • Le temps de trajet marche sur erre + freinage est estimé à environ 59 secondes
  • La distance parcourue pendant la phase de croisière est de 906 mètres

Question I-3

À partir du profil de vitesse donné dans le DR1 QI-2, déterminer le temps de trajet entre les deux gares et quantifier l’écart entre le temps estimé et le profil de vitesse du train.

Question I-4

Caractériser les grandeurs d’effort et flux en entrée et sortie du motoréducteur sur le document réponse DR1 QI-4

Question I-5

Dans le tableau du document réponse DR1 QI-5, pour :
La force de traction F, la vitesse du train V et la puissance consommée P

Indiquer si la grandeur est positive, négative ou nulle (+, -, 0) pour chacune des phases identifiées 1, 2, 3 et 4. Dans les cases de la dernière ligne du tableau, indiquer si la récupération d’énergie sur le réseau est possible ou non (Oui ou Non).

Nous souhaitons maintenant déterminer la quantité d’énergie potentiellement récupérable sur le réseau. Pour cela, nous nous aiderons des relations suivantes :

Force de Freinage :

\(F = m \cdot \gamma\) avec

F : force de freinage, exprimée en N
m : masse, exprimée en kg
\(\gamma\) : décélération, exprimée en m.s-2

Travail de la force de Freinage :

\(W = F \cdot D\) avec

F : force de freinage, exprimée en N
W : travail, exprimé en Joules
D : distance de freinage, exprimée en m

Informations complémentaires :

  • une décélération de \(\gamma = -0.842~m \cdot s^{-2}\)
  • une distance de freinage de D = 960m
  • la masse pesante du train à charge moyenne = 675 000 kg

Question I-6

En vous appuyant sur le DR1 et à partir des relations ci-dessus, quantifier l’énergie (en kWh) restituable sur le réseau pendant la phase de décélération.
Rappel : 1 joule = 1 W.s
Conclure quant à l’intérêt d’une telle gestion de flux de trains

DOCUMENTS REPONSES

DR1 QI-2 :  Profil de vitesse du train entre les gares porte maillot et Haussmann Saint-Lazare

DR1 QI-4 : Chaine de puissance motoréducteur + roue

DR1 QI-5 :