Numérisation des trains à vapeur, modélisation thermique des voies gelées : les vieux routiers du rail britannique apprennent de nouvelles ficelles

Des locomotives à vapeur équipées de la signalisation numérique ETCS à la modélisation thermique des points de voie gelés, Network Rail montre comment même les éléments les plus traditionnels des chemins de fer britanniques peuvent adopter de nouvelles astuces à l’ère du numérique. Et cela devrait s’avérer très rentable…

Si vous n’avez pas prêté attention à ce qui se passe, sachez que Network Rail, au Royaume-Uni, est en train d’adopter la transformation numérique. C’est le cas de son nouveau projet de lancement d’une armée de drones longue distance pour la surveillance des voies ferrées, mais aussi des efforts considérables déployés pour que les technologies de nouvelle génération soient utilisées dans le cadre de ses derniers contrats de 1,1 milliard de livres (1,28 milliard d’euros) pour quelque 70 machines automotrices de maintenance des voies ferrées. À lui seul, le premier projet signifie que les agents de maintenance pourraient être en mesure d’arriver sur les sites de défaillances potentielles au fin fond de la Grande-Bretagne rurale sans être obligés de parcourir des kilomètres à pied le long de la voie ferrée pour les trouver.

En fait, le gestionnaire des chemins de fer britanniques aborde des tâches anciennes dans le berceau du chemin de fer moderne avec une nouvelle ardeur numérique – même celles qui renvoient à certaines des premières technologies utilisées le long des voies : entrez dans le concept d’équiper les locomotives à vapeur avec… une signalisation numérique ?

Premier train à vapeur équipé de l’ETCS

En première mondiale pour l’industrie ferroviaire, le Royaume-Uni a commencé à tester à grande vitesse une locomotive à vapeur équipée d’une technologie de signalisation numérique moderne. La locomotive Tornado, construite en 2008 comme une réplique fidèle d’une locomotive à vapeur classique de grande ligne, est le premier train du patrimoine à être équipé du système européen de contrôle des trains (ETCS). Elle est à la tête d’un projet unique dans le cadre du programme numérique de la côte Est (ECDP) de Network Rail, qui introduit la signalisation numérique sur la ligne principale de la côte Est et au-delà.

Selon Network Rail, il n’a pas été facile de doter une locomotive à vapeur de la technologie du 21e siècle. L’ETCS, qui est normalement installé sur les trains électriques et diesel les plus récents, nécessite une alimentation électrique constante et fiable ainsi qu’une intégration précise avec les systèmes de freinage et de contrôle. Pour que le système fonctionne sur Tornado, l’équipe – qui comprend Hitachi Rail, AtkinsRéalis, Network Rail et le A1 Steam Locomotive Trust – a dû mettre à niveau l’ensemble de l’installation électrique de la locomotive. Il a fallu ajouter un deuxième générateur à vapeur, un nouvel alternateur entraîné par les roues et un troisième banc de batteries pour supporter l’équipement ETCS. Tout cela s’est fait sans modifier l’aspect ou la convivialité de la locomotive à vapeur d’origine.

En outre, il a fallu trouver le moyen d’installer des composants électroniques sensibles dans un environnement difficile, bruyant, sale, chaud et exposé aux intempéries, sans parler des vibrations. Le moteur et son tender – le camion de ravitaillement du moteur – ont dû être adaptés pour abriter et protéger les nouveaux systèmes. Le résultat est une installation de signalisation numérique fonctionnelle, qui fait actuellement l’objet d’essais en conditions réelles.

Une mise à niveau très britannique à toute vapeur

Les essais ont lieu sur la ligne Cambrian au Pays de Galles – la première ligne d’essai ETCS du Royaume-Uni -, les opérations étant assurées par West Coast Railway et l’assistance technique par Govia Thameslink Railway (GTR), qui a déjà déployé l’ETCS sur les lignes de banlieue londoniennes. Les résultats de cette phase permettront de déterminer si et comment la signalisation numérique peut être déployée à plus grande échelle sur les trains patrimoniaux et les trains charter, avec une locomotive diesel classique, Royal Scots Grey, qui devrait suivre dans le courant de l’année.

Alors que la mise à niveau numérique de Tornado pourrait simplement être considérée comme un exercice unique et très britannique consistant à installer des équipements modernes dans un véhicule datant de l’époque glorieuse du pays, elle fournit des données concrètes et des enseignements techniques qui aideront Network Rail et ses partenaires à déterminer comment faire entrer toutes sortes de trains plus anciens dans l’avenir numérique.

En République tchèque, les autorités ferroviaires ont dû se battre pour maintenir leurs trains historiques sur les rails pendant la mise à niveau de l’ETCS. À l’heure actuelle, le patrimoine ferroviaire rapporte plus de 600 millions de livres (699 millions d’euros) par an à l’économie britannique. Par conséquent, s’assurer que ce matériel roulant puisse continuer à faire partie du réseau de grandes lignes dans les années à venir est une décision économique. Essentiellement, apprendre de nouveaux tours aux vieux chiens des chemins de fer britanniques peut être considéré comme une nécessité financière. Et la numérisation de l’ancienne technologie ne s’arrête pas là.

Modélisation thermique pour le chauffage des aiguillages

Cela fait un moment que le Royaume-Uni n’utilise plus de feux de charbon pour dégeler les rails. Cependant, une nouvelle initiative de modélisation thermique de Network Rail et de la Central Rail Systems Alliance (CRSA) offre des avantages majeurs en termes de coûts, de carbone et de sécurité en repensant numériquement l’un des plus anciens défis hivernaux du rail : le chauffage des aiguillages.

Traditionnellement réglés pour fonctionner à 200 watts par mètre, ces systèmes empêchent la neige et la glace de bloquer les jonctions critiques par temps froid. Cependant, l’extension de leur utilisation dans le cadre des travaux de rénovation des voies a révélé un nouveau problème : sur une vingtaine de sites, la demande d’énergie supplémentaire dépasserait ce que l’alimentation électrique locale peut supporter, ce qui entraînerait des mises à niveau coûteuses de l’infrastructure et risquerait de retarder les travaux de rénovation plus vastes.

Pour résoudre ce problème, la CRSA a demandé à AtkinsRéalis de réaliser un exercice de modélisation thermique approfondi. Les résultats ont montré que la réduction de la puissance de chauffage standard à 150 watts par mètre sur certains sites permettrait de garantir un fonctionnement sûr et fiable dans des conditions hivernales. Cette recommandation a permis de réaliser d’importants gains d’efficacité : Network Rail a ainsi pu éviter plus de 3,6 millions de livres (4,2 millions d’euros) de travaux d’amélioration de l’alimentation électrique.

Vieux chiens, nouveaux trucs

Ce changement a été adopté comme politique nationale. Les premiers déploiements dans les régions du Nord et de l’Est du Royaume-Uni ont déjà éliminé le besoin de nouvelles infrastructures électriques sur des sites tels que Northallerton et Black Carr, où la demande d’énergie a été ramenée dans les limites de la capacité existante. Avec des économies moyennes estimées à 190 000 livres (220 000 euros) par site, des réductions de carbone et des risques moindres pour la sécurité des travailleurs, les avantages de cette approche plus intelligente et plus ciblée devraient se faire sentir sur l’ensemble du réseau.

Ce changement met également en évidence la façon dont les outils numériques permettent à Network Rail de s’éloigner de l’ingénierie à taille unique. La raison pour laquelle la puissance totale de 200 W/m reste la norme est qu’elle offre une plus grande marge de sécurité, en particulier sur les actifs de route de criticité 1, c’est-à-dire les parties les plus vitales du réseau, comme les principaux carrefours et les corridors à forte circulation. Cependant, la modélisation thermique et le suivi numérique des performances ont permis aux ingénieurs de prendre des décisions plus intelligentes et spécifiques à chaque site, en utilisant la puissance totale de 200 W/m lorsque cela est nécessaire, et en réduisant la puissance à 150 W/m uniquement lorsque les limites locales d’énergie l’exigent.

Le réglage réduit n’est pas une baisse générale, mais un ajustement calculé rendu possible par l’analyse numérique des données – on est loin des incendies en bord de piste. Essentiellement, dans un système fondé sur le charbon, le fer et la vapeur, c’est l’essor des données et de la pensée numérique qui permet aux chemins de fer britanniques de rester en phase avec l’avenir, sans perdre de vue leur passé.

Pour en savoir plus :

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