Économiser l’énergie : une approche systémique de l’efficacité
Économiser l’énergie : une approche systémique de l’efficacité
L'augmentation des coûts de l'énergie, les préoccupations climatiques et l'évolution des attentes des clients modifient la façon dont les trains sont conçus, l'efficacité énergétique passant du statut d'"atout" à celui de facteur décisif dans les projets ferroviaires du monde entier. Dans ce webstory, Samuel Hibon, directeur de l'expertise en efficacité énergétique chez Alstom, explique pourquoi une approche systémique est désormais essentielle et comment des choix technologiques et opérationnels concrets peuvent permettre de réaliser des économies d'énergie réelles et mesurables.
Samuel Hibon est directeur de l’expertise en efficacité énergétique. Basé à Paris, il travaille dans l’entreprise depuis dix-huit ans. Il apporte une solide expérience en développement de locomotives, en dimensionnement des systèmes de propulsion et en ingénierie des systèmes trains, avec un focus constant sur les performances et la consommation d’énergie.
Il a dirigé plusieurs programmes de R&D dédiés à l’efficacité énergétique. Avec son équipe, il a développé des méthodologies et des outils, dont EnergX, pour les calculs de performance des trains. Il supervise également le dimensionnement des trains à hydrogène et à batteries, ainsi que les stratégies associées de gestion énergétique. Dans son temps libre, Samuel pratique l’astrophotographie et s’intéresse aux technologies.
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Pourquoi l’efficacité énergétique est-elle aujourd’hui, plus encore qu’auparavant, un enjeu décisif pour les opérateurs ferroviaires dans le monde ?
Samuel : Il y a quinze ans, les critères liés à l’énergie n’étaient évoqués qu’occasionnellement. Le coût global d’un projet dépendait surtout du prix du matériel et de la maintenance. La situation a commencé à évoluer dans les pays nordiques vers 2009, lorsque les premiers appels d’offres ont intégré des coûts liés à l’énergie.
Après 2010, et plus nettement encore à partir de 2014, l’influence de ces coûts a fortement augmenté. Ce changement a été porté par l’accélération des effets du réchauffement climatique, puis par la hausse des prix de l’énergie liée aux tensions géopolitiques et à d’autres facteurs.
Aujourd’hui, cette tendance est généralisée. De l’Europe du Sud à l’Inde, jusqu’en Amérique du Nord, les critères énergétiques occupent désormais une place significative, même si leur poids varie selon les régions, dans l’évaluation des projets.
Comment l’approche d’Alstom aide-t-elle les clients à réduire leurs coûts énergétiques ?
Samuel : Au cœur de l’identité d’Alstom se trouve l’engagement de fournir la meilleure technologie, adaptée aux besoins de chaque client. Cela implique de trouver en permanence l’équilibre entre des solutions éprouvées, économiquement optimisées et intégrant des stratégies de maintenance maîtrisées, et des innovations plus récentes pouvant offrir de meilleurs rendements. Cette analyse s’appuie sur une approche complète du coût total de possession (TCO).
Pour soutenir cette démarche, notamment en phase d’appel d’offres, Alstom a développé une méthodologie interne et une suite d’outils dédiés. En combinant les données et exigences des clients avec les solutions de référence et les innovations technologiques d’Alstom, les équipes évaluent un large éventail de configurations grâce à des analyses énergétiques détaillées. Les économies d’énergie attendues pour chaque cas d’usage sont ensuite mises en regard du coût de la solution proposée.
Alstom accompagne également les clients dans la réduction de la consommation énergétique des flottes existantes grâce à des solutions de modernisation. Le catalogue de modernisation intelligente comprend des solutions permettant de surveiller et d’améliorer la performance énergétique des principaux sous-systèmes consommateurs d’énergie du train.
Le choix des composants du matériel roulant offre des leviers importants pour réduire les coûts énergétiques. La traction, par exemple, peut représenter jusqu’à 60 % des pertes d’énergie. Quelles technologies d’Alstom ont ici le plus d’impact ?
Lorsque l’on indique que la traction représente environ 60 % de la consommation totale d’énergie d’un train, il est essentiel de préciser ce que ce chiffre recouvre. Dans les faits, selon la famille de train, une part importante (environ la moitié pour un train régional) est liée à la résistance au roulement, tandis que l’autre moitié provient des limites de rendement du système de traction lui‑même.
Concrètement, la chaîne de traction fournit la puissance nécessaire pour accélérer le train (énergie cinétique), gravir une pente (énergie potentielle) et compenser les forces de résistance dues à l’aérodynamique et aux frottements mécaniques. La production de cette énergie mécanique nécessite une conversion d’énergie électrique, qui ne peut jamais être parfaitement efficace.
Un avantage majeur des énergies cinétique et potentielle est leur caractère récupérable. Lorsqu’un train ralentit ou descend une pente, une partie de cette énergie peut être reconvertie en électricité, bien qu’avec des pertes. Ces deux formes d’énergie sont également directement proportionnelles au poids du train. La résistance au mouvement, en revanche, est une perte pure et ne peut pas être régénérée.
La voie à suivre est claire : réduire le poids du train, améliorer les performances aérodynamiques et adopter des technologies de traction avancées, telles que les moteurs à aimants permanents, les topologies de convertisseurs à trois niveaux et l’électronique de puissance à base de carbure de silicium (SiC).
Comment l’amélioration de la performance opérationnelle, comme l’éco‑conduite, se traduit‑elle par de réelles économies d’énergie pour les clients ?
Samuel : Quel que soit le type de train, les conditions d’exploitation ont un impact majeur sur la consommation d’énergie, et le style de conduite en est l’un des facteurs les plus déterminants. Comme pour une voiture, une conduite plus agressive entraîne une consommation plus élevée, tandis qu’anticiper les arrêts, éviter les freinages inutiles ou limiter l’accélération en montée permet de réduire significativement la consommation.
Cette approche, appelée éco‑conduite, est un domaine dans lequel Alstom propose des solutions dédiées. L’entreprise a développé un algorithme interne aujourd’hui déployé sur plusieurs projets. Les essais menés ces dernières années ont montré des économies d’énergie comprises entre 5 % et 15 %, selon les conditions initiales et la flexibilité de l’horaire.
Quels gains énergétiques peuvent être liés à des facteurs tels que l’infrastructure ?
Samuel : L’infrastructure constitue un autre levier déterminant pour rendre un système ferroviaire plus économe en énergie. L’un des principaux défis est que les réseaux d’alimentation électrique sont souvent des installations héritées, façonnées par des décisions historiques. De nombreux choix ont été faits il y a plusieurs décennies, et les opérateurs doivent composer avec ces contraintes structurelles.
Un exemple est le réseau français de caténaire 1 500 volts courant continu, introduit bien avant 1955, où la récupération d’énergie de freinage est particulièrement difficile. En revanche, lorsqu’un client développe un système entièrement nouveau, il existe une réelle opportunité d’influencer la conception et d’améliorer l’efficacité globale.
Pour les nouveaux réseaux de métro en courant continu, Alstom a développé une sous-station spécialisée : Hesop™.
Déjà déployée dans plusieurs villes — des métros de Riyad, Londres, Dubaï, Hambourg, Toulouse, Athènes et Panama, au monorail de Santiago de los Caballeros, en passant par les trains de banlieue de Naples et les tramways de Sydney, Tel Aviv, Hanovre et Brunswick — cette solution a convaincu de nombreux gestionnaires de réseaux grâce à ses bénéfices économiques et environnementaux.
Hesop peut convertir l’énergie excédentaire issue du freinage des trains circulant sur une ligne en courant continu en électricité en courant alternatif, réinjectée ensuite dans le réseau national. Il suffit d’installer quelques sous‑stations Hesop en complément de sous‑stations classiques pour récupérer quasiment 100 % de l’énergie de freinage.
Pour une sous‑station standard, Alstom propose également une technologie qui atteint un rendement très élevé, supérieur à 99 %. Les pertes restantes proviennent de l’échauffement des câbles, dû aux propriétés physiques du cuivre. Et sur ce point, il est évidemment impossible de contourner les lois de la physique.
Quels projets illustrent le mieux la capacité d’Alstom à générer des économies d’énergie ?
Samuel : Les engagements d’Alstom en matière d’efficacité énergétique ressortent dans plusieurs projets clés :
- Avelia Horizon™ : réduction d’environ 20 % de la consommation par passager grâce à une architecture innovante, un design aérodynamique avancé et l’intégration de technologies de pointe.
- Coradia Stream H™ : trains hydrogène permettant une réduction de 54 % de la consommation énergétique par rapport aux trains diesel Minuetto.
- Pendolino – Avanti West Coast : remplacement de l’éclairage intérieur par des LED sur 574 véhicules. Résultat :
- 1 750 MWh économisés par an
- 350 000 € d’économie d’énergie annuelle
- Depuis 2014, Alstom a amélioré de 25,7 % l’efficacité énergétique globale de ses solutions de matériel roulant, grâce à une démarche continue de comparaison entre générations de trains et d’amélioration technologique.
L’objectif est clair : 30 % d’amélioration de l’efficacité énergétique d’ici 2030, rendu possible par un portefeuille technologique large et des investissements importants en R&D.
