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Un métro d’avance pour le Skytrain de Vancouver

17 juin 2009
- -
Par : La Vie du Rail

Ce matin du lundi 9 mars, il neige à gros flocons sur Vancouver. Un événement météorologique exceptionnel pour la côte ouest du Canada, même si la ville avait pourtant vécu en pire, au mois de décembre dernier, de telles intempéries avec, pour la première fois, un blocage total de la circulation en ville… Au miniterminal des hydravions qui assure la liaison avec Victoria, siège du gouvernement de la Colombie Britannique, sur l’île de Vancouver, on nous annonce d’emblée que tous les vols de la matinée sont supprimés : pas de chance pour notre rendez-vous pris de longue date avec le ministre des Transports ! Ce matin, les hydravions ne sont d’ailleurs pas les seuls à être immobilisés par la tempête de neige. Dans les rues, trolleybus et autres véhicules routiers ont les pires difficultés à évoluer. Seul circule sans aucun problème le Skytrain, métro automatique léger de Bombardier dont le terminus le plus à l’ouest, Waterfront, est justement implanté à deux pas du bassin des hydravions, et assure (bel exemple d’intermodalité !) une correspondance immédiate avec l’héliport, les trains de banlieue composés de voitures à deux niveaux, ainsi que le ferry chargé d’assurer une liaison directe pour le quartier nord de Vancouver !
Construit au bord de l’eau comme son nom le laisse supposer, Waterfront est aussi le terminus « historique » du Skytrain, à partir duquel ouvrit, dès janvier 1986, la première ligne vers New Westminster. On accède aux quais de la station, construite en contrebas, en empruntant d’abord le magnifique hall de cette gare monumentale du Canadian Pacific (CP), construite en 1880, impeccablement restaurée, mais qui a visiblement perdu sa vocation ferroviaire d’antan…
Ce hall de la gare CP est aussi l’agréable passage obligé pour rejoindre le ferry. Deux catamarans de 400 places assurent actuellement, toutes les quinze minutes, la courte traversée, tandis qu’un troisième est un cours d’achèvement. Plutôt que de multiplier les ponts déjà saturés par le trafic routier et risquer ainsi d’augmenter encore le nombre d’automobiles en circulation, on privilégie donc aussi la voie maritime. Il n’est pas rare, le matin, de voir quantité de jeunes et de moins jeunes, skis sur l’épaule, descendre des rames du Skytrain, à Waterfront, pour remonter, dans la foulée, à bord du ferry à destination du nord de la ville, apparemment le seul… « skiferry » de la planète. Site sans équivalent au monde, Vancouver, port de mer, jouxte incroyablement la montagne. L’an prochain, la ville accueille les Jeux Olympiques d’hiver. Et le Skytrain doit constituer la pièce maîtresse dans le puzzle des transports collectifs appelés à servir l’événement…
Que le Skytrain puisse se jouer de la neige avec autant de facilité, qu’il ait pu continuer à rouler à Noël dernier alors que le mètre de neige tombé bloquait toute la région, n’a pourtant finalement rien de très étonnant ! C’est l’une des heureuses retombées du mode de propulsion unique qui le caractérise, à savoir le LIM (Linear Induction Motor), encore appelé « moteur linéaire ». Ce mode de propulsion révolutionnaire remplace complètement les moteurs électriques classiques, avec leurs réducteurs et leurs organes de transmission vers les roues. Pour visualiser très simplement ce qu’est un LIM, il suffit d’imaginer un instant qu’on a « déroulé » rotor et stator d’un moteur asynchrone habituel, l’un de ces organes se retrouvant dans la voie, et l’autre sous le véhicule. Ainsi, la voie ferrée du Skytrain, à écartement normal, se distingue simplement par la présence, dans son axe, d’une plaque métallique étroite, qui constitue le « rail réactif ». Les champs magnétiques qui s’exerçaient entre rotor et stator (le rotor communiquant le mouvement aux roues par l’intermédiaire de la transmission), s’exercent désormais directement entre l’organe fixé sous le véhicule et le rail inductif posé dans la voie. Du coup, le LIM s’affranchit totalement de l’adhérence roue-rail, à la différence des moteurs électriques et transmissions des matériels ferroviaires et autres métros classiques, qui doivent tout au contraire la mobiliser presque en permanence pour pouvoir faire passer le couple nécessaire à leur mise en vitesse ou à leur freinage. Les conditions d’adhérence perdent ainsi toute importance, un rail gras et humide, voire gelé, ou bien la présence de feuilles mortes sur la voie ne risquant plus d’engendrer patinages ou enrayages. A cet égard, le Skytrain, avec son LIM, devient plus performant encore qu’un métro sur pneumatiques, sans en avoir pour autant les inconvénients bien connus, tels la surconsommation énergétique (de 50 à 80 %) liée à l’augmentation substantielle des frottements (en raison du meilleur coefficient d’adhérence « pneu-piste ») ou encore les dégagements de chaleur toujours difficiles à évacuer en souterrain… Plus encore qu’un métro sur pneumatiques, le Skytrain autorise aussi un profil en long nettement plus sévère que celui d’une solution « roue-rail » classique. Avec la latitude de recourir à des déclivités élevées lors de la construction, le concepteur peut alors s’accommoder beaucoup plus facilement des accidents de terrain, des particularités géologiques, et établir aussi les stations à faible profondeur, comme c’est le cas à Waterfront, ce qui limite le nombre et la volée d’escaliers mécaniques au demeurant toujours très onéreux. Mais comme chaque médaille a son revers, d’aucuns pourraient valablement objecter que le moteur linéaire n’a jamais brillé par son rendement intrinsèque. Sauf qu’en réalité le bon rendement de son homologue classique de type asynchrone est obéré par celui du réducteur et de la transmission qui doivent nécessairement lui être accolés. Si bien qu’en considérant, cette fois, le rendement global de la motorisation, l’avantage revient indubitablement au LIM qui, de surcroît, a le bonheur de supprimer toutes les pièces tournantes, ce qui minore considérablement la maintenance et conduit à un bogie plus léger, affichant en conséquence un meilleur comportement dynamique. L’allégement du matériel, par rapport à une solution traditionnelle, avoisine les 10 %, d’où un facteur supplémentaire allant dans le sens d’une plus grande économie d’énergie…
Pour l’heure, nous embarquons donc, sous la neige, à Waterfront, dans l’une des 150 rames Mark One (MK I) du Skytrain. Disons-le d’emblée, le « design » de cette toute première génération de matériel, dont la présérie apparut dès juillet 1982, ne brille pas par l’esthétique de ses lignes extérieures. A l’évidence, le « fonctionnel » très nord-américain a dû primer dans le dessin des caisses. Les 60 rames Mark Two (MK II) à faces galbées, dont la première fut livrée en octobre 2000, ont assurément plus belle allure… Les unes comme les autres se présentent sous la forme d’éléments indéformables à deux caisses reposant chacune sur deux bogies, bien sûr dépourvus de cabine de conduite mais équipés de pupitres auxiliaires, et couplables en unité multiple. Ces éléments sont alimentés en courant continu 650 V par deux rails de traction à surface de contact horizontale, superposés d’un même côté de la voie. De la sorte, il n’y a aucun retour de courant dans les rails de roulement qui, pour annihiler toute discontinuité dans le comportement des bogies, sont posés avec une technologie voisine de nos LRS (Longs Rails Soudés). Au centre de la voie, le rail réactif, lui, est simplement constitué d’une âme en acier recouverte d’aluminium. Il est totalement « passif » en ce sens qu’il n’a nullement à être alimenté. En revanche, les moteurs linéaires embarqués, au nombre de deux par caisses, bien évidemment le sont. Sous chaque caisse, un onduleur statique alimente donc les deux moteurs correspondants.
Pour un fonctionnement optimal du LIM, l’« entrefer », autrement dit la distance qui sépare le moteur linéaire embarqué du rail réactif dans la voie a été calculée à 11 mm, avec une tolérance de plus ou moins deux millimètres. Le bogie, qui porte le moteur linéaire, sert de référence pour garantir la valeur de l’entrefer. C’est pourquoi la souplesse de suspension des véhicules doit se concentrer impérativement à l’étage secondaire, entre bogie et caisse, et non à l’étage primaire, entre châssis de bogie et essieux, où l’on induirait alors une trop grande variabilité de cet entrefer. Aux extrémités des rames, un chasse-corps avec bavette en caoutchouc est réglé pour affleurer le rail réactif. Si, en certains endroits de la voie, ce dernier venait par inadvertance à être trop haut, le caoutchouc marquerait alors sa surface, indiquant de la sorte aux agents de maintenance où le réglage doit être repris…
Au départ de Waterfront, l’« Expo Line », première ligne ouverte à l’occasion de la manifestation mondiale « Expo 86 », s’enfonce paradoxalement en souterrain, la dénomination même de « Skytrain » (« Train du ciel ») faisant au contraire référence à sa circulation en viaduc, qui est l’une des caractéristiques originelles du système. Il s’agit, en réalité, d’un ancien tunnel du Canadian Pacific à voie unique, jadis dédié au fret ferroviaire et aujourd’hui centenaire, dont le gabarit généreux a permis de couler une dalle à mi-hauteur. La partie supérieure, voûtée, est désormais utilisée pour l’un des sens de circulation du Skytrain, et la partie inférieure, de section parallélépipédique, pour l’autre ! Deuxième station rencontrée dans le tunnel, Granville, au demeurant peu fréquentée à cette heure de la matinée, nous offre l’opportunité d’un petit test impromptu sur le terrain : une pièce de monnaie posée au sol, en bordure de quai, au droit du bord de vantail de la porte du véhicule duquel nous venons de descendre, va nous servir de repère pour juger de la précision des arrêts en observant les rames qui vont suivre. On le sait, le roulement « fer » n’est généralement pas le plus approprié pour un métro automatique, car il génère facilement quelques glissements dus aux faibles frottements de la roue sur le rail. Avec des stations équipées de portes palières, cet inconvénient devient prépondérant, puisqu’alors les ouvertures des véhicules pourraient se retrouver en décalage par rapport à celles des quais. C’est pourquoi la solution du roulement sur pneu est souvent préférée. A Vancouver, le choix a été fait d’un système ouvert, avec détection d’obstacles, sans porte palière. Mais on aurait, semble-t-il, pu opter pour le contraire. La précision répétitive sur les arrêts de plusieurs rames successives, constatée ce matin-là à la station Granville, permet en tout cas de le penser. Le LIM en est, bien sûr, à l’origine, dans la mesure où il offre un mode de freinage électrique complètement indépendant de l’adhérence. Ce mode fait appel à la récupération, ou bien au rhéostatique si le réseau, à cet instant, n’est pas suffisamment « récupérant », les résistances étant positionnées dans les sous-stations d’alimentation. Des recherches sont d’ailleurs en cours pour utiliser la chaleur dissipée, voire remplacer les résistances par des super-capacités en vue de stocker l’énergie et la renvoyer ensuite sur le réseau…
Une fois franchi l’ancien tunnel du Canadian Pacific, la ligne revient bien vite à l’air libre dès la station Stadium, offrant des échappées de vue superbes sur la ville et les montagnes environnantes grâce à sa situation dominante en viaduc. Lors d’un premier voyage à bord du Skytrain, le plus surprenant est sans nul doute la perception visuelle du tracé en plan et du profil en long, tels qu’ils apparaissent à travers la vitre frontale du véhicule de tête, surtout lorsqu’on la corrobore avec le ressenti, certes toujours un peu subjectif, du comportement dynamique. L’un des fondamentaux adoptés lors de la conception du matériel roulant semble bien avoir été le choix d’un bogie très léger, en aluminium, avec essieux radiants. Les essieux admettraient un degré de liberté en rotation légèrement supérieur à 3 degrés, ce qui est assez considérable. Quant à la masse propre du bogie, elle représente seulement le tiers de celle d’un bogie de type « métro lourd ». Peut-être peut-on voir dans cet allégement drastique, en principe favorable au comportement dynamique, la nécessité de devoir réduire les masses non suspendues, l’étage secondaire étant, comme précisé plus haut, le seul exploitable. De toute manière, la légèreté relative du moteur linéaire, par opposition au moteur rotatif accompagné de son réducteur et de sa transmission, joue également dans le bon sens…
Il est clair que les essieux radiants facilitent grandement l’inscription en courbes de faible rayon. Les boudins de roues ne viennent plus en contact avec les faces intérieures des champignons de rails, ce qui diminue les usures et supprime aussi totalement les crissements. Intéressant pour les riverains de la ligne ! Le Skytrain négocie des courbes de 70 m de rayon, voire de 35 m en atelier. Avec de tels paramètres dans l’établissement du tracé en plan, la ligne peut aisément serpenter au travers du tissu urbain, contournant aisément les obstacles…
A la station de correspondance Broadway, nous quittons l’Expo Line pour emprunter la « Millenium Line », qui est la deuxième ligne du réseau. Cette ligne plus récente, à la différence de la première, dispose de stations qui, toutes, ont fait l’objet d’un traitement architectural individualisé. Par contre, les deux séries de matériel sont indifféremment utilisées sur l’une ou l’autre des deux lignes en exploitation… Le passage sur le fameux pont suspendu, icône emblématique du Skytrain de Vancouver, pourrait à lui seul résumer l’étonnante déclinaison « infrastructure » du concept. Le tablier du pont paraît extrêmement léger, mais il est vrai que la charge à l’essieu du matériel roulant n’excède pas les 5,5 tonnes ! Son accès met en œuvre une courbe de 70 m de rayon (sans laquelle, compte tenu de la topographie locale, un tracé plus long, en courbes et contre-courbes, aurait été nécessaire), ainsi qu’une rampe de 62,5 ‰, la plus importante du réseau. Avec des déclivités de 60 ‰, le profil en long du Skytrain peut souvent être assimilé à un vrai profil « en montagnes russes ». Combiné à un tracé en plan aux rayons de courbure descendant parfois à 70 m, il confère au Skytrain une « flexibilité d’insertion » difficilement égalable, qu’il soit établi en souterrain, au sol, ou bien en viaduc…

Philippe HÉRISSÉ

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