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mai 2014

Neoval, le nouveau métro sur pneus

Les atouts des métros automatiques sur pneus

Depuis plus de trente ans, sous deux noms successifs (d’abord sous l’enseigne Matra Transport jusqu’en 2000, puis Siemens depuis), notre entreprise Siemens s’est fait une place de choix sur le marché des métros automatiques sur pneu.

Pourquoi un métro automatique ?

L’automatisme intégral a des répercussions profondes sur la conception même du système :

  • La sécurité, au sens technique du terme «safety», est inéga­lée : en effet, comme expliqué dans la norme IEC-62267, l’absence de personnel à bord oblige à repenser le fonc­tionnement du système dans tous ses détails. Au final, on obtient un système à la fois plus fiable et plus sûr que les systèmes comparables avec conducteurs.
  • À titre d’exemple emblématique, la protection des bords de quai par portes palières (figure 1) permet une sécurité tota­le de l’interface quai-voie, et remplace donc avantageuse­ment la supervision visuelle effectuée par le conducteur du train en entrée de station.
  • Ajoutons que la sécurité, au sens policier du terme «security», n’est nullement dégradée par l’absence de conducteur. En effet dans les systèmes classiques le conducteur cherche à s’isoler (voire se protéger) dans sa cabine, justement dans le but de se concentrer sur la conduite ... sans s’occuper des incivilités ou agressions pouvant survenir dans les compar­timents voyageurs.
  • Enfin l’absence de personnel à bord permet à toute heure, dans des conditions économiques acceptables, de fournir un service constitué de rames de petite capacité (typique­ment 150 à 200 personnes) qui se succèdent à intervalles courts (typiquement 1mn 30 à 2 mn au lieu de 4 mn à 6 mn) et qui peuvent être programmées ponctuellement avec facilité (sortie d’un match de foot ... après prolongation du match).

Au final, l’avantage de l’automatisme est tel que, non seule­ment les lignes de métro nouvelles sont conçues avec cette technologie, mais en outre on observe une tendance à l’automatisation intégrale de lignes de métro anciennes (exemples récents ou en cours : Paris ligne 1 (figure 2), Helsinki ligne 1).

Figure 1 : portes palières

 

Figure 2 : Paris L1 - Poste de commande Centralisé (PCC)

Pourquoi un métro sur pneus ?

Les avantages intrinsèques de la technologie «roulement pneu» par rapport à celle de la technologie «roulement fer», sont les suivants :

  • Le silence de fonctionnement.
  • L’absence de vibrations transmises aux infrastructures et aux riverains.
  • La performance d’accélération/freinage rendue possible par une adhérence élevée.
  • L’aptitude à négocier des pentes élevées (couramment 7%, exceptionnellement 12%).
  • L’aptitude à négocier des courbes de petit rayon (de l’ordre de 30 à 50 m).

Bien entendu la technologie «roulement pneu» a des incon­vénients traditionnellement mis en avant par les partisans du «roulement fer» :

  • La charge à l’essieu plus faible (de l’ordre de 11 à 13 tonnes par essieu).
  • La résistance au roulement plus élevée (en alignement).
  • Le comportement au feu.

L’expérience de Siemens montre que :

  • Les inconvénients du pneu ne sont pas aussi gênants que cela.
  • Le «pneu» en milieu urbain est plus accessible aux usagers, facilite le rapprochement des stations et autorise des tracés tourmentés.
  • Les technologies du «roulement sur pneu» se révèlent plus économiques que les technologies ferroviaires puisqu’elles utilisent largement celles de l’automobile (roues, transmis­sions, essieux, etc.) et du BTP (pistes béton réalisées par cof­frage glissant).

Les caractéristiques du marché des métros automatiques sur pneu

Segmentation du marché

Cliquez pour agrandir Figure 3 : VAL Rennes ligne A

Il y a deux marchés distincts du «pneu».

Le marché des transports urbains «mass transit», c’est-à-dire :

  • Un réseau de transport principal pour des villes moyennes de 300 000 à 1 000 000 habitants (exemples : métros de Lille, Toulouse, Turin, Rennes (figure3)).
  • Une ligne de rabattement vers un système de transport fer­roviaire lourd dans le cadre d’une conurbation de plusieurs millions d’habitants (exemples : ligne de Uijueongbu dans la banlieue de Seoul, lignes de rabattement sur la North-East Line à Singapour).

Le marché des navettes automatiques d’aéroport «Airport People Mover»

Siemens fournit alors la desserte interne entre les différentes aérogares, les parkings, la gare du transport ferroviaire lourd, et éventuellement des hôtels ou des centres de congrès (exemples typiques : Paris CDG (figure 4), Chicago O’Hare). Ces APM peuvent également sortir de l’aéroport pour rejoindre un réseau de transport lourd comme le fait l’Orlyval.

Cliquez pour agrandir Figure 4 : VAL Roissy CDG

Des appels d’offres sur critères de performance :

Siemens se pose en entreprise générale qui prend en charge le système complet, constitué de : la voie, l’alimentation élec­trique, le matériel roulant, les automatismes fixes et embar­qués, PCC et communications, les équipements de stations, les équipements d’atelier, etc. = «tout sauf le béton !».

Les appels d’offres sont notés sur les critères de performance du système, dont les principaux sont les suivants :

  • La capacité de transport exprimée en pphpd (passager par heure et par direction).
  • La fiabilité/disponibilité du système.
  • La conformité aux normes de sécurité.
  • Le coût de possession (coûts cumulés d’acquisition, d’ex-ploitation, et de maintenance).
  • Le confort à bord des véhicules, au sens large : aménage­ments pour passagers assis, pour passagers debout, pour handicapés, accessibilité aux stations, éclairage, accéléra­tions subies, confort climatique, bruit, etc.
  • La minimisation des nuisances (bruit, vibrations, EMC, etc.) vis-à-vis des riverains.
  • L’évolutivité, c’est-à-dire l’aptitude du système à évoluer dans le futur (augmentation de capacité, allongement de ligne, etc.).

Outre le système, l’appel d’offres peut englober le génie civil associé (viaducs, tunnels, gros œuvres des stations, bâti­ments de garage et d’atelier, etc .) : on parle alors de contrat super-clés-en-main «super-turn-key». Dans ce cas Siemens répond en partenariat avec une entreprise de génie-civil.

De plus, l’appel d’offres peut comprendre une prestation d’exploitation et de maintenance du système pour une durée conséquente (typiquement six ans). Dans ce cas, Siemens répond en partenariat avec une entreprise spécialisée dans l’exploitation des transports urbains.

La technologie «pneu» serait plutôt moins propriétaire que celle du ferroviaire ou du métro dont les gabarits sont fixés depuis longtemps

La conséquence naturelle de tels appels d’offre sur perfor­mance est la diversité technique des solutions proposées par les différents constructeurs de métro sur pneus, qui ont cha­cun développé un système de guidage spécifique (tandis que le guidage du roulement fer est réputé «universel»). À première vue, ceci pourrait constituer un inconvénient pour le client, puisque le choix qu’il effectue (lors de la pre­mière installation) pourrait le rendre dépendant du fournis­seur choisi (pour les extensions futures).

En réalité, cette problématique existe aussi pour les métros à roulement fer, puisque les choix structurants sont très nom­breux : outre le guidage, on peut citer :

  • le gabarit,
  • la tension et le type d’alimentation électrique : caténaire ou 3e rail, avec leurs sous-variantes,
  • la conception des stations : hauteur des quais, longueur des quais, largeur et position des portes palières,
  • la charge par essieu / par bogie / par voiture,
  • les dialogues sol4bord pour les automatismes, etc.

Cette dépendance aux choix techniques antérieurs est donc la règle et non pas l’exception (pensons par exemple au gabarit si particulier du «tube» londonien, défini il y a 150 ans ...).

Dans la pratique, malgré le poids des choix techniques anté­rieurs, on ne peut pas pour autant parler de «clients captifs» : on connaît des exemples de clients ayant réussi des exten­sions de réseau tout en sélectionnant un fournisseur diffé­rent du fournisseur d’origine.

Un marché mondialisé

Contrairement au marché ferroviaire traditionnel où l’on observe encore des comportements de préférence nationale, le marché des métros automatiques sur pneus est réellement mondialisé et ouvert, tant du point de vue des clients, que du point de vue des fournisseurs principaux qui sont les grands acteurs de l’industrie ferroviaire (Siemens, Bombardier, Alstom, Mitsubishi, pour citer les principaux).

Pour l’industriel, il importe donc que le produit soit conforme aux deux grands référentiels normatifs que sont le référentiel européen et le référentiel américain. L’un ou l’autre référen­tiel est généralement accepté, n’importe où dans le monde.

Le produit Neoval®

Objectifs :

Ayant vu les grandes caractéristiques du marché des métros automatiques sur pneus, venons-en au produit Neoval® de Siemens.

Ce produit s’inscrit dans la continuité du produit VAL®, com­mercialisé depuis 1983, et dont 900 voitures environ sont en service sur neuf sites et trois continents.

L’arrivée du produit Neoval® a pour objectifs majeurs de :

  • Compléter la gamme VAL en offrant des systèmes de plus grande capacité (trains jusqu’à six voitures, gabarit jusqu’à 2,80m de large) (figure 5).
  • Offrir une large palette d’options aux clients, ainsi qu’une évolutivité en cours de vie du système.
  • Réduire le prix de revient du système, en travaillant sur les trois principaux contributeurs de coût que sont: la voie, le matériel roulant, et les automatismes.
  • Couvrir le marché mondial en respectant les deux corpus de normes européen et américain.
  • Assurer sa présence sur les deux segments de marché : urbain «Cityval®» et aéroport «Airval®».

Cliquez pour agrandirFigure 5 : capacité de transport Neoval

La voie

Chaque voie (figure 6) est constituée pour l’essentiel :

  • D’une structure en béton réalisée par coffrage glissant «slip forming», procurant directement les deux pistes de roule­ment et un décaissement central.
  • D’un rail de guidage central et de deux rails de courant situés de part et d’autre, partageant les mêmes fixations à la structure béton.

L’ensemble est considérablement plus simple et plus rapide à réaliser qu’une voie ferrée traditionnelle.

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Figure 6 : construction de la voie Neoval par coffrage glissant

Le matériel roulant

Le module élémentaire est la voiture, constituée d’une caisse de 11,20m de longueur reposant sur deux essieux.

La figure 7 représente la voiture-prototype sur sa voie d’essai. On nomme véhicule un convoi permanent constitué de deux à six voitures.

Figure 7 : prototype Neoval sur voie d’essai

On nomme train un convoi de un ou deux véhicules couplés pour les besoins du service.

La conception modulaire permet d’offrir au client un vaste choix d’une centaine d’options ou variantes, dont les plus structurantes sont :

  • La longueur du véhicule : deux à six voitures.
  • La largeur : 2,65m ou 2,80m.
  • Le niveau de motorisation : 50% à 100% des essieux peu­vent être motorisés, selon le besoin de performance.
  • Le niveau d’équipement en chauffage/ventilation/ climati­sation (selon le climat).
  • L’intercirculation entre voitures du même véhicule,.
  • L’évacuation frontale en extrémité de véhicule.
  • Et bien entendu les choix de couleurs et les choix d’aménagement intérieur (sièges et barres de maintien).

La figure 8 représente la configuration choisie pour le métro de Rennes ligne B.

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Figure 8 : Doublet Neoval Rennes B

La charge par essieu est de l’ordre de sept à huit tonnes à vide (selon les options) et de 13 tonnes en charge maximale, ce qui rentre dans les standards de l’industrie routière. Le cœur du système de guidage est constitué de deux galets inclinés enserrant le rail de guidage central (figure 9).

Figure 9 : essieu et Guidage Neoval

Les automatismes

La plupart des systèmes aujourd’hui en service (y compris le VAL®) prévoient que la voie est découpée en cantons de lon­gueur typique 500 m, et que les automatismes fixes gèrent la circulation de façon à autoriser un seul train à la fois dans chaque canton. Ce système a fait ses preuves du point de vue de la sécurité anti-collision, mais il se révèle coûteux (en rai­son de la quantité de matériel à mettre en jeu sur la voie) et est difficilement modifiable.

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Figure 10 : CBTC – principe de fonctionnement

Tandis que Neoval® utilise la technologie des systèmes conversationnels CBTC «Communication Based Train Control» tels que décrits par la norme IEEE 1474-1, et com­mercialisés par ailleurs par Siemens sous le nom de Trainguard -MT -CBTC ® (figure 10).

Suivant cette technologie, chaque train communique en per­manence avec un poste central, dont il reçoit la position du train précédent. Chaque train connaît par lui-même sa propre position, sa propre vitesse, et il a en mémoire la car­tographie du réseau sur lequel il circule. Il gère donc de façon autonome une «bulle de sécurité» virtuelle qu’il propage devant lui à mesure de sa progression. Ce système fait un large usage de logiciels et protocoles de sécurité (ce qui explique son arrivée plus tardive sur notre marché), mais il présente des avantages déterminants du point de vue du coût de déploiement et de l’évolutivité.

Réalisation en cours à Rennes

La première ligne A du métro de Rennes a ouvert en 2003 avec le VAL®. Il s’agissait alors de la plus petite ville au monde équipée de métro. Le succès commercial s’est révélé tel que :

  • le nombre de trains en service sur la ligne a déjà été aug­menté de 50% : de 16 à 24 trains,
  • une seconde ligne B a été lancée, pour mise en service commercial en 2019 (plan figure 11).

Cliquez pour agrandirFigure 11 : plan du métro de Rennes, en service (ligne A) et en construction (ligne B)

Pour cette seconde ligne, la Communauté Urbaine Rennes Métropole a renouvelé sa confiance à Siemens et a opté pour le Cityval®. Le système est conçu pour une capacité initiale de 9000 pphpd à l’ouverture commerciale, et une capacité ultime de 15000 pphpd. Cette opération représente un investis­sement d’environ 500 M€, dont 178 M€ pour le système Siemens, et 320 M€ pour le génie civil attribué à Vinci. Les premiers trains sont attendus sur le site de Rennes en 2017. L’ouverture commerciale est prévue en 2019.

Conclusion

Après trente ans d’expérience avec le produit VAL® dans le domaine du métro automatique sur pneus, l’arrivée du pro­duit Neoval® va permettre à Siemens de conforter sa place de leader mondial.

Avec le produit Cityval®, outre le projet en cours Rennes-B, Siemens se positionne sur certaines lignes du projet «futur Grand Paris Express», ainsi que sur plusieurs projets à l’export au Maroc et en Chine.

Avec le produit Airval®, Siemens accompagne les projets de création ou d’extension des grands aéroports mondiaux, ce marché étant lui-même porté par la croissance du trafic aérien (particulièrement forte en Asie). ■

 

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