L’efficacité énergétique des trains ou Trenergy

Un nouveau projet pour l’amélioration du rendement énergétique des trains

Le projet Trenergy – pour Train + energy – a été sélectionné dans le cadre d’un appel à projet de l’Agence nationale de la recherche s’inscrivant dans son programme « transports durables et mobilité ». Débuté le 19 mars 2013, il doit durer trois ans. Il est question d’un partenariat multidimensionnel noué entre Alstom, la PME Enogia et le laboratoire de dynamique des fluides DynFluid de l’Ecole des Arts et Métiers.

Plus de la moitié du réseau ferroviaire européen n’est pas électrifié, en particulier de nombreuses lignes régionales. Trenergy vise à récupérer la chaleur des gaz d’échappement des moteurs des trains Diesel-électrique par cycle organique de Rankine interposé, accroissant ainsi leur rendement énergétique. Ce projet devrait permettre à Alstom de commercialiser des trains Diesel-électriques avec une efficacité énergétique supérieure grâce à ce dispositif.

Un projet qui s’inscrit dans la dynamique de la transition énergétique

Ce projet vise à améliorer les rendements des trains en termes d’efficacité électrique. Outre l’amélioration du réseau pour amoindrir les frottements, des recherches sont menées et de premiers résultats sont exploités pour permettre la récupération d’une partie de l’énergie cinétique du train lors de chaque freinage par exemple. A cette fin, Alstom conçoit des TGV depuis 2007 qui consomment 10% d’électricité en moins grâce à la reconversion partielle de la chaleur dispersée par les coups de frein en électricité. D’autres solutions relatives au freinage « offrent des économies pouvant atteindre 30% ». Il peut encore être fait mention du train à grande vitesse ZEFIRO du concurrent d’Alstom Bombardier qui permet « des gains d’efficacité allant jusqu’à 50% » (source).

Le cycle organique de Rankine : une technologie au cœur du projet Trenergy

Techniquement, le principe de Rankine est comparable à celui d’une centrale thermique : de l’eau vaporisée par une source de chaleur entraînant une turbine pour générer de l’électricité. Dans le cycle organique de Rankine, l’eau y est remplacée par un fluide organique, c’est-à-dire à base de carbone. Cette substitution de fluide de travail recèle plusieurs avantages : un fluide organique permet la production d’électricité à partir de sources de chaleur de faible température (dès 80°C), la détente du fluide est plus forte, c’est-à-dire que son évolution dans la turbine est plus rapide, la plus haute masse volumique du fluide organique rend possible de meilleures performances – même pour de petites puissances – et il sèche plus vite, ne générant ainsi pas de condensation et limitant les risques d’usure. « Jusqu’à aujourd’hui, les systèmes Rankine sont utilisés principalement pour des équipements stationnaires (centrales électriques, récupération de chaleur pour chaudières, fours…) ou pour des navires. Plusieurs verrous scientifiques et techniques doivent encore être levés avant que les systèmes Rankine puissent être considérés comme des dispositifs rentables pour accroître l’efficacité énergétique » évalue FP Energies Nouvelles, organisme public de recherche, d’innovation et de formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement et coordinateur du projet. Précisément, la start-up Enogia a mis au point un concept de micro-turbine qui parait prometteur.

efficacité énergétique, transition énergétique

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Plusieurs axes de recherche pour un futur prometteur

Le projet Trenergy s’oriente autour de trois axes de recherche principaux :

  • le déploiement d’une meilleure approche d’un système de cycle organique de Rankine pour des performances optimales ;
  • la conception d’une nouvelle turbine à haute efficacité afin d’améliorer le ratio performance / coût ;
  • le test d’un fluide de travail plus respectueux de l’environnement que ceux qui existent actuellement (notamment que le pentafluoropropane, susceptible même d’être prohibé dans les années qui viennent).

L’objectif est donc clairement d’atteindre une efficacité optimale à tout point de vue.

Pour en savoir plus :

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