Catégorie : Matériel

Fort d’une longue expérience, le constructeur des Class 66 et 77 continue à faire évoluer sa gamme de locomotives SD 70, définie en fonction du très exigeant marché nord-américain, et à exporter de par le monde des engins diesels-électriques efficaces.

Le transport des marchandises aux États-Unis d’Amérique reste, en grande partie (40 % de tonnes/mile [1 mile = 1,60934 km]), l’affaire du chemin de fer. L’activité mobilise un réseau de plus 225 308 km et représente annuellement un volume financier de quelque 60 milliards de dollars (soit environ 53,4 milliards d’euros) ! Ces performances peuvent être appréhendées en fonction de plusieurs facteurs. Aux dimensions continentales du pays et à son organisation économique s’ajoutent les impératifs de performances fixés par des compagnies ferroviaires dont le rang et la signification diffèrent sensiblement (1) mais qui se doivent d’assurer leur survie et leur développement. L’image des trains immensément longs, bénéficiant le cas échéant d’un double gerbage, souligne l’importance des engins de traction, de leurs caractéristiques et du rôle stratégique joué par les deux fournisseurs de locomotives marchandises que demeurent Général Electric (GE) et Progress Rail, l’ex-EMD. Que ce soit à l’est (CSX, NS) ou à l’ouest du Mississipi (BNSF, UP), au nord (CP, CN) ou au sud des Grand Lacs (CN, KCS) (2), voire jusqu’au Mexique (KCSM) (3), les compagnies de Classe I et de rangs inférieurs, ne font plus tant la course à la puissance installée. Mais elles veulent toujours des capacités de traction conséquentes. Si elles sont traditionnellement à la recherche d’une disponibilité et d’une fiabilité maximale, elles s’intéressent aussi de plus en plus à l’efficience énergétique de leurs engins diesels-électriques tout en composant, d’une manière ou d’une autre, avec des exigences environnementales sans cesse relevées. L’histoire de la famille des SD 70 (plus de 5 700 unités vendues en Amérique mais aussi de par le monde) résume à elle seule l’évolution des contextes, marqués par une forte tendance à la concentration, ferroviaire et industrielle, américains. En effet, à leur apparition en 1992, les SD 70 constituent une réponse à la toute nouvelle et menaçante C 99-44 W de GE qui dépasse depuis 1987, en termes de ventes, EMD. Elles sont aussi les héritières d’un riche savoir-faire dont les origines remontent à l’entre-deux-guerres, avec le rachat par GM d’Electro Motive Corporation en 1930 (la future Electro Motive Division) et la production d’abord de rames aérodynamiques dès 1934. Le passage aux locomotives voyageurs (modèles EA, CoCo) et fret (FT, BoBo) intervient en 1937 et en 1939 – cette évolution amorcera la fin de la traction à vapeur aux USA – tandis que l’apparition après guerre de l’engin mixte ligne/manœuvre BL 2, constituera la base des BoBo « universelles » à venir. Produites jusqu’en 1954, les GP 7 et GP 9 connurent un succès certain, avec 2 600 et 6 000 unités vendues. Les générations suivantes, les SD 7, 9, 18 et 24 (ligne/manœuvre) ouvrent la voie aux SD 40 et SD 40-2. Ces deux modèles expriment alors la domination d’EMD, avec plus de 5 200 unités produites jusqu’en 1986, et consacrent aussi la configuration encore prévalente à ce jour de la locomotive de fret américaine. Il s’agit d’une diesel-électrique, avec une seule cabine (« Hood-Unit » c’est-à-dire en extrémité, posée sur le châssis) (4) et un compartiment moteur étroit, généralement dotée de six essieux motorisés à quelques exceptions près (5). Cependant, EMD connaît de gros revers avec les générations suivantes, la SD 45 et plus encore la SD 50 qui pâtit en 1980 de nombreuses imperfections et qui lui causera un grand tort commercial, ce alors que GE poursuit ses efforts pour rattraper et dépasser son concurrent. Malgré la reprise des défauts par de nouvelles versions de la SD 50, il faut à la division ferroviaire de GM relever la barre. C’est en partie chose faite avec la SD 60 dont 1 000 unités seront produites et dont quatre exemplaires serviront à expérimenter la traction asynchrone ardemment promue par EMD. Les deux premiers de ces quatre prototypes seront les derniers engins assemblés sur le site de La Grange (Illinois), au moment du transfert de la production des locomotives à London (Ontario).
Les espoirs placés dans la SD 70 au début des années 90 sont très grands. S’il faut renouer avec la réputation de robustesse, de fiabilité et de facilité d’usage qui caractérisait notamment les SD 40, il importe aussi pour EMD d’apporter des évolutions technologiques en phase avec les attentes d’alors. EMD parviendra ainsi à convaincre de nombreux prospects, grâce aux bogies à essieux radiants HTCR dont le développement lui a coûté fort cher et dont il existe plusieurs générations, montés d’office de 1992 à 2002 sur les SD 70 ou de manière optionnelle, en lieu et place des bogies HTSC standard au-delà. Les bogies HTCR optimisent l’interaction roue-rail et permettent d’intéressantes économies en termes de maintenance aux niveaux des véhicules et de l’infrastructure.

Dans le cadre de l’élimination de la traction thermique sur les lignes non électrifiées, des constructeurs ont développé des trains à pile à hydrogène, dont deux exemplaires circulent déjà en service commercial en Allemagne et d’autres en essai au Royaume-Uni. D’autres pays envisagent également de recourir aux trains à hydrogène, qui sont en concurrence avec les trains hybrides électriques-batteries.

Un peu d’électrochimie

Le principe de la pile à combustible a été découvert il y a plus de 150 ans. Il répond à la réaction chimique hydrogène + oxygène > eau + électricité + chaleur (2 H2 + O2 > 2 H2O). Dans la pile, au niveau de l’anode la molécule d’hydrogène est oxydée en produisant des électrons (e–) qui créent un courant électrique. La réaction est 2 H2 > 4 H++ 4 e–. À la cathode, la molécule d’oxygène subit une réduction en présence des électrons libérés par la réduction de l’hydrogène selon la réaction O2 + 4 e– > 2 O²–. Au niveau de la cathode les protons H+ se recombinent avec les anions oxydes O²– pour produire de l’eau (H2O) selon la réaction 4 H+ + 2 O²– > 2 H2O. L’électrolyte employé (potasse, membrane polymère, acide phosphorique, carbonates de métaux alcalins ou céramique) détermine les possibilités d’utilisation des piles à combustible avec des températures de fonctionnement variant de 60 ˚C à 900 ˚C. Plusieurs types de piles ont été développés : les piles alcalines (AFC), les piles à membranes échangeuses de protons (PEMFC), les piles à acide phosphorique (PAFC), les piles à carbonates fondus (MCFC) et les piles à oxydes solides (SOFC). Les rendements varient de 50 % pour les deux premières à 80 % pour les MCFC. Au début des années 90, les constructeurs automobiles ont commencé à s’intéresser à la technologie hydrogène, qui est une des solutions, ne rejetant que de la vapeur d’eau, pour diminuer dans les transports les émissions de gaz à effet de serre.
Le dihydrogène (H2) peut être produit industriellement de deux manières, soit par vaporeformage d’hydrocarbures, très souvent du méthane, représentant 49 % de la production mondiale de dihydrogène, ou par électrolyse de l’eau avec un rendement d’environ 40 %. Pour réellement réduire l’émission de rejets carbonés et produire un « hydrogène vert », il faut que le dihydrogène soit fabriqué par électrolyse alimentée par de l’électricité d’origine renouvelable : éolienne, hydroélectrique ou photovoltaïque, ou d’origine nucléaire. D’autres procédés existent mais sont au stade expérimental.

Les trains à hydrogène

Dès 2002 une locomotive avait été équipée d’une pile à hydrogène de 17 kW pour le groupe minier Placer Dome au Québec. Plusieurs projets de trains à hydrogène, dénommés aussi hydrail, ont été développés dans un certain nombre de pays, en 2006 au Japon par la compagnie JR East, en 2007 à Taïwan, en 2009 par la compagnie américaine BNSF, en 2010 en Indonésie. En Europe, le premier prototype de train à hydrogène a été développé pour trouver une alternative à la traction diesel en 2010 par la compagnie Feve, qui exploitait alors des trains à voie métrique en Espagne, et qui a été repris le 1er janvier 2013 par la Renfe. Le Feve avait lancé en 2011, en partenariat avec l’université de Leon, le projet « Roblasolar » d’un train à énergie solaire, mais abandonné à l’automne 2011.