Freinage régénératif des trains : quand l’énergie est-elle récupérée ?
Que devient l’électricité produite lorsqu’un train freine, et pourquoi sa récupération dépend du réseau, des autres trains et des équipements installés.
L’essentiel
Au freinage, les moteurs de traction peuvent produire de l’électricité au lieu d’en consommer. Cette énergie peut alimenter d’autres trains, être renvoyée vers le réseau ou stockée si l’installation le permet ; le surplus peut être dissipé dans des résistances.
Que signifie récupérer de l’énergie au freinage ?
Le freinage régénératif permet aux moteurs électriques de traction de changer de fonction pendant la décélération : au lieu de consommer de l’électricité pour faire avancer le train, ils peuvent en produire lorsque celui-ci ralentit. L’énergie produite peut être utilisée dans le système ferroviaire, mais elle n’est pas automatiquement réutilisée dans tous les cas.
Il faut distinguer deux choses. D’une part, le train produit de l’électricité en freinant ; d’autre part, l’installation doit pouvoir la recevoir et une demande doit pouvoir l’utiliser. Si ces conditions ne sont pas réunies, le surplus peut être dissipé dans les résistances du train. Il n’existe donc pas de valeur universelle pour l’énergie récupérée ni pour les économies réalisables sur toutes les lignes.
Références de cette section: Adif: subestaciones reversibles y recuperación de energía de frenado ↗ · Treatment of regenerative braking for metered operators on the DC network ↗
- Produire de l’électricité au freinage ne garantit pas qu’elle sera entièrement utilisée.
- Sa destination dépend du système d’alimentation et de la demande disponible.
- L’énergie qui n’est pas récupérée peut être transformée en chaleur dans des résistances.
Du moteur de traction au système électrique
L’électricité produite doit pouvoir emprunter un chemin compatible avec l’installation. Sur une ligne électrifiée, elle peut être transmise au système d’alimentation et mise à la disposition d’autres consommateurs. Toutefois, les caractéristiques et la configuration du réseau, ainsi que les conditions du moment, déterminent si cette énergie peut quitter le train et être acceptée.
Références de cette section: Treatment of regenerative braking for metered operators on the DC network ↗
Où peut aller l’électricité récupérée ?
L’électricité peut alimenter un autre train qui accélère ou circule dans la même zone électrique. Pour le réseau classique à courant continu, Adif explique que l’énergie régénérée peut être utilisée par d’autres trains de la même section électrique. Sur un réseau à troisième rail décrit par Network Rail, cette utilisation dépend également de la présence d’un autre train à proximité qui consomme de l’électricité.
Une autre possibilité consiste à renvoyer le surplus vers le réseau électrique général. Pour cela, l’infrastructure doit permettre à l’énergie de circuler dans ce sens. Adif décrit l’installation d’onduleurs dans les sous-stations comme un moyen de rendre réversible l’alimentation de traction et de renvoyer vers le réseau à haute tension une énergie qui, autrement, ne serait pas utilisée dans la section.
Adif distingue également ce cas des lignes à grande vitesse alimentées en courant alternatif, où le renvoi de l’énergie de freinage vers le réseau d’alimentation se produit, selon sa description, naturellement. Cette différence ne constitue pas une règle identique pour toutes les installations : la conception de chaque ligne détermine la manière dont l’énergie est gérée.
Le stockage est une autre possibilité, mais il ne faut pas le considérer comme acquis. Adif a évoqué des projets liés au stockage de l’énergie produite par le freinage régénératif ; cela ne signifie pas que toutes les lignes sont équipées de systèmes de stockage.
Références de cette section: Adif: subestaciones reversibles y recuperación de energía de frenado ↗ · Adif: proyectos de recuperación de energía de frenado ↗ · Third rail ↗ · Memoria medioambiental 2019 ↗
Freinage régénératif, résistances et freins à friction
Le freinage régénératif et le freinage par résistances partent du même principe : les moteurs produisent de l’électricité pendant la décélération. La différence tient à la destination de cette énergie. Si elle peut être utilisée par le réseau, elle est récupérée ; sinon, Adif indique que le surplus peut être dissipé dans les résistances du train et transformé en chaleur.
La récupération électrique peut réduire le recours aux freins à friction, mais elle ne les supprime pas. Il ne faut donc pas imaginer qu’un train équipé du freinage régénératif dépend exclusivement de la récupération d’énergie.
Le tableau ci-dessous résume le rôle de chaque option sans supposer que tous les trains ou toutes les lignes gèrent le freinage de la même manière :
| Système | Fonctionnement | Résultat possible |
|---|---|---|
| Régénératif | Les moteurs de traction produisent de l’électricité pendant la décélération. | L’énergie peut alimenter d’autres trains ou être renvoyée vers le réseau si l’installation le permet. |
| Par résistances | L’énergie électrique produite est dissipée dans les résistances du train. | Elle est transformée en chaleur au lieu d’être utilisée par le réseau. |
| Freins à friction | La récupération électrique peut réduire leur utilisation. | Ils ne disparaissent pas pour autant. |
Références de cette section: Adif: subestaciones reversibles y recuperación de energía de frenado ↗ · Virgin Pendolino fleet clicks up 100 million miles ↗
Quelles conditions permettent de récupérer cette énergie ?
Pour évaluer une ligne donnée, il convient de vérifier les conditions d’alimentation, la demande et les équipements installés :
Références de cette section: Adif: subestaciones reversibles y recuperación de energía de frenado ↗ · Treatment of regenerative braking for metered operators on the DC network ↗ · Third rail ↗
- L’alimentation permet-elle de renvoyer l’électricité ou de la partager avec d’autres trains ?
- Des consommateurs proches se trouvent-ils dans la même section électrique lorsque les trains freinent ?
- La ligne dispose-t-elle de sous-stations réversibles ou d’autres solutions de stockage ?
- Mesure-t-on l’électricité produite, celle transmise au réseau et celle qui est effectivement utilisée ?
Comment évaluer la récupération sur une ligne donnée ?
Il n’existe pas de pourcentage de récupération valable pour toutes les lignes. Pour l’estimer, il faudrait au minimum étudier la quantité d’énergie produite par les trains au freinage, celle qui atteint l’installation d’alimentation et celle qui est consommée, renvoyée vers le réseau ou stockée. Il faudrait également connaître la configuration électrique de la ligne et les sections où ces flux peuvent être partagés.
Une évaluation pratique devrait comparer l’énergie produite à celle qui est réellement utilisée, sur une période représentative et à partir d’informations sur la circulation et la demande. Si seule l’énergie produite à bord est connue, on ignore quelle part a rencontré un consommateur ou une infrastructure capable de la recevoir. Et si l’analyse porte sur une période donnée, ses résultats ne doivent pas être présentés comme une valeur universelle.
Pour interpréter une affirmation concernant les économies, vérifiez quelle grandeur est mesurée, sur quelle ligne et avec quels équipements. Sans ces données, mieux vaut expliquer le mécanisme et ses conditions que promettre un pourcentage.
Références de cette section: Adif: subestaciones reversibles y recuperación de energía de frenado ↗ · Treatment of regenerative braking for metered operators on the DC network ↗ · Third rail ↗
- Rassembler les données sur l’énergie produite lors des freinages et sur celle effectivement reçue par le réseau.
- Documenter le type d’alimentation, les sections électriques et la présence de sous-stations réversibles ou de systèmes de stockage.
- Mettre en relation les freinages et la consommation des autres trains pendant la même période.
- Présenter séparément l’énergie produite, l’énergie récupérée et le surplus dissipé.
Toute l’énergie produite au freinage d’un train est-elle renvoyée vers le réseau ?
Non. Elle peut être utilisée par d’autres trains ou renvoyée vers le réseau si l’installation le permet ; le surplus peut être dissipé dans des résistances.
Le freinage régénératif supprime-t-il les freins mécaniques ?
Non. La récupération électrique peut réduire le recours aux freins à friction, mais elle ne signifie pas qu’ils disparaissent.
Peut-on donner un pourcentage d’économies valable pour toutes les lignes ?
Non, pas de manière universelle. Pour le calculer, il faut connaître l’énergie produite et récupérée, le système d’alimentation de la ligne et la demande disponible.
