Collecteur de charge statique permettant l’électrification des tramways à courant élevé

Mersen a développé un système de collecteur de charge statique pour tramways, permettant un transfert d’énergie à haute puissance depuis une infrastructure au sol vers des systèmes de stockage embarqués. Cette technologie prend en charge un fonctionnement sans caténaire dans les environnements urbains où les lignes aériennes sont limitées pour des raisons esthétiques ou d’aménagement.

Transition des lignes aériennes vers des systèmes au sol
Les systèmes de tramway traditionnels reposent sur des lignes de contact aériennes pour une alimentation continue en énergie. Bien qu’efficaces techniquement, ces systèmes peuvent entrer en conflit avec les exigences d’aménagement urbain, notamment dans les zones historiques ou protégées.

Les systèmes d’alimentation au sol offrent une alternative en transférant l’énergie à des points spécifiques le long du trajet, éliminant ainsi le besoin d’une infrastructure aérienne continue. Les premières solutions incluaient des systèmes de troisième rail dynamique, tandis que les approches plus récentes combinent le stockage d’énergie embarqué avec une recharge stationnaire aux arrêts.

Architecture et fonctionnement de la charge statique
Dans les systèmes de charge statique, un rail conducteur est intégré dans certaines stations et n’est activé que lorsque le tramway est correctement positionné. Une interface de communication garantit une activation sûre dans des conditions contrôlées.

Une fois à l’arrêt, le tramway déploie un collecteur pour établir le contact avec le rail au sol. Pendant la montée et la descente des passagers, l’énergie électrique est transférée vers les systèmes de stockage embarqués dans un laps de temps court, avant que le collecteur ne soit rétracté et que le véhicule ne reprenne son service.

Transfert de courant élevé et exigences techniques
Contrairement à la captation dynamique du courant, la charge statique nécessite le transfert de courants élevés sur une courte durée. Le dernier design de collecteur de Mersen permet de supporter des intensités allant jusqu’à environ 1 600 A dans des cycles de charge d’environ 20 secondes.

Cela nécessite :

Le design du collecteur a évolué à partir de systèmes antérieurs d’environ 800 A, reflétant les besoins croissants en puissance des systèmes de stockage embarqués avancés tels que les supercondensateurs.

Conception et validation basées sur la simulation
Pour optimiser les performances, Mersen a utilisé des outils de simulation multiphysique afin de modéliser la conduction électrique et le comportement thermique. Cela a permis d’analyser :

Des validations en laboratoire ont été réalisées à l’aide de bancs d’essai dédiés afin d’évaluer les performances électriques, mécaniques et la durabilité avant le déploiement sur le terrain.

Fiabilité opérationnelle en conditions réelles
L’exploitation sur le terrain a introduit des considérations supplémentaires, notamment les micro-mouvements du tramway causés par l’activité des passagers. Ces faibles déplacements peuvent affecter la pression de contact et entraîner des phénomènes tels que des micro-arcs ou de l’usure à des niveaux de courant élevés.

Grâce à des améliorations de conception itératives et à des validations sur site, la géométrie et les matériaux du collecteur ont été optimisés pour garantir des performances stables dans des conditions d’exploitation réelles.

Déploiement et contexte d’application
Les systèmes de charge statique sont déployés dans plusieurs réseaux de tramway urbains, notamment en Europe et en Australie. Ils sont particulièrement adaptés aux environnements où l’impact visuel doit être minimisé, comme les centres-villes historiques ou les zones à forte sensibilité touristique.

Des projets tels que le système de tramway d’AlUla, en Arabie saoudite, illustrent l’application de cette technologie dans des zones nécessitant à la fois des performances de transport élevées et la préservation du paysage environnant.

Édité par Romila DSilva, rédactrice chez Induportals, avec l’aide de l’IA.