DOSSIER a locomotive Fret par M. CAUWEL (SNCF) Mots

DOSSIER
Mots-clés :
Locomotives,
Trafic Fret,
Traction
a locomotive Fret
par M. CAUWEL
Après
avoir
innové
motorisation
préoccupe
et a lancé
(SNCF)
avec
le TGV,
synchrone...,
de
son
un appel
électrique,
Trafic
international.
trafic
la
la SNCF
Fret
d'offres
se
international
pour
une
nouvelle locomotive.
Actuellement, la SNCF ne cherche plus à définir
une locomotive universelle qui tracte trains de
voyageurs et convois de fret, mais plutôt une locomotive plus économique répondant à ses stricts
besoins pour le fret.
Cette locomotive devant circuler dans tous les pays
INTRODUCTION
Dans les dernières décennies, la SNCF s'est impliquée
fortement dans la conception du matériel roulant : un partenariat fort entre constructeur et services techniques de l'entreprise ferroviaire avait permis de développer de nouveaux
systèmes et d'innover. Ce fut le cas du TGV, de la motorisation synchrone, de la sécurité passive...
Les lois européennes ont modifié le paysage, l'entreprise
ferroviaire recentre son activité sur son rôle de transporteur
et l'appel d'offres européen devient la règle.
Le récent appel d'offres pour une nouvelle locomotive
Fret en est l'exemple et l'article qui suit montrera l'évolution intervenue à la SNCF.
LES PRINCIPES GÉNÉRAUX
L'activité maître d'ouvrage
L'organisation de la SNCF par activités (Fret, Grandes
Lignes, Action Régionale et Ile-de-France)
a donné à
celles-ci une importance accrue ; ce sont elles qui définissent leurs moyens de production. Dans le cadre de l'acquisition de matériel roulant, l'activité est maître d'ouvrage et
européens ayant le même écartement des rails, elle
doit s'accommoder des diversestensionsd'alimentation et se déclinera donc en trois versions. L'accent est mis aussi sur la fiabilité et la disponibilité.
Le choix s'est porté sur la proposition d'Alstom,
une locomotive 4,2 MW apte à circculer à
140 km/h, avec une chaîne de traction triphasée
asynchrone pilotée par des IGBT.
SNCF no longer attempts, as they did in the past,
to specify a single multi-purpose locomotive to pull
both passenger and freight trains. Their aim now is
to acquire a more cost-effective type of locomotive
for use with freight traffic only.
The design goals were for a locomotive capable of
operating in any European country with the same
gauge and available in three different versions to
suit the local traction voltage supply. Great emphasis was also given to reliability and availability.
The solution offered by Alstom was selected. This
4.2 MW locomotive has a cruising speed of 140
km/h and is powered by three-phase induction
motors under the control of IGBT inverters.
délègue la maîtrise d'oeuvre à la Direction du Matériel et de
la Traction qui, à partir d'un cahier des charges fonctionnel
rédigé par l'activité, élabore les documents permettant l'appel d'offres. A charge pour elle également de dépouiller les
offres et de proposer au maître d'ouvrage un choix de
constructeur. Enfin, après la signature du marché, elle s'assurera du respect du contrat par le constructeur et vérifiera
la conformité du matériel par rapport au cahier des charges.
1-1 Lafin de la locomotive universelle
Depuis les années 60, les ingénieurs de la SNCF cherchaient à développer une locomotive universelle, apte à
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Octobre
1998
remorquer aussi bien des trains de voyageurs rapides que de
lourds convois de Fret. A l'époque des moteurs à courant
continu, seul un réducteur à double rapport permettait de
résoudre le problème. Ce fut le cas des BB 16600/8600/
26600/17000 et des CC 6500. Certaines de ces dernières,
équipées de deux rapports (200 km/h et 100 km/h) permettaient de couvrir quasiment tout le programme de traction
de la SNCF. Cependant elles étaient chères tant en coût
d'achat qu'en coût de maintenance et les réducteurs à double
rapport ont toujours été source d'ennuis.
La locomotive
- bicourant 25 kV/1,6 kV pour la France,
Les années 80 et l'arrivée en force de l'électronique puissance et de la motorisation triphasée ont permis de se passer de ce réducteur en obtenant les mêmes résultats et ce
fut l'avènement de la BB 26000 de 5600 kW équipée de
- tritension 25 kV/1,5 kV/15 kV,
- tritension 25 kV/1,5 kV/3 kV.
moteurs synchrones triphasés.
LA GENÈSE
Mais ces dernières restaient onéreuses.
L'APPEL
Afin de réduire ses coûts de production, l'activité " Fret " a
voulu une locomotive répondant à ses stricts besoins afin
d'obtenir une diminution sensible du coût sur le cycle de vie.
La responsabilité
du constructeur
Le constructeur doit être responsable de son matériel ; il
doit définir et s'engager sur un planning, un coût d'achat,
un coût de maintenance, un taux de disponibilité et un taux
de défaillance. Pour ce faire, le cahier des charges de l'appel d'offres est fonctionnel, il est ouvert à toutes les solutions innovantes en n'imposant qu'un minimum de solutions techniques liées à l'accès à l'infrastructure ferroviaire.
Ainsi chaque soumissionnaire
pouvait rechercher le
meilleur compromis pour optimiser sa locomotive.
Le constructeur retenu sera responsable des choix techniques du développement et de la mise au point de la locomotive. Il fournira au cours de la phase d'études et pendant
les essais en ligne, des dossiers de justification de définition, montrant que ses choix permettront
d'atteindre les
objectifs contractuels sur lesquels il s'est engagé.
L'ouverture sur l'Europe
Le trafic international
est en hausse constante et la
Direction du Fret souhaite améliorer sa compétitivité en
disposant de locomotives aptes à circuler sur les autres
infrastructures européennes. Cependant, si l'écartement des
rails est le même dans tous les pays limitrophes (sauf
l'Espagne), on a cinq tensions d'alimentation :
- 25 kV - 50 Hz en France et au Luxembourg,
- 1,5 kV continu en France et aux Pays-Bas,
- 15 kV - 16 2/3 Hz en Allemagne et en Suisse,
- 3 kV continu en Italie et en Belgique,
- 750 V continu en Angleterre à la sortie du tunnel.
Fret
DE LA LOCOMOTIVE
FRET -
D'OFFRES
Le parc de locomotives électriques de la SNCF
La parc de la SNCF est constitué d'un nombre important
de locomotives construites avant 1970. Si les plus vieilles
d'entre elles vont disparaître avec l'arrivée des nouvelles
BB 36000, il restera plus de 1000 locomotives électriques
ayant dépassé la trentaine au début de l'année 2000. Toutes
ne sont pas en tête des trains de Fret, certaines d'entre elles
sont utilisées sur les trains de la banlieue parisienne ou sur
les trains régionaux, voire sur des trains de voyageurs dc
grandes lignes.
La tendance est de remplacer les trains " locomotives +
voitures à voyageurs " des automotrices ou des TGV. Par
contre, l'utilisation des locomotives pour le Fret est inéluctable, il fallait donc songer à acquérir une nouvelle série
pour succéder à nos anciennes locomotives.
Le besoin exprimé par l'activité Fret
L'activité a exprimé son besoin non en termes de puissance de la locomotive mais en temps de parcours de trois types
de trains sur un parcours précis (Calais - Ambérieu). Ces
temps correspondaient à une locomotive d'environ 3 MW.
Plusieurs constructeurs pouvant proposer une locomotive d'une puissance un peu supérieure, d'environ 4 MW, la
SNCF a demandé aux soumissionnaires de proposer deux
locomotives : l'une répondant au respect des temps de parcours, une autre de 4 MW.
La Direction
du Fret a demandé une locomotive
circu-
lant au maximum à 120 km/h, la fraction des trains à vitesse supérieure pouvant être assurée par des locomotives
récentes type BB 22200 ou 26000.
La fiabilité et la disponibilité de la locomotive doivent
être les meilleures possible. Pour mesurer le taux de
L'électronique de puissance permet de mieux résoudre
ses problèmes de tension d'alimentation. Par contre, depuis
défaillances, trois catégories ont été définies :
- les défaillances nécessitant le remplacement
plusieurs années, chacun des réseaux a développé des systèmes de contrôle-commande différents et une locomotive
-
de la locomotive,
les défaillances permettant à la locomotive
-
immédiat vers un établissement réparateur,
les défaillances n'ayant pas de conséquences sur la mis-
apte à circuler dans plusieurs pays se doit d'être munie de
tous ceux des réseaux empruntés, d'où une forêt de capteurs et d'antennes sur l'engin moteur et une visualisation
propre à chaque système sur le pupitre de conduite qui
demande une virtuosité à son concepteur pour que chacune
soit bien visible par le conducteur... Le système de contrôle-commande unique européen ERTMS sera le bienvenu,
mais ce n'est pas pour demain.
Pour développer ses ambitions européennes, l'activité
" Fret " a voulu que sa locomotive soit déclinée en trois versions :
en ligne
le retour
sion et pour lesquelles la réparation peut attendre la
prochaine rentrée de la locomotive dans son établissement d'attache pour une opération programmée de
maintenance préventive.
Les coûts d'achat et de maintenance doivent être bien
évidemment les plus faibles possible et pour ce dernier
point, c'est le constructeur qui définira le plan de maintenance qui permettra d'optimiser la fiabilité, la disponibilité
et les coûts de maintenance.
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L'ÉLECTRICITÉ
L'appel d'offres
Le dossier de l'appel d'offres
DANS
était composé de trois
documents :
- tecahier des charges fonctionnel,
-) aspécification de management,
- leprojet de marché.
La réponse des soumissionnaires devait se composer :
- d'une spécification technique de besoin,
- d'un plan de justification
de définition,
- d'un plan de management,
- d'une offre commerciale.
Le plan de management doit reprendre les points suivants :
- l'organigramme des tâches,
- talogique de déroulement et les relations construc-
LE FERROVIAIRE
Les trois constructeurs ont fait des propositions intéressantes tant du point de vue technique que performances
FMDS.
Le cahier des charges fonctionnel très ouvert a incité les
soumissionnaires à proposer des solutions innovantes permettant d'obtenir des coûts d'acquisition bien plus faibles
que ceux des locomotives précédentes.
Le choix
Le comité directeur, après la phase de dépouillement
et
d'approfondissement
des offres, a jugé la proposition
d'Alstom la meilleure sur les plans technique et commercial. Il sera proposé au conseil d'administration de la SNCF
d'acquérir une tranche ferme de 120 locomotives dont 29
tritensions 15 kV et une tritension 3 kV. Plusieurs tranches
optionnelles permettent d'acheter jusqu'à 300 locomotives.
teurs/SNCF,
- la maîtrisedes coûts et des délais,
, LA LOCOMOTIVE ALSTOM
- tagestion de configuration,
- teplan de sûreté de fonctionnement,
- teplan de soutien logistique,
- teplan qualité,
- teplan de gestion documentaire.
L'appel d'offre a été envoyé début août 1997, les réponses
étant attendues pour le 14 novembre 1997.
1
LE DÉPOUILLEMENT
L'organisation locomotive Fret de la SNCF
Un comité directeur de projet comprenant la maîtrise
d'ouvrage et la maîtrise d'oeuvre est chargé de proposer les
choix essentiels au Comité Exécutif de la SNCF.
La maîtrise d'oeuvre est divisée en quatre lots :
- lotmatériel,
- tôtconduite,
- tôtsoutien logistique,
- lotachat ?
analysant chacun les réponses des constructeurs dans son
domaine.
Le rôle de chacun des lots ainsi que les relations maîtrise
d'oeuvre/maîtrise d'ouvrage figurent dans un plan directeur
de projet, interne à la SNCF.
le dépouillement
Une grille de dépouillement a été élaborée ; elle permet
de juger les réponses de la façon la plus rigoureuse possible.
Trois propositions ont été faites à la SNCF provenant
des constructeurs suivants :
- ADTranz,
L'activité Fret a choisi la version 4,2 MW proposée ; en
effet une étude économique a démontré que les capacités
de traction supplémentaires par rapport à la 3 MW permettaient de rentabiliser la différence de coût d'acquisition. De
plus, cette version est apte à circuler à 140 km/h.
Alstom a choisi une chaîne de traction triphasée asynchrone alimentée en tension et pilotée par des IGBT. Ces
composants, s'ils sont actuellement largement utilisés pour
des convertisseurs ou des chaînes de traction de faible
puissance (automotrices) seront pour la première fois utilisés pour de telles puissances.
Les bogies, à deux essieux, sont équipés de deux
moteurs suspendus par le nez. Cette technologie, abandonnée par la SNCF dans les années 60, revient quarante ans
plus tard car pour une locomotive ne circulant pas à plus
de 140 km/h, elle est la moins onéreuse.
CONCLUSION
Cette nouvelle méthode permettra à la SNCF d'obtenir la
locomotive la mieux adaptée à ses besoins.
Il aura fallu, au sein de la Direction du Matériel et de la
Traction, faire une révolution culturelle, les ingénieurs et
techniciens devant apprendre à spécifier fonctionnellement
et à analyser les réponses par rapport à ces spécifications.
Les constructeurs ferroviaires se sont également adaptés
et ont pris des engagements ambitieux.
Une deuxième phase va commencer : le développement ;
durant cette phase, la SNCF examinera les justifications
qu'Alstom apportera pour prouver que sa locomotive
conforme à ses engagements.
sera
En attendant les premières circulations en service commercial au premier semestre 2001 !
- Matra/Siemens,
- GEC Alsthom
dépouillement).
REE
NI 9
0't.b 2998
(devenu Alstom pendant la phase de
PhilippeCAUWEL, diplôméde l'Ecole Polytechnique,
a étéresponsable
au
seindela SNCFdesétudesdefreinage
et estactuellement
chefdeprojetsdes
locomotives.