grande vitesse ferroviaire exposition itinérante EXPOSITION Une exposition du Pôle Bretagne culture scientifique produite et diffusée par l’Espace des sciences de Rennes en partenariat avec la Région Bretagne et le Département d’Ille-et-Vilaine
Grande vitesse
ferroviaire EXPOSITION ITINÉRANTE
DIRECTION DE L’ESPACE DES SCIENCES Michel Cabaret
COMMISSARIAT SSARIAT Yvon Lechevestrier evestrier Christopherr Couzelin
RÉDACTION ION Dominique e Galiana, assisté de Lilou.B
DESIGN GRAPHIQUE Bird Idea ett Lilou. B
CONSEIL L SCIENTIFIQUE Michel Lebœuf œuf Président du Comité Grande Vitesse à l’Union Internationale des Chemins de fer (UIC)
Roland Lehoucq oucq Astrophysicien n au Commissariat à l’Energie Atomique de Saclay (CEA)
IMPRESSION SION Agelia
FABRICATION ATION DES MANIPULATIONS ARTS TECH
COORDINATION, NATION, GESTION DE L’ITINÉRANCE Patrick Le Bozec Tel. 02 23 40 66 46
défi 1
défi 1
la grande vitesse, projet de longue haleine
pourquoi rouler sur des rails ?
virer à grande vitesse, comment faire ?
Les Hommes ont toujours cherché à se déplacer plus rapidement, y compris dans le domaine du transport ferroviaire. Cette quête implique de relever un certain nombre de défis.
Le transport sur rail permet de tracter de lourdes charges en consommant peu d’énergie compte tenu de la faible adhérence de la roue sur le rail.
À grande vitesse, prendre un virage demande des précautions pour que le train ne déraille pas et assurer le confort des passagers. D’où la nécessité d’ajuster le rayon de la courbe et le dévers de la voie.
objectif
C’est en 1965 au sein de la SNCF que l’idée de grande vitesse a pris corps.
La technologie ferroviaire consiste à faire rouler un train aux roues en acier sur des rails en acier avec une surface de contact limitée.
IL RÉSULTE DE CE CHOIX UNE ADHÉRENCE TRÈS FAIBLE ENTRE LE RAIL ET LA ROUE.
Pour y parvenir, les ingénieurs et techniciens de la SNCF et des entreprises associées ont adopté
Pour assurer la sécurité et favoriser le confort des passagers dans les virages, on doit gérer 2 paramètres des voies importants
En conséquence, lorsqu’un train roule, les frottements roue/rail sont réduits.
UNE APPROCHE GLOBALE
pour le TGV
prenant en compte tous les éléments du système de transport et toutes leurs interactions pour relever
Vue en coupe du contact roue/rail réduit
1 - LE RAYON DE COURBURE 2 - LE DÉVERS
Roue
Contact
Rail
1
3 GRANDS DÉFIS défi 1
FAIRE ROULER UN TRAIN DE 400 T À 320 KM/H
défi 2
CONCEVOIR ET RÉALISER DES VOIES ADAPTÉES À LA GRANDE VITESSE
avantage faire circuler des trains à 320 km/h
Roue et rail en acier
défi 3
100
DIFFICULTÉ DE FREINAGE RAPIDE
4 000 à 6 000 m
faute de frottements suffisants
Rayon de courbure d’un virage sur une ligne à grande vitesse
pour déplacer une même masse grâce au rail
dévers
FAIRE CIRCULER CES TRAINS EN TOUTE SÉCURITÉ
si on accélère trop vite Directement sur sol
1829
1931
Loco. «Rocket»
Loco. thermique
46 km/h
230,2 km/h
1981
1990
380 km/h
515,3 km/h
TGV Sud-Est
210,2 km/h
Pour éviter aux passagers une situation inconfortable, il faut incliner la voie.
Dans ces conditions, les voyageurs bougent de la même manière que la cabine.
Ils ne sont donc pas incommodés par la force centrifuge.
pour en savoir plus
pour en savoir plus Loco. électrique
confort des voyageurs
TGV Atlantique
Frise chronologique des records de vitesse sur rail depuis 1829.
1903
180 mm maximum
2
PATINAGE AU DÉMARRAGE
pour en savoir plus
Il faut que la courbe ne soit pas trop prononcée pour éviter un déraillement.
inconvénients
FOIS MOINS D’ÉNERGIE
Pneu sur sol
sécurité des trains
1955
1989
2007
Loco. électrique
TGV Paris-Lyon
TGV V150
331 km/h
482,4 km/h
574,8 km/h
Lorsqu’à l’automne, des feuilles mortes se déposent sur les rails, lorsqu’il pleut ou lorsqu’il gèle, l’adhérence roue/rail est fortement réduite ce qui a pour conséquence d’augmenter les distances de freinage.
La surface de contact roue-rail d’un TGV comportant 52 roues est équivalente à celle d’un Post-It soit environ 50 cm².
2
50 cm
1
2
défi 1
Au lieu d’utiliser un dévers pour contrecarrer la force centrifuge, des ingénieurs ont mis au point des trains pendulaires aux cabines articulées. Celles-ci peuvent se balancer ce qui compense la force centrifuge source d’inconfort et de déséquilibre.
train classique
train pendulaire
Sans dévers de la voie, quand le train classique prend un virage, les passagers sont obligatoirement entraînés du côté opposé. Le train doit ralentir.
Le système pendulaire fait pencher les voitures. Le train peut prendre le virage à plus grande vitesse sans gêner les passagers.
défi 1
3
défi 2
aérodynamisme, quel intérêt ?
comment alimenter en énergie un TGV ?
anatomie , d une LGV
L e s é t u d e s a é r o d y n a m i q u e s m o d é l i s e n t l ’é c o u l e m e n t de l’air autour d’un objet mobile (avion, train, voiture…). Elles permettent aux ingénieurs d’optimiser la forme du véhicule pour faciliter sa pénétration dans l’air et réduire les frottements latéraux.
La propulsion des trains à très grande vitesse impose de disposer d’une très grande puissance. L’énergie électrique délivrée à haute tension en tout point de la caténaire satisfait ce besoin et élimine tout stockage d’énergie de puissance à bord.
Pour faire circuler les TGV à 320 km/h, les voies doivent être spécifiquement aménagées. Plateforme, rails, caténaires, tout doit être dimensionné pour supporter des contraintes liées à la grande vitesse. UNE LIGNE FERROVIAIRE COMPREND PLUSIEURS ÉLÉMENTS
Les premiers trains à grande vitesse développés dans les années 1970 étaient propulsés grâce à des turbines à gaz.
UTILITÉ DE L’AÉRODYNAMISME POUR RÉDUIRE CERTAINS EFFETS OBSERVÉS SUR LE TGV DANS UN TUNNEL
Suite au choc pétrolier et à des problèmes liés au stockage du carburant pour alimenter les turbines, le choix fût fait
2
1
1
La forme du nez des motrices, les systèmes d’accrochage des remorques, la forme et la position des fenêtres mais aussi des portes du train sont le résultat des tests en soufflerie visant à minimiser les nuisances liées à la grande vitesse.
2 3 4
1
D’ADOPTER L’ÉLECTRICITÉ.
4
3
Câbles d’alimentation
TENSION DE 25 000 V SOIT
2
Armement ou console
la caténaire Ensemble de câbles suspendus, tendus au-dessus des voies qui alimente les motrices d’un TGV en courant électrique.
Monté en tension
le pantographe
Caténaire
Système articulé et escamotable établissant un contact électrique entre le train et la caténaire. Le courant capté circule vers les moteurs de la motrice.
Monté en compression
Caténaire Voie Monté en tension
Poteau
d’un logement classique
Ballast
Voie
>30 cm
Rail
et donc du coût d’exploitation correspondant
Traverse
absence de tourbillon
sur les lignes à grande vitesse
Plateforme
soulevant les cailloux composant le ballast lors du passage du train
Sous-couche 20 cm de GNT
Danger potentiel pour les usagers et pour le matériel
Des frottements intenses existent entre la caténaire et les pantographes au passage du train. Une onde mécanique est alors engendrée. Le TGV doit circuler à une vitesse inférieure à la vitesse de cette onde (max 600 km/h) pour maintenir le contact électrique.
Granulat non traité
diminution des vibrations et trépidations
Couche de forme 35 cm, traitée avec ajout de liant
engendrées par les frottements qui sont transmises aux remorques
atténuation des problèmes de pression
35 à 70 cm, traitée avec ajout de liant
lors de la circulation de la rame dans le passage souterrain
Il est difficile de faire se croiser deux TGV dans un tunnel en raison de l’effet de souffle lié à la vitesse, de la sécurité mais aussi de la maintenance des structures.
La caténaire est fixée en zigzag par rapport à l’axe de la voie. Ceci permet de limiter l’usure des pantographes qui frotteraient sans cela toujours au même endroit (le fil de contact agissant alors comme une véritable scie).
Partie supérieure des terrassements
pour en savoir plus
pour en savoir plus Tunnel doublé pour les TGV 4
Surface de contact de la caténaire sur le pantographe lors du passage du TGV
Poteau
100 FOIS CELLE D’UNE PRISE
réduction de la quantité d'énergie nécessaire
Décalage de +/- 200 mm de la caténaire par rapport à l’axe de la voie
L’interconnexion des réseaux ferroviaires européens pose des problèmes d’alimentation électrique car la caténaire ne fournit pas la même tension dans toute l’Europe. Des trains comme le Thalys ou l’Eurostar sont équipés pour passer d’un type de courant à un autre, suivant le réseau emprunté.
pour en savoir plus La sous-couche d’une ligne ferroviaire peut être de type différent.
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Ligne CLASSIQUE
ligne LGV Bretagne Pays de Loire
GRANULAIRE - 25 cm d’épaisseur
GRAVE BITUME - 12 cm d’épaisseur Première fois que ce type de sous-couche est posé sur une telle distance.
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LGV et développement de la Bretagne
la grande vitesse partout, pour tous...
bouger et se déplacer souvent en Bretagne
Grâce à la ligne à Grande Vitesse, Rennes n’est plus qu’à 1h25 de Paris ; Brest et Quimper se rapprochent des 3h. Ainsi, c’est tout le projet Bretagne à Grande Vitesse (BGV) qui se concrétise , un formidable outil pour simplifier la mobilité en Bretagne.
La ligne à grande vitesse n’est pas tout. Il faut également un projet horaire TGV, TER et lignes routières régionales qui tire le meilleur parti de cette infrastructure et au-delà.
La LGV permet de gagner du temps mais ce temps ne doit pas être perdu en gare. Le passage du train vers d’autres modes de transports (bus, car, métro, vélo...) sera fluidifié grâce à des gares TGV/TER modernisées, agrandies, assurant une meilleure connexion entre les différents modes de transport.
CONCILIER VITESSE (ALLER VITE) ET MAILLAGE DU TERRITOIRE (S’ARRÊTER SOUVENT)
RENNES, SAINT-BRIEUC, MORLAIX, LORIENT, VANNES, GUINGAMP, REDON…
LES DÉFIS DE LA NOUVELLE DESSERTE FERROVIAIRE DE LA BRETAGNE
1 © Franck Betermin_RB
gain de temps entre 45 et 50 minutes
Partout en Bretagne, des pôles d’échanges multimodaux sont mieux insérés dans leur environnement et conçus pour faciliter les correspondances. Mieux connectés à la ville, ils encouragent l’usage de solutions alternatives au véhicule personnel pour la réalisation des premiers ou des derniers kilomètres de leur trajet.
en moyenne depuis toutes les gares TVG Bretagne pour un trajet vers Paris Ajout de quatre allers/retours TGV quotidiens pour la pointe bretonne
Aucun arrêt entre Paris et Rennes pour tous les TGV allant jusqu’à Brest ou Quimper
Principes d’arrêts en Bretagne modulés afin de gagner du temps après Rennes
© Charles Crie_RB
© Morlaix Agglo
LA LGV, C’EST...
la porte de la Bretagne à 1h30 de Paris
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MAIS AUSSI... des travaux menés sur les lignes Rennes – Brest et Rennes – Quimper Pour raccourcir les temps de parcours sur l’ensemble de la Bretagne
la modernisation des principales gares bretonnes Pour un meilleur accueil des voyageurs, des correspondances et changements de modes de transport facilités
l’augmentation et refonte de l’offre de transport TGV, TER et lignes routières
Comme le TGV ne va pas partout
complémentarité exemplaire entre TGV, TER et cars régionaux Optimisation des temps de correspondances
des transports facilités
Mise en place d’un système proche du cadencement pour multiplier les possibles correspondances en gare
pour améliorer les déplacements de tous les Bretons
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Offre TER augmentée de 10 % offrant de nouvelles possibilités de déplacements, des gains de temps, et une meilleure répartition de l’offre aux heures de pointe
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le Département d’Ille-et-Vilaine est acteur de l’arrivée de la LGV !
le Département d’Ille-et-Vilaine favorise toutes les mobilités
À la suite des travaux réalisés pour construire la LGV, de nombreux aménagements agricoles et environnementaux ont été rendus nécessaires. Le Département d’Ille-et-Vilaine a mené ces opérations.
Outre la LGV, le Département veut faciliter le déplacement des brétilliens en soutenant l’intermodalité. Pour cela, il finance des opérations qui facilitent le passage de la voiture et du vélo au car ou au train.
Avant aménagement
LES AMÉNAGEMENTS FONCIERS RÉALISÉS ONT PERMIS DE :
LE DÉPARTEMENT S’ENGAGE POUR L’AMÉNAGEMENT DES ROUTES 7 projets routiers neufs en 2017 dont les 2x2 voies Rennes-Redon et Rennes-Angers.
Après aménagement
réorganiser
Entretien pour faciliter la circulation des habitants : travaux de renouvellement de chaussées, d’élagage, ...
les exploitations agricoles traversées par la LGV
préserver et mettre en valeur les espaces naturels ruraux
favoriser les déplacements doux aménagement de la 2 x 2 voies entre Retiers et Martigné-Ferchaud Mise en service de la section en janvier 2017 sur l’axe Rennes-Angers
aider à aménager les territoires communaux et intercommunaux concernés.
Le Département s’engage aussi en... Soutenant financièrement et assistant techniquement les intercommunalités pour l’aménagement de voies cyclables
Mettant en place des itinéraires cyclables départementaux permettant de relier entre elles les voies vertes
Accompagnant les communes et intercommunalités pour la mise en place de circuits locaux de randonnées pédestres L’Ille-et-Vilaine compte 40 boucles locales
675 km d’itinéraires jalonnés en 2016
Ce sont 4 500 propriétaires et 450 exploitations agricoles, couvrant 12 200 hectares soit 2,4 fois la superficie de Rennes, qui ont été concernés entre 2007 et 2017 par l’aménagement foncier.
Exploitation A : 10 ha Exploitation B : 20 ha Exploitation C : 15 ha
côté environnement Ces travaux ont scrupuleusement respecté les règles fixées par le Préfet.
pour en savoir plus
Ainsi, les secteurs environnementaux sensibles et les cours d’eau ont été préservés.
pour en savoir plus
Des espaces protégés...
120 km de haies bocagères
les habitats
des mares
des sentiers de randonnée
ont été plantées pour compenser les 51 km arasés.
d’espèces protégées ont été préservés.
ont été déplacées et reconstituées.
ont été rétablis et d’autres ont été créés.
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Ils travaillent pour les routes ...
le/la Chargé(e)(e) d’études routières et le dessinateur projeteur Ils/elles définissent le tracé de la route en collaboration avec des bureaux d’étude, des géomètres et des concessionnaires de réseaux.
le négociateur foncier
le/la responsable de l’exploitation
Il/elle rencontre les propriétaires et exploitants agricoles avant les travaux pour l’achat de terrain.
Il/elle veille à la sécurité des automobilistes en cas d’accidents, de météo capricieuse. Il/elle guide les véhicules par la mise en place de déviations en cas de travaux.
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Intermodalité favorisée par le développement de la carte KorriGo, qui permet de stocker sur un même support les titres de transports des différents réseaux de transport bretons.
Organisation et planification de ses déplacements grâce au site BreizhGo sur la base des données et itinéraires de plus 25 réseaux de transports publics.
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