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Nouvel arrivant dans votre petit monde, je suis intéressé par le ton et le contenu des débats techniques que j’y découvre (Ingénieur électricien à l’origine, j’ai un peu traîné dans la traction et les redresseurs avant de faire tout autre chose, mais toujours passionné par la technique ferroviaire et sa vulgarisation. Coauteur d’un livre sur la traction électrique, à paraître en Suisse cet automne. Actuellement en retraite, donc bien occupé).
J’ai suivi les échanges provoqués par la question de bengi sur le freinage par récupération et j’ai apprécié les réponses pertinentes de TRAM21 et Reno.
À l’usage de bengi et d’autres curieux, je propose une synthèse succincte de la question.
1. Un moteur électrique est, normalement une machine réversible : sous tension il tourne et peut produire un couple, donc entraîner des roues et tirer un train ; entraîné par les roues, il tourne et peut produire une tension électrique, s’il est convenablement excité. Si cette tension est utilisée dans un circuit électrique, l’énergie ainsi dégagée sera prélevée sur l’entraînement du moteur, donc, dans notre cas, sur l’énergie cinétique du train, conduisant à le ralentir.
2. Comment dégager cette énergie électrique produite par les moteurs de traction en freinage ? La solution la plus simple est d’appliquer la tension produite sur des résistances, des chaufferettes en quelque sorte, en chemin de fer on appelle ça un rhéostat (ça servait au démarrage en traction sous tension continue), d’où le nom de freinage rhéostatique. C’est un système simple et sûr, tout se passe à bord avec des connexions courtes. Cette technique est généralisée.
3. Mais, avec le freinage rhéostatique, l’énergie cinétique prélevée sur les essieux est transformée en chaleur qui est évacuée dans la nature, comme pour le freinage mécanique à frottement, à sabot, à disque ou à patin électromécanique. D’où l’idée d’utiliser cette énergie au bénéfice d’autres utilisateurs en la renvoyant dans le circuit de traction ligne de contact - rails. On comprend facilement que cette tension fournie par la machine doit être supérieure à la tension normale en ligne pour que l’énergie aille dans le bon sens, de la machine qui freine vers d’autres utilisateurs. Ce qui nécessite un équipement de traction réversible et des réglages adéquats. Tram21 et Reno ont donné sur ce point des précieuses indications. Pour la question initiale de bengi, comme cela a déjà été dit, en alternatif, c’est la fréquence de la ligne qui pilote la fréquence de sortie de la machine.
4. Mais quels utilisateurs pour débiter cette énergie fournie à travers le circuit de traction ligne de contact - rails ?. La première idée ce sont les autres trains dans le secteur, L’une des premières applications du freinage par récupération (plus que séculaire) fut sur les lignes de montagne : le train qui freinait en descente pour maintenir sa vitesse, aidait le train qui montait dans l’autre sens ou de l’autre côté de la montagne. Mais il n’y a pas toujours un autre train ! alors pas de débit, pas de freinage ! D’où la seconde idée, de renvoyer l’énergie vers le réseau haute tension, à travers les sous-stations. En alternatif, les sous-stations se réduisent à des transformateurs, parfaitement réversibles, Tram21 l’a rappelé. En continu, historiquement c’était possible, les sous-stations étant équipées de machines tournantes (commutatrices ou groupes convertisseurs) tout à fait réversibles. Les 2D2 5500 du PO étaient, à l’origine équipées de la récupération. Avec l’arrivée des redresseurs, dans les années 1930 (à vapeur de mercure d’abord puis à silicium) on avait un fonctionnement en diode, unidirectionnel, donc des sous-station non réversibles ; d’où l’abandon de la récupération en continu pendant près de 50 ans. On pouvait construire des groupes réversibles, mais c’était électriquement compliqué et cher. On peut maintenant construire des onduleurs avec des composants semi-conducteurs contrôlés à des prix abordables. Sur la Maurienne, entre Saint Jean de Maurienne et Modane, il y a deux sous-stations à onduleur, ce qui permet aux BB 7411 à 7440, déjà citées, de fonctionner en récupération vers le réseau HT, en l’absence de trains antagonistes (je ne connais pas la réalité d’utilisation de ce système). Dans les réseaux urbains, métros ou tramways, sous tension continue, le freinage par récupération est très utilisé, mais sans sous-stations réversibles, il y a toujours des trains en ligne.
5. Le freinage par récupération est économiquement intéressant, il permet de réduire la dépense énergétique de la traction. Il est techniquement plus complexe que le freinage rhéostatique. Mais, surtout, ce n’est pas un freinage de sécurité car sa permanence n’est pas assurée ; il faut un débit d’énergie, il n’y a pas toujours un autre train sur la ligne et vers le réseau HT on est à la merci de l’ouverture intempestive d’un des disjoncteurs qui balisent le circuit. En général les engins équipés pour le freinage par récupération ont un dispositif automatique commutant sur le rhéostatique en cas de défaut de récupération.
Excusez-moi pour la longueur du message
Ceci contribue aussi à répondre à une question de momo13 sur le frein rhéostatique.
