Les locomotives fonctionnant au diesel peuvent être électrifiées. Selon une nouvelle étude, cela permettrait à la fois de réduire les émissions de CO2 et de diminuer considérablement la consommation globale d’énergie.
Des chercheurs norvégiens de SINTEF ont étudié l’effet de l’électrification d’une locomotive de manœuvre au terminal norvégien de Fagernes, dans la municipalité de Narvik. Il s’agit du principal terminal sur la ligne Ofoten-Lofoten-Vesterålen pour l’arrivée des produits de consommation et la sortie des produits de la pêche.
Les trains circulant sur la ligne Ofotbanen utilisent des locomotives électriques. Cependant, il n’y a pas de lignes électriques aériennes dans la zone du terminal, car elles gêneraient l’équipement qui soulève les marchandises et les conteneurs pour les charger et les décharger des wagons.
C’est pourquoi la locomotive de manœuvre à moteur diesel est utilisée dans le terminal. Ces locomotives déplacent les wagons d’une voie à l’autre.
L’utilisation de batteries pour les locomotives permettrait, outre les avantages environnementaux, d’éliminer la nécessité de changer de locomotive au terminal et d’éviter les problèmes posés par les lignes aériennes.
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Électrification théorique
Dans l’étude, les chercheurs ont réalisé une électrification théorique d’une locomotive de manœuvre diesel-hydraulique.
« Le passage à l’électricité implique le retrait du moteur diesel, du réservoir de carburant et du commutateur hydraulique. Ils seront remplacés par une batterie, ou éventuellement une pile à combustible et une batterie, ainsi que par un ou deux moteurs électriques avec l’équipement de contrôle associé », déclare Roar Andreassen, chercheur principal à SINTEF.
L’étude a été menée en deux temps. Tout d’abord, les chercheurs ont effectué un calcul théorique dans lequel un train de 300 tonnes (locomotive comprise) accélère avant de freiner sur une distance de quelques centaines de mètres. Cela simule une opération de manœuvre typique où les wagons sont déplacés d’une voie à l’autre.
Les calculs montrent que le train consomme 1,6 kWh d’énergie jusqu’au point de décélération initiale. Dans une locomotive électrique, une partie de l’énergie cinétique peut être récupérée par régénération. Avec une régénération de 80 % de l’énergie, le train ne consommerait que 0,4 kWh jusqu’à l’arrêt.
« Une locomotive électrifiée avec régénération ne consommerait donc que 25 % d’énergie par rapport à une locomotive diesel pour ce type d’opération », explique le chercheur.
Un enregistreur GPS a suivi la locomotive
La deuxième étude a été réalisée en demandant à un enregistreur GPS de suivre la locomotive pendant toute une période de travail, qui a lieu la nuit. Les wagons sont vidés et rechargés. De nouveaux trains sont également préparés pour le départ le lendemain matin.
Les données GPS ont été analysées à partir des mouvements des locomotives afin de documenter les vitesses et les distances. Pour chaque mouvement, le poids du train a été calculé sur la base de l’accélération obtenue.
Le moteur de la locomotive diesel doit tourner pendant toute la durée du quart de travail pour des raisons de freinage et de système de contrôle. Lors de l’expérience, elle a fonctionné pendant environ six heures. Le travail de déplacement, seul ou avec des wagons, a duré environ une heure. La consommation totale d’énergie a été calculée à environ 28 kWh.
Sur cette quantité, 11 kWh auraient pu être récoltés si la locomotive avait été électrifiée avec régénération d’énergie. La consommation totale de diesel a été de 21 litres et les émissions de CO2 de 56,3 kilogrammes.
« L’électrification permettrait à la fois d’éliminer ces émissions de CO2 et de réduire considérablement la consommation d’énergie », affirme le chercheur de SINTEF.
Toutefois, par temps froid, la chaleur résiduelle du moteur diesel qui chauffe la cabine du conducteur doit être obtenue à l’aide d’une pompe à chaleur, comme c’est le cas pour les voitures électriques. La consommation d’énergie resterait faible par rapport à un fonctionnement au diesel.
Les locomotives existantes peuvent être réutilisées
Selon les Nations unies, si tous les habitants de la planète utilisaient autant de ressources que l’Europe, il faudrait 2,8 planètes Terre pour répondre à la demande des consommateurs. Faciliter la réutilisation des matériaux permettra à la fois de préserver la nature et de réduire les déchets et les émissions liés à la production et au transport des matériaux.
Les locomotives de manœuvre sont des machines robustes dont les moteurs ont déjà été remplacés et les systèmes de commande reconstruits plusieurs fois.
« Les résultats de l’étude permettent de supposer qu’elles peuvent également être électrifiées et donc rendues plus respectueuses du climat, notamment parce que nous pouvons réutiliser les locomotives existantes », conclut Roar Andreassen.
Légende illustration : Les locomotives diesel utilisées au terminal de Fagernes à Narvik pourraient être transformées en locomotives électriques. Photo : Roar Andreassen
Référence : Roar Andreassen, Rune Nilsen & L.G. Hanssen : Transport et logistique dans la région d’Aurora. Statut et vue d’ensemble. Introduction de modes de travail autonomes et durables. Rapport SINTEF, 2023.
