Un train hybride est une locomotive, une automotrice ou un train qui utilise système de stockage d'énergie rechargeable (RESS) à bord, placé entre la source principale d'alimentation (souvent un moteur diesel) et le système de traction. Étant donné que la plupart des locomotives diesel sont de type diesel-électrique, elles sont déjà équipées de série de tous les organes d'une transmission hybride, à l'exception de la batterie de stockage, ce qui en fait une perspective relativement simple à mettre en œuvre.
L'énergie excédentaire de la source principale d'alimentation ou l'énergie issue du freinage par récupération charge le système de stockage. Au cours de l'accélération, l'énergie stockée s'ajoute à celle de la source d'alimentation principale pour alimenter le système de traction. Dans les conceptions actuelles, le système de stockage peut être constitué de batteries électriques de traction ou d'un volant d'inertie. La source principale d'énergie peut-être du diesel, du gaz de pétrole liquéfié (GPL) ou de l'hydrogène (pour les piles à combustible) et la transmission peut être mécanique, électrique ou hydrostatique.
Les locomotives diesel-électrique sont souvent équipée des organes nécessaire aux freinage par récupération, car elles peuvent déjà utiliser le freinage dynamique. Cette technique utilise les moteurs de traction comme générateurs pour absorber une partie de l'énergie du train, mais, sans moyen de stocker l'électricité produite, celle-ci est éliminée sous forme de chaleur grâce à de puissantes résistances munies de ventilateurs de refroidissement en toiture.
L'utilisation d'un système de stockage permet à un train non entièrement électrique d'utiliser un freinage par récupération (contrairement à un simple système de freinage dynamique), ainsi que de réduire la source d'alimentation principale en la faisant fonctionner au ralenti ou en l'arrêtant. Cette réduction de la consommation d'énergie offre des avantages environnementaux et des économies financières[1]. L'automobile hybride électrique est un exemple de ce concept (à plus petite échelle).
Origine
La voiture type Patton Motor Car, conçue par la société Patton Motor Company, était dotée d'un système hybride gaz-électrique, avant que le terme hybride ne soit pas encore utilisé. William H. Patton a déposé un brevet le 25 février 1889: les dessins de son dépôt de brevet fournissaient des descriptions futures de son premier prototype[2]. Patton a construit un tramway qui était en essais en service commercial en 1891 à Pullman (Illinois) et une petite locomotive Patton a été vendue à une compagnie de tramways à Cedar Falls (Iowa) en 1897. Celle-ci était équipée d'un moteur à essence à 2 cylindres développant 25 ch, entraînant un générateur de 220 volts qui servait à charger une batterie au plomb de 200 ampère-heure (100 cellules) en parallèle des moteurs de traction. Le moteur tournait à vitesse constante, avec un générateur à bobinage en dérivation qui servait également de démarreur électrique. Un contrôleur conventionnel série-parallèle été utilisé pour les deux moteurs de traction de 35 CV qui entraînaient les roues de la locomotive[3],[4],[5]. Le terme de train à entraînement mixte a été utilisé au début du XXe siècle. Le système Pieper a été appliqué aux automotrices belges (tramway Vicinal) et français (Compagnie des Chemins de Fer de Grande Banlieue) dès 1911[6],[7].
Le système Thomas, fabriqué par la société Thomas Transmission Ltd. en Angleterre, dont la conception mécanique est similaire à celui de l'hybrid Synergy Drive, a été utilisé au Royaume-Uni et testé en Nouvelle-Zélande dans une automotrice de type NZR RM[8].
Tchécoslovaquie
En 1986, le constructeur de locomotives tchécoslovaqueČKD a construit un prototype de locomotive de manœuvre hybride appelé DA 600. La locomotive était propulsée par un moteur diesel de 190 kW et quatre moteurs électriques, avec une puissance totale maximale de 360kW alimenté par batteries. Les batteries ont été rechargées pendant que le moteur diesel était en marche, par freinage régénératif ou à partir d'une alimentation électrique externe[9],[10].
Après des essais sur le circuit d'essai ferroviaire Velim et quelques modifications mineures, la locomotive a été prêtée au dépôt ferroviaire d'Olomouc et y a été exploitée avec succès pendant dix ans. L' économie socialiste tchécoslovaque n'a pas réussi à démarrer la production de masse, principalement en raison d'un manque de capacités de fabrication de batteries appropriées[11].
Japon
En mai 2003, JR East a commencé des essais en utilisant un wagon KiYa E991 «NE Train» («New Energy Train»), testant les performances du système dans les régions froides.
La conception avait deux piles à combustible de 65 kilowatts et six réservoirs d'hydrogène sous le plancher, avec une batterie lithium-ion sur le toit. Le train d'essai pouvait parcourir 100 kilomètres à l'heure (60mph) avec une autonomie de 50 à 100 kilomètres (30 à 60mi) entre les recharges d'hydrogène. Des recherches sont en cours sur l'utilisation du freinage par récupération pour recharger les batteries du train d'essai, dans le but d'augmenter encore l'autonomie. JR avait déclaré qu'il espérait introduire le train en service local régulier au cours de l'été 2007[12]. La technologie testée sur ce train a été intégrée aux wagons diesel / batterie KiHa E200 mis en service en 2007.
La première locomotive de manœuvre JR Freight Class HD300 a été livrée par Toshiba le 30 mars 2010. La nouvelle locomotive utilise des batteries au lithium-ion et est conçue pour réduire les émissions d'échappement d'au moins 30% à 40% et les niveaux de bruit d'au moins 10dB par rapport aux locomotives diesel de classe DE10 existantes[13].
Sinara transport machines développe la TEM9H, une version hybride de ses locomotives de manœuvre diesel de la série TEM9, dans son usine de locomotives Lyudinovsky. Il s'agit d'une locomotive à quatre essieux de 1 200 chevaux avec batteries lithium-ion, supercondensateurs et moteurs à courant alternatif. Il est prévu qu'il soit en production au début de 2013[14].
Royaume-Uni
Un service du dimanche a fonctionné sur la ligne secondaire de la ville de Stourbridge pendant une période de deux ans, à l'aide d'un système de stockage d'énergie à volant d'inertie construit par Parry People Movers. En 2008, deux wagons de British Rail Class 139 ont reçu l'ordre de fournir un service complet sur la ligne secondaire à partir de 2009.
En 2007, un wagon de classe 43 modifié a circulé sur le Great Central Railway, puis dans le cadre du nouveau train de mesure Network Rail (un train enregistrant les voies de 200 kilomètres par heure). Le système développé par Hitachi utilisait un système d'entraînement diesel-électrique assisté par batterie; l'espoir étant qu'il démontrera une réduction des émissions jusqu'à 50 pour cent et une réduction des coûts de consommation de carburant de 20 pour cent[15]. La locomotive modifiée, nommée Hayabusa, était attachée de manière semi-permanente à un wagon de passagers converti contenant le banc de batteries pendant la période d'essai.
Depuis 2015, Vivarail a converti certains anciens stocks D78 du métro de Londres pour des services ruraux, en les désignant sous le nom de D-Train. Certaines de ces unités converties de classe 230 utilisent une propulsion hybride diesel-électrique en série.
Amérique du Nord
Railpower
Une locomotive de manœuvre hybride Green Goat
En 2004, Railpower Technologies, une entreprise canadienne, a commencé à diriger des pilotes aux États-Unis avec les locomotives de manœuvre Green Goat. Les essais ont donné lieu à des commandes de l' Union Pacific et du Canadien Pacifique, à partir du début de 2005. On s'attend à ce que ces trains hybrides diesel-électrique réduisent les émissions jusqu'à 90% et la consommation de carburant jusqu'à 60% par rapport aux locomotives diesel classiques. Les locomotives «Green Goat» étaient destinées à être utilisées dans les gares de triage[16].
↑(en) Taketo Fujii, Nobutsugu Teraya et Mitsuyuki Osawa, «Development of an NE train», JR EAST Technical Review, Japon, Technology and Planning Department East Japan Railway Company, no04 (Special edition paper), , p.062-070 (lire en ligne[PDF], consulté le ).
↑Eugène Brillié, «La traction sur voie ferrée par moteurs à combustibles liquides: Transmissions électro-mécaniques», Bulletin de la Société d'encouragement pour l'industrie nationale, t.136, , p.259 (lire en ligne, consulté le ).
↑(en) «The Motoring World: notes and comments on current topics: Rail Cars», The Straits Times, (lire en ligne, consulté le ).
↑(ja) «国内初のＨＶ機関車 ＪＲ貨物が試作車を報道陣に公開» [«JR Freight unveils prototype of Japan's first hybrid locomotive to media»], The Sankei Shimbun, Japan, (lire en ligne[archive du ], consulté le )
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