Energy modeling and identification of trains in order to ecodesign high speed railway lines
Modélisation énergétique et identification des trains pour l’écoconception des lignes ferroviaires à grande vitesse
Résumé
The current transport system is not sustainable because of its high consumption of finite resources (mainly oil) and its impact on the environment (air quality, global warming, etc.). In this context, rail has several advantages: lower consumption and emissions than road and air modes, larger passenger flow, etc.
That is why, many rail infrastructures are planned in the world. Today, the impact of energy is not taken into account during the project design. The goal of this thesis is to include an energy criterion in the design phase, this is called ecodesign.
For this, it is necessary to assess the energy cost of traffic. This is the focus of this thesis. A model of energy consumption of a train depending on the track profile is proposed. It is based on a mechanical model and an electric model. The parameters of this model are identified and the model is validated during experiments on the Rhin-Rhône high-speed line. Robotic techniques are used.
Finally, the consumption of traffic is estimated by coupling this consumption model with a driver model.
Proposed applications are various: evaluation of design rules concerning declivity, energy evaluation of a traffic flow and
optimization of routes. An operational application is proposed by use of this work to the energy consumption of two project variants of the Montpellier-Perpignan high-speed line project.
Le système de transport actuel n’est pas durable du fait de sa forte consommation en ressource finie (principalement le pétrole) et de son effet sur l’environnement (qualité de l’air, réchauffement climatique, etc.). Dans ce contexte, le transport ferroviaire comporte plusieurs intérêts : consommation et émissions moindres que les modes routier et aérien, débit voyageur plus important, etc.
C’est pourquoi de nombreuses infrastructures ferroviaires sont en projet dans le monde. Cependant, aujourd’hui, l’impact énergétique n’est pas pris en compte en amont de ces projets. L’objectif de cette thèse est d’inclure un critère énergétique lors de la conception, c’est-à-dire faire de l’écoconception ferroviaire.
Pour cela, il est nécessaire d’estimer le coût énergétique d’exploitation des trains. C’est l’objet de cette thèse. Un modèle de consommation d’énergie d’un train dépendant du tracé est établi. Il s’appuie sur un modèle mécanique et un modèle électrique. Les paramètres de ce modèle sont ensuite identifiés et validés grâce aux essais de mise en service de la LGV Rhin-Rhône. Des techniques issues de la robotique sont utilisées. Enfin, la consommation d’un trafic est estimée via la simulation du modèle de consommation, couplé à un modèle de conducteur.
Les applications présentées sont multiples : évaluation des règles actuelles de conception concernant la déclivité, évaluation énergétique d’un trafic et optimisation des tracés. Une application opérationnelle est proposée par l’utilisation des résultats de cette thèse à l’évaluation énergétique de variantes de tracé sur le projet de la LGV Montpellier-Perpignan.
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