En naviguant sur ce site, vous acceptez les CGU de celui-ci, et de ne pas réutiliser les ressources présentes à des fins lucratives ou commerciales.

BB 27000 et 37000

Publié le samedi 19 septembre 2020 à 18:26

Par 2B, le 19/09/2020

Préambule

L’appel d’offres

Avant ce marché, les services techniques de la SNCF rédigeaient de volumineux cahiers des charges, assortis de dessins et de référentiels de son cru, qui finalement, en exagérant un peu, décrivaient le produit fini, laissant au constructeur le soin de l’industrialisation suivant les règles de l’art. Pour le marché Fret, un simple “cahier des charges fonctionnel” (CDCF) a été rédigé. Il décrit la locomotive au travers de grandes lignes telles que les performances en tête d’un train type sur un parcours de référence, le respect de normes industrielles et ferroviaires et de critères définis par l’utilisateur. En outre, le constructeur doit fournir un produit homologué, sa trame de maintenance et la documentation. Tout ceci est contractualisé, à l’exception du “LCC” (life cycle cost) -comprenez le coût d’exploitation de l’engin tout au long de sa durée de vie, lequel est donné à titre indicatif.

La livraison des locomotives

Pour être réceptionnée par la SNCF, le constructeur doit fournir une locomotive qui réponde aux items de deux documents qu’il a lui-même écrits et acceptés par la SNCF : ce sont le PHo (plan d’homologation) et le PJD (plan de justification de la définition). Autrement dit, le PHo exige le respect de tous les critères obligatoires pour circuler sur le réseau français, et le PJD récapitule toutes les performances des composants de la locomotive spécifiées par le client. Pour chaque point de ces deux documents, un rapport d’essai ou un justificatif doit être fourni.

Au préalable, la locomotive Prima d’Alstom avait permis de vérifier que les locomotives de série étaient bien conçues pour respecter les caractéristiques majeures en termes de capacité de traction et de comportement dynamique. Les tests et les mises au point définitives se sont déroulés sur plusieurs semaines, voire plusieurs mois, engageant parfois simultanément plusieurs locomotives de la série.

La gamme concernée par les appels d’offres

La conception générale des parties mécaniques de la locomotive Fret est partagée avec d’autres séries d’engins, toutes conçues et fabriquées par Alstom, notamment les CC Diesel pour l’Iran, la Syrie, la Thaïlande, l’Israël et le Sri Lanka. Une série de BB a également été vendues à Israël : c’est la gamme “Prima” du constructeur. Le marché d’origine concernait l’étude et la fourniture des trois cents locomotives (première option ferme de cent vingt unités) dont deux cent soixante-dix locomotives bicourant (25 kV / 1,5 kV), trente locomotives tricourant dont vingt-neuf BB 37000 (25 kV / 15 kV / 1,5 kV) et une BB 37500 (25 kV / 3 kV / 1,5 kV).

Début 2006, après diverses modifications contractuelles dictées par l’évolution des besoins du trafic, la commande passée auprès d’Alstom se décompose ainsi :

– cent quatre-vingt locomotives électriques bicourant (25 kV / 1,5 kV), immatriculées 427001 à 427180 ;

– vingt-neuf locomotives électriques tricourant (25 kV / 15 kV / 1,5 kV), immatriculées 437001 à 437029, utilisées pour les relations avec l’Allemagne ;

– trente et une locomotives tricourant (25 kV / 15 kV / 1,5 kV), immatriculées 437030 à 437060, pour les services avec l’Allemagne et la Suisse ; à terme, il est envisagé que toutes les BB 437000 soient identiques.

– soixante locomotives bicourant (25 kV / 1,5 kV), immatriculées 827301 à 827360, pour les services du réseau Transilien.

Les séries de locomotives tricourant aptes au trafic avec l’Allemagne ou la Suisse se distinguent par leurs équipements de radio sol-train et leurs systèmes de contrôle de la signalisation :

– Indusi + LZB pour l’Allemagne ;

– Integra + ZUB pour la Suisse.

Outre ces BB 27000 et 37000 dont il est question ici, la conception générale et une partie des pièces mécaniques de la locomotive Fret sont reprises dans la commande des cinq cents locomotives Diesel type BB 475000 : quatre cents locomotives commandées (+ cent en option), d’une puissance de 2 MW, immatriculées 475001 à 475400. Compte tenu de la baisse de l’activité FRET, ces nombres ont été sensiblement réduits.

Les BB 437058 et 475006. Beaucoup de points communs, mais aussi plein de petites différences.

LA PARTIE MECANIQUE

La caisse

Cet ensemble comporte deux cabines de conduite, une à chaque extrémité, encadrant un “compartiment machine” dans lequel sont installés les différents équipements. Un couloir central relie les deux cabines et permet une circulation et une maintenance aisées. Les BB 27000 et 37000 rompent ainsi avec la règle jusque-là intangible sur les locomotives SNCF, d’appareillages ceints de deux couloirs latéraux .

Conception générale

Les blocs d’appareillages sont installés de part et d’autre de ce couloir central. Ils sont tous extractibles par le haut et leurs connexions sont situées à leur partie inférieure. Le cheminement des câbles haute tension et des diverses conduites pneumatiques, toutes réalisées en acier inoxydable, se fait dans un caniveau central placé sous le platelage du couloir.

Lors de l’étude, il a été ainsi décidé que les câbles de puissance passeraient au niveau du platelage, et que les câbles de commande seraient logés en partie haute (exceptées les liaisons avec des équipements sous caisse). Cette disposition simplifie la mise en place des équipements, la prédispose pour un montage préfabriqué (pré-câblage, pré-tuyautage) et simplifiera les éventuelles modifications et/ou réparations. Les BB 427000 sont également les premières locomotives (mais pas les premiers engins moteurs) de la SNCF à être équipées de cabines à pupitre central.

La caisse, appartenant à la gamme Prima d’Alstom, a pris en compte le projet de norme européenne 12663 et les demandes particulières de la SNCF ; elle est de plus munie, par conception, d’un dispositif de sécurité passive. Elle est constituée d’un châssis fait de tôles pliées sur lequel sont rapportées les faces latérales et les cabines. L’ensemble est en acier HLE (haute limite élastique).

Structure

La caisse est autoportante, à faces latérales travaillantes et constituée d’éléments assemblés par soudure électrique.

Le châssis comprend deux brancards entretoisés par six traverses :

– deux traverses de tête (supportant les modules fusibles vissés, les tampons catégorie C, le crochet de traction unifié de 1.500 kN et le tendeur d’attelage unifié de 1.350 kN. Elles supportent l’accrochage de l’ensemble chasse-obstacle.

– deux traverses d’appuis, qui transmettent le poids de la caisse aux ressorts de suspension secondaire des bogies.

– deux traverses de traction basse, servant aussi de points de fixation au transformateur principal et aux barres de traction-compression du bogie.

Le châssis comprend également :

– deux chasse-obstacles fixés sous les traverses de tête, positionnés avec une marge par rapport au gabarit partie basse pour prendre en compte les conditions extrêmes d’utilisation (limite maximale d’usure des roues, écrasement maximum de la suspension, tolérances de construction, avec une découpe centrale ménageant le gabarit des crocodiles).

– deux longrines longitudinales entretoisées entre elles, supportant le platelage du couloir central et les équipements intérieurs (traction et production d’air).

Les structures des faces latérales sont constituées des battants de pavillon et de profilés verticaux pliés en forme de “U”. Leur liaison avec le châssis est assurée par des sabots sur lesquels ils sont soudés. Cette technique permet d’élaborer des montants verticaux de longueur constante, de pouvoir les relier aux brancards (qui possèdent une contre-flèche) lors de l’assemblage du chaudron, tout en s’affranchissant des tolérances de fabrication.

Les faces latérales sont constituées de tôles ondulées de 2,5 mm d’épaisseur, soudées aux profilés de structure. Seule la BB 437001 possède des tôles de faces en 1,5 mm d’épaisseur. En début d’étude, Alstom n’était pas certain de contenir le bilan de masse de la version tricourant. En conséquence, la diminution de l’épaisseur de ces tôles a été un des remèdes envisagés et mis en œuvre sur cette locomotive. C’est le chaudron de cette dernière qui a validé la résistance mécanique au banc de compression SNCF de Vitry-sur-Seine pour l’ensemble de la gamme. Le doute ayant été levé, les autres BB 437000 ont reçu des tôles de faces de 2,5 mm.

Plusieurs ouvertures ont été pratiquées sur ces faces latérales : outre la trappe de maintenance, elles permettent les prises d’air pour la ventilation des moteurs de traction et des auxiliaires. Cette trappe permet au personnel d’extraire de petits équipements, sans avoir à transiter par les cabines de conduite. Les portes d’accès cabine appartiennent à la “structure de cabine”.

Sur cet ensemble entièrement soudé sont boulonnés les “capots lanterneaux” de toiture et une entretoise en partie haute, en milieu de caisse. Chacun des deux capots lanterneaux porte un -ou deux- pantographes et une partie des capots lanterneaux de ventilation des équipements électriques ou de sortie d’air du freinage rhéostatique. Ils supportent en outre les appareillages de la ligne de toiture.

Ils sont essentiellement constitués de tôles et profilés d’aluminium. Les toitures de cabines en acier sont intégrées à l’ossature de cabine et ne sont pas démontables.

On notera également qu’il n’est pas prévu, sur ces machines, d’accès en toiture par l’intérieur du compartiment machine.

L’intérieur de la caisse. On distingue:
– le caniveau central dans lequel seront logés les câbles de puissance et les tuyauteries pneumatiques en inox.
-Sur les longerons et longrines centrales, les pions de centrage et de calage des blocs d’appareillage.
-Entre les montants, les pions de centrage et de calage des tôles de lest.
– Les deux diagonales de renfort de la structure surmontées par la traverse démontable reliant les battants de pavillon.
– La fosse centrale pour le transformateur principal. – En arrière plan, les cinq montants du bouclier frontal de la cabine.

Intérieur de la caisse.
Sur la face avant de la caisse, on distingue:
– La traverse de tête comportant:
-Les trous de visage des caissons fusibles et du caisson d’attelage.
– Deux trous hexagonaux pour le passage des boisseaux de tampons fusibles en cas d’enfoncement total de ces derniers. En cas de choc décalé, ces logements contribuent également au guidage des tampons garantissant le bon écrasement de l’ensemble du dispositif fusible.
– Le trou rectangulaire pour le passage du système élastique de l’attelage.
– Les supports du chasse obstacle.
– Le bouclier frontal comprenant les platines de fixation du groupe de climatisation et les trous de passage des conduits de l’air climatisé.
– L’ouverture pour la vitre centrale dont on aperçoit la feuillure pour son collage.
Structure de caisse.
Structure de caisse.
Porte de maintenance.

Les cabines de conduite

Elles sont construites de façon indépendante et contribuent à l’équerrage de la caisse : elles sont encastrées dans le châssis. Leurs faces sont assemblées par soudure aux traverses de tête et aux faces latérales. Leur structure est conçue pour protéger efficacement le personnel de conduite en cas de collision : le pourtour des baies frontales est constitué de montants renforcés, les cinq montants du tablier sont liés à la traverse de tête.

Nouvelle innovation par rapport aux autres séries d’engins moteurs SNCF, les faces latérales des cabines de conduite des BB 27000 et 37000 sont équipées de deux rétroviseurs chauffants. Sur ces mêmes faces latérales se trouvent les ouvertures des portes d’accès.

Sécurité passive

La philosophie de la SNCF pour la protection du personnel en cas de choc frontal induit une conception de caisse avec bouclier frontal. Cette caisse répond très largement aux Normes Européennes : à la demande de la SNCF, la face frontale de la caisse des BB 427000 résiste à un effort de compression de 700 kN sur toute sa hauteur, y compris à un effort de 700 kN à hauteur de la ceinture. Cette ossature est essentiellement constituée de tôles soudées sur des jambes de force, lesquelles sont encastrées dans le châssis. La protection frontale de la caisse est complétée par un dispositif d’antichevauchement des véhicules et des tampons fusibles montés sur des caissons à déformation programmée dont le rôle est l’absorption progressive d’énergie. Ces dispositions garantissent la même résistance au choc qu’un matériel équipé d’un bouclier d’absorption (nid d’abeille).

Les “tampons fusibles” (Voir chapitre dédié)

Ils sont le fruit d’une collaboration entre Alstom et les Aciéries de Ploërmel. La technique retenue consiste à usiner, lors d’un choc, un tube d’aluminium au moyen de couteaux. Les tampons fusibles sont conçus pour absorber des chocs avec des engins similaires jusqu’à 12 km/h sans dégradation, ce qui correspond aux tampons de la catégorie C. De 12 à 36 km/h, la déformation est progressive. Un repère placé sur le boisseau assure le contrôle visuel de l’intégrité du tampon. Il disparaît en cas de début de déformation.

Au-delà de la “fusion” des tampons fusibles, un caisson déformable prend le relais. Les deux tampons fusibles sont conçus pour absorber 1 mégajoule (MJ), les deux caissons sont conçus pour absorber 1,25 MJ, soit une capacité globale par traverse de tamponnement de 2,25 MJ.

Complément de ces dispositifs, des tôles antichevauchement sont soudées à la partie frontale des caissons. Après déformations des tampons et des caissons, leur imbrication interdit tout chevauchement d’une caisse sur l’autre. Les 427000 sont les premières locomotives de la SNCF à bénéficier de ce dispositif.

Les dix premières locomotives (BB 427001 à 427010) sont munies de traverses de tamponnement monoblocs démontables. À partir de la onzième, les caissons fusibles et le dispositif de traction sont constitués de modules indépendants afin de garantir les déformations programmées en cas de choc décalé et d’en faciliter le remplacement.

Pour tenir compte des expériences passées, le “clair de baie” des vitres frontales est de cinquante millimètres inférieur aux dimensions de ces dernières ; ceci interdit leur intrusion dans la cabine en cas de choc frontal et protège ainsi le conducteur.

Un autre élément de la sécurité passive, qui peut paraître anodin, est le chasse-obstacle. Considéré par les profanes comme une lame chasse-neige (dont il possède la forme et en assure occasionnellement la fonction), il est d’une grande efficacité dans la fonction pour laquelle il a été défini : chasser les obstacles !  Témoin, l’accident survenu le 24 décembre 2004 sur un passage à niveau entre Jœuf et Moyeuvre ; une 27000 a percuté deux automobiles, éjectant l’une d’elles sur les côtés de la chaussée et poussant l’autre sur une centaine de mètres. La résistance de cet élément, répondant aux critères de la SNCF, a permis d’éviter le déraillement de la locomotive et du reste du convoi, avec les lourdes conséquences financières y afférant. Souvenons-nous de mémorables déraillements survenus sur des PN, dont celui de Bar-le-Duc.

Chacun des chasse-obstacles répond aux critères de la SNCF : en cas de choc, ils doivent résister à un effort de 500 kN sur les appuis latéraux et de 300 kN dans l’axe de la voie.

Peinture et protection longue anticorrosion

La protection anticorrosion de la locomotive est assurée par peinturage.

L’extérieur de la caisse reçoit successivement :

– une couche de peinture primaire anti-corrosion à base de résines époxydiques.

– une couche de fausse teinte.

– une base opaque.

– un vernis polyuréthane.

Les couleurs utilisées sont le “blanc 701”, le “vert jade 323”, le “gris métallisé 862” et le “gris orage 844”.

Les autres parties de la caisse de la locomotive ainsi que les équipements sont protégés par d’autres systèmes de peinturage, en général une peinture “monocouche”.

Certains corps creux de la caisse sont protégés par injection de peinture époxydique monocouche au travers de trous prévus à cet effet. Ces trous sont par la suite obturés par des bouchons en plastique.

Tous les marquages extérieurs et intérieurs prévus par la fiche UIC 640 sont appliqués sur la locomotive, afin de permettre son utilisation en service international. Ces marquages sont réalisés à l’aide d’autoadhésifs.

Masse adhérente

La caisse est conçue pour les réseaux européens dont les charges par essieu sont essentiellement variables et peut s’adapter à de nombreuses variantes.

Pour atteindre la charge par essieu fixée au cahier des charges SNCF (22,5 t par essieu pour les BB 427000), un lest est installé à la fois dans l’épaisseur des faces latérales (4 tonnes -lest amovible-) et sous le plancher des cabines (deux fois 2 tonnes -lest inclus dans le plancher-).

Dans le cas des BB 437000, le lest amovible est concentré dans l’épaisseur des faces latérales (1,75 t environ). La dépose de ce lest permet de ramener la masse de la locomotive à 88 tonnes, voire moins si nécessaire.

Les bogies

Ils sont du type Y 412.

La liaison caisse-bogie est assurée par un jeu de deux barres de “traction-compression” inclinées. C’est là une nouvelle innovation de la locomotive Fret (jusqu’à présent, les locomotives SNCF étaient équipées de barres de traction, une en avant et en arrière de chaque bogie). Ces barres de traction-compression reportent les efforts de traction et de freinage au niveau du rail. Cette solution permet de réduire le déchargement d’essieux au minimum et autorise une utilisation optimale de l’adhérence disponible.

Le moteur de traction, suspendu par le nez, repose sur l’essieu de la locomotive via un “canon-box”. Cette disposition convient pour des vitesses jusqu’à 140 km/h.

La liaison moteur/réducteur est assurée par un flasque d’étanchéité, le roulement étant rejeté à l’extérieur du réducteur. Cette solution permet de minimiser le nombre de roulements de l’ensemble moto-réducteur et d’augmenter la fiabilité de la transmission mécanique. Les bogies sont fabriqués par l’usine Alstom du Creusot.

BB 427000 bogie vue de dessus.
BB 427000 bogie.
Bogie de BB 427000.

Châssis de bogie

Le châssis de bogie est constitué de caissons mécano-soudés en tôles d’acier. Il est soumis, lors de sa fabrication, à un traitement de relaxation des contraintes. Ce châssis est constitué principalement de :

– deux longerons symétriques en “col de cygne” reliés par deux traverses extrêmes dont une est renforcée et platinée afin de recevoir le dispositif de traction-compression.

– une traverse centrale rapportée mécaniquement sur la partie centrale de chacun des longerons.

Les ressorts de suspension secondaire reposent de part et d’autre de l’axe transversal du bogie sur la partie supérieure des longerons. Les appuis des suspensions primaires se trouvent sous les longerons.

Des supports en acier moulé ou forgé sont soudés sur le châssis de bogie pour supporter des organes tels que :

– les amortisseurs verticaux de suspensions primaire et secondaire.

– l’amortisseur antilacet (montage optionnel).

– les butées verticales de suspension primaire.

– les attaches de blocs de frein.

– les oreilles de levage.

– les attaches de boîte d’essieu.

– les butées transversales et longitudinales.

Les essieux

Ils sont du type à fusées extérieures. L’essieu-axe présente :

– trois portées de calage pour recevoir les deux roues monoblocs et la roue dentée ; les roues et la roue dentée sont frettées sur des portées cylindriques lisses.

– quatre portées de roulement pour recevoir les deux roulements des boites d’essieux et les deux roulements supportant l’ensemble canon-box.

Les roues sont en acier forgé. Le diamètre minimum d’une roue neuve est de 1.150 mm, et celle-ci peut accepter une usure de 40 mm au rayon avant réforme.

Trois extrémités d’essieux sur quatre (pour un bogie) sont équipées de retours de courant avec des tresses de cuivre plates, non gainées.

Les boîtes d’essieux sont isolées du châssis de bogie par l’intermédiaire de rondelles isolantes sous les ressorts de la suspension primaire. Elles sont reliées au châssis par l’intermédiaire des bielles équipées d’articulations élastiques. Les boîtes d’essieux sont dotées de roulements-cartouches à rouleaux coniques.

Suspension primaire

Elle est de type “boîte à bielles”. Placée entre les boîtes d’essieu et le châssis de bogie, elle est composée (pour chaque boîte d’essieu) de :

– deux ressorts hélicoïdaux en acier placés de chaque côté des fusées.

– deux bielles équipées d’articulations élastiques assurant la liaison avec le châssis de bogie.

– un amortisseur vertical primaire placé entre le corps de boîte et le châssis de bogie. L’amortisseur de la suspension primaire limite le galop de bogie.

Cette suspension permet tous les mouvements des essieux par rapport au châssis avec les valeurs-limites suivantes :

– affaissement : 25 mm.

– rebond : 35 mm.

Suspension secondaire

Elle est composée de ressorts hélicoïdaux surmontés de sommiers. Elle permet tous les mouvements du bogie sous la caisse. Elle offre notamment la possibilité au bogie de s’orienter et de se déplacer transversalement lors des passages en courbe. Elle permet le rappel transversal de la caisse dans l’axe du bogie en sortie de courbe et au réalignement.

En limitant le couple caisse-bogie, la suspension secondaire diminue également les efforts entre les boudins de roue et les rails, ce qui réduit l’usure des parties en contact.

Située sur les longerons du châssis de bogie, elle comprend par bogie :

– deux groupes de ressorts hélicoïdaux en acier, chaque ressort étant surmonté d’un sommier en caoutchouc-acier.

– deux butées élastiques progressives caisse-bogie.

– deux amortisseurs verticaux.

– un amortisseur transversal par bogie, complétant les deux ensembles de suspension secondaire.

L’amortisseur transversal et les amortisseurs verticaux autorisent le contrôle des mouvements caisse-bogie tout en permettant d’obtenir les taux d’amortissement nécessaires au bon fonctionnement de la locomotive.

Le jeu vertical de suspension secondaire est de ± 35 mm.

Une butée sèche limite le débattement vertical en affaissement. Le jeu transversal de suspension secondaire est de 20 mm de jeu libre et de 40 mm d’écrasement possible au niveau des butées de caoutchouc.

Les essais de stabilité ont montré qu’il n’était pas nécessaire de monter des amortisseurs antilacet pour lesquels les châssis de bogie sont prédisposés. Les longerons du châssis de caisse ne le sont pas. La BB 27017 a reçu des amortisseurs antilacet à titre expérimental dans le but de répondre à une éventuelle demande allemande pour les BB 437000.

Graissage de boudins

Les locomotives sont munies d’un équipement de graissage de boudins, lequel permet :

– de diminuer le frottement sur la face verticale du rail.

– de combattre l’usure de la roue et du rail sans augmenter les risques de patinage.

– d’éviter, dans certains cas, le grippage de la roue sur le rail.

Ce dispositif est essentiellement constitué (par bogie) :

– d’un réservoir d’huile.

– d’un distributeur placé directement sous le réservoir.

– de quatre éjecteurs projetant l’huile sur les boudins de roues ; chacun des éjecteurs, dont la position est réglable en fonction de l’usure de la roue, projette un brouillard d’huile sur le boudin de roue, sans graisser la table de roulement.

– d’un ensemble de tuyauteries constitué de tubes rigides et de flexibles.

Des électrovalves situées sous la caisse, et commandées par des relais placés dans l’armoire système, et deux robinets d’isolement positionnés sous les trappes dans la partie caisse complètent le circuit.

Sur les BB 427000 et 437000, le graissage des boudins s’effectue sur les quatre essieux quel que soit le sens de marche. Sur les BB 827300 et BB 475000, le système a été adapté pour que le graissage s’effectue seulement sur les essieux directeurs de chaque bogie, selon le sens de marche, soit l’essieu de tête et le troisième essieu de la locomotive.

Aménagement de caisse

Cabine

L’aménagement à pupitre central est dans la lignée des rames TGV type Duplex, Eurostar et des autorails X 72500 et X 73500. La cabine de la locomotive comporte une seule vitre frontale dotée d’un chauffage et d’un pare-soleil à commande manuelle.

L’accès depuis l’extérieur à la cabine de conduite se fait des deux côtés de la locomotive par une porte de 630 mm de largeur. Les portes sont situées sur les faces latérales de la structure de cabine, et donnent directement accès dans les cabines ; cette disposition avait disparu avec l’arrivée des BB 26000 Sybic en 1989.

Le compartiment machine est relié à chaque cabine par une porte de cloison dans l’axe de la locomotive.

La porte donnant vers le compartiment machine, ainsi que les baies ouvrantes de chacune des portes d’accès à la cabine constituent les issues de secours de la locomotive.

Les niveaux de bruit continu équivalent (Leq) mesurés en cabine sont inférieurs aux valeurs suivantes :

– 72 dB(A) en champ libre, à vitesse maximum de la locomotive (soit 140 km/h) ;

– 82 dB(A) en tunnel, à vitesse maximum de la locomotive ;

– 68 dB(A) à l’arrêt, tous équipements auxiliaires en marche.

Sièges

Le siège du conducteur est issu de la technique du transport routier. Il est équipé d’une suspension verticale dont le réglage et l’amortissement se font automatiquement par mesure du poids du conducteur. Il comporte également un réglage lombaire, un appuie-tête, des accoudoirs rabattables, ainsi qu’une commande pneumatique (sur BB 427000) pour mise en position de conduite (réglage longitudinal et vertical). L’ensemble est monté sur un parallélogramme et une couronne d’orientation qui autorisent un dégagement rapide en cas d’urgence. Ses accoudoirs rabattables ne gênent pas, en particulier, une évacuation rapide en cas de danger.

Ce siège offre un confort maximum en respectant les normes DIN de comportement au feu. Son appuie-tête et son appui lombaire sont réglables. Il est doté des réglages nécessaires à l’obtention, en conjonction avec le pupitre, d’une position de conduite ergonomique, tout en autorisant la conduite en position debout.

Climatisation

Chacune des cabines de conduite dispose d’un équipement de conditionnement d’air, l’air extérieur étant préalablement filtré avant admission.

L’unité de climatisation est divisée en deux groupes :

– un groupe de traitement d’air, placé dans le coffret droit du pupitre de conduite.

– un groupe condenseur, placé dans le volume offert derrière le masque de cabine.

Le raccordement des deux modules du groupe de climatisation est assuré par des raccords munis de coupleurs auto-obturants. La masse totale du groupe de climatisation est de 180 kg.

Un filtre à air, traitant l’air extérieur, est placé en partie avant du carénage. Le fluide frigorigène utilisé est du R134a.

La consigne de température est donnée par un thermostat réglable entre 18 et 26°C.

Le fonctionnement de la climatisation est régi par un sélecteur permettant d’obtenir différents régimes :

– position 0 (arrêt).

– grande vitesse (ventilation seule).

– chauffage.

– réfrigération.

La disposition d’origine ne correspondant pas aux exigences du CDCF, des bouches de distribution d’air ont été installées en partie basse de la cabine afin de respecter un gradient de température confortable entre le plancher et la tête de l’agent de conduite.

Pupitre

L’ergonomie du poste de conduite a été étudiée en collaboration avec la Direction du Transport et les utilisateurs. L’ensemble du pupitre est constitué d’une charpente qui reçoit des modules, consoles et tablettes amovibles, d’une grande souplesse d’emploi.

La traditionnelle “boite à leviers” qui figurait sur les pupitres depuis plus de quarante ans a été remplacée par une console (écran muni de touches latérales de fonctions) qui permet à la fois la commande de la locomotive, l’aide à la conduite et à la maintenance.

Les indications de pression d’air pour les freins ont été transférées en représentation graphique sur cet écran de conduite. La commande de traction/freinage se fait par un levier unique, le traditionnel “cerclo” ayant lui aussi disparu. Un indicateur d’effort de traction remplace les ampèremètres.

Le pupitre de conduite est installé en position centrale. Il est composé de :

– cinq modules regroupant diverses commandes (ex : frein pneumatique, essuie-vitre, pantographes, annulation de sablage…) et affichant diverses informations (pression CG/RE/CP/CF, tension caténaire, vitesse, visualisation KVB…).

– trois tablettes : une à gauche (regroupant entre autres le bouton-poussoir d’urgence, le manipulateur de frein direct, le bouton-poussoir de sablage manuel…), une au centre (supportant la feuille de route et deux touches sensitives VACMA centrales…), et une à droite (regroupant les commutateurs d’éclairage, le rhéostat d’éclairage du pupitre, l’indicateur de vitesse, le bouton-poussoir d’acquittement des signaux…).

– deux consoles (une à gauche, une à droite) regroupant également diverses commandes (ex : commutateur de régime climatisation, thermostat de régulation…).

Le pupitre tient bien évidemment compte de la spécificité des différentes séries, notamment de celle liée au caractère tricourant des BB 437000 et de leur système de signalisation. La répartition des équipements y est légèrement différente de celle des BB 427000. Particularité supplémentaire des BB 437000 : la console gauche du pupitre comporte un terminal “entrée données train” ZUB.

De leur côté, les BB 827300 reçoivent, sur la console de droite, un commutateur de réversibilité. Au-dessus de la casquette du pupitre, de part et d’autre de la partie centrale, on trouve à gauche deux écrans vidéo pour les caméras de quai et à droite un écran unique pour le SIVE (Système d’Information aux Voyageurs Embarqué).

BB 427000. Pupitre de conduite.

Les équipements de sécurité et de signalisation

Tachymétrie

La mesure de la vitesse de la locomotive se fait à partir de deux capteurs installés sur les moto-réducteurs des essieux 2 et 3. Ces deux capteurs de vitesse, communs à la tachymétrie et à l’anti-enrayage/anti-patinage sont de type inductif à six enroulements.

La vitesse mesurée est corrigée en fonction du degré de l’usure des roues, le diamètre des roues étant entré dans le système par les agents de maintenance via un commutateur plombé placé en face avant de l’ATESS (Acquisition, Traitement des Événements de Sécurité en Statique). La vitesse élaborée est également corrigée en fonction du glissement roue/rail.

Enregistreur

Cet équipement assure l’enregistrement de la vitesse élaborée par la tachymétrie en fonction du temps écoulé, de l’espace parcouru, des principaux événements concernant la sécurité des circulations, ainsi que l’identification du conducteur et de la mission.

La saisie de l’identification du conducteur et de la mission est réalisée sur la console de conduite. L’enregistreur dispose d’une horloge interne (dont la mise à l’heure se fait par un bouton-poussoir placé en face avant de l’ATESS).

VACMA (Veille Automatique de Contrôle du Maintien d’Appui)

Cet équipement est, rappelons-le, chargé de :

 – surveiller l’état de vigilance de l’agent de conduite lors de la circulation du train.

– provoquer l’arrêt automatique du train en cas de non réaction de l’agent de conduite.

– transmettre l’alarme VACMA par radio en cas de freinage d’urgence.

Le contrôle de maintien d’appui permet de vérifier que l’agent de conduite agit périodiquement sur des actionneurs reliés à ce dispositif, et de l’avertir de manière sonore qu’une position reste anormalement figée.

En réponse à une demande de la DB, la durée de la temporisation du contrôle du lâché d’appui des BB 437000 a été réduite de 55 à 30 secondes.

Sécurité (hors SNCF réseau)

Les BB 437000 sont aussi équipées des systèmes LZB et PZB (ou Indusi), avec commutation automatique à la frontière, pour pouvoir circuler sur le réseau DB. Le montage des équipements Integra et ZUB permet la circulation sur le réseau CFF.

Les BB 427000 et 437000 sont normalement équipées d’une brosse de signalisation (BRS), de la radio sol/train (RST), du KVB (contrôle de vitesse par balises), et d’un “générateur de sons”, capable de reproduire trois sons préenregistrés (son maintien d’appui VACMA, son relâche d’appui VACMA, son signal fermé BRS).

Photo BB 437000 antenne Integra

BB437000. Antenne Integra.

ATF (asservissement traction/freinage)

Il se met en action lors d’un passage en freinage par une dépression dans la conduite générale alors que le manipulateur Traction/Freinage est resté sur la plage traction. Sa mise en action entraîne la mise à 0 de la consigne traction. La traction ne peut être reprise que si la vitesse est inférieure à 3 km/h, ou s’il n’y a plus de dépression dans la conduite générale (CG) et si les organes de commande de la traction ont été ramenés à 0 dans les deux cas. Lorsque le frein électrique est isolé, l’asservissement reste actif.

AU (asservissement urgence)

Il se met en action lors d’une demande de freinage d’urgence alors que le manipulateur traction/freinage est resté sur la plage traction. Sa mise en action entraîne la coupure immédiate de l’effort de traction. La traction ne peut être reprise que si la demande de freinage d’urgence disparaît, et que le manipulateur de traction a été ramené à 0.

UM (Unité Multiple)

Un fonctionnement en UM de deux locomotives accolées est possible par l’intermédiaire d’un réseau informatique. Les ordres de conduite de la cabine mise en service (locomotive menante) sont transmis à l’autre locomotive (menée) du train. Cette dernière communique son état fonctionnel à la locomotive menante. Bien que prévu dès l’origine, le fonctionnement en UM n’a pas été immédiatement opérationnel. Le constructeur avait envisagé une connexion électrique entre les deux locomotives par un câble “volant”, rangé dans l’espace réservé à l’outillage de bord. Ce câble aurait relié les prises femelles logées de part et d’autre du phare central. La SNCF a refusé cette solution, lui préférant une liaison filaire à demeure et installée sur la traverse de tête. Cette version beaucoup plus traditionnelle a été mise en place, sur les premières unités livrées, par le SAV (service après vente). De construction, les traverses de tête des premières locomotives étaient équipées d’un seul demi-accouplement par conduite pneumatique (CP et CG). Compte tenu des dimensions de la locomotive, le doublement de ces conduites a été nécessaire pour le fonctionnement en UM.

Une prédisposition “Unité Multiple Répartie” a été prévue pour un système radio.

Essuie-vitre

De construction, les trente premières locomotives ont été équipées, par vitre frontale, de deux essuie-vitre à motorisation électrique de type automobile. A partir de la trente et unième machine, un essuie-vitre unique, placé en position centrale, assure le balayage de la vitre frontale. Il est entraîné par un moteur pneumatique similaire à ceux utilisés sur les rames Eurostar (de la onzième à la trentième locomotive, le dispositif d’origine à deux essuie-vitres a cédé la place à un essuie-vitre central par voie de modification alors que les dix premières locomotives sont restées en l’état). Sur les engins “Ile-de-France” BB 827300, deux balais essuie-vitre assurent le balayage total de la vitre frontale afin de garantir la vision des écrans de télévision installés sur les quais, quelle que soit la voie de circulation.

Les réservoirs de lave-vitres, d’une capacité totale de 120 litres (60 litres par extrémité), complètent l’essuie-vitre et sont situés au niveau des traverses de tamponnement. Le système d’arrosage est muni de gicleurs fixés sur le(s) bras essuie-vitre et le(s) balai(s) et assure un mouillage correct de la vitre.

Installation en caisse

Le compartiment machine contient les équipements électriques, pneumatiques et auxiliaires. Ces équipements se présentent sous la forme de blocs répartis de chaque côté du couloir central.

On trouve ainsi :

– un bloc commun.

– deux blocs moteurs.

– un bloc rhéostatique.

– un bloc pneumatique.

– une armoire frein.

– un bloc auxiliaire.

– une armoire système.

BB 427000. Couloir central.
BB 427000. Couloir central.

Le bloc commun

Il est constitué d’une ossature en acier sur laquelle sont montés tous les équipements. Sa conception se caractérise par une faible profondeur (950 mm), et seule la face côté couloir est accessible. Elle est fermée par des panneaux munis de serrures, à l’exception des portes ouvrant sur les électroniques de commande basse tension. Les clés actionnant ces serrures se situent sur la boîte de verrouillage et ne sont accessibles qu’après la mise à la terre de tous les composants de puissance. La boîte de verrouillage se situe sur le bloc commun.

Les blocs moteurs

La locomotive en comprend deux, chacun d’eux regroupe l’ensemble des éléments électroniques et électriques de puissance nécessaires à l’alimentation des deux moteurs de traction de type asynchrone (type 6 FRA 4567 A) d’un bogie. Afin de standardiser et de faciliter la maintenance, chaque bloc a été décomposé en trois parties :

– les deux premières, strictement identiques électriquement, constituent chacune la chaîne de traction (PMCF + onduleur) alimentant un moteur de traction.

– la troisième est composée de la colonne aéroréfrigérante qui distribue de manière indépendante le liquide de refroidissement à la chaîne de traction de chaque essieu.

Un bloc moteur est constitué d’une ossature en acier sur laquelle sont montés tous les équipements. Côté couloir, la face de ce bloc est fermée par des panneaux munis de serrures. Le refroidissement des convertisseurs correspondants à chacun des essieux dans les blocs moteurs est assuré par circulation d’eau glycolée. Pour chaque essieu, le circuit d’eau appelé également “boucle à eau” passe par les circuits et équipements :

– de refroidissement des convertisseurs d’entrée.

– du hacheur de freinage rhéostatique.

– de l’onduleur de traction.

– un échangeur air/eau “aéroréfrigérant” à ventilation forcée.

– une pompe à eau.

Un vase d’expansion par bloc moteur est associé aux deux circuits de refroidissement à eau. La circulation d’air dans la colonne aéroréfrigérante permet aussi de refroidir l’huile du transformateur principal à travers un demi-échangeur air/huile aéroréfrigérant. La détection de circulation d’eau est assurée par un pressostat et la surveillance de la température d’eau est assurée par une sonde analogique.

Le bloc rhéostatique

Sa conception est du type “bloc latéral”, ce qui se traduit ici aussi par un bloc de faible profondeur (950 mm) dont une seule face est accessible. Il est constitué d’une ossature en acier formant deux colonnes. Chaque colonne est constituée d’un groupe motoventilateur et de deux rhéostats de 600 kW, et assure le freinage rhéostatique des deux essieux d’un même bogie.

Le bloc pneumatique

Il regroupe les équipements nécessaires à la production, au traitement et au stockage de l’air comprimé, à savoir :

– un compresseur principal (doublé sur les BB 827300) avec sécheur associé.

– un compresseur auxiliaire et sécheur associé.

– des capteurs et électrovalves de commande des équipements pneumatiques.

– un panneau d’urgence LZB sur les BB 437000.

– deux réservoirs principaux de 500 litres chacun.

En dehors du chemin de câbles, protégé de l’alimentation du primaire du transformateur principal, ce bloc ne nécessite pas, contrairement aux autres blocs, de capotage ni de fermeture particulière.

Pour satisfaire à la législation allemande, les BB 437000 sont équipées d’un bac à condensats placé derrière l’armoire LZB. Les locomotives BB 827300 sont aussi équipées de tels bacs.

L’armoire frein

Elle rassemble les équipements du système de freinage. Ces éléments sont regroupés par modules fonctionnels flasqués en face avant d’une plaque en aluminium constituant ainsi l’armoire frein. Les modules sont fixés sur le panneau support au moyen de vis de fixation et les liaisons pneumatiques inter-modules (tuyautages) sont assurées en face arrière de l’armoire frein. Le câblage est réalisé en face avant. En partie haute se trouve le tiroir électronique (BCU).

Le bloc des auxiliaires

La locomotive est équipée de deux convertisseurs auxiliaires identiques logés dans un bloc unique. En marche normale, ils fonctionnent indépendamment l’un de l’autre et alimentent chacun une partie des auxiliaires. En cas de défaillance de l’un d’eux, ses charges sont automatiquement commutées sur l’autre.

La fonction “auxiliaires” réalise :

– la production d’énergie sous 380 V triphasé, 220 V monophasé et 110 V cc.

– la gestion des auxiliaires.

– la gestion de la marche en secours.

Le bloc des auxiliaires se présente sous la forme d’une armoire divisée en deux compartiments :

– un compartiment protégé IP50 (CEI 529) ; il contient tous les circuits sensibles à l’empoussièrement, tels que les semi-conducteurs de puissance, leurs circuits auxiliaires d’allumage et de protection, les électroniques de commande et le panneau à appareillage ; ce compartiment est accessible par la face frontale du bloc CVS (convertisseur statique) située côté couloir du compartiment machine et tous les composants qu’il contient sont déposables de ce côté.

– un compartiment aéré, degré de protection IP20 (CEI 529) ; dans cette partie, sont disposés les éléments dissipatifs tels que résistances de puissance et bobinages. Y sont également installés les groupes de ventilation et autres appareils, y compris ceux de mesure, protégés par construction contre la pollution de l’air de refroidissement. Tous ces composants sont accessibles et déposables depuis l’extérieur de la locomotive par une trappe.

L’armoire système

Elle regroupe des équipements du contrôle-commande, ainsi que des équipements de sécurité de la locomotive. Elle comporte des tiroirs électroniques et des éléments tels que des relais, des coupe-circuits, des commutateurs et des contacteurs nécessaires au contrôle-commande de la locomotive. L’armoire système regroupe les tiroirs suivants : KVB, radio sol/train, bac ATESS, enregistreur d’évènements, VACMA, BRS, des tiroirs électroniques interfacés au superviseur et des tiroirs assurant la fonction superviseur, un tiroir de ventilation et une partie de leurs alimentations.

De plus, pour les locomotives tricourant, cette armoire intègre aussi les tiroirs “Integra”, “ZUB” et diverses alimentations (radio internationale).

Certains relais, coupe-circuits et commutateurs sont répartis sur la porte en face avant de l’armoire. Cette porte donne accès aux autres équipements non accessibles en face avant. L’armoire système dispose également d’un bouton-poussoir de mise sous tension-batterie, d’un bouton-poussoir de coupure des batteries et d’un voltmètre indiquant la tension-batterie.

Armoire LZB (sur BB 437000 uniquement)

Cette armoire fournie par Alcatel et Siemens sert au traitement de la signalisation LZB et PZB (Indusi). Un module d’entrée de données spécifiques y est accolé.

La ventilation

Le système de ventilation de la locomotive est divisé en plusieurs parties distinctes et indépendantes :

– ventilation des blocs moteurs et du transformateur principal.

– ventilation du bloc rhéostatique.

– ventilation des moteurs de traction (VTMT).

– ventilation de la salle des machines (VTSM).

– ventilation de la production d’air.

– ventilation du bloc des auxiliaires.

– ventilation de la climatisation.

Ventilation des blocs moteurs et du transformateur principal

Un bloc moteur regroupe les convertisseurs de puissance destinés au fonctionnement d’un bogie (deux essieux) de la locomotive. Chaque bloc moteur dispose, pour un bogie, d’un groupe motoventilateur (M-VT-BM) unique correspondant à une colonne aéroréfrigérante.

Cette colonne permet le refroidissement :

– des radiateurs à eau glycolée des deux parties du bloc moteur correspondant (BMT).

– de la moitié du radiateur à huile du transformateur principal (TFP).

Chaque bloc moteur aspire son air de réfrigération en toiture sur le lanterneau et le rejette sous caisse au travers d’un demi-échangeur air/huile du transformateur principal.

Ventilation du bloc rhéostatique

Lors d’un freinage électrique rhéostatique, l’énergie de freinage est récupérée par les onduleurs de traction. Cette énergie est dissipée sous forme thermique dans les rhéostats de freinage. Le bloc rhéostatique contient deux colonnes rhéostatiques. Chaque colonne est associée à un bogie. La ventilation rhéostatique est une ventilation autonome : les ventilateurs sont alimentés par des convertisseurs indépendants branchés sur des talons de deux rhéostats. L’air est aspiré sous la locomotive, soufflé à travers les rhéostats par les motoventilateurs et ressort par des ventelles sur le côté de la toiture.

Ventilation des moteurs de traction

La ventilation des moteurs de traction est assurée par deux motoventilateurs placés aux deux extrémités du compartiment machine. Chaque motoventilateur prélève l’air extérieur sur la face latérale à travers une persienne filtrante puis le rejette dans les deux moteurs de traction associés au moyen de gaines et soufflets.

Ventilation du compartiment machine

La ventilation du compartiment machine est assurée par un motoventilateur (M-VT-SM) situé au-dessus du motoventilateur de moteur de traction extrémité 2. Pour les locomotives BB 827300, un second motoventilateur est situé au-dessus du motoventilateur de traction extrémité 1. Il(s) aspire(nt) l’air extérieur à travers une persienne filtrante et le refoule(nt) après une seconde filtration dans la salle des machines.

Ventilation de la production d’air

La ventilation de l’unité de production d’air principale est indépendante de la ventilation caisse. L’air nécessaire à la ventilation du groupe motocompresseur est aspiré à travers une persienne située sur une face latérale de la locomotive. L’air est ensuite rejeté en partie supérieure de l’unité vers les persiennes de la toiture par l’intermédiaire d’une gaine.

Ventilation du bloc des auxiliaires

La ventilation du bloc des auxiliaires est assurée par deux motoventilateurs (un par convertisseur). L’air est aspiré à travers une persienne située sur une face latérale de la locomotive. Il est soufflé dans le bloc auxiliaire et rejeté sous la locomotive.

Ventilation de la climatisation

L’aspiration de l’air de climatisation cabine se situe sur la face frontale de la locomotive, en bas du carénage. Après passage sur le condenseur, l’air est expulsé sur le côté de la locomotive, au même niveau et dans l’angle du carénage.

La production d’air

La production d’air comprimé comprend la production d’air principale et la production d’air auxiliaire. La production d’air principale permet d’alimenter, sous une pression de 9 bars, la conduite principale fournissant l’air nécessaire aux organes pneumatiques de la locomotive et du train. La production d’air auxiliaire permet d’alimenter la conduite pneumatique auxiliaire (ligne de toiture) fournissant l’air nécessaire au déploiement des pantographes et au pilotage des organes électropneumatiques (disjoncteurs, contacteurs…) pendant la séquence de mise sous haute tension de la locomotive. La production d’air est ensuite assurée par l’unité de production d’air principale.

Unité principale de production d’air

La production d’air principale est assurée par un compresseur dont le débit est de 2.400 l/mn, à la pression atmosphérique (pour les locomotives BB 827300, le motocompresseur unique de 2.400 l/mn a été remplacé par deux moto-compresseurs de 2.000 l/mn). C’est un compresseur à vis, lubrifié par injection d’huile et refroidi par air. Il est entraîné par un moteur électrique asynchrone triphasé.

Le refroidissement du moteur d’entraînement du compresseur est réalisé par un ventilateur qui assure également la ventilation du refroidisseur combiné air/huile. Le compresseur possède également un réchauffeur d’huile, placé dans le réservoir d’huile. Ce réchauffeur est nécessaire pour garantir un point de fonctionnement non dégradé de l’unité compresseur.

Pour éviter que de l’eau ne se condense dans le système pneumatique, l’unité de production d’air est équipée d’un sécheur par absorption à deux colonnes remplies d’un produit dessicant.

Le point de rosée sous pression est à environ 40 °C en-dessous de la température ambiante, pour un débit de 2.400 l/min à l’entrée du sécheur.

Une partie de l’air comprimé, environ vingt pour cent, est déviée dans la deuxième colonne afin de régénérer le produit dessicant. Le dessicant retient la vapeur d’eau sur les côtés actifs de sa structure hautement poreuse. Un indicateur d’humidité est installé en sortie du sécheur.

Unité auxiliaire de production d’air

L’unité de production d’air auxiliaire comprend un groupe motocompresseur et un sécheur d’air muni d’un système de régénération. La production d’air est assurée par un compresseur dont le débit est de l’ordre de 50 l/min. C’est un compresseur à piston, lubrifié à l’huile. Le moteur de ce compresseur est alimenté à partir de la batterie de la locomotive.

Le sécheur est du type à une colonne et la régénération ne nécessite pas d’apport de chaleur. La régénération s’effectue par passage en inverse d’air sec dans l’élément actif.

LA SECURITE PASSIVE APPLIQUEE AUX BB 27000 & 37000 :

LES TAMPONS FUSIBLES

Depuis plus d’une quinzaine d’années, tous les nouveaux matériels roulants commandés par la SNCF sont dotés de dispositifs de sécurité passive. Ces dispositifs ont pour but de mieux protéger les voyageurs, le personnel de conduite et le matériel en cas d’accident. Leur coût est estimé à 1% de celui du produit fini.

L’exploitation des matériels ferroviaires se fait au travers de la sécurité active : celle-ci regroupe les dispositions et dispositifs mis en œuvre par l’homme -respect des règles de conduite, de la signalisation, des niveaux de vitesse, de la maintenance- et les automatismes de surveillance embarqués qui agissent en cas de manque de vigilance -VACMA, KVB, signalisation des défauts, etc-. 

Mais la sécurité des circulations ferroviaires peut être perturbée par des événements imprévisibles, voire complètement étrangers au système d’exploitation, tels que la présence d’objets sur la voie ou la rupture d’un composant qui peut entraîner un accident. La sécurité passive consiste donc à installer des dispositifs qui, en l’occurrence et compte tenu des retours d’expériences, vont tendre à minimiser les conséquences sur les personnes transportées. Les principales mesures consistent à bien dimensionner la résistance des structures, à programmer leurs déformations et à les doter de dispositifs frontaux prévus pour se déformer progressivement afin d’absorber de l’énergie et empêcher le chevauchement des véhicules entre eux lors d’un choc frontal.

En ce qui concerne les locomotives, bon nombre de séries anciennes ont été dotées de renforcements de cabine et de boucliers de protection frontale au cours de leur existence. La BB 27000 (et ses sœurs) inclut toutes ces mesures de construction (voir les niveaux de résistance des caisses). De plus, elle est dotée de caissons déformables et de tampons fusibles. Ces équipements sont particulièrement efficaces pour protéger le matériel lors de chocs jusqu’à 36 km/h, ce type d’événements étant en général rencontré lors des manœuvres.

Les photos ci-jointes illustrent les conséquences du choc de la BB 27022 contre une autre locomotive à 20 km/h.

Après remplacement des organes détériorés, la locomotive reprend du service, lui évitant de longues et coûteuses immobilisations en atelier pour réparation des structures.

La BB 427022 a subi un choc frontal dont l’énergie a avoisiné 1MJ, les tampons étant presque totalement enfoncés. Les caissons fusibles sont intègres.
Le tampon a entièrement travaillé. Le caisson fusible est resté intègre, l’énergie du choc étant inférieure à 1MJ. L’épaisse tôle verticale (50mm) en face avant du caisson permet de répartir les efforts au cas où celui-ci serait amené à se déformer. La tôle horizontale (25mm) soudée sur la face avant du caisson fait office d’anti-chevauchement.
Dépose du tampon gauche.
Amas de copeaux du à l’usinage du fourreau en aluminium. Lorsque la partie élastique du tampon arrive en fin de course, le plongeur déclenche l’explosion d’une cartouche de gaz et la rupture de six pions de cisaillement vissés sur la couronne des couteaux. Puis commence l’usinage du fourreau sur une course d’environ 400 mm. Au-delà, la capacité d’absorption du tampon est terminée, ce sont les caissons fusible qui prennent le relais si besoin est.
Gros plan sur les six couteaux d’usinage du fourreau en aluminium.

LA LIVRÉE EXTÉRIEURE

Outre les performances et les spécifications requises par le cdcf, le constructeur retenu doit aussi faire une proposition pour la livrée extérieure. Pour ce dernier point, Alstom s’est associé au cabinet MBD Design et a joint une proposition à son offre commerciale. La locomotive arbore une décoration alliant le vert, le blanc, le gris métallisé et le gris foncé. Une image de synthèse la présente sur un terminal intermodal, près d’un portique de chargement de conteneurs. L’esthétique générale de la locomotive est directement issue de la gamme PRIMA d’Alstom, la distribution des teintes n’étant pas très éloignée de celle des BB 36000, qui rappelons-le ont également été également dessinées par MBD Design, tout comme leurs devancières, les BB 26000.

Mais la Direction FRET, qui souhaite donner une image forte à son matériel roulant dédié, demande une reprise du dossier design des locomotives en construction. Alstom et MBD Design ont été à nouveau sollicités et un cahier contenant 18 variantes, regroupées en trois familles résulte de cette nouvelle étude. Ces projets sont présentés au groupe de travail comprenant des représentants du constructeur et du cabinet des designers, de l’activité FRET, des Directions du Matériel et de la Communication. Une première famille est d’emblée écartée : jugée trop « fade ». La deuxième est plutôt perçue comme « classique » et ne répond pas vraiment au besoin d’une livrée qui se démarque de celles déjà en service. Par contre, la troisième recueille une approbation collective par l’originalité de sa présentation : la locomotive est barrée (en diagonale) par environ 35% de vert, 25% de blanc et le reste est en gris métallisé, le tout reposant sur un large bandeau gris foncé en bas de caisse. Le parallélogramme blanc supporte le non FRET en italique et de grande taille. A ce sujet, il y a eu un long débat autour de la marque à apposer sur l’engin : FRET SNCF ou FRET tout court ; finalement, seul le mot FRET sera retenu compte tenu de la présence du logo de l’Entreprise, placé à droite sur la vue en élévation et sur les faces frontales. Les teintes adoptées sont : le vert jade 323, le blanc 701, le gris métallisé 862 et le gris orage 844 de la carte des teintes de la SNCF.

En sortant de cette réunion, les représentants d’Alstom reçoivent, de la SNCF, la demande d’appliquer cette livrée aux locomotives en construction suivant les prescriptions établies par MBD Design. FRET demande également au Chef du Département des locomotives, qui assure aussi la fonction de Chef de Projet des BB 427000/437000, d’appliquer cette livrée à l’ensemble des engins du parc existant.

Pour cette nouvelle étude, il a fallu ramener le logo FRET des BB 427000 de 905 mm à 770 mm de haut pour l’appliquer aux locomotives du parc existant. Pour ces dernières, il a également fallu prolonger le parallélogramme blanc en recouvrement sur le brancard de châssis gris orage. Cette version a également été appliquée de construction à partir de la BB 427007.

BB 427006 et 427008 Dépôt de Dijon Perrigny.

LA PARTIE TRACTION ET FREINAGE

La locomotive BB 27000 a été conçue pour le remorquage des trains de marchandises. Elle se caractérise par des composants de puissance novateurs, une ergonomie de conduite nouvelle et un réseau informatique de bord. Ses délais d’études et de mise en service ont été notablement diminués par rapport aux dernières séries de locomotives acquises par la SNCF.

Son fonctionnement sous les tensions 25 kV monophasé et 1500 V continu et son architecture à bogies bimoteurs (BoBo) lui ont permis de conquérir rapidement une part importante de la traction des trains de l’activité FRET.

Sa chaîne de propulsion innovante comprend quatre chaînes de traction asynchrones indépendantes (une par essieu), utilisant des modules à transistors IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

Les configurations du schéma de puissance.

Le schéma de puissance de chaque essieu se reconfigure suivant l’alimentation présente. L’agencement modulaire de l’électronique de puissance et du contrôle commande permet une mise en œuvre simplifiée de l’ensemble des composants, quelle que soit l’alimentation de la caténaire.

– sous une caténaire 1500 V continu, la capacité du filtre d’entrée alimente directement les onduleurs de traction. C’est ce qu’on appelle un schéma à « onduleur direct ». L’inductance du filtre d’entrée permet, comme sur les engins à hacheur, de limiter l’ondulation du courant appelé à la caténaire. Elle impose également une impédance à 50 Hz permettant de satisfaire aux exigences des systèmes de signalisation.

– sous une caténaire 25 kV, pour chacun des essieux, l’énergie transite par un transformateur abaisseur et un Pont Monophasé à Commutation Forcée (PMCF). Le PMCF fournit une tension continue permettant d’alimenter les onduleurs de traction comme en alimentation à courant continu 1500 V.

– une série de locomotives en version tritension, dérivée de la BB 27000, a également été commandée par la SNCF : la BB 37000, qui est apte à fonctionner sous 1500 V continu, 25 kV-50 Hz et 15 kV-16,7 Hz pour les réseaux allemand et suisse. Le schéma de puissance est proche de celui de la BB 27000 : les configurations 15 kV et 25 kV sont similaires, la seule différence est une prise sur les secondaires du transformateur pour l’alimentation en 15 kV.

Les performances de la BB 27000.

La BB 27000, d’une masse adhérente de 90 tonnes, se caractérise par une puissance à la jante de 4,2MW, soit 1,05 MW par essieu. Elle développe cette puissance entre 60 et 140 km/h. Elle dispose au démarrage d’un effort à la jante maximal de 80 kN par essieu, soit 320 kN au total. Ces performances lui permettent de tirer des trains de 1800 tonnes en rampe de 10 mm/m. Elle montre également la courbe de résistance à l’avancement d’un train de 900 t en rampe de 10 mm/m.

Les spécificités de la locomotive BB 27000.

La forte volonté de la SNCF à rechercher une locomotive simple, robuste et économique a guidé la rédaction du cahier des charges et la démarche de conception de la machine. La nécessité d’un faible coût d’achat et d’un faible coût de possession a conduit aux principes de redondance, de modularité et d’ergonomie exposés ci après :

– redondance : les quatre chaînes de traction sont complètement indépendantes, ce qui autorise la locomotive à terminer sa mission avec un ou même deux essieux isolés (bien entendu suivant le profil du trajet et le tonnage du train). Elle dispose par ailleurs de deux chaînes auxiliaires identiques qui se partagent les tâches mais qui sont capables d’alimenter l’ensemble des charges indépendamment l’une de l’autre. La plupart des organes constitutifs du système informatique embarqué sont également doublés : le superviseur MPU (Main Processor Unit), les consoles etc… La BB 27000 est donc capable de fonctionner dans un certain nombre de configurations dégradées (un ou deux essieux isolés, une chaîne auxiliaire isolée) et par conséquent de terminer sa mission en cas d’avaries. En ce sens elle répond à la volonté de la SNCF de disposer d’une machine « disponible ».

– modularité : la modularité est omniprésente, que ce soit concernant la chaîne de puissance (motorisation et circuits auxiliaires) ou concernant le contrôle commande qui lui est associé. Les quatre chaînes de traction utilisent des modules IGBT implantés dans des ensembles de puissance du standard Alstom appelés « PALIX ». Ces ensembles sont facilement interchangeables et incluent le circuit de refroidissement des composants. Du point de vue de l’électronique de commande, les quatre chaînes de propulsion sont pilotées par quatre tiroirs de la famille « AGATE 3 » faisant également partie du standard du constructeur. Ces tiroirs, tous identiques, sont facilement interchangeables. Il en va de même des deux tiroirs de commande « AGATE AUX » qui pilotent les deux chaînes auxiliaires. Cette modularité utilisant des équipements « standards » conçus également pour d’autres matériels offrent à la SNCF un gage de fiabilité et une facilité de mise en œuvre pour la maintenance.

– ergonomie : l’ergonomie du poste de conduite présente une évolution marquée avec le matériel existant. Le pupitre se présente en position centrale et se différencie des autres matériels par la présence de deux consoles regroupant toutes les commandes et les signalisations destinées au conducteur. Le manipulateur de traction est nouveau : poussé vers l’avant, il commande la traction ; tiré vers l’arrière, il commande le freinage dynamique. Le siège du conducteur a fait l’objet d’une attention toute particulière, et permet de régler très précisément la position voulue par des commandes pneumatiques. La cabine est climatisée, son insonorisation est optimisée (72 dB au maximum à 140 km/h).

– coût : la SNCF souhaitait acheter une série de locomotives à un prix modéré et un coût de possession chiffré (pièces de rechange, temps d’intervention etc.…). Cette volonté explique notamment la structure simplifiée de la transmission par l’utilisation d’un moteur suspendu par le nez sur le bogie, qui a fait ses preuves et qui est adaptée à la vitesse maximale de cette locomotive : 140 km/h.

Architecture générale : puissance et contrôle commande.

La locomotive FRET est mue par l’intermédiaire de deux bogies bimoteurs. Le schéma de puissance est constitué de quatre chaînes de traction indépendantes et identiques, chacune d’entre elles étant associée à un essieu. Deux chaînes auxiliaires identiques sont alimentées par le bus continu des essieux 2 et 3.

L’ensemble du contrôle commande est assuré par des équipements électroniques dialoguant avec un superviseur au sein d’un système informatique embarqué. La colonne vertébrale de ce système est constituée d’un réseau FIP (Factory Instrumentation Protocol).

Schéma électrique.

Schéma de puissance sous alimentation 1500V continu.

Les quatre bus continus indépendants sont alimentés directement par la caténaire, le courant continu étant au préalable filtré par une inductance d’entrée. Le bus constitue la source de tension continue à l’entrée de l’onduleur qui va alimenter le moteur asynchrone. Un disjoncteur continu de type ARC1550 assure la protection des équipements de puissance.

Le filtre d’entrée.

Une inductance de 4 mH permet de filtrer le courant appelé à la caténaire. Elle permet l’atténuation des courants alternatifs parasites superposés au courant continu. La capacité d’entrée est quant à elle constituée de l’équivalent d’un condensateur de 12 mF.

Les onduleurs de traction.

L’onduleur utilisé est un onduleur de tension à IGBT qui permet, à partir de la tension continue présente sur son condensateur d’alimentation, de créer un système de tension triphasé équilibré, d’amplitude et de fréquence variables, permettant d’alimenter et de contrôler le moteur asynchrone. À la vitesse maximale de 140 km/h et avec des roues mi-usées (1110 mm), la fréquence de fonctionnement de l’onduleur est proche de 160 Hz.

La commande de l’onduleur doit assurer la génération d’un couple optimal de traction et de freinage sur toute la plage de vitesse de la machine, et doit savoir répondre rapidement à des variations de charge engendrées par des patinages, des enrayages, voire des décollements de pantographe. Elle utilise les principes du pilotage vectoriel et de la commande par MLI (Modulation de Largeur d’Impulsion), déjà mis en œuvre sur les rames Eurostar et la BB 36000.

Le pilotage de l’onduleur permet d’assurer le fonctionnement de celui-ci en traction et en freinage. En freinage en particulier, alors que le moteur asynchrone fonctionne en génératrice, il doit être capable de maintenir la tension sur le bus continu. Cet exercice est délicat lorsque le disjoncteur est ouvert, car dans ce cas il est nécessaire de réaliser un équilibre sur le bus continu entre la fourniture d’énergie générée par le freinage dynamique du train, la consommation des auxiliaires et la dissipation dans le rhéostat de freinage. Le pilotage de l’onduleur doit par ailleurs être robuste vis-à-vis des variations de tension bus, en particulier lors de régimes transitoires induits par un décollement du pantographe, un passage de section neutre, un patinage ou un enrayage.

La commande surveille à tout moment l’état de l’onduleur de traction, et notamment les courants phase moteur, la tension bus, l’état des modules IGBT, le fonctionnement des capteurs de vitesse afin d’anticiper un aléa de fonctionnement et d’en minimiser les conséquences. Un ensemble d’indications et de contextes, à l’attention des agents de maintenance, est généré et mémorisé par la commande lors de l’apparition d’une anomalie.

Une surveillance dynamique de l’état des IGBT est réalisée par les électroniques de commande. Elles observent la cohérence entre l’ordre de commande et le retour d’état des modules IGBT. Cette observation fine permet de détecter au plus vite la défaillance d’un module. Les retours d’état sont issus des allumeurs.

Le hacheur rhéostatique / écrêteur principal.

Ce hacheur est constitué d’un module IGBT en série avec une résistance pouvant varier de 2,6W à froid à 3,7W à chaud. Il se caractérise par une fréquence de fonctionnement de 300 Hz et remplit deux fonctions : celle de hacheur rhéostatique et celle d’écrêteur actif.

Dans sa fonction hacheur, il régule la tension bus à une valeur de 1800V lors d’un freinage rhéostatique.

En tant qu’écrêteur actif, il limite la tension bus et protège les équipements de puissance vis-à-vis des élévations de tension sur le bus continu.

Chaque essieu possède un hacheur rhéostatique dont le pilotage lui est propre.

Schéma de puissance sous alimentation monophasé 25 kV 50 Hz.

Le schéma de puissance sous 25 kV 50 Hz reprend celui du 1500 V continu, mais cette fois, pour chacun des essieux, l’énergie passe par un transformateur dont les quatre secondaires alimentent chacun un pont monophasé à commutation forcée. Chaque pont est chargé, entre autre, de créer la tension continue aux bornes du bus d’entrée de l’onduleur de traction.

Le transformateur principal.

Le transformateur principal est constitué d’un enroulement primaire 25 kV et de quatre enroulements secondaires 950 V. Le primaire est directement relié à la caténaire via le disjoncteur monophasé de type 22CB (disjoncteur à ampoule sous vide). Ses secondaires alimentent les PMCF de chacune des chaînes de traction indépendantes.

Transformateur Principal BB 437000.
BB 437000 Transformateur Principal.

Les Ponts Monophasés à Commutation Forcée (PMCF).

Chaque essieu est équipé d’un convertisseur « PMCF », commandé en Modulation de Largeur d’Impulsion. Son fonctionnement est parfaitement réversible, il est capable d’absorber l’énergie à la caténaire pour la traction et les auxiliaires (fonctionnement en redresseur) et de restituer l’énergie développée par le freinage dynamique du train (freinage par récupération d’énergie avec un fonctionnement en onduleur).

Ce convertisseur permet également de contrôler la puissance réactive consommée ou restituée et de maîtriser le spectre du courant pris à la caténaire.

Les interrupteurs utilisés pour le PMCF sont des modules IGBT de calibre 3300 V-1200 A. La fréquence de fonctionnement par bras est de 450 Hz.

Comme pour l’onduleur, une surveillance des retours d’état IGBT est assurée.

Le rôle du PMCF est de :

– redresser la tension alternative du secondaire du transformateur.

– permettre d’obtenir un facteur de forme du courant et un facteur de puissance optimisés.

– minimiser les courants harmoniques renvoyés à la ligne.

– permettre de faire du freinage par récupération.

– faire du filtrage actif.

Le filtre « 2F ».

Un filtre « 2F » accordé à 100 Hz, connecté aux bornes de sortie des ponts monophasés à commutation forcée, constitué d’une capacité et d’une inductance, permet de filtrer le deuxième harmonique du 50 Hz. Il permet de réduire l’ondulation résiduelle de tension à 100 Hz sur le bus intermédiaire et donc d’atténuer lesbattements entre le bus et l’onduleur lorsque celui-ci fonctionne à une fréquence proche de 100 Hz.

Ces battements à très basse fréquence sont susceptibles d’exciter la transmission mécanique s’ils sont trop importants.

La technologie utilisée pour la chaîne de traction.

L’ensemble transformateur-selfs.

L’ensemble transformateur-selfs regroupe le transformateur principal abaisseur de tension 25 kV / 4950V, l’inductance du filtre d’entrée et les inductances des filtres « 2F » accordés à 100 Hz (un par essieu). L’ensemble monté sous caisse pèse dix tonnes. Les conducteurs sont en cuivre, les isolants solides ainsi que le diélectrique fluide sont de classe thermique A.

La puissance assignée du transformateur est de 5500 kVA au primaire, et de 1530 kVA pour chacun des quatre secondaires.

Une surveillance de la température de l’huile est réalisée par des sondes. Un premier seuil à 105°C impose une réduction de puissance, et un second à 115°C inhibe la traction.

L’implantation des semi-conducteurs de puissance.

Les modules utilisés sont de la gamme « PALIX ». Chaque plaque « PALIX » comporte les modules IGBT, les condensateurs de filtrage, la connexion par bus bar et les allumeurs de commande et de contrôle. L’ensemble est monté sur la « plaque froide » qui grâce à un circuit hydraulique permet l’évacuation des pertes des modules IGBT vers un échangeur « eau air » situé au sein du bloc moteur. La connexion hydraulique se fait par l’arrière du module, et le raccordement électrique à l’avant par le bus bar. L’électronique de puissance et en particulier les ensembles « PALIX » ne sont pas directement dans un flux de ventilation et ne sont donc pas soumis à la pollution.

Le schéma de puissance de la BB 27000 se compose avec trois « briques » « PALIX » élémentaires :

– une des briques est l’onduleur de traction complet, formé de 6 modules IGBT.

– une autre forme le PMCF additionné du hacheur rhéostatique également structurée avec 6 modules : 4 modules IGBT associés 2 à 2 en parallèle pour un bras du PMCF et un module IGBT associé à un module diode pour former le hacheur rhéostatique.

– et la dernière, qui réalise un autre bras PMCF avec là encore 2 modules IGBT connectés en parallèle.

BB 427000 PALIX

Les différents circuits de refroidissement.

Le transformateur et les inductances sont plongés dans de l’huile minérale isolante au sein d’une cuve monobloc à plusieurs compartiments. Cette huile est mise en circulation par des motopompes et refroidie par le biais de radiateurs ventilés.

Le refroidissement des semi-conducteurs de puissance de chaque essieu est assuré par circulation d’eau dans le circuit hydraulique des plaques « PALIX ». L’eau est refroidie dans un radiateur situé dans la même colonne aéroréfrigérante à ventilation forcée que le transformateur et les inductances. Une pompe assure la circulation de l’eau dans le circuit de refroidissement de chaque essieu.

Les moteurs de traction sont refroidis par des ventilateurs alimentés par les auxiliaires, le débit d’air est réglé selon la phase de fonctionnement de la locomotive.

Les résistances du bloc rhéostatique sont ventilées dès qu’elles sont traversées par un courant. L’air est aspirée sous la caisse de la locomotive et rejeté en partie haute à travers des ventelles mobiles situées en toiture.

Les moteurs de traction.

Les moteurs utilisés, d’une masse de 2660 kg, sont capables de développer une puissance de 1050 kW, aussi bien en traction qu’en freinage.

La locomotive FRET dispose de quatre moteurs de traction (un par essieu). Les moteurs utilisés sont des moteurs asynchrones à cage d’écureuils. De type ouvert, refroidis par ventilation forcée, ils se caractérisent par une structure à trois paires de pôles. La technologie de construction est semblable à celle des moteurs équipant les BB 36000. Ils développent chacun un couple sur l’arbre moteur de 9560 Nm au démarrage, quelle que soit le type de tension à la caténaire. Leur vitesse de rotation est de 3071 trs/mn à 140 km/h avec des roues mi-usées. Le moteur est suspendu par le nez, et repose sur l’essieu par le biais d’un canon-box. Le pignon moteur est constitué de 23 dents (109 dents côté roue).

BB 427000. Moteur de traction.

Les équipements auxiliaires.

Le schéma des auxiliaires correspond à une volonté d’optimiser la disponibilité de la locomotive, de par une redondance et la possibilité de reconfigurer les charges en cas d’avarie d’un des convertisseurs. La panne de l’un d’entre eux ne doit en rien influer sur le déroulement normal de la mission de la locomotive. La pleine puissance de traction est conservée.

La production d’énergie pour les équipements auxiliaires est assurée par deux convertisseurs statiques (CVS1 et CVS2) respectivement alimentés par les tensions bus des essieux 2 et 3 (les deux essieux du milieu, un par bogie).

Ces convertisseurs produisent toutes les tensions nécessaires aux différentes charges auxiliaires de la locomotive : le 380 V triphasé, le 220 V monophasé et le 110 V continu pour la charge de la batterie

En mode normal (2 CVS en service), le CVS1 alimente les charges fonctionnant à fréquence fixe (380 V-50 Hz), à savoir les moteurs des pompes à huile de l’ensemble transformateur-selfs, les moteurs des pompes à eau permettant le refroidissement des « PALIX », les groupes de climatisation des cabines de conduite, les moteurs du compresseur d’air et ceux des ventilateurs des deux CVS. Il fournit également le 220 V-50 Hz monophasé pour les équipements de confort cabine et l’anti-buée. Il peut toutefois fonctionner à 40 Hz en freinage, lorsque la locomotive évolue à faible vitesse. Le CVS2 alimente les charges à vitesse variable (380 V à fréquence variable permettant de réduire les nuisances sonores et la pollution) telles que les moteurs des ventilateurs des moteurs de traction et des aéroréfrigérants des blocs moteurs. En traction, il fournit du 25 Hz au démarrage, puis du 50 Hz. En freinage, il réduit sa fréquence à mesure que la vitesse de la locomotive décroît (50 Hz, puis 40 Hz et enfin 25 Hz). Le 110 V continu alimente tous les équipements basse tension, soit directement, soit par le biais de convertisseurs continu / continu pour obtenir du 24 V.

En mode secours (isolement d’un des deux CVS), le CVS restant alimente à fréquence fixe ses propres charges et celles du réseau défectueux.

Les deux convertisseurs statiques qui assurent la fonction auxiliaire sont logés dans un bloc unique. Les hacheurs sont constitués par des modules embrochables utilisant des IGBT 3300 V-1200 A, de même que les onduleurs qui font intervenir, eux, des IGBT de calibre 1200 V-200 A.

Deux chargeurs de batterie (demi-ponts monophasés à IGBT de calibre 1200 V-200 A commutant à 10 kHz), alimentés chacun par une chaîne auxiliaire assurent à tour de rôle la charge de la batterie. Ils se caractérisent par une puissance de sortie de 8 kW et une tension de sortie de 120 V continu. Dans le cas d’un mode dégradé (un seul auxiliaire), seul le chargeur de la chaîne restante est utilisé.

L’électronique de contrôle commande.

Architecture du Système Informatique Embarqué (SIE).

Le SIE réalise les fonctions de commande et de contrôle de la locomotive, il offre de plus une aide à la conduite et à la maintenance. Les équipements permettant la traction, le freinage, ainsi que les auxiliaires communiquent par le biais d’un réseau FIP véhicule (Factory Instrumentation Protocol). Le SIE détecte et centralise les défauts générés par ces équipements au travers de commandes du « standard » Alstom de type « AGATE 3 », « AGATE LINK » et « AGATE AUX ».

Son architecture est modulaire, ce qui permet à tout équipement de même type d’être interchangeable très facilement.

Le SIE est constitué d’un calculateur (MPU : Main Processor Unit), du réseau véhicule et d’un réseau train. Le réseau train est utilisé pour la télécommande de locomotives (unité multiple) lorsque plusieurs calculateurs doivent dialoguer entre eux.

Tous les équipements sont redondés : le MPU (calculateur), les MESD (modules d’entrées /sorties déportées) et les consoles (une principale, une auxiliaire).

Les équipements électroniques suivants font partie du système :

– deux MPU (situés dans l’armoire système) : les MPU assurent à tour de rôle la fonction superviseur du système de contrôle commande (un maître, un esclave), ils enregistrent les défauts sur une mémoire RAM sauvegardée.

– quatre MESD (deux dans l’armoire système, deux dans le bloc commun). Ils constituent l’interface physique entre les entrées/sorties du système et le superviseur MPU, avec lequel ils communiquent par le biais du réseau FIP. Chaque MESD possède des liaisons série, des entrées analogiques et des cartes EBT et SBT de seize entrées et huit sorties. Les liaisons série permettent au MESD de communiquer avec les autres équipements. Un message provenant des équipements est ensuite retourné au MPU par le biais du Réseau Véhicule ;

– quatre consoles (deux dans chaque cabine de conduite).

– deux « AGATE AUX » pour la commande du bloc auxiliaire.

– un bloc BCU (Brake Command Unit : électronique du système de freinage).

– quatre « AGATE 3 » utilisées pour la commande des convertisseurs de traction (une Commande Rapprochée Traction par essieu).

Architecture de la commande de propulsion.

L’architecture de la commande de propulsion est de la gamme « AGATE 3 ». Chaque essieu dispose d’une commande de ce type.

La commande de propulsion permet de superviser l’ensemble des fonctionnalités d’un essieu et de gérer la traction et le freinage par les Commandes Rapprochées Traction (CRT). Les CRT pilotent l’ensemble des convertisseurs d’une chaîne de propulsion (PMCF, hacheur rhéostatique, onduleur) et assurent leur protection.

Toutes les cartes sont agencées dans un tiroir dont l’encombrement est normalisé de type 6U21T.

Architecture de la commande des auxiliaires.

Les deux CRA (Commande Rapprochée Auxiliaire) permettent de gérer la production et la distribution de l’énergie auxiliaire, ainsi que la production de l’air comprimé.

Chaque tiroir CRA comporte l’ensemble des cartes électroniques de commande et leur module d’alimentation. Les cartes sont enfichables et des connecteurs assurent leur liaison par le biais d’un circuit imprimé (carte mère). D’autres connecteurs, situés à l’arrière du tiroir, permettent le raccordement entre la CRA et son environnement.

L’ensemble est conçu autour d’un microcontrôleur et de circuits intégrés spécialisés de la gamme « AGATE ».

Le freinage.

Le freinage électrique est commandé par le manipulateur de traction / freinage ou par le biais d’une dépression dans la conduite générale. Si le frein est commandé par les deux voies en même temps, la consigne la plus élevée est prise en compte. Dans le premier cas (freinage commandé par le manipulateur), l’effort de freinage électrique n’est complémenté par du frein mécanique qu’à basse vitesse. Dans le second cas (freinage commandé par une dépression dans la conduite générale), la machine réalise en priorité du freinage électrique. Suivant la consigne d’effort, un complément par le biais du frein mécanique peut être demandé.

Lors du freinage, les moteurs sont utilisés en génératrices asynchrones et maintiennent par le biais de l’onduleur la tension bus à 1800 V. Le freinage électrique rhéostatique permet de développer une puissance à la jante de 2,6 MW. Les contraintes maximales de freinage ne doivent pas entraîner une température de plus de 650°C dans le rhéostat.

Le freinage par récupération n’est disponible que sous caténaire 25 kV, où il est utilisé en priorité. Il est mis hors service en freinage d’urgence du fait de l’ouverture du disjoncteur. Avec ce mode de freinage, la puissance est potentiellement la même que celle qui est développée en traction. L’équipuissance en freinage par récupération est cependant limitée à celle du freinage rhéostatique, de façon éviter les à-coups lors des transitions du premier mode au second.

L’implantation sous forme modulaire.

Les équipements électriques et pneumatiques de la locomotive se présentent sous forme de blocs répartis de part et d’autre du couloir central qui relie les deux cabines de conduite. On y trouve un bloc commun, deux blocs moteurs, un bloc rhéostatique, un bloc auxiliaire, une armoire système, un bloc pneumatique et une armoire frein.

La masse des différents blocs est indiquée dans le tableau ci-dessous :

  Quantité Masse unitaire (kg) Masse totale (kg)
Bloc moteur 2 3100 6200
Bloc rhéostatique 1 1650 1650
Bloc commun 1 1360 1360
Bloc auxiliaire 1 1400 1400
Bloc pneumatique 1 2200 2200
Armoire système 1 700 700

Le bloc commun contient les appareillages électrotechniques communs à la locomotive.

Un bloc moteur comprend l’ensemble des équipements électriques (puissance et commande) permettant d’alimenter les deux moteurs de traction d’un bogie. On y trouve également le circuit d’eau glycolée et sa pompe ainsi que la colonne aéroréfrigérante.

Le bloc rhéostatique est divisé en deux parties. Chaque partie comporte les résistances de freinage des deux essieux d’un même bogie, ainsi que le groupe motoventilateur qui leur est associé.

Le bloc pneumatique regroupe les équipements nécessaires à la production, au traitement et au stockage de l’air comprimé.

L’armoire frein regroupe les équipements électriques et pneumatiques du système de contrôle commande du freinage, ainsi que le tiroir électronique BCU.

Le bloc auxiliaire comprend les deux convertisseurs auxiliaires.

L’armoire système regroupe les équipements de contrôle commande ainsi que les équipements de sécurité de la locomotive.

BB 427000 vue de face.
BB 427000 vues extérieures
BB 427000 coupes
BB 427300 vue de face
BB 427300 vues extérieures
BB 427300 coupes.
BB 437000 vue de face.
BB 437000 vues extérieures
BB 437000 coupes.

Pour conclure cette publication, je dirais que j’ai pu rédiger cet article en m’appuyant fortement sur la notice générale de la locomotive rédigée par le constructeur. Cette sorte de plagiat fut dictée par le respect de la spécificité de la technique ferroviaire et de la terminologie qui lui est associée. J’y ai toutefois ajouté quelques points issus de ma participation lors de la conduite de ce projet côté SNCF (partie caisse/structure) et de l’avis de certains collègues ayant, eux aussi, participé à ce difficile, mais ô combien attachant projet. Il est évident que depuis sa rédaction, l’évolution de la locomotive en service commercial a pu amener des modifications pour lesquelles je n’ai pas d’informations sur leur suivi. Je remercie chaleureusement M. Jean-Jacques Lang, Chef de Projet Locomotives d’Alstom FLO, pour m’avoir transmis toutes les photos, les dessins techniques et l’étude design MBD afférents aux locomotives FRET SNCF de la gamme Prima. Mes remerciements vont également à Claude Rondeau et Christian Laurencin (SNCF) et à Marc Debruyne (ALSTOM) sans lesquels j’aurais été bien incapable de rédiger la partie traction/freinage, sans oublier Patrice Thiery (ALSTOM) qui a bien voulu relire cet article avant sa publication…

2B