DOSSIER : À quoi ressembleront les moteurs de train de demain ?

Un produit ne se vend plus seul : souvent, le marché oblige à vendre également la technologie sous-jacente. Les entreprises se voient alors contraintes de garder une longueur d’avance sur les innovations futures.

En ce qui concerne les machines tournantes embarquées et notamment les moteurs de TGV, une piste prometteuse doit être étudiée pour gagner en puissance et en gain d’énergie : distribuer la force motrice sur les roues. Si l’on prend le TGV pour exemple, deux voitures d’une rame sont actuellement mobilisées pour abriter les moteurs. Il serait énergétiquement plus rentable d’installer un moteur sur chaque essieu, tous étant couplés entre eux grâce à l’électronique de commande. Or, pour cela, la taille des moteurs doit réduire de façon drastique, pour passer à des dimensions de l’ordre de 500 mm de diamètre sur 1 m de long. Voilà pourquoi ALSTOM, dont Ornans (25) est le centre d’excellence mondial pour le développement de moteurs électriques, a sollicité l’ENSMM (École nationale supérieure de mécanique et des microtechniques) de Besançon.

Un consortium a été créé, constitué de seize PME autour d’ALSTOM, du LAB, du LMS, de FEMTO-ST, de l’institut de traitement de surfaces de Franche-Comté et de l’institut de productique. Son programme de travail sur trois ans est ambitieux : il s’agit d’intervenir sur le design et le dimensionnement des moteurs pour gagner en puissance, sur la réalisation et l’assemblage et enfin sur la surveillance et la maintenance, en définitive, sur toutes les problématiques associées à la conception de moteurs.

Quatre projets plus précis ont été labellisés par le pôle des microtechniques. Pour chacun de ceux-ci, laboratoires, entreprises et instituts de transfert œuvrent ensemble. Le premier concerne l’amélioration des performances de découpage des tôles revêtues. Les rotors des moteurs sont constitués d’un empilement successif de couches magnétiques et isolantes.

Pour éviter les pertes et gagner en efficacité, deux couches magnétiques ne doivent absolument pas entrer en contact. La précision de la découpe (à 20 µm près) devient donc un facteur déterminant pour, à puissance égale, gagner en volume. Ce projet inclut également l’étude de l’usure des outils afin d’améliorer le rendement de production.

Le deuxième axe des recherches s’attache à trouver des solutions alternatives à l’utilisation du chrome 6 dans les revêtements anticorrosion.

Le troisième volet « ingénierie, conception et simulation des structures des machines » a pour objectif de caractériser le fonctionnement des machines électriques embarquées, soumises à de très fortes contraintes (chocs, vibrations, échauffements…). Les propriétés mécaniques et le comportement d’un assemblage hétérogène à structure compacte doivent être décrits en vue d’optimiser le design des machines.

Enfin, le quatrième projet porte sur l’amélioration de la fiabilité des machines tournantes. En se fondant sur l’analyse de retour d’expériences par les techniques de réseaux de neurones et de logique floue, l’outil développé serait à même d’établir un pronostic sur l’état du système. Couplée à cette analyse, une étude de la maintenabilité (avec l’introduction de capteurs spécifiques ou non) sera effectuée. Enfin, les résultats attendus seront intégrés dans une plate-forme de e-maintenance.

Établie pour une durée de trois ans renouvelable, cette plate-forme globale associe de nombreux partenaires tant académiques qu’industriels (ALSTOM, mais aussi nombre de ses sous-traitants). En regroupant ainsi des savoir-faire disparates sur un même objectif, les résultats obtenus, qui auront pour ambassadeurs les moteurs ALSTOM, peuvent permettre d’apporter une reconnaissance mondiale de la Franche-Comté dans ces domaines. De plus, les thématiques étant très génériques, le transfert à d’autres disciplines des connaissances capitalisées et des techniques développées devrait enrichir les potentialités d’innovation des PME de la région.

  

 À quoi ressembleront les moteurs de train de demain ? ALSTOM s’appuie sur les compétences de l’ENSMM pour penser les nouvelles machines tournantes embarquées. Y'a de la synergie dans l'air...