Le TGV, fleurons de la technologie française, et le train à grande vitesse célèbre pour ses record de vitesse, le dernier datant du 24 avril 2007 avec une vitesse de pointe de 574,8km/h. En vitesse de croisière, le TGV circule à 300km/h, mais sur les nouvelles “ligne grande vitesse”, il est prévue de faire circuler les trains à 320km/h.
Quel puissance faut t-il pour lancer un TGV à pleine vitesse , et quel sont les limites qui empêcherai de faire circuler les TGV à plus de 300 km/h ?
Nous étudierons dans cette article l’aspect motorisation du TGV ainsi que les limites de celui-ci. Nous verrons également les différent types de TGV.
Moteur du TGV
Après l’abandon de conception du TGV à gaz à la suite du choc pétrolier, la SNCF se tourne vers l’électricité. Ainsi naît le TGV Paris Sud Est (noté PSE) en 1981 doté de moteur à courant continu, puis dans les années 90, des moteurs à courant alternatif. Il y a un moteur par essieux, 4 par motrice, soit 8 pour une rame simple, et 16 pour une double rame. L’électricité et capté par le pantographe dans la caténaire. Un pantographe pèse 750 kg
Schéma fonctionnement d’un pantographe (http://gparam.free.fr)
Fonctionnement du moteur et type de courant qui alimente les moteurs
Le TGV PSE est une rame bi-courant capable de fonctionner aussi bien sur les lignes classiques utilisant un courant continu de 1500 Volts (noté C.C.). Sur le nouveau réseau construit spécialement pour lui utilisant un courant alternatif de 25000V de fréquence 50Hz ce qui lui permet d’être plus puissant. Le TGV PSE fournit alors une puissance de 6450KW sur son réseau spécial.
TGV PSE : rame bi-courant
1500 VDC sur lignes classiques, 25 kV AC 50 Hz sur LGV (plus puissant)
TGV sur 1500V DC : alimentation du moteur avec hacheur (modulation PWM).
Schéma d’un moteur TGV Triphasé. Les bobines à la périphérie sont alimentés en courant alternatif, légèrement décalé. Ce décalage permet de faire tourner la bobine centrale, car comme des aimants, les polarités des bobines se repousse. (http://tpe-tlm-sfa-bam.e-monsite.com)
Capacité du TGV a circulé sur d’autre réseau ferré, ….
Sur le nouveau réseau construit spécialement pour lui utilisant un courant alternatif de 25000V de fréquence 50Hz ce qui lui permet d’être plus puissant.
Les moteurs synchrones fonctionnent en courant continu, on les utilise car ils sont capables de maintenir un régime constant précis de part leur fréquence de rotation. Dans le cas du TGV, il est alimenté sur les lignes grande vitesse en courant 25000V; 50Hz.
Besoins énergitiques du TGV
L’électricité dans la caténaire, capté par le pantographe arrive dans la motrice vers des transformateur qui font passé la tension de 25 000V à 1800V pour la rendre utilisable par les moteurs. Cette énergie entraine également un alternateur afin de produire de l’électricité pour subvenir au besoins du Train, comme le 230V, alimenter les lumières, etc…
Etude des différents moteurs des différents TGV existant ( Thalys, Eurostar, Duplex, POS, PSE, Atlantique….
Les TGV, Thalys, Eurostar, POS, peuvent capter plusieurs types de courants électrique, étant donné qu’ils circulent dans toutes l’Europe et que le courant est différant d’un pays à un autre.
TGV
Type moteur
Type courant
POS
8 moteur synchrones
Alternatif
Eurostar
12 moteurs triphasés asynchrones
Alternatif
Thalys
8 moteurs triphasés asynchrones
Alternatif
Duplex
8 moteur synchrones
Alternatif
Cependant, une motrice d’Eurostar, de Thalys ou de POS, couteux deux fois plus cher qu’une motrice standard de TGV Atlantique, Duplex ou PSE.
Limite du TGV
Les TGV ne peuvent dépasser actuellement 300km/h en raison de plusieurs phénomène physique:
Le mur de la caténaire: Il s’agit d’une onde mécanique qui se propage le long de la caténaire, bien avant le train. Si le TGV va plus vite que l’onde, il la rattrape, et se retrouverai dans le creux de l’onde, et ses système de sécurité ferai dijoncter les moteurs, et le train s’immobiliserait.
Puissance moteur: Pour dépasser les 300km/h, il faudrait remplacer les moteurs actuel par des moteurs plus puissant et probablement qui consomme plus d’énergie.
L’aérodynamisme: Pour plus de vitesse sans frottement, il faudrait revoir les formes aérodynamique du TGV, repartir de zéro sur la conception de la forme.
L’AGV à une motorisation répartie c’est à dire que tout les essieux peuvent être moteurs contrairement aux TGV où la motorisation est centrée sur les 2 rames motrices, la motrice ce trouvant à l’avant et à l’arrière du train. Dans un cas réel tout les essieux ne doivent pas être moteurs cela dépend de la puissance voulut. Cette absence est un choix de la SNCF et à montrer ces preuves lord d’accident évitant que les rames ce rentrent les une dans les autres (en porte feuille) sauvant ainsi de nombreuses personnes.
Les moteurs ce trouvant actuellement sur les TGV n’étant pas adapter car étant trop volumineux pour loger dans les bogies il faudrait les remplacer par des moteurs synchrones à aimants permanents beaucoup plus petit, ne transmutant moins de vibrations aux passagers et apportant plus de sécurité et de confort . Cette disposition apporte aussi de l’espace utile donc permet de faire voyager plus de personnes jusqu’à 460 places assises pour une rame de 200 m de long. De plus la masse réduirais de 430 à 395 tonnes par rapport aux TGV actuel, la consommation d’énergie de 15 % et les coûts de maintenance de 30%. Le rapport puissance/poids de l’AGV est aussi très bon de l’ordre de 22kW/h. Enfin son impact environnemental est très faible car il est fait de matériaux recyclables à 98%
La première rame prototype complète, dénommée PEGASE est sortie des usines Alstom d’Aytré en février 2008 pour entamer une campagne d’essais de six mois en République tchèque.
Les principales dates de l’Agv celon alstom créateur de celui-ci
En noir, zone d’aterrissage visée, au pied d’une montagne de plus de 5000m. En bleu, trajet prévu pour aller chercher des argiles dans un canyon à flan de montagne. Source : mars.jpl.nasa.gov
Le robot Curiosity
Le robot Curiosity. Source : Wikipedia
Atterrissage réussi le 5 aout 2012
L’élipse bleue au bas de la montagne représente la cible. Le point vert est le point d’aterrissage du robot. Objectif : monter sur la montagne (Mont Sharp à 5500 m d’altitude !)
Planning de début de mission
Le rover est à 8 km de la zone cible à étudier au pied du Mont Sharp
Déploiement de l’antenne grand gain (vers la Terre)
Déploiement du mat
Test des instruments
Transmission de données
Acquisition d’images panoramiques
Mise à jour logicielle
Test des actuateurs pour faire pivoter les roues
Premiers déplacements
Qualification des instruments du rover (premier mois)
Premières analyses et prélèvements
Environ 50 m par jour : il faudra près de 6 mois pour atteindre le pied de la montagne.
Les mires de positionnement. Cela permet de déterminer où se trouve très précisément la tourelle après déploiement du bras, et mesurer les écarts par rapport aux tests faits sur Terre, ou en simulation.
Lorsque les instruments seront utilisés sur le sol, il faudra savoir pointer la foreuse, par exemple, au millimètre près – voir mieux.
Avant cela, le mouvement du mat – et de sa tête – et donc le pointage des différentes caméras, a été analysé de la même manière par rapport à des mires fixées sur le corps du rover*.
http://www.youtube.com/watch?v=Fix1pJknjbo
Ordinateur de bord
mise à jour des capacités logicielles du rover : suppression des logiciels de l’EDL, remplacés par une version R10 qui contient un version améliorée pour la conduite autonome, l’utilisation des instruments sur le bras, etc… Et il faut mettre à jour le logiciel pour les deux environnements informatiques redondées.
Précisons que le rover est équipé de deux ordinateurs certes, mais, qu’un seul n’est actif à la fois.
Tous deux sont conçus avec le même processeur “BAE RAD750” d’une puissance maxi de 200 mégahertz. Chaque ordinateur est équipé de 2 gigaoctets de mémoire flash, 256 Mo de mémoire vive et de 256 kilo-octets de mémoire effaçable programmable en lecture seule. Aussi, le nouveau logiciel en question a été envoyé alors que le vaisseau spatial était encore sur la route le conduisant à Mars. Depuis vendredi soir les ingénieurs ont commencé à installer la mise à jour R10, d’abord sur un ordinateur, puis sur l’autre. Les quatre jours de mise à jours s’expliquent par le fait qu’ils auront a effectuer des tests sur chaque systeme au fur et à mesure que la MAJ avance, afin de s’assurer que tout va bien.
Oui des données peuvent être perdues ou corrompues pendant le transfert, mais il y a des systèmes de vérification de données qui permettent de savoir si une donnée est valide ou manquante. Dans ce cas ces parties sont réémises.
Ensuite en cas de bug ou autre, c’est tout l’intérêt d’avoir deux UC en parallèles. Ils font la MAJ (après avoir téléchargé et vérifié l’ensemble du prog) sur l’un pendant que l’autre tourne sur l’ancienne version. Ensuite il font tous les tests de l’UC mis à jour et si ça plante ils peuvent reprendre la main avec l’autre et recommencer. Si par contre tout est bon, ils passent à la MAJ du deuxième.
LA MAJ à distance est une méthode qu’ils maitrisent depuis pas mal d’années, et sur certaines missions ils ont même été capable de reprendre la main sur des sondes plantées (bug ou défaillance technique) juste avec un simple “ping”.
Les moyens de télécommunication
L’antenne grand gain fonctionne, l’antenne omnidirectionnelle lui bloque la vue sur une très faible partie de l’arc que fait la Terre dans le ciel martien. C’est juste pas de bol, très peu handicapant, et ça sera réglé dès la première manoeuvre au sol du rover.
une antenne à haut gain (= gros débit) qui est directionnelle (doit être pointée),
– une antenne à faible gain (= faible débit) qui est omnidirectionnelle (pas de pointage).
La seconde sert de “secours” car elle ne nécessite pas d’être déployée ni de bien connaître l’orientation de la sonde.
http://www.youtube.com/watch?v=yKDBojlncss&hd=1
L’énergie de Curiosity
Le principe de base est très simple, le combustible (Plutonium dans ce cas), dégage de la chaleur, le plutonium chauffe et est en contact avec une multitude de thermocouples monté en parallèle/série (utilisation de l’effet thermoélectrique- transformation de la chaleur en courant électrique). Le principe est tellement simple que la fiabilité est maximum, c’est tout sauf une usine à gaz !!!! Faut juste soigner le conditionnement, pas question qu’un atome de 238PuO2 sorte de sa boite…
C’est sûr que ce n’est pas extra puisque la différence de température entre la source chaude et la source froide n’est pas très grande vu que la température d’un RTG plafonne à 1000 °C (soit moins de 1300 K) Toutefois heureusement que les températures sur Mars sont plus basses que sur la Terre , ce qui permet pour la source froide de se retrouver vers -100 °c pendant les nuits (moins de 200 K)
C’est plutôt le rendement des thermocouples qui grève les perfos, c’est la contrepartie à la fiabilité.
Le générateur GTR est prévu pour une durée de 2 ans, mais l’énergie fourni ne permet au rover de ne fonctionner que 6h par jour.
au dela des 2 ans, la puissance va décroitre au point que le rover ne pourra plus trop se déplacer mais plutot envoyer des données basiques (T°, photo, etc) et ce durant 14 ans.
Le MMRTG fournit 120 W en debut de mission, et 100 W au bout de 14 ans.
Le générateur isotopique recharge les batteries la nuit, faire déplacer le Rover de nuit, en même temps que la recharge s’avérerait trop gourmant en énergie…
Il est précisé qu’avec une performance de 42 Ah (x2), ces batteries viendront compléter le générateur nucléaire ( pour simplifier, mais c’est un MMRTG) pour assurer les besoins énergétiques de tous les systèmes de la sonde lors des pics d’activités. Il est attendue que plusieurs cycles de recharges/décharges se produiront chaque sol
En clair, c’est pour rappeler que MSL consomme plus que ce que peut fournir son RTG. Il faudra donc, comme pour Oppy et Spirit, faire le plein d’énergie régulièrement pour assurer les opérations journalières : chauffage électrique des divers actuateurs, fonctionnement des moteurs (de roues par exemple), les instruments scientifiques, le bras, le laser… A la différence des MER toutefois, Curiosity devrait moins craindre l’hiver et les tempêtes de poussière, et son manque d’ensoleillement.
La station météo embarquée sur Curiosity
Tout restera calme d’un point de vue météo sur le site d’atterrissage de Curiosity au cours des prochaines heures. Un ciel clair devrait dominer Gale, mais des tempêtes de poussière seraient désormais évoquées pour un avenir pas si lointain que cela. «Pour la journée de demain nous nous attendons à une journée calme sur Mars avec juste quelques nuages de glace à l’horizon. Les températures extérieures devraient rester douces, c.a.d. – 28°c Celsius, mais du jour au lendemain nous pourrions recenser des températures vraiment plus froides c.a.d. jusqu’à -128°c » annonce Manuel de la Torres. J’ajoute que les vents devraient être calmes et que le ciel devrait être rose.
Notons également que la saison d’hiver touche prochainement à sa fin sur la planète rouge. Au printemps et durant l’été, des tourbillons de poussière/ colonnes tourbillonnantes de poussière agissent comme des tornades. Curiosity est doté d’une station météo sophistiqué qui permettra aux météorologues et autres scientifiques d’étudier ce type de phénomènes.
Deux capteurs seraient reliés à une station météo installés sur le mât du Rover (Là où se trouve sa chemCam), ce qui permettra de mesurer la vitesse du vent, la direction du vent, la température de l’air ainsi que son humidité relative. En outre la température du sol sera également mesurée par ce système. La station météo du robot comporte aussi un dispositif qui mesure la pression de l’air et un capteur qui enregistre six bandes de longueurs d’onde différentes. Les données météo martiennes joueront un rôle clé pour déterminer si la planète est, ou a jamais été, habitable, mais encore si les conditions météo seraient un éventuel conducteur à la formation d’une vie primitive.
Fabriqué en Espagne, la station météorologique du rover pourra également fournir aux scientifiques des données essentielles pour le bon déroulement de sa mission. Le rover Curiosity a atterri lundi matin, sa station météo ae été mis sous tension presque immédiatement. Au cours des deux prochaines années, la station météo enregistrera des données sur moins cinq minutes toutes les heures. (belle perfo). De T.Hadvorson traduit et adapté par Sidjay pour FCS.
La station météo du Rover (Rover Environmental Monitoring Station (REMS)) est d’origine espagnole comme je le disais plus plus haut. (elle serait déjà en route depuis le 06 Aout à priori)
Elle a été conçu pour enregistrer six paramètres atmosphériques différents:
– Vitesse du vent / direction.
– Pression.
– Humidité relative.
– Température de l’air.
– Température du sol.
– Rayonnement ultraviolet.
Elle se compose de:
– Deux capteurs fixées à environs 1,5 m au-dessus du niveau du sol via le mât mobile principal du Rover.
– D’un capteur de rayonnement ultraviolet (UVS) situé sur le pont supérieur du rover.
– D’unité de contrôle (USI) située à l’intérieur.
Les deux rampes de capteurs sont séparés par un azimut de 120 degrés pour aider à assurer qu’au moins l’un d’eux puisse enregistrer les données de vent. La figure ci-dessus illustre cela par ailleurs. Notez également qu’il ya une différence de hauteur de 50 mm entre les deux rampes de capteurs (ou Boom), afin de minimiser toute perturbation relative entre deux vents.
La Rampe 2 (à droite sur le dessin) a été installé dans l’axe d’entraînement du robot.
Elle est muni de capteurs dédié aux études éoliennes, mais intègre également le capteur d’humidité.
La rampe 1 (à gauche sur le dessin) est très légèrement installée en direction de l’arrière droit du rover. Elle intègre une autre série de capteurs-vent et mais aussi le capteur de température du sol. Les deux rampes intègrent en revanche un capteur de température de l’air chacune.
Il y a deux sondes placées perpendiculairement sur le mat, l’un d’entre eux – et l’un des capteurs de mesure de la vitesse des vents – semble avoir été endommagé par la projection des gravillons lors de l’atterrissage : les connections avec ce capteur semblent avoir été rompues.
– Une page sera mise en ligne avec les données météo
