« Avantage » Wabtec : une innovation incessante propulse les moteurs de la série Evolution vers le futur
Le nouvel EVO Advantage continue de réinventer la principale plateforme de moteurs de locomotives de transport lourd au monde pour améliorer l'efficacité énergétique et les performances
Cette année marque deux anniversaires marquants dans l'histoire de l'industrie ferroviaire et de Wabtec :
- Le 20e anniversaire du moteur de la série Wabtec Evolution (également connu sous le nom d' « EVO »), qui alimente plus de 10 000 locomotives utilisées aujourd'hui dans le monde et demeure l'un des moteurs les plus vendus de l'industrie.
- Le 10e anniversaire de la locomotive EVO Tier-4 de Wabtec, que Trains Magazine qualifie de « nouvelle puissance routière dominante sur les chemins de fer de classe I », avec près de 1 200 unités en service aujourd'hui.
Il n'est pas exagéré de dire que la série Evolution est le moteur qui a tout changé. Cela a propulsé Wabtec au premier rang de la fabrication de locomotives de fret au milieu des années 1990, ce qui en a fait un choix de premier choix parmi les transporteurs de classe I en Amérique du Nord et les transporteurs internationaux pour son habileté à gérer les normes d'émissions les plus strictes, les exigences de fiabilité des clients et son efficacité énergétique économique.
Mais cela a également fait autre chose : cela a révélé quelque chose sur le caractère de l'entreprise, la façon dont Wabtec « fonctionne ».
« Nous avons lancé les moteurs de la série Evolution en 2005 pour aider nos clients à respecter les normes d'émissions de niveau 2 de l'EPA et à mieux les positionner pour évoluer en fonction des changements futurs », se souvient Jim Gamble, vice-président des moteurs et des solutions d'alimentation chez Wabtec. « Alors que d'autres constructeurs de locomotives ont apporté des correctifs progressifs pour « vérifier » la nouvelle exigence de conformité, nous avons estimé que nos clients seraient mieux servis en repensant plus en profondeur ce qui est possible. Notre « solution » était une toute nouvelle architecture de moteur, dotée de fonctionnalités de performance innovantes qui offriraient également suffisamment de flexibilité pour s'adapter aux besoins futurs.
« C'était une initiative audacieuse, non sans risques, mais pour laquelle le marché nous a finalement bien accueillis et récompensés, et c'est ce qu'il continue de faire aujourd'hui. »
Plus de 10 000 locomotives plus tard, et ce n'est pas fini, le pari de Wabtec sur la plateforme de moteurs EVO a prouvé qu'il en valait la peine. Et cette architecture moteur reste la plate-forme sur laquelle certaines des plus grandes innovations de l'industrie sont réalisées, qu'il s'agisse des avancées en matière de conformité Tier 4 et de l'utilisation de carburants duels/alternatifs, ou de nouvelles améliorations du moteur, comme l'EVO Advantage qui intègre la technologie révolutionnaire eTurbo pour améliorer le rendement énergétique.
Alors que les anniversaires commémorent dûment le passé, il est tout à fait normal que Wabtec profite du double anniversaire de l'EVO pour présenter l'avenir de ce moteur révolutionnaire.
Une innovation axée sur les émissions revisitée
Le respect des nouvelles réglementations sur les émissions de l'EPA du début des années 2000 a représenté un défi pour les constructeurs de locomotives. La plupart des fabricants ont envisagé la solution à travers le prisme de leurs offres actuelles et ont procédé à des ajustements, tels qu'un refroidissement supplémentaire, pour obtenir un résultat acceptable. Bien que cette approche ait porté ses fruits et ait permis de réduire les émissions de manière appropriée, elle s'est faite au prix d'une baisse de l'efficacité énergétique.
Wabtec a emprunté une voie différente, refusant de simplement cocher une case et de « s'ajuster » pour résoudre le problème. Au lieu de cela, elle s'est penchée sur son moteur FDL, développé dans les années 1950, et y a vu l'opportunité d'un rafraîchissement complet, un coup de maître en matière d'innovation qui permettrait non seulement de réduire les émissions, mais également d'améliorer les performances. Bien fait, Wabtec pourrait développer un moteur du 21e siècle capable de réduire les émissions, de s'adapter à l'évolution des normes de conformité, d'améliorer le rendement énergétique et de servir de base à l'innovation future.
Le moteur de la série Evolutions est né.
« Nos concurrents ont considéré que la solution aux nouvelles réglementations en matière d'émissions était un problème de moteur ; ils ont remanié leurs moteurs existants et les ont désaccordés pour les rendre conformes », explique Alan Hamilton, vice-président de l'ingénierie chez Wabtec. « Le problème, c'est que cela a entraîné une baisse de la consommation de carburant. Les ingénieurs de Wabtec ont adopté une approche complètement différente. Ils ont repensé le moteur pour en faire une « centrale électrique » pour la locomotive et ont trouvé des moyens de réduire les émissions tout en augmentant le rendement énergétique, ce qui constitue une véritable avancée. »
Cette innovation a introduit le moteur EVO dans l'industrie ferroviaire. Les ingénieurs de Wabtec ont testé de nouvelles méthodes d'alimentation en carburant du moteur, pour finalement atterrir sur un système à rampe commune haute pression qui a permis de contrôler l'injection de carburant avec plus de précision. De telles améliorations imaginatives et pratiques apportées à la conception globale des moteurs ont permis à Wabtec non seulement de répondre aux besoins de conformité de ses clients, mais aussi d'ajouter de la valeur en cours de route sous la forme d'une nouvelle efficacité énergétique, un levier de coût majeur dans le secteur ferroviaire.
Et tout comme les normes de conformité plus strictes n'ont pas cessé, la créativité des ingénieurs de Wabtec n'a pas cessé non plus. Lorsque les normes d'émissions de niveau 4 sont apparues, exigeant des réductions nettement plus importantes des particules et des NOx, d'autres constructeurs de locomotives ont opté par défaut pour une solution de « post-traitement » en introduisant des catalyseurs à base d'urée coûteux et encombrants dans leur mix moteur.
Pas Wabtec. Bien que ses ingénieurs aient exploré des approches de post-traitement, ils ont repoussé les limites de leur approche en matière d'ingénierie des systèmes, innovant pour sortir de la dépendance coûteuse au post-traitement et pénétrer le cœur des chemins de fer de classe 1 avec la locomotive de niveau 4 de la série Evolution. Pour les ingénieurs de Wabtec, la conformité au niveau 4 a apporté le coup de pouce, mais la performance et la création de valeur sont restées l'objectif.
Le moteur EVO Tier 4 a atteint et continue de respecter les exigences de l'EPA en matière de réduction de 76 % des émissions de NOx et de 70 % de réduction des émissions de particules prescrites par l'EPA. C'est pourquoi, aujourd'hui, près de 1 200 locomotives Wabtec Tier 4 circulent sur les rails, alors que le concurrent le plus proche en possède un dixième.
Un nouvel « avantage » pour les clients de Wabtec : EVO Advantage
Bien que le succès des locomotives EVO Tier 3 et Tier 4 de Wabtec soit excellent, c'est notamment parce que Wabtec sait que le travail n'est jamais terminé. Soucieux d'offrir tous les avantages possibles à leurs clients du monde entier, les ingénieurs de Wabtec cherchent toujours à en faire plus.
Alors que vos moteurs sont déjà les plus propres, les plus économes en carburant et les plus fiables de l'industrie, que peut-on faire d'autre ? Innovez encore, bien sûr.
Et c'est exactement ce que Wabtec a fait, encore une fois, avec EVO Advantage. Suivant les traces de son prédécesseur à succès FDL Advantage, un ensemble de modernisation des moteurs qui a prolongé la durée de vie et les performances des moteurs FDL dans le monde entier, le package EVO Advantage pour les locomotives de niveau 3 et 4 des séries EVO réalise ce que certains pensaient impensable : il permet de réaliser des économies de carburant supplémentaires pouvant atteindre 7 %.
Le cœur de cette amélioration de l'efficacité réside dans la technologie eTurbo de Wabtec. Bien que les configurations soient légèrement différentes pour les locomotives de niveau 3 et de niveau 4, le concept est à peu près le même : Wabtec a entièrement intégré un générateur dans un alternateur qui récupère l'énergie perdue des gaz d'échappement du moteur. L'alternateur utilise cette énergie pour alimenter l'un des six moteurs de traction de la locomotive, soulageant ainsi le moteur et augmentant ainsi le rendement énergétique.
Et, à la manière typique de Wabtec, cette solution « drop-in » s'intègre élégamment dans les limites étroites de l'espace disponible de la locomotive. Il regorge également de percées au niveau des composants.
Par exemple, l'espace étant limité, les ingénieurs de Wabtec ont conçu un manchon en fibre de carbone pour retenir les aimants du rotor à l'intérieur de l'alternateur du turbocompresseur. D'autres matériaux de manchon, tels que le titane, sont 5 fois plus épais que la fibre de carbone et auraient poussé le design en dehors de l'espace d'emballage autorisé. Finalement, la fibre de carbone a été utilisée pour permettre à l'alternateur de s'adapter à l'espace disponible dans le turbocompresseur.
Pour plus de perspective, si les mèches de fibre de carbone (qui ont elles-mêmes un diamètre 10 fois plus fin qu'un cheveu humain) de l'eTurbo étaient posées bout à bout, la mèche résultante mesurerait 24 miles de long.
Pourtant, ces 15 miles d'innovation ne sont rien en comparaison de l'efficacité énergétique qu'ils contribuent à améliorer. Avec une efficacité énergétique jusqu'à 7 % supérieure, une locomotive EVO pourrait parcourir 70 000 miles supplémentaires pour chaque million parcouru. (Remarque : « En juillet 2025, les locomotives de niveau 4 de la série Evolution en service avaient cumulé plus de 500 millions de miles et près de 10 000 ans d'autonomie combinée. » Source : Railway Age).
Les systèmes EVO Advantage de niveau 3 et 4, qui font actuellement l'objet de tests approfondis sur le terrain, comprennent l'alternateur eTurbo et le turboalternateur ; l'intégration et le conditionnement du système ; le logiciel de locomotive/le logiciel de commande du moteur ; et le matériel électronique de puissance.
Innover avec détermination
Alors que Wabtec célèbre 20 ans de maîtrise des moteurs EVO et 10 ans de victoires en EVO Tier 4, il est clair que l'entreprise sait comment innover avec détermination.
« La construction des meilleures locomotives pour le transport de marchandises lourdes et leur amélioration continue nécessitent de grandes compétences et une imagination débordante », conclut Gamble. « Les clients apprécient la grande révolution que Wabtec a réalisée avec la locomotive de la série Evolution, et c'est un anniversaire qui mérite vraiment d'être célébré, mais nous ne pouvons pas nous reposer sur nos réalisations passées. Notre destination et celle de nos clients sont devant nous. Et nos innovations, grandes et petites, nous permettront à tous d'y parvenir de manière plus sûre, plus efficace et plus fiable. »