L'héritage vivant de Wabtec en matière d'innovation technique
Les 155 ans d'innovation de Wabtec, un aperçu des récentes avancées qui ont façonné le secteur du transport ferroviaire de marchandises.
Alors que 2024 marque le 155e anniversaire de Wabtec, la tentation de retracer l'excellente généalogie des ingénieurs de l'entreprise jusqu'à son triumvirat fondateur composé de George Westinghouse, Thomas Edison et Louis Faiveley est certes forte.
Westinghouse - le premier système de freinage ferroviaire
Edison - la première locomotive électrique
Faiveley - le premier pantographe
Chacune de ces technologies a permis à Wabtec de révolutionner l'industrie ferroviaire.
Mais Wabtec n'est pas devenue un leader mondial de la technologie ferroviaire en s'attardant sur son riche passé. Elle s'est plutôt appuyée sur cette riche base d'innovation pour améliorer et transformer continuellement les performances ferroviaires pour ses clients.
En termes simples, l'innovation n'est pas simplement un « héritage » pour Wabtec, c'est un héritage vivant, amélioré chaque jour par une force d'ingénierie d'environ 5 000 personnes.
En gardant cette distinction à l'esprit, examinons l'histoire récente de Wabtec en matière d'innovation de rupture et de merveilles d'ingénierie dans le secteur du transport ferroviaire de marchandises.
Défi : Accroître l'effort de traction des trains lourds
Innovation : la locomotive à courant alternatif
Dans les années 1990, Wabtec était en concurrence avec EMD sur le marché des locomotives de fret, et les principales compagnies ferroviaires du monde entier étaient limitées par les capacités de démarrage et d'effort de traction continu de leurs locomotives à courant continu.
Cela était sur le point de changer.
Les ingénieurs de Wabtec, dirigés par le « père de la locomotive à courant alternatif », AJ Kumar (qui a dépassé le nombre estimé de 361 brevets de George Westinghouse en 2022), ont adopté une approche « d'ingénierie des systèmes » pour créer un nouveau type de moteur afin de réécrire l'efficacité et les capacités de transport des locomotives de fret modernes. Le système de traction AC est né.
« Nos concurrents de l'époque, au premier rang desquels EMD, étaient tous concentrés sur le même problème : fournir une locomotive plus puissante aux clients du transport lourd », se souvient Alan Hamilton, vice-président de l'ingénierie chez Wabtec. « Beaucoup d'entre eux ont essayé d'externaliser la solution, mais nous l'avons gardée en interne. Nous avons profité de l'occasion pour examiner le défi du point de vue de l'ensemble de la locomotive, à savoir l'interconnexion du moteur, du système de traction et des commandes qui permettent à une locomotive de fonctionner, afin de créer l'architecture d'un nouveau type de locomotive et de l'optimiser spécifiquement pour répondre aux besoins de nos clients du transport lourd. »
Cette approche holistique de l'ingénierie des systèmes a fait des merveilles, aboutissant non seulement à une locomotive à courant alternatif « fonctionnelle », mais aussi à une centrale électrique haut de gamme construite sur des composants optimisés, offrant des capacités thermiques avancées (moteur), des capacités d'adhérence (roues) et une commande individuelle des essieux (commandes électroniques de puissance) pour maximiser l'effort de traction.
Les prouesses techniques qui sous-tendent les composants individuels sont nombreuses, tout comme celles des « organes vitaux » de la locomotive, mais la véritable innovation réside dans la façon dont ces pièces ont été combinées pour créer un ensemble optimisé, un système qui a soudainement augmenté l'effort de traction pour atteindre une capacité continue de 166 000 livres, soit une augmentation de près de 60 % par rapport à la locomotive à courant continu précédente. Soudainement, les clients dont la charge nécessitait cinq locomotives à courant continu pouvaient désormais utiliser trois locomotives à courant alternatif à la place, redéfinissant ainsi les règles de productivité, d'efficacité et de coûts de main-d'œuvre et de maintenance d'un seul coup.
« Franchement, l'industrie et nous n'avons jamais regardé en arrière. Wabtec a conçu l'architecture de ses locomotives à courant alternatif dès le départ », observe Hamilton. « Cela a également ouvert la voie à la réussite de notre activité de modernisation des locomotives, qui consiste à ce jour à convertir des locomotives à courant continu en une plate-forme à courant alternatif. »
Les avancées de Wabtec en matière de climatisation ont également eu un impact sur l'industrie minière, aboutissant finalement à la création du camion Komatsu 930E de première classe, qui est devenu la norme de l'industrie tout au long des années 2000 grâce à son transport accru et à la réduction des coûts totaux du cycle de vie. Quelles que soient les entreprises minières, Wabtec et ses clients ont décroché la médaille d'or grâce à la technologie AC.
Défi : Respecter des normes d'émissions de GES de plus en plus strictes
Innovation : Respecter les exigences de conformité et réaliser des économies de carburant = Les moteurs de la série Evolution
À partir du début des années 2000, une série de normes d'émissions de gaz à effet de serre (GES) de plus en plus rigoureuses (niveaux 2 à 4) ont eu un impact sur la conception des moteurs des locomotives de fret. Là encore, alors que ses concurrents choisissaient des solutions discrètes pour rester en conformité, Wabtec a appliqué une approche globale d'ingénierie des systèmes.
« Nos concurrents ont considéré que la solution au nouveau régime d'émissions était un problème de « moteur » ; ils ont modifié leurs moteurs existants et les ont « désréglés » pour les rendre conformes », explique Hamilton. « Le problème de cette approche était qu'elle entraînait une réduction 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 nombre de kilomètres par gallon, ce qui constitue une véritable avancée. »
Cette innovation a introduit le moteur de la série Evolution dans l'industrie ferroviaire. Les ingénieurs de Wabtec ont testé de nouvelles méthodes d'alimentation en carburant du moteur (et de la valeur pour le client), pour finalement aboutir à un système à rampe commune haute pression qui permettait de contrôler la pression d'injection de carburant indépendamment du régime moteur. 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 coûts majeur dans le secteur ferroviaire.
Et tout comme les nouvelles normes de conformité 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 de plus grandes réductions des particules et des NOx, la plupart des constructeurs de locomotives ont adopté par défaut une approche de « post-traitement » en introduisant des catalyseurs à base d'urée coûteux et plutôt encombrants dans leur mélange de carburant et de moteurs.
Pas Wabtec. Bien que ses ingénieurs aient exploré les options de post-traitement, ils ont repoussé les limites de leur approche en matière d'ingénierie des systèmes, en innovant pour sortir du post-traitement afin de fournir une solution non seulement entièrement conforme mais également mieux optimisée pour les chemins de fer nord-américains 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 les performances et la création de valeur sont restées l'objectif.
La locomotive de niveau 4 de la série Evolution de Wabtec, qui offre une efficacité et une adhérence optimales, est le choix incontesté des chemins de fer nord-américains pour répondre à leurs besoins en matière de nouvelle puissance de traction. Avec près de 1 200 unités livrées à ce jour, l'approche d'ingénierie des systèmes optimisée de Wabtec en matière de développement de produits continue d'être validée par le marché.
Défi : transformer les données d'utilisation des locomotives en un avantage de performance pour les clients
Innovation : technologie de contrôle Wabtec
Tout en étant à l'origine d'innombrables innovations en matière de matériel pour locomotives, l'approche d'ingénierie des systèmes de Wabtec a également conduit à une révolution logicielle qui continue de transformer le secteur. Grâce aux avancées en matière de télémétrie et de capture de données embarquées, et alors que Wabtec suivait littéralement ses clients pour mieux comprendre leurs besoins et voir de près leur fonctionnement, les ingénieurs de Wabtec ont trouvé des moyens de transformer les données en performances améliorées.
La première de ces innovations logicielles est Trip Optimizer, un système de gestion de l'énergie et de régulateur de vitesse intelligent pour les trains qui prend en compte le terrain, la composition des trains, les restrictions de vitesse et les conditions d'exploitation pour calculer un profil de vitesse optimal. Lancé en 2009, Trip Optimizer a récemment franchi une étape impressionnante : un milliard de kilomètres parcourus, ce qui a permis aux principaux chemins de fer du monde d'économiser plus de 750 millions de gallons de diesel tout en réduisant les émissions de 10 %.
« Nos nombreuses avancées en matière de systèmes de commande, qu'il s'agisse de la commande de traction (adhérence) de notre locomotive, du système de ravitaillement et de synchronisation du moteur et de la commande auxiliaire à vitesse variable (émissions/efficacité), du LOCOTROL (alimentation distribuée) et de la commande des freins à air (freins), en passant par Trip Optimizer, montrent que nos ingénieurs font passer notre approche de l'ingénierie des systèmes à un niveau supérieur », explique Hamilton. « Trip Optimizer, par exemple, a nécessité une sorte de saut métaphorique, en considérant l'ensemble du réseau ferroviaire comme un système et en utilisant les données de ce système pour optimiser la consommation d'énergie d'un train. »
Ce type d'optimisation logicielle, qui englobe les avancées en matière d'apprentissage automatique et d'analyse prédictive, est tout sauf statique. Aujourd'hui, par exemple, les nouvelles locomotives à batterie, qui peuvent stocker l'énergie produite par le freinage, ajoutent un autre élément dynamique à l'équation de gestion de l'énergie, ouvrant ainsi de nouvelles frontières en matière d'efficacité énergétique.
Wabtec s'appuie sur ces innovations et se tourne vers l'avenir. En innovant dans les avancées des systèmes de signalisation actuels et des solutions d'efficacité du réseau, l'entreprise s'efforce d'augmenter la capacité ferroviaire afin de transporter davantage de marchandises par train. Wabtec s'efforce de réduire les émissions du parc de locomotives existant grâce à des solutions économes en carburant et en testant du diesel et du biodiesel renouvelables. Elle dirige également le développement de technologies de propulsion alternatives.
Wabtec a déjà développé la première locomotive tout-terrain 100 % électrique à batterie au monde, la FLXdrive TM. La société fournira le premier FLXdrive commercial de 7 mégawattheures plus tard cette année pour les opérations de transport de ligne dans la région exigeante de Pilbara, en Australie occidentale.
Les ingénieurs de Wabtec explorent également l'hydrogène en tant que carburant du futur pour décarboner le rail. La société mène des recherches en collaboration avec le laboratoire national d'Oak Ridge et le laboratoire national d'Argonne afin de faire avancer les travaux de pointe sur un moteur à combustion interne à hydrogène. Dans le cadre d'une piste de recherche distincte pour une locomotive à hydrogène de nouvelle génération, Wabtec travaille avec des partenaires technologiques pour développer des locomotives capables d'utiliser des piles à combustible à hydrogène comme source alternative de production d'énergie.
« En repensant à l'histoire récente de l'innovation chez Wabtec, et en regardant vers l'avenir, je pense que nos fondateurs légendaires seraient fiers », conclut Hamilton. « Nous avons réussi là où nos concurrents n'ont pas réussi en pensant, en rêvant, en agissant en grand et en collaborant étroitement avec nos clients. Notre approche d'ingénierie des systèmes nous a aidés à viser plus haut et à en faire plus en veillant à ce que nos innovations fonctionnent ensemble en harmonie, tout comme un orchestre doit jouer ensemble pour faire de la bonne musique. »