II. Chapitre 2 : Analyse de Cycle de Vie du Tram Train
II.4. Interprétation des résultats
Les composants de la chaine de traction étudiée sont le transformateur, les coffres et les moteurs de traction. Les résultats de l’analyse de cycle de vie de chaque composant montrent qu’il y a des pistes intéressantes pour améliorer sa performance environnementale. L’amélioration de la performance environnementale d’un composant ne doit pas dégrader la performance environnementale d’un autre pour s’assurer que la performance environnementale de la chaine est améliorée.
Dans la suite, nous présentons un bilan des études environnementales faites précédemment sur les composants de la chaine. Nous commençons d’abord par une comparaison des pertes, des indices d’impacts et des masses des trois composants dans les figures II.12 à II.16.
Il était prévisible que le transformateur soit le composant le plus impactant dans cette chaine de traction car c’est le composant qui représente les pertes et la masse les plus importantes (cf. Figure II.12 et II.13). En seconde place, on trouve les moteurs de traction et en dernière place les coffres de traction.
Cette prévision parait juste dans la figure II.16 pour tous les indicateurs environnementaux sauf pour l’impact RMD dans la figure II.14 car les coffres de traction consomment des matériaux dont les réserves naturelles sont moins importantes que celles des matériaux utilisés dans les moteurs et le transformateur. En effet, les matériaux dominants dans les moteurs et le transformateur sont l’acier magnétique, l’aluminium et le cuivre par contre la majorité des composants utilisés dans les coffres sont des alliages de nickel, de zinc et de cuivre, ce qui explique la grande contribution des coffres à l’indicateur RMD par rapport à ceux des moteurs et du transformateur.
Les contributions inattendues des moteurs et des coffres à l’impact WE montrées dans la figure II.15 peuvent être expliquées par les faits suivants :
- Les supports des filtres CEM dans les coffres de traction sont des alliages de ferrite contenant du nickel qui contribue pour 86% dans l’indicateur WE du coffre et d’environ 14% dans celui de toute la chaine, ce qui explique l’ampleur de la contribution des coffres de traction à l’impact WE.
- La base de données d’EIME® ne contient pas les aimants utilisés dans les moteurs et la substitution a alors été faite par l’unique type d’aimant disponible dans cette base de données dont la composition chimique est différente (AlNiCo). Cette composition chimique fait apparaitre l’utilisation du nickel dans les aimants or nous avons vu dans l’étude des coffres de traction que ce matériau fait gonfler remarquablement l’indice de l’impact WE. L’évaluation de cet impact est donc à prendre avec précaution.
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Figure II.12 : Comparaisons des différentes masses des principaux composants électriques de la chaine de traction
Figure II.13 : Comparaisons des différentes pertes électriques dans les principaux composants électriques de la chaine de traction
56% 22%
22%
Masses des composants
transformateur coffre moteur
44%
13% 43%
Pertes dans les composants
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Figure II.14 : Comparaison des indices d’impact RMD des principaux composants électriques de la chaine de traction
Figure II.15: Comparaison des indices d’impact WE des principaux composants électriques de la chaine de traction
35%
33% 32%
Impact RMD des composants de traction
transformateur coffre moteur
28%
24% 48%
Impact WE des composants de traction
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Figure II.16 : Comparaisons des autres indices d’impacts des principaux composants électriques de la chaine de traction
A titre de comparaison, l’impact WE est calculé dans la figure II.17 en éliminant la contribution des aimants à cet impact. On constate que, dans ce cas et conformément à notre prévision, le transformateur a la plus forte contribution à l’impact WE.
La substitution d’aimant peut avoir une influence significative sur la répartition de l’impact RMD (car les vrais aimants contiennent peut-être plus de cobalt dont les réserves sont très faibles dans la nature) mais pas sur les autres indices d’impact car la phase d’utilisation reste dominante.
Figure II.17 : Répartition de l’indice d’impact WE pour les principaux composants de la chaine de traction du Tram Train en retirant la contribution des aimants du moteur
44%
14% 42%
Les autres impacts
transformateur coffre moteur
36%
30% 34%
Impact WE des composants de traction
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II.5.
Conclusion
L’ACV est une démarche intéressante pour introduire les impacts environnementaux d’un produit dans sa phase de conception. L’avantage d’utiliser une méthode d’agrégation simplifie le problème d’optimisation et permet d’obtenir une représentation des résultats qui facilite la prise de décision.
L’ACV de la chaine de traction du Tram Train a montré que le transformateur contribue à 44% des impacts de la chaine. Ainsi, l’amélioration de la performance environnementale du transformateur améliora celle de la chaine. Cependant, le transformateur ne peut pas être étudié seul car il est directement relié au pont monophasé à commutation forcée (PMCF) qui génère des harmoniques qui contribuent pour environ 30% aux pertes du transformateur actuel. Les fréquences de ces harmoniques dépendent de la fréquence de commutation des IGBT dans le PMCF et notre but est de trouver la configuration du transformateur et la fréquence de commutation des IGBT qui conduiront à une chaine de traction optimale c.-à-d. ayant les meilleures performances environnementales.
Pour trouver la chaine de traction optimale, nous avons proposé d’exploiter les outils d’optimisation pour obtenir la configuration optimale du transformateur et la fréquence optimale de commutation dans le PMCF. Les algorithmes d’optimisation choisis doivent être capables de gérer toutes les difficultés rencontrées lors de l’éco-conception telles que l’utilisation des modèles éléments finis dont l’évaluation est souvent très lente et qui sont très sensible au bruit numérique, les interactions entre les disciplines, des critères d’optimisation contradictoires et des variables non-classables en cas de substitutions de matériaux par exemple.
Dans le chapitre suivant, des outils et des algorithmes d’optimisation sont présentés et adaptés pour répondre aux besoins de l’éco-conception des composants ferroviaires.
Chapitre 3 : Besoin de l’éco-conception en optimisation
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