LE. \I.A.L.
UN
PRODlJIT
F~NCAtS
QlJt s'EXPORTE
( Suite du N°71 APTEP-info et fin )
par
M. LETOURNEAU
Le VAL, un métro français totalement original qui s'exporte et qui a servi de support au BTS CPI session 96.
Je vous propose deux regards sur ce produit:
- "LE V AL Un produit qui s'exporte": Bilan historique, de 1 'idée à la mise en oeuvre, en passant par les aspects technologiques du V AL Lillois. ( Seconde partie de cet article dans les pages suivantes, la première partie a été diffusée dans le N° 71 d' aptep-info)
-BTS CPI 96: Le sujet de la session de Juin 96 avait pour support le VAL de CHICAGO. Il a été diffusé récemment par la revue Technologie et Formations N° 67 et quelques éléments de corrigé de la partie Avant-projet ( Epreuve de 8H ) y sont présents.
Outre le thème, très intéressant, le sujet était fort satisfaisant en de nombreux points: Par le dossier-sujet dont la présentation et la pagination étaient exemplaires; Par les copies d'écran en couleur, des calculs par éléments finis.
1
une rame du métro
VAL]
aptep-info
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( suite du N°7l APIEP info )
METHODES DE GENIE
CMl
Lors de la définition et de la construction des lignes, la CUDL, a apporté un soin particulier à l'inté-gration de ces nouvelles structures dans le tissu urbain. Les différentes méthodes de construction varient en fonctions des contraintes: encombrement en surface (urbanisation, ouvrages routiers), nature du sous-sol (géologie, nappe phréatique), impératifs financiers.
Dès lors, les travaux ont été exécutés selon trois profils: - viaducs,
- tranchées couvertes, - tunnels forés.
LES VIADUCS
Lorsque le tracé traverse un tissu urbain aéré m11is riche en ouvrages routiers les viaducs permettent d'enjamber, à hauteur raisonnable, les différentes infra-structures existantes.
Chaque viaduc a donc fait l'objet d'une re-cherche architecturale, avec un souci d'esthétique et d'acoustique.
Ainsi, tel viaduc s'appuie sur des piles en béton cannelées. Le tablier est constitué d'une structure en caisson creux en béton précontraint. Les garde-corpsJa-, téraux, en béton préfabriqué, supportent les passerelles d'évacuation d'urgence ainsi que le chemin de câbles. Un motif en terre cuite agrémente la partie visible de ces garde-corps.
Ainsi, tel autre viaduc utilise la précontrainte ex-térieure des tabliers. C'est-à-dire que les câbles de
pré-contrainte n'ont pas été noyés dans le béton et sont donc accessibles à l'intérieur du caisson visitable. Cette tech-nique innovante a permis une économie importante de béton et d'acier, et rend l'entretien plus facile.
Un troisième exemple. Les piles supportant le ta-blier sont dédoublées. Le tata-blier est constitué d'une poutre en béton précontraint, en forme de T renversé dont les ailes en larges coques oblongues expriment l'aspect architectural du viaduc. La barre verticale du T, de section carrée, située au centre des voies de roule-. ment sertroule-.de chemin d'évacuationroule-. Le haut des garde-corps latéraux sont des coques en polyester prolongeant le tablier. Cette technique minimise l'épaisseur de l'ou-vrage et permet la préfabrication des éléments consti-tuant. Le dédoublement des piles en section elliptiques permet une meilleure insertion dans le paysage urbain.
LES TRANCHEES COUVERTES
Les tranchées couvertes sont réalisées lorsque le tracé s'étend en zone construite et suit une artère suffi-samment large pour permettre les travaux en surface sans trop entraver la circulation.
Ces tunnels sont des cadres fermés construits à ciel ouvert: il s'agit de creuser, à partir de la surface,
une tranchée d'environ 12 m de profondeur pour y réa-liser la "boîte" dans laquelle circulera le métro.
Selon l'importance de la quantité d'eau trouvée dans le sous-sol il faut adapter les procédés.
LES TUNNELS FORES
Lorsque le tracé devrait traverser un zone forte-ment urbanisée les travaux en surface sont impossibles. A partir de "puits d'attaque" on creuse en souterrain ~(elittê" tj"t::t''2U"rlttte profondeur) avec des machines
adaptées aux terrains rencontrés. Tunnels traditionnels
C'est le cas des tunnels percés dans la craie. Au préalable, des injections de bentonite-ciment
SOllt nécessaires pour étancher les terrains baignés d'une nappe phréatique. Le creusement s'effectue
en-suite à l'aide de machines à attaque ponctuelle, sorte de grosses fraises.
Evolution des techniques de tunneliers En 1985, lorsque commencèrent les grands tra-vaux de creusement, les techniques étaient nouvelles.
La technique adoptée initialement fut celle dite "à pression de boue". Puis les e:\:périences acquises mi-rent en évidence deux techniques de tunneliers. D'une part, celle "à pression de boue", technique déjà utilisée mais fortement améliorée et adaptée aux terrains meubles et aquifères. D'autre part, celle "à pression de sol" technique innovante, utilisée pour la première fois en France adaptée aux terrains argileux lourds et col-lants.
Les structures de ces tunneliers sont très voi-sin es:
- une structure cylindrique, appelée bouclier, sur laquelle sont montés les outils d'excavation,
-un train suiveur, où sont regroupés les installa-tions nécessaires au fonctionnement du tunnelier.
La principale différence provient des mo-des de confinement à l'intérieur de la chambre de forage et d'évacuation des déblais.
Tunnelier à pression de sol
D'une longueur de llOm divisé en deux parties: - le bouclier est une structure de 7,65m de dia-mètre où sont concentrées les fonctions de creusement, de soutènement provisoire du terrain, de pose de revête-ment et d'évacuation des déblais,
· - le train suiveur possède toutes les installations hydrauliques et électriques.
A 1' avant du bouclier, un plateau rotatif à 8 rayons équipés d'outils de coupe, est appliqué fortement contre la paroi à creuser, grâce à une pression hydrau-lique assurant l'excavation du terrain.
Les terrains excavés par la roue de coupe sont
accumulés et stockés dans la chambre de forage, créant ainsi une pression. Ils sont extraits au moyen d'une vis d'Archimède à pression réglable. Durant 1 'excavation une mousse à base de polymère est injectée dans la chambre de forage pour graisser les copeaux d'argile afin qu'ils ne se collent pas entre eu.x. Enfin ces déblais sont convoyés par bande à l'arrière du tunnelier.
Lorsque le tunnelier a creusé 1,25m il s'arrête pour permettre la pose d'un revêtement sur la circonfé-rence du tunnel: réalisé de 5 voussoirs en béton préfa-briqués et d'une clé de voûte. La pose est entièrement automatisée. L'assemblage des voussoirs s'effectue par boulonnage.
Puis 1' avancement du tunnelier est obtenu en prenant appui sur le dernier anneau de voussoirs à l'aide de 26 vérins développant 5200 tonnes.
Dans les meilleures conditions, le tunnelier peut avoir un avancement de 20m par jour.
Tunnelier à pression de boue
Le principe général est d'excaver le terrain à l'abri d'un bouclier, possédant les outils de coupe tout en assurant la stabilité du front de taille par maintien d'une pression de boue équilibrant la poussée du sol et de la nappe phré-atique. La boue est utilisée pour éva-cuer par pompage les déblais.
Le revêtement du tunnel est posé dans la partie arrière du bouclier, immédiatement après le terrasse-ment.
Structure générale et avancement sont iden-tiques à l'autre tunnelier.
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IUTOMAnQUE ET SECUIIIR
Le développement d'un système à pilotage en-tièrement automatique, comme le V AL, s'est effectué avec l'obligation permanente d'obtenir un niveau su-périeur de sécurité à celui des systèmes classiques.
CONCEPTION
Le principe de 1' automatisation intégrale avait été retenu dès l'origine du projet.
Objectifs
- Fonctionnement automatique intégral sans conducteur à bords des rames et sans personnel dans les stations.
- Intervalle minimal d' 1 minute entre les rames.
Contraintes
-Respect des normes relatives à la qualité de ser-vice.
- Très bonne fiabilité et grande disponibilité. - Remise en service rapide en cas de panne. - Respect des principes de sécurité.
Sécurité
- Respect des vitesses maximales. - Protection anti-collision.
- Protection des voyageurs lors de l'ouverture et de la fermeture des portes en station.
- Prévention des chutes du quai sur la voie. L'ensemble de ces fonctions a été conçu suivant le principes des sécurités traditionnelles ferroviaires: 1 'état normal est 1' état de sécurité.
Tout défaut, toute anomalie, toute panne amè-nera le système en état de sécurité: freinage, arrêt...
OPTIONS RETENUES
En fait, l'automatisation intégrale repré-sente plus une évolution qu'une révolu-tion technologi-que. Ainsi la conduite du mé-tro parisien est automatique de-puis plusieurs années: Le con-ducteur partici-pe aux fonc-tions de sécurité en reprenant la conduite en mo-de manuel si les automatismes sont défaillants.
Dans le cas du V AL, le pilotage et la sécurité sont assurés par des équipements différents:
- Les fonctions de sécurité sont assurées par des équipements qui font appel à la logique câblée.
- Pour sa part, le dispositif de conduite automa-tique est équipé de microprocesseurs.
Sécurité anticollision
La ligne est divisée en cantons fixes matérialisés par des boucles implantées le long de la voie, la règle étant d'interdire à une rame de pénétrer dans un canton déjà occupé par une autre rame. Les cantons sont re-groupés (par 5 au maximum) pour former un tronçon géré par un équipement fixe d'automatisme. Les véhi-cules émettent en permanence Ûn signal qui est détecté au passage au-dessus des boucles. A l'entrée et à la sor-tie des tronçons, ils sont en outre détectés par un fais-ceau d'ultrasons. Ces dispositifs permettent à tout mo-ment:
- de vérifier le bon fonctionnement. des émet-teurs des rames,
- de vérifier la progression logique des rames sur les cantons,
-de détecter la pénétration d'une rame sur un canton occupé,
- de détecter le recul éventuel d'une rame à la limite de deux cantons,
- de détecter la disparition des émetteurs d'une rame n'ayant pas quitté le tronçon.
Conduite automatique et controle des vitesses
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Ce système met en jeu un dispositif de trans-mission d'informations situé sur la voie: le "tapis". Il est constitué:
-d'une première ligne de fréquence de sécurité qui correspond au programme normal de vitesse,
-d'une seconde ligne de programme perturbé qui définit la procédure d'arrêt à respecter quand le canton suivant est occupé.
En complément de la première ligne, la voie est équipée de balises fixes annonçant les zones de ralen-tisssement et d'arrêts obligatoires.
Poste de contrôle et de commande
L'ensemble de ces systèmes est placé sous la sur-veillance d'un PCC équipé de deux ordinateurs redon-dants. Ils assurent automatiquement la régulation des mouvements des véhicules (injection, retrait) en fonc-tion des tableaux de marche mis en mémoire et du nombre considérable d'infor-mations et d'actions mises à jour en temps réel .
Le rôle des qu~lques opérateurs-surveillants: - observer les alannes reportées au PCC, -surveiller l'ensemble des stations par l'inter-médiaire d'un réseau impressionnant de caméras,
- entrer en dialogue, en cas de besoin, avec les voyageurs par l'intermédiaire d'interphones placés dans les véhicules et dans les stations,
- remédier aux incidents. les portes palières
Pour assurer la sécurité des passagers lors de leurs montées ou de leurs descentes des véhicules et pour éviter toute chute et intrusion sur les voies, les quais de l'ensemble des stations sont équipés de portes palières vitrées. Ces portes, dont le mouvement synchronisé avec celui des portes des véhicules, ne s'ouvrent qu'après l'arrêt des véhicules en station et se ferment avant leur départ. Tant qu'elles ne sont pas fer-mées, la rame ne peut démarrer. Ainsi, leur existence assure un parfait cloisonnement entre les quais et les voies. Ces portes palières ont un rôle déterminant dans la sécurité des utilisateurs.
Souplesse du système
La souplesse d'exploitation est permise par l'au-tomatisation de haut niveau. Par exemple quel-ques mi-nutes après l'observation d'un accroissement de l'af-fluence en station, des rames supplémentaires peuvent être injectées en ligne.
BILAN
Sur le plan de la sécurité, aucun incident impu-table au système n'a été enregistré dans la dernière dé-cennie d'exploitation. Une fiabilité assurée par l'auto-matisme intégral et la télésurveillance (caméras, inter-phones, personnel itinérant).
Avec un taux de disponibilité actuel de 99,8% le V AL offre une qualité de service exceptionnelle. En ef-fet, ce taux se traduit, pour un voyageur effectuant chaque jour deux déplacements en métro de 10 min, par la probabilité d'un seul retard de plus de 4 min une fois tous les 4 mois.
le VAl EN FRANCE el
à
l'ETRANGER
Dès 1979, des milliers de visiteurs ont été ac-cueillis sur les chantiers du métro lors des cons-truc-tions des différentes lignes. Puis de nombreuses délé-gations de techniciens ont pu apprécier le V AL dans son environnement effectif urbain.
Le V AL en FRANCE
TOULOUSE
1985. Un réseau de 2lignes. Le début de la car-rière commerciale du V AL.
La première ligne, longue de 10 km et desser-vant 15 stations est opérationnelle depuis juin 1993. BORDEAUX
1986. La construction est prévue en deux tranches: l'une assurera, en 2001, la traversée de la Ga-ronne et la desserte du centre-ville; la seconde,en 2004, la desserte du campus universitaire à la gare St_Jean.
ORLY
1987. 7 km, 3 stations depuis octobre 1991. RENNES
1989 .. La première ligne prévue: 9 km et 15 sta-ti ons.
LE VAL A L'ETRANGER
Le SKYW A Y EXPRESS de JACKSONVILLE
1986. Etats Unis, le marché le plus grand mais aussi le plus difficile. Une ligne de 1,1 km et 3 stations, mise en service en 1989.
La desserte de l'aéroport O'HARE de CIDCAGO 1986. Ligne ouverte en 1993, de 4,3 km, 13 vé-hicules.
T AIPEI (Taiwan)
1988. Projet, en collaboration, du métro de Tai-pei. 12 km, 13 stations. Ouverture en 1994
TURIN
1991. Des études sont effectuées pour une ligne de 9 km et 15 stations.
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.le VAL en CHIFFRES
CAPACITES TECHNIQUES
Dimension d'une rame (2 voitures) -longueur: 26,140 rn
-largeur: -hauteur:
2,060 rn 3,250 rn Capacité d'une rame
- charge normale: 154 passagers ( 4 pass. au m2 )
- charge exceptionnelle: 208 passagers
Masse d'une rame -à vide: -en charge: ( 6 pass. au m2 ) 31 tonnes 42 tonnes - en charge exceptionnelle: 45,5 tonnes Intervalle entre rames
-minimum: Performances dynamiques 60 secondes -motorisation: 2 moteurs de 150 KW alimenté en 750 volts -consommation élee.: 3,8KW/h ( en KW /h par rame et km ) -vitesse maximale: 80 kmlh - vitesse nominale: 60 kmlh - vitesse commerciale: 36 kmlh
(en interstation de 750m, et 14s de stationnement) -accél~ration démarrage: 1,3 m/s2
-décélération de service: 1,3 m/s2
(freinage électrique à récupération d'énergie) -décélération d'urgence: 1,8 à 2,4 m/s2
- aptitude à gravir des pentes de 7%
- possibilité de démarrage en rampe de 7% en poussant une rame inerte en surcharge (dépamtage)
Capacité de transport
-plus de 10 000 passagers par heure et par sens, par interstation.
- à terme plus de 30 000 passagers avec des rames doubles.
-en 1984: 22 millions de passagers - en 1993: 55 millions
-en 1994: - "productivité":
Attente entre chaque rame 1min maxi, le métro parisien 90s, le RER 2min
Chaque employé par an "transporte" 200 000 passagers, soit le double du métropolitain ou du RER Parc matériel
Actuellement:
- 2 lignes ( dont ligne 2 en fin de construction) - 83 rames doubles
- 25 km de lignes - 34 stations
- 5,8 millions de km parcourus par les rames Demain, fin 2000
-ligne 1: 13 km, 18 stations, 83 rames -ligne 2: 32 km, 44 stations, 60 rames
(cette ligne se prolonge jusqu'à la frontière belge)
RESULTATS D'EXPLOITATION
Evolution du trafic Rentabilité financière
Pour lOOF dépensés par la CUDL le V AL rap-porte 105F, le double du bus et du tramway. Ainsi, grâce au V AL, Lille couvre 75% de ses dépenses pour le transport public, confortant au premier rang français la CUDL-TRANSPOLE en matière de rentabilité. Etonnant ! Un métro rentable.
PbSmF SOUS TOUS lES RAPPORTS
- des performances plébiscités par les voyageurs - productivité et rentabilité du système V AL · - sûr et accessible à tous. L'ensemble des stations et des rames ont été conçues avec le soucis d'intégrer le sys-tème V AL comme un lieu de vie accessible à tous et en toute sécurité
- une architecture urbaine· qui paiticipe à la'vîe et à l'es-pace de la ville. Par exemple, chaque station est une oeuvre architecturale.
- une station GARE LILLE EUROPE: adossés à l'ancienne gare SNCF la gare TGV, la gare du TGV TransManche et un centre commercial EuraLille,et, dans le sous-sol les accès aux lignes du métro V AL et du tramway. Une plaque tournante à vocation europé~
enne et internationale.
PROSPECTIVE
Ces solutions technologiques, bien que très satis-faisantes, n'ont cessé d'évoluer au fur et à mesure de l'amélioration des composants électroniques. Principa-lement en matière de transmission des données, l'ana-logique disparaît au profit du numérique. Par exemple à Lyon et le Météor Orly, les relais sont remplacés par des processeurs et des logiciels.
Une autre innovation concerne la propulsion des rames, qui pourrait être assurée par des moteurs élec-triques placés dans chacune des roues, libérant ainsi la place occupée par le moteur central actuel à Lille.
Par ailleurs, Matra développe une solution com-plémentaire au V AL sur pneu, le futur City Rider sur rail. Moins nerveux, le rail permet toutefois une plus grande vitesse de pointe et une charge utile supérieure. City Rider pourrait concourir pour les projets de métro de Copenhague, de Newark-Manhattan.
Quant à l'innovation majeure, elle semble bien être la nouvelle technologie des transmissions des don-nées: une bande hyperfréquence (de 9 à 10 gigahertz), utilisée comme porteuse de données numérisées, devrait pouvoir se propager librement dans le métal du métro et résister au brouillage.
Cette onde, outre des1:nfennatiens-ooncernant.la position instantanée pourrait véhiculer des appels télé-phoniques, mais aussi des images vidéo de l'intérieur des rames. La télésurveillance ferait alors son appari-tion dans le métro. 0 M.L.
BIBLIOGRAPHIE
- Six ans de métro dans la communauté urbaine de Lille - CETUR CUDL
-L'intégration des transports urbains
-Le Monde (Tiré spécial Mars 95) - Le V AL métro Lillois
- Revue "Rail Magazine" Jv 81
-Travaux sur la ligne 2: des chantiers, des machines, des hommes - Lignes Info Mai 96 CUDL
- Transports Urbains
- Dossier de presse de la CUDL -Un métro: le VAL
- Revue de la CUDL Mai 94 - Transports publics: Un réseau multimodal
- Synthèse réalisée par la CUDL - Un nouveau tramway pour la métropole
- Publication de la CUDL - Articles divers
-La Tribune de Villeneuve-d' Ascq - Articles divers
- Revue du Groupement pour l'Etude des Transports Urbains Modernes - Différents numéros
- Revues En direct du Métro - Numéro spécial
- La Revue Transports Déc 86
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