Projet ANR-12-VPTT-0009 – TRENERGY : Efficacité énergétique des trains via la récupération de la chaleur des gaz d'échappement par cycle de Rankine
Programme : Transports Durables et Mobilité (TDM) 2012
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Paolino TONA (IFP Energies Nouvelles)
Partenaires : ALSTOM TRANSPORT SA; ENOGIA; Institut français du pétrole Energies nouvelles; Laboratoire de Dynamique des Fluides
Montant : 1218993.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : Aujourd'hui, plus de la moitié du réseau ferroviaire européen n'est pas électrifiée. Cela concerne surtout les lignes de transport régional. Ainsi, des trains Diesel-électriques (appelés Diesel Multiple Units, DMU) sont largement utilisés. ALSTOM livrera l'année prochaine son nouveau train régional appelé Regiolis. Un train Regiolis peut utiliser jusqu'à 6 moteurs Diesel de 338 kW chacun, qui représentent une puissance totale à bord d'environ 2 MW.
Dans ce contexte, le projet TRENERGY vise à évaluer l'intérêt d'utiliser un cycle de Rankine, afin de récupérer une partie de la chaleur dissipée dans les gaz d'échappement des moteurs Diesel et d'accroître ainsi l'efficacité des "power packs" Diesel. Les systèmes Rankine (et leurs dérivés tels que les cycles de Rankine organiques, ORC) ont déjà été étudiés dans le passé pour des moyens de transport (trains, camions et, plus récemment, voitures), mais le fait est que jusqu'à maintenant, ils ont été utilisés principalement soit pour des équipements stationnaires (centrales électriques, récupération de chaleur pour chaudières, fours...) soit pour des grands navires. Pour des moyens de transport plus légers, plusieurs verrous scientifiques et techniques doivent encore être levés avant que les systèmes Rankine puissent représenter des dispositifs rentables pour accroître l'efficacité énergétique. Ceci est plus particulièrement dû au comportement transitoire de la source de chaleur, qui caractérise les applications mobiles.
TRENERGY mettra l'accent sur :
•	la sélection de la meilleure approche de contrôle pour un système ORC équipé d'une turbine dans une application avec source de chaleur variable, basée sur l'analyse de l'impact des choix de composants sur l'autorité du contrôle et sur la contrôlabilité du système, et sur la conception d'une stratégie de contrôle qui peut faire face aux limitations qui en résultent et tirer le meilleur parti de l'architecture finale ;
•	la conception d'une turbine à haute efficacité de faible puissance et compacte, à travers une optimisation robuste de l'écoulement interne du fluide, focalisée sur une vitesse de rotation élevée, sur les systèmes de palier et la gestion thermique, afin d'améliorer le ratio performance / coût ainsi que la fiabilité du composant ;
•	le test d'un fluide de travail plus respectueux de l'environnement que ceux testés actuellement pour des applications destinées au transport, tels que le pentafluoropropane (R245fa), susceptibles d'être interdits d'utilisation dans les années à venir.
Ce travail en commun d'ALSTOM, d'ENOGIA (PME), du laboratoire DynFluid d'Arts et Métiers-ParisTech et d'IFP Energies nouvelles se concrétisera à la fin du projet à travers le test, sur un banc moteur, d'un système de Rankine prototype, équipé d'une turbine dédiée, qui peut préfigurer un futur dispositif à monter à bord de locomotives Diesel-électriques à haut rendement énergétique. En tant que tel, le projet a un fort potentiel industriel, et devrait conduire à des avantages stratégiques pour les partenaires.
Comme des avancées significatives en matière de recherche seront nécessaires pour atteindre les objectifs et obtenir des résultats exploitables, nous nous attendons à ce que ce projet permette, non seulement d'accroître la compétitivité des partenaires industriels, mais aussi de mettre en évidence l'excellence des partenaires académiques.