Brevet FR2970910A1 — publié le 20120803

Véhicule pour le transport en commun urbain et périurbain La présente invention concerne le domaine des véhicules, en particulier des véhicules de transport en commun urbain et périurbain fonctionnant à l'énergie électrique Plus particulièrement, elle porte sur un véhicule à énergie électrique à autonomie renforcée. Le domaine des véhicules s'est développé pendant tout le vingtième siècle, et depuis la fin du vingtième et le début du vingt et unième siècle, l'énergie issue du pétrole n'est plus considérée comme pérenne, et d'autres sources d'énergie ont été envisagées. Parmi celles-ci, l'énergie électrique s'est nettement développée depuis quelques années. Sa principale difficulté réside dans la possibilité réduite de stockage de l'énergie. Beaucoup de progrès ont été accomplis dans le domaine de l'autonomie des véhicules électriques grâce à l'amélioration de la performance des batteries. Néanmoins les batteries sont lourdes et utilisent des matériaux produisant des déchets difficiles à traiter en fin de vie. Des véhicules de transport en commun ont été développés qui utilisent notamment l'énergie électrique fournie par des caténaires. Certains véhicules sont équipés d'une motorisation autonome pour effectuer des parcours en dehors des zones équipées de caténaires, mais deviennent alors polluants. Il existe donc un besoin de solution pour un véhicule électrique, pour améliorer l'autonomie, lesdites solutions préservant l'environnement. La présente invention a pour but de pallier au moins en partie ces inconvénients. A cet effet elle propose un véhicule, en particulier pour le transport en commun urbain et périurbain, comportant un moyen de prélèvement de courant d'une caténaire, par exemple un pantographe. Le dispositif est particulier en ce qu'il comporte un électrolyseur, pour transformer au moins une partie de l'électricité prélevée en un combustible, un réservoir de stockage dudit combustible, et un actionneur apte à utiliser ledit combustible pour mettre en mouvement ledit véhicule. Grâce à ces dispositions, ledit véhicule peut utiliser le combustible stocké pour fonctionner en dehors des zones équipées en caténaires. Dès qu'il revient en zone équipée, il se recharge, en faisant fonctionner l'électrolyseur grâce au courant électrique prélevé de la caténaire. Ce type de véhicule est particulièrement adapté pour du transport en commun urbain et périurbain. Lors des circulations en zone périurbaine, non équipée en caténaires, le véhicule fonctionne grâce aux réserves de combustible. Dès qu'il revient en centre ville, il peut se recharger à une caténaire. La puissance de l'électrolyseur et la capacité de stockage de combustible devront être dimensionnées en fonction des circuits prévus pour le véhicule, de sorte à ce que les réserves suffisent entre deux passages en zone équipée en caténaire. Des véhicules particuliers peuvent également fonctionner selon l'invention, un dispositif adapté pouvant détecter la présence de caténaires, et actionner automatiquement le pantographe. Celui-ci sera rétracté dès que le véhicule quitte la zone équipée en caténaires. Un compteur adapté permet de contrôler la quantité d'électricité prélevée, en vue d'une facturation. Selon d'autres caractéristiques - Ledit combustible peut être de l'hydrogène ; ce combustible présente l'avantage d'être particulièrement propre, puisqu'il se transforme en eau en dégageant son énergie. Son stockage n'est pas sans poser quelques difficultés, mais celles-ci sont nettement réduites quand, comme ici, le stockage n'est que transitoire - ledit actionneur peut comporter une pile à combustible, pour transformer ledit combustible en courant électrique, et un moteur électrique pour utiliser ledit courant électrique pour mettre en mouvement ledit véhicule ; ainsi le moteur électrique peut fonctionner par alimentation directe depuis une caténaire en zone équipée, et peut fonctionner alimenté par la pile à combustible en zone non équipée - ledit actionneur peut être un moteur fonctionnant audit combustible ; ainsi le combustible est utilisé directement pour actionner le moteur - ledit véhicule peut être configuré pour circuler au choix sur route ou sur rails, pouvant ainsi bénéficier au mieux des infrastructures existantes. La présente invention concerne également l'utilisation d'un véhicule selon l'invention, et comportant les étapes suivantes : - Utilisation dudit véhicule dans une zone équipée d'un moyen d'alimentation en courant de type caténaire - prélèvement de courant dudit moyen d'alimentation en courant - utilisation d'au moins une partie dudit courant pour produire un combustible par électrolyse - stockage dudit combustible pour une utilisation dans une zone non équipée d'un moyen d'alimentation en courant - utilisation dudit combustible pour alimenter ledit actionneur. Dans le cas d'un véhicule selon l'invention équipé d'un moteur fonctionnant directement audit combustible, on peut utiliser ledit véhicule en zone non équipée en caténaire avec ledit moteur, et fonctionner également en zone équipée avec ledit moteur ; le courant électrique est alors prélevé, produit ledit combustible par l'électrolyseur, ledit combustible servant à alimenter ledit moteur qui actionne le véhicule. Dans le cas d'un véhicule configuré pour circuler au choix sur route ou sur rails, celui-ci pourra emprunter selon les opportunités des routes, des rails de tramway et des rails de train, constituant ainsi un « train-tram-bus ». L'avantage de la présente invention est de permettre un fonctionnement en toutes configurations, avec une autonomie accrue et sans nécessiter de grosses batteries. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit faite en référence aux figures annexées dans lesquelles - la figure 1 représente une vue schématique d'un véhicule dans un premier mode de réalisation selon l'invention, - la figure 2 représente une vue schématique d'un véhicule dans un deuxième mode de réalisation selon l'invention, - la figure 3 représente une vue schématique d'un véhicule dans un troisième mode de réalisation selon l'invention, Comme on peut le voir aux figures 1 à 3, un véhicule 1 comporte un pantographe 2 apte à prélever du courant d'une caténaire 3. Ce courant est alors conduit par un circuit principal 4 vers un moteur électrique 5. Ledit circuit principal 4 comporte tous les composants nécessaires pour faire fonctionner correctement ledit moteur électrique 5, lesdits composants étant connus de l'homme du métier. Le moteur électrique 5 actionne les roues 6 du véhicule 1, et le font avancer. Un circuit de réserve 7 conduit une partie du courant prélevé de la caténaire 3 vers un électrolyseur 8. Là encore ledit circuit de réserve 7 comporte tous les composants nécessaires pour faire fonctionner correctement ledit électrolyseur 8, lesdits composants étant connus de l'homme du métier. L'électrolyseur 8 est configuré pour produire un combustible 9, par exemple de l'hydrogène résultant de l'électrolyse de l'eau. Ce combustible 9 est stocké dans un réservoir 10. L'électrolyseur 8 et le réservoir 10 sont dimensionnés selon les parcours à réaliser par le véhicule 1, et l'autonomie souhaitée. Ce combustible 9 est utilisé par un moteur thermique 11 en zone non équipée par des caténaires 3, pour actionner les roues 6, et faire avancer le véhicule 1. Les moteurs électrique 5 et thermique 11 fonctionnent à tour de rôle, chacun selon les circonstances. On peut aussi les faire fonctionner ensemble, par exemple pour monter une pente particulièrement raide. Dans un deuxième mode de réalisation représenté à la figure 2, le moteur thermique 11 est remplacé par une pile à combustible 12. Cette pile à combustible 12 transforme le combustible 9 en énergie électrique, qui, après les transformations adaptées connues, peut être utilisée par le moteur électrique 5 pour actionner les roues 6 du véhicule 1. On peut bien entendu également prévoir un moteur électrique spécifique alimenté par la pile à combustible 12, le premier moteur électrique 5 étant uniquement alimenté directement par la caténaire 3 quand celle-ci est présente. Ce dernier choix peut s'avérer globalement moins onéreux, puisqu'il permet de configurer précisément chacun des moteurs électriques selon son alimentation. Dans un troisième mode de réalisation représenté à la figure 3, le moteur électrique 5 de la fig. 1 a été supprimé, ainsi que le circuit principal 4. Dans ce mode de réalisation, c'est le moteur thermique 11 qui actionne les roues 6 dans toutes les situations. Quand le véhicule 1 se trouve dans une zone équipée de caténaires 3, le pantographe 2 prélève du courant électrique dont l'intégralité est envoyée vers l'électrolyseur 8, pour produire du combustible 9. Une partie de ce combustible 9 est utilisé immédiatement par le moteur thermique 11 pour actionner les roues 6. Une autre partie est gardée en réserve dans le réservoir 10, pour alimenter le même moteur thermique 11 quand le véhicule 1 sera dans une zone non équipée de caténaires 3. Un tel mode de réalisation permet de faire l'économie du moteur électrique 5, et de réduire ainsi le coût d'un véhicule 1. Néanmoins ce choix ne sera pas toujours le meilleur choix, étant donné que dans ce cas l'intégralité du courant électrique doit être transformé en combustible 9 avant d'être utilisé par le moteur thermique 11, ce qui implique forcément des dégagements de chaleur. Dans le mode de réalisation de la fig. 1 en revanche, au moins pendant que le véhicule 1 circule en zone équipée de caténaires 3, le courant électrique consommé n'a pas besoin d'être transformé, et le rendement est donc plus important pendant cette phase. Le moteur électrique 5, le moteur thermique 11 et/ou la pile à combustible 12, ainsi que les divers circuits électriques 4, 7 dégagent de la chaleur. On peut prévoir en plus un dispositif de récupération de cette chaleur. Elle pourra être utilisée par exemple pour chauffer l'habitacle du véhicule 1 ; tout autre type de récupération de la chaleur peut être envisagé. Le pantographe 2 peut être de type rétractable. Ainsi quand il est actif il se projette vers la caténaire 3, et quand il devient inactif, il se rétracte vers le toit du véhicule 1 d'une manière telle qu'il est invisible pour les usagers de la route. On pourra prévoir un simple carénage latéral, étant donné que les autres usagers sont en grande majorité par terre, et ne verront donc pas le pantographe 2. On peut prévoir également une fermeture sur le dessus quand le pantographe 2 est escamoté, pour le rendre invisible également par exemple aux passagers installés au deuxième étage d'un bus à deux étages, ou alors pour quelqu'un se trouvant à la fenêtre d'un étage supérieur d'un immeuble. Mais cela ne sera mis en ceuvre que dans des cas très particuliers, étant donné qu'une couverture supérieur du pantographe 2 escamoté est bien plus complexe, et nécessite un mécanisme de fermeture et d'ouverture. Dans le cas où le combustible 9 est de l'hydrogène on pourra prévoir que le réservoir 10 est sous pression, par exemple à une pression de 700 bars, pour éviter qu'il ne prenne trop de place. On peut aussi prévoir de combiner chimiquement l'hydrogène 9 pour former du méthane ou du méthanol, plus faciles à stocker dans un réservoir 10, et pouvant servir directement de combustible 9 pour le moteur thermique 11. Le méthane ou le méthanol peut aussi alimenter directement une pile à combustible 12 pour produire le courant électrique alimentant le moteur électrique 5. On peut alors prévoir un dispositif pour récupérer le gaz carbonique ou le monoxyde de carbone dégagé par la pile à combustible 12 ou le moteur thermique 11, pour les utiliser dans la combinaison chimique de l'hydrogène 9 pour son stockage sous forme de méthane ou de méthanol dans le réservoir 10. Le moteur thermique 11 peut être un moteur Wankel, ou alors une quasiturbine, permettant une réduction de place et de poids, ainsi qu'une réduction des vibrations répercutées dans le véhicule 1. Ce type de moteurs est particulièrement adapté dans le cas où le combustible 9 est l'hydrogène. La pile à combustible 12 peut être une pile à membrane échangeuse de protons, ou alors une pile à oxyde solide. Le véhicule 1 selon l'invention pourra être utilisé dans le cadre d'un véhicule de transport public multimodal, pour faciliter le transport des personnes et contribuer à fluidifier le trafic urbain et routier. Un tel véhicule 1, qu'on appellera un « train-tram-bus » introduit le concept de Mobilité Rurbaine Continue, soit la capacité de chaque personne à se déplacer en zones urbaines et rurales, hétérogènes et combinées, sans changer de moyen de transport. Ce véhicule 1 écologique, économe en énergie et à faible empreinte environnementale est une solution alternative multimodale qui répond à un besoin collectif de mobilité non satisfait. Ce moyen de transport flexible, innovant en environnement rural, interurbain, intra-urbain et hyper-urbain est adapté à des usages et liaisons complexes et variés. Il peut utiliser des lignes de chemins de fer en exploitation et non exploitées, les voies de tramway, et la route, et combine de façon optimale les avantages des moyens de transport qu'il remplace : - pas de travaux de voirie spécifique à réaliser pour sites propres - pas de pollution visuelle de caténaires 3 supplémentaires pas de pollution atmosphérique ni acoustique - contribue à réduire les problèmes de circulation urbaine et routière combinée - modification économique et rapide des lignes Le véhicule 1 pourra être équipé d'un système informatique intelligent embarqué qui optimisera la production et le stockage d'hydrogène 9 en fonction du trajet en recherchant la zone équipée de caténaires 3 la plus adaptée à son parcours. On peut aussi prévoir des points de ravitaillement fixes en énergie électrique. La quantité d'hydrogène 9 produite sera limitée aux quantités requises pour chaque trajet non équipé de caténaires 3. L'autonomie du moteur thermique 11 apportée par le stockage 10 de combustible 9 sera typiquement d'environ 60 minutes sur route, qui est une durée bien supérieure au minimum requis, mais permet de faire face à quelques imprévus. Bien que l'invention ait été décrite selon un mode de réalisation particulier, elle n'y est nullement limitée, et des variantes peuvent y être apportées, ainsi que des combinaisons des variantes décrites, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Nomenclature : 1. véhicule 2. pantographe 3. caténaire 4. circuit principal 5. moteur électrique 6. roues 7. circuit de réserve 8. électrolyseur 9. combustible 10. réservoir 11. moteur thermique 12. pile à combustible REVENDICATIONS1. Véhicule (1), en particulier pour le transport en commun urbain et périurbain, comportant un moyen de prélèvement (2) de courant d'une caténaire (3), par exemple un pantographe (2), caractérisé en ce qu'il comporte un électrolyseur (8), pour transformer au moins une partie de l'électricité prélevée en un combustible (9), un réservoir (10) de stockage dudit combustible (9), et un actionneur (11) apte à utiliser ledit combustible (9) pour mettre en mouvement ledit véhicule (1). 2. Véhicule (1) selon la revendication précédente, dans lequel ledit combustible (9) est de l'hydrogène. 3. Véhicule (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit actionneur (11) comporte une pile à combustible (12), pour transformer ledit combustible (9) en courant électrique, et un moteur électrique pour utiliser ledit courant électrique pour mettre en mouvement ledit véhicule (1). 4. Véhicule (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel ledit actionneur est un moteur thermique (11) fonctionnant audit combustible (9). 5. Véhicule (1) selon l'une des revendications précédentes, configuré pour circuler au choix sur route ou sur rails. 6. Utilisation d'un véhicule (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes suivantes : - Utilisation dudit véhicule (1) dans une zone équipée d'un moyen d'alimentation en courant de type caténaire (3) - prélèvement dudit courant par un moyen de prélèvement de courant (2) - utilisation d'au moins une partie dudit courant pour produire un combustible (9) par le moyen d'un électrolyseur (8) - stockage dudit combustible (9) dans un réservoir (10) - utilisation dudit combustible (9) pour alimenter ledit actionneur (11) dans une zone non équipée d'un moyen d'alimentation en courant (3). 7. Utilisation selon la revendication 6, d'un véhicule (1) selon la revendication 4 dans laquelle ledit combustible (9) est utilisé pour alimenter ledit moteur thermique (11) dans les zones équipées d'un moyen d'alimentation en courant (3), de sorte que ledit véhicule (1) peut fonctionner sans moteur électrique (5) en zones équipées ainsi qu'en zones non équipées d'un moyen d'alimentation en courant (3). 8. Utilisation selon l'une des revendications 6 ou 7, d'un véhicule (1) selon la revendication 5, dans laquelle ledit véhicule (1) emprunte selon les opportunités des routes, des rails de tramway et des rails de train, constituant ainsi un « train-tram-bus ».