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Logique Floue

Le train Jeumont

Le seul MR-63 muni d'un hacheur de courant

Si vous prenez le métro sur la ligne 1 - Verte, vous rencontrerez peut-être un jour un drôle de train, qui, contrairement à ses compagnons silencieux, chante à chaque démarrage avec sa puissante voix électronique [1]. Vous venez sans le savoir d'embarquer dans une rame historique, le «MR-71», alias le Jeumont.

Avant-propos : les trains MR-63

Train MR73 Train MR-73 en mouvement à la station de la Concorde

Lors de l'ouverture du métro de Montréal, un seul modèle de train était en service, le MR-63 [2]. Roulant entièrement sur pneumatiques, le Métro était alors le plus moderne au monde. Contrairement aux autres villes disposant de ce même mode de transport, Montréal innovait ici en employant une barre latérale de chaque côté des voies, appelée barre de guidage qui a ici un double rôle. En effet, elle sert à contrer les efforts latéraux rencontrés notamment dans les courbes et les aiguillages et à alimenter les trains en électricité à une tension de 750 volts CC [3].

Afin d'éviter les surcharges à chaque démarrage des rames, les voitures motrices MR-63 sont pourvues d'un démarreur électromécanique [4]. De cette façon, on peut contrôler à volonté le courant tiré par les puissants moteurs de 144 HP chacun et le limiter à une valeur acceptable pour ne pas endommager les équipements de distribution (transformateurs, disjoncteurs, etc.). Ce système de démarrage, appelé communément combinateur à cames ou commutateur RX, comporte une séquence de 26 pas, audible depuis l'intérieur des voitures.

Pour limiter le courant consommé par les moteurs tout en conservant un couple suffisant, on commence tout d'abord par raccorder les 4 moteurs de chaque voiture en série, puis, à la 16ème position du commutateur, on regroupe les moteurs en 2 paires série-parallèle. Tout au long de la séquence, on limite aussi le courant en mettant des résistances en série avec les groupes de moteurs, qui sont progressivement retirées à mesure que le train prend de la vitesse. Au 26ème pas, la pleine tension est appliquée sur les moteurs et le démarrage est terminé [5].

Combinateur à cames Combinateur à cames (© Marc Dufour, avec permission)

Cette méthode de démarrage a plusieurs inconvénients. Premièrement, sa nature électromécanique suppose une maintenance régulière, car les surfaces de contact s'usent rapidement en raison des très forts courants qu'ils doivent interrompre. De plus, l'utilisation de résistances dans la séquence pour limiter le courant dans les moteurs engendre inévitablement une production de chaleur [6].

Par ailleurs, les trains freinent en déconnectant les moteurs de la source d'alimentation, puis en les raccordant à des résistances de puissance. Ce faisant, l'énergie cinétique du train est transformée en électricité puis dissipée en chaleur. Lors de l'entrée en station, le freinage mécanique prend le relais : des sabots de frein en merisier saturés d'huile sont pressés contre les roues intérieures afin de ralentir la marche de la rame et produisent eux aussi de la chaleur.

La compétition d'ingénierie

5 ans après l'ouverture du réseau initial, le BTM doit acquérir de nouvelles voitures de métro pour desservir les prolongements qui seront bientôt en chantier. On décide alors de laisser tomber la méthode de démarrage électromécanique pour se tourner vers un démarreur à semi-conducteurs, technologie qui commence alors à s'imposer dans le domaine de la traction. On mandate deux compagnies, la japonaise Hitachi et la canadienne Canron [7]. Leur mission : équiper chacun une rame complète de métro MR-63 (composée de six motrices et de trois remorques) de leur démarreur le plus récent. La gagnante du duel deviendra alors le fournisseur exclusif de l'équipement de démarrage des nouveaux trains. Les ingénieurs se mettent à l'oeuvre...

Dans le coin gauche : Hitachi

La forme d'onde approximative du hacheur Hitachi

On réquisitionne les éléments 10, 11 et 12 de la flotte des MR-63 et le train Hitachi commence à prendre forme dans les ateliers du métro.

Par souci d'économie, leur design utilise un étage de contacteurs électromécaniques pour inverser le sens du courant dans les moteurs [8]. En effet, les nouveaux trains doivent pouvoir récupérer l'énergie de freinage en employant les moteurs comme générateurs pour renvoyer l'énergie dans les rails, donc ceux-ci doivent être déconnectés de la source d'alimentation et raccordés en sens inverse pendant la décélération.

De plus, les deux motrices de chaque élément doivent se partager un seul démarreur [9], ce qui diminue un peu la flexibilité opérationnelle du matériel roulant. En effet, si le démarreur vient à faire défaut, c'est l'élément tout entier qui doit être retiré du service pour être réparé.

Par ailleurs, le hacheur de courant, soit le circuit électronique servant à réduire la tension aux bornes des moteurs et incidemment le courant qu'ils consomment, est plutôt minimaliste. En effet, pendant le démarrage, une tension alternative de fréquence constante est fournie aux moteurs. Afin de réduire la tension, la durée des impulsions est initialement très faible, puis est augmentée progressivement [10]. Cette méthode, appelée modulation de largeur d'impulsion (PWM en anglais), est aujourd'hui utilisée principalement dans les boîtiers d'alimentation des ordinateurs.

En raison de l'utilisation d'une fréquence fixe dans le hacheur de courant, le train Hitachi ne produit qu'une seule «note» au démarrage.

Dans le coin droit : Canron

Forme d'onde du hacheur Jeumont La forme d'onde approximative du hacheur Jeumont

Pour sa part, Canron se voit assigner les éléments 40, 41 et 42. Comme cette compagnie a déjà réalisé les commutateurs RX pour les MR-63 sous licence de la française Jeumont, le design du hacheur de courant provient tout droit de cette dernière et le train prototype sera désormais connu sous le nom de train Jeumont.

Contrairement à Hitachi, il y a un démarreur par motrice au lieu d'un par élément. Ainsi, si un défaut survient, il est possible, dans le cas d'un train à neuf voitures, de désactiver la motrice touchée et de poursuivre le service avec les cinq motrices restantes.

Pour passer en mode de freinage, Canron opte pour un interrupteur statique, qui utilise des semi-conducteurs de puissance au lieu de contacts en métal. Cette méthode a l'avantage de réduire la maintenance requise. En effet, un tel interrupteur ne produit pas d'arc électrique au moment d'interrompre le courant, contrairement aux appareils électromécaniques qui équipent le train Hitachi. Cependant, l'implantation de cette solution requiert alors un effort supplémentaire de la part des ingénieurs, étant donné qu'il s'agit d'une technologie relativement nouvelle [11].

La dernière différence du hacheur Jeumont se situe dans sa séquence de fonctionnement. Au lieu de contrôler le courant en modulant la largeur des impulsions d'une onde à fréquence fixe comme sur le train Hitachi, cinq fréquences différentes sont utilisés (90, 120, 180, 240 et 360 hertz) [12] et la modulation s'applique sur chacune d'elles. Comme de très forts courants, de l'ordre de 7 000 ampères pour un train complet, agissent sur les moteurs, ces cinq fréquences sont perceptibles car elles y induisent de la vibration.

Avenir sombre pour les prototypes

Les deux trains sont mis à l'essai par le personnel du BTM, qui opte finalement pour le design de Canron/Jeumont. En 1973, les spécifications finales du nouveau matériel roulant, le MR-73, sont envoyées à Bombardier afin que les voitures soient fabriquées.

Les nouvelles voitures MR-73 sont livrées en 1976, année qui voit aussi apparaître une nouvelle fonction sur les trains : le pilotage automatique [13]. Désormais, les opérateurs n'ont plus qu'à s'occuper de la fermeture des portes et à la supervision du bon fonctionnement de la rame. Évidemment, le contrôle manuel est toujours disponible pour des raisons de sécurité !

Cette nouvelle technologie est installée sur les MR-63 et les MR-73, mais le train Jeumont et le train Hitachi, qui appartiennent désormais à la série particulière des MR-71, ont une configuration unique qui les empêche d'en être pourvus. À la grande déception des opérateurs, ces rames doivent donc être pilotées en tout temps en mode manuel [14]...

Après quelques années, force est d'admettre pour le BTM que ces trains uniques n'ont pas leur place sur le réseau. On démantèle donc le hacheur de courant du train Hitachi et on le remplace par un commutateur RX [15]. Quant au train Jeumont, on le retrouve en de rares occasions sur la ligne Verte aux côtés des MR-63 réguliers, mais la plupart du temps il demeure stationné au fond du garage Beaugrand à espérer des jours meilleurs...

La renaissance du Jeumont

Le train Jeumont (© Marc Dufour, avec permission)

Cabinet du hacheur de courant d'un ancien élément Jeumont

En 2004, le prolongement du Métro à Laval est sur toutes les lèvres et pour cause : l'ouverture, prévue dans trois ans, se rapproche de plus en plus. Le seul bémol : la flotte des MR-73, déjà relativement restreinte, s'apprête à subir une véritable cure de rajeunissement aux ateliers Youville, ce qui retirera plusieurs éléments du service. Le prolongement, qui demandera quelques rames supplémentaires sur la ligne Orange, arrive donc au bien mauvais moment [16].

Afin de disposer du même nombre de trains qu'à l'habitude pendant la remise à neuf des MR-73, on décide donc de transférer de deux à trois rames MR-63 des réserves de la ligne Verte vers la ligne Orange pendant l'heure de pointe. Pour ne pas avoir de pénurie de voitures, les ingénieurs du métro ont soudainement une idée : faire reprendre du service au Jeumont et ainsi disposer d'un train de plus en réserve [17].

Cependant, le fait que le vénérable prototype ne puisse être conduit qu'en mode manuel rebute un peu les opérateurs... On décide donc de séparer les trois éléments du train et de les insérer au milieu de trois rames régulières. De cette façon, les voitures MR-71 seront pilotées en mode esclave par la motrice de tête du train et l'opérateur pourra conduire en mode automatique [18].

Cette modification ne se fait pas en criant métro : les contrôles électroniques des motrices du Jeumont doivent être modifiés de fond en comble pour leur permettre de recevoir une consigne de vitesse et le système de récupération d'énergie au freinage doit être ajusté de manière à uniformiser le taux de décélération des voitures. En effet, on veut éviter à tout prix de faire subir un stress mécanique inutile aux attelages si l'élément du milieu cherche à freiner plus rapidement que les deux autres qui l'encadrent !

En février 2005, force est d'admettre que la modification du Jeumont est un franc succès. L'élément 42 reprend du service [19], encadré par les éléments 10 et 11, qui proviennent tout droit de l'ancien train Hitachi. À la fin mars 2006, l'élément 41 sort à son tour du garage Beaugrand [20].

Toutefois, contrairement aux prévisions, l'élément 40 ne sera jamais remis en service, car on doit tout d'abord remplacer certaines pièces de son hacheur de courant. Celles-ci s'avèrent trop difficiles à obtenir et le projet est abandonné par la STM. Afin de permettre aux éléments 41 et 42 de rouler le plus longtemps possible, on le conserve dans le garage comme banque de pièces de remplacement.

Annexe pour le métrophile averti : Numéros de voitures du Jeumont et du Hitachi

Les voitures des trains du Métro de Montréal possèdent un numéro d'identification unique apposé à leurs extrémités extérieures et au-dessus des portes inter-communicantes. Afin de repérer les éléments du Jeumont en station plus facilement, voici les numéros des voitures qui le composaient.

Numéros de voitures du Jeumont
Numéro d'élément Motrice impaire Remorque Motrice paire État
Élément 40 81-579 80-040 81-580 Hors-service
Élément 41 81-581 80-041 81-582 En service
Élément 42 81-583 80-042 81-584 En service

Bien que reconvertis depuis plusieurs années aux démarreurs électromécaniques, les éléments de l'ancien train Hitachi circulent encore sur les rails du métro. Au point de vue strictement historique, puisque plus rien ne les distingue des MR-63 réguliers, voici les numéros de ses anciennes voitures :

Numéros de voitures du train Hitachi
Numéro d'élément Motrice impaire Remorque Motrice paire État
Élément 10 81-519 80-010 81-520 En service
Élément 11 81-521 80-011 81-522 En service
Élément 12 81-523 80-012 81-524 En service

Annexe : Le Jeumont, MR-63 ou MR-71 ?

Suite à une discussion avec Benoît Clairoux, l'historien officiel de la STM, qui portait sur son désaccord face à mon utilisation du modèle de matériel roulant fictif « MR-71 » pour désigner le Train Jeumont, j'ai tenu à ajouter cette annexe à l'article original afin d'expliquer les raisons qui me poussent à le catégoriser comme tel dans mon article.

Tout d'abord, bien que le Jeumont partage la même caisse et le même aménagement intérieur que les MR-63, les modifications qui y ont été apportées par Canron l'ont rendu incompatible avec eux au niveau du système de communication. Depuis que la STM a modifié les éléments 41 et 42 pour les remettre en service, on ne peut les utiliser qu'au milieu d'un train et le système de contrôle de ses motrices est passif et se contente de recevoir les consignes de vitesse des éléments qui l'encadrent.

De plus, au point de vue électrotechnique, la modification radicale apportée aux composantes de son circuit électronique de puissance le différencie singulièrement des autres MR-63. Ainsi, ses moteurs sont désormais contrôlés entièrement par des thyristors, alors que les MR-63 utilisent des composantes électromécaniques (contacteurs pour inverser le sens de marche des moteurs et commutateur RX pour en contrôler le courant de démarrage).

Ainsi, ces deux raisons me poussent à considérer le Jeumont comme un « MR-71 », soit un intermédiaire entre un MR-63 et un MR-73, qui possède la caisse de l'un et l'électronique de puissance de l'autre mais qui est (relativement) incompatible avec les deux.

Sources

© Simon Turcotte-Langevin, 2017

Licence CC BY-NC

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