Les moteurs des trains de marchandises reposent presque exclusivement sur le diesel. Les premières locomotives de fret diesel sur route sont entrées en service dans les années 1930 et le nombre de trains à moteur diesel aux États-Unis a dépassé 1 000 en 1940 – la plupart pour le service des passagers.
Selon les dernières données disponibles du Bureau américain des statistiques sur les transports (BTS), à la fin de 2018, un peu plus de 26 000 locomotives de fret étaient en service aux États-Unis, et 431 locomotives AMTRAK pour le transport ferroviaire de passagers. D’autres agences de transport d’État exploitaient des services ferroviaires régionaux alimentés principalement par des moteurs diesel. À l’exception de quelques lignes ferroviaires de passagers qui sont électrifiées (le corridor Nord-Est d’Amtrak et la ligne Harrisburg, PA), le reste du rail de passagers et tout le rail de marchandises aux États-Unis est alimenté au diesel consommant 65 millions de gallons de carburant diesel en 2018.
Alors que le moteur moyen d’une voiture aujourd’hui a environ 200 ch, les moteurs de locomotives commencent généralement à dix fois cette quantité. Les exploitants de trains s’appuient sur la puissance diesel dans toute la gamme des applications de puissance ferroviaire :
- Les plus petits moteurs de locomotives (jusqu’à 2 000 chevaux) sont utilisés dans les opérations d’aiguillage dans les cours de marchandises pour assembler et désassembler les trains ou sont utilisés dans les transports courts de petits trains.
- Les moteurs de locomotives les plus puissants (jusqu’à 4 500 chevaux) sont principalement utilisés pour les opérations de trains de marchandises longue distance par les cinq chemins de fer de classe I d’Amérique, les opérateurs de shortahul et les locomotives de trains de passagers AMTRAK.
Les moteurs diesel présentent des avantages économiques substantiels par rapport aux autres sources d’énergie pour les locomotives. En outre, les locomotives diesel accélèrent rapidement et roulent à des vitesses élevées en endommageant peu les voies. Elles fonctionnent avec des efficacités similaires à celles des locomotives électriques, mais ne nécessitent pas les investissements en capital dans les sous-stations et les réseaux de distribution électrique.
Réglementations et normes
L’industrie du diesel et les fabricants ferroviaires continuent d’investir des ressources et de faire des progrès pour produire la technologie de train la plus propre possible. La technologie des moteurs diesel dans les locomotives de chemin de fer a progressé de manière spectaculaire ces dernières années. Le rendement énergétique a augmenté de 61 % depuis 1980.
En 2004, l’Agence américaine de protection de l’environnement (EPA) a publié sa règle finale sur les moteurs diesel non routiers qui exigera que les moteurs de train répondent à des normes strictes de qualité de l’air. Dans le cadre de cette norme, les trains devront fonctionner avec un carburant diesel à faible teneur en soufre qui réduit les émissions de soufre de 99 %. Ces améliorations du carburant créeront des avantages immédiats et importants pour l’environnement et la santé publique.
Dans le même temps, les normes ferroviaires propres exigeront également l’utilisation de technologies avancées de contrôle des émissions similaires à celles déjà en place pour les camions et les bus diesel lourds. La disponibilité de carburant diesel non routier propre signifie que la technologie avancée de contrôle des émissions de diesel propre réduira de 90 % les émissions de NOx et de particules des nouveaux moteurs ferroviaires.
Aujourd’hui, la transformation vers des émissions presque nulles dans les moteurs de locomotives pour chaque application est terminée, les nouveaux moteurs fabriqués à partir de 2015 atteignant maintenant les règlements sur les émissions de niveau 4 de l’EPA des États-Unis pour les particules et les oxydes d’azote. Le remplacement d’une seule locomotive d’aiguillage ancienne par un nouveau moteur diesel Tier 4 à émissions quasi nulles peut générer les mêmes avantages en matière de réduction des émissions que le retrait de 8 000 voitures de la route pendant un an.
La technologie ferroviaire avancée offre des avantages en matière d’air pur et de climat
Alors que les nouvelles solutions diesel Tier 4 à émissions quasi nulles pour le transport ferroviaire de passagers et de marchandises sont là, leur introduction dans le parc de locomotives peut prendre un certain temps. La recherche confirme que les moteurs de locomotives sont en service en moyenne pendant plus de 50 ans. Cela signifie qu’il existe un grand nombre de moteurs beaucoup plus anciens, conçus avant l’entrée en vigueur des normes d’émissions, qui sont encore en service. Le remplacement de ces locomotives beaucoup plus anciennes par de nouveaux moteurs diesel à émissions quasi nulles peut faire beaucoup pour réduire immédiatement les émissions dans les communautés qu’elles desservent.
Le fabricant mondial de locomotives Siemens s’est associé au fabricant de moteurs, Cummins, pour développer une locomotive à émissions quasi nulles pour la flotte vieillissante d’AMTRAK. Soixante-quinze nouvelles locomotives AMTRAK Charger devraient entrer en service en 2021, équipées de puissants moteurs diesel Cummins QSK90 de 4 000 CV, afin de réduire les émissions de 90 % et d’économiser du carburant. Ces nouveaux moteurs diesel plus efficaces devraient réduire les émissions de C02 de 10 %.
Les moteurs diesel sont capables d’intégrer des systèmes hybrides et il n’y a aucune raison pour que les locomotives ne puissent pas bénéficier de ces avancées. Les moteurs diesel à émissions quasi nulles sont associés à des économies d’énergie et à une technologie de stockage pour offrir des performances environnementales supérieures. Le fabricant de moteurs MTU a développé un système hybride PowerPak qui peut être personnalisé pour n’importe quelle application ferroviaire afin d’offrir une réduction de 25 % des émissions de CO2 parallèlement aux avantages environnementaux Tier 4.
L’apprentissage machine peut rendre les grosses machines plus efficaces. ProgressRail, une division de l’équipementier Caterpillar, a intégré des commandes électroniques avancées dans les dernières conceptions de locomotives qui couplent les avantages de la réduction des émissions quasi nulles Tier 4 avec des performances d’économie de carburant. Si vous avez déjà vu une locomotive en action, vous avez sans doute remarqué plusieurs locomotives fonctionnant en chaîne pour déplacer des wagons de passagers ou des wagons. Les dernières innovations électroniques permettent à ces moteurs de fonctionner aussi efficacement que possible et d’éliminer la marche au ralenti pour offrir des performances supérieures en matière d’économie de carburant.
Le moteur diesel original breveté par Rudolph Diesel il y a plus de 100 ans était conçu pour fonctionner avec des biocarburants. Aujourd’hui, il en va de même, car les moteurs diesel, anciens et nouveaux, peuvent fonctionner avec du carburant diesel renouvelable et des mélanges de biodiesel de haute qualité pour offrir des réductions importantes des émissions de gaz à effet de serre. VirginAtlantic qui exploite le service de train de passagers à grande vitesse Brightline en Floride s’est engagé à utiliser du biodiesel pour réduire de 20 % l’empreinte carbone du trajet.