Les réseaux électriques sont appelés à évoluer pour intégrer des technologies d’information et de télécommunication qui les rendent « intelligents ». Les réseaux ferroviaires, qui comportent eux aussi d’importantes infrastructures de réseaux électriques, ne font pas exception à la règle. Le modèle énergétique ferroviaire doit s’adapter pour répondre au défi de l’efficacité énergétique. La gestion intelligente de l’énergie dans les transports guidés électrifiés (trains, tramways, métros) est d’autant plus essentielle que leur consommation d’énergie est considérable : la SNCF à elle seule est le premier consommateur d’électricité en France avec une consommation annuelle de 7 TWh, soit 1,5% de la consommation nationale.

Pour les opérateurs du système ferroviaire, les objectifs sont à la fois économiques (maîtrise de la consommation et des coûts énergétiques), sociétaux (garantie d’approvisionnement) et environnementaux (amélioration de l’empreinte environnementale). À ceux-ci s’ajoute un important enjeu d’aménagement du territoire, les transports en commun devant s’adapter aux exigences de la smart city de demain dont ils seront une brique essentielle.

Les particularités du réseau ferré

Le Réseau Ferré National (RFN) électrique est un consommateur particulier du réseau. Il possède son propre gestionnaire qui est SNCF RESEAU, son propre réseau de distribution et des règles de fourniture et de facturation particulières. Pour arriver jusqu’au réseau électrique ferroviaire, géré par SNCF RESEAU, l’électricité doit parcourir le réseau public de transport d’électricité voire ceux de distribution. Plus de 500 sous-stations raccordent ainsi les réseaux publics de transport et de distribution au réseau ferroviaire. L’ensemble des engins électriques qui circulent en France sont connectés au RFN et chaque entreprise est libre de choisir son fournisseur. Quatre grandes catégories d’acteurs consomment sur le RFN : 

• les activités voyageurs et fret de SNCF Mobilités ;
• les autres entreprises ferroviaires ;
• les pertes électriques sur RFN ;
• d’autres consommateurs tiers, comme certaines gares.

La Smart gare, un microgrid urbain

La montée des préoccupations environnementales, les contraintes d’investissement dans les infrastructures et le coût croissant de l’énergie ont amené les acteurs du transport ferroviaire urbain à réfléchir à la façon d’optimiser la consommation d’énergie des gares. C’est un paradoxe : alors que les avancées techniques de ces dernières années ont réduit la consommation d’énergie des trains, la facture énergétique des gares a elle augmenté. La faute à la transformation progressive des gares en mini-villes agrégeant une multitude de services. En Île-de-France, la facture énergétique des gares représente jusqu’à un tiers de celle du système ferroviaire.

Des acteurs comme la RATP ou la SNCF se tournent vers le déploiement de technologies innovantes pour une gestion optimisée et intelligente de l’énergie des gares, qui deviennent de véritables microgrids. La particularité ferroviaire d’un tel microgrid est l’importance de garantir la disponibilité de l’énergie pour des usages intensifs de mobilité (comme la recharge rapide de véhicules électriques) et une grande résilience aux aléas.

Les gares concentrent un certain nombre d’atouts qui en font un lieu propice au déploiement d’un micro-réseau :

• des sources d’énergie locales diversifiées encore sous-exploitées :
  • pour la production d’énergie électrique : par exemple, les éoliennes et les panneaux photovoltaïques installés sur les équipements urbains ou encore l’effet piston (surpression produite lors du passage d’un train dans un tunnel). Plus original, la récupération de l’énergie résiduelle de freinage des trains et le stockage local de cette énergie. À Paris, sur la ligne SNCF Transilien du RER C, un convertisseur a été installé pour renvoyer l’énergie de freinage au quartier ;
  • pour l’énergie thermique : la chaleur fatale issue des locaux techniques, la faible variation de température des stations souterraines (inertie thermique), la géothermie sur les parois moulées des infrastructures souterraines, etc.
• des équipements énergivores mais facilement pilotables pour plus de sobriété énergétique : éclairage, escaliers mécaniques, ventilation etc. 

Ce faisant, les gares peuvent participer à l’équilibre du système électrique et contribuer à la fiabilité de l’alimentation électrique de leur territoire (lissage des appels de puissance, stabilisation des réseaux grâce au stockage et à l’écrêtage etc.). La gare laboratoire d’Aix-en-Provence TGV est le premier démonstrateur de micro-grid physique réalisé intégré à une gare.

Le système ferroviaire, source de flexibilité

Les systèmes de transports guidés ont la particularité de rassembler des consommations d’énergie variées, ce qui en fait une source de flexibilité intéressante :

• les profils de consommation varient : non seulement, la puissance appelée (kW) fluctue au cours d’une journée, mais aussi le volume d’énergie consommée (kWh) ;
• les usages de cette énergie sont très nombreux et fortement interdépendants.

La flexibilité énergétique est un moyen de rendre des services supplémentaires au réseau ferroviaire ou aux réseaux qui lui sont interconnectés. Ainsi, il est possible maîtriser les pics de puissance des trains pour éviter l’endommagement des installations fixes de traction électrique ferroviaires, ou encore pour participer à l’équilibre des réseaux publics d’électricité. Cela suppose notamment l’installation de nouvelles technologies tels que des systèmes de stockage (batteries, condensateurs, volants d’inertie) et d’un gestionnaire de réseau intelligent.