PROCÉDÉ DE TRAVAIL

DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION

La présente invention a trait au domaine des voies ferrées et notamment aux adaptations permettant de fournir un service de communication aux utilisateurs d'un train et d'assurer la surveillance des voies ferrées dans les meilleures conditions.

DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR

Compte tenu des investissements requis, la technologie de communication sans fil régie par les normes du groupe IEEE 802.11 (ISO/CEI 8802-11) (connu sous la marque déposée Wi-Fi et ci-après désigné simplement sous le signe Wi-Fi) n'est accessible aujourd'hui que pour un petit nombre de trains par une liaison très onéreuse combinant satellite, 3G, Wi-Fi et filaire terrestre. De telles installations ne peuvent s'étendre à l'ensemble du réseau de voies ferrées .

Afin de réaliser la surveillance des voies ferrées et notamment des lignes à grande vitesse, plusieurs moyens sont connus.

Parmi ceux-ci, il existe un dispositif de vidéosurveillance dont les zones d'installation sont limitées. En effet, l'alimentation en énergie des postes de vidéosurveillance se heurte à plusieurs difficultés décrites ci-dessous.

Une alimentation par réseau électrique à toute la ligne à grande vitesse est très coûteuse voire impossible car elle nécessite de mettre en place partout des transformateurs de haute tension à basse tension avec possibilité de perturbation de la tension électrique. Une alimentation électrique par panneaux solaires avec une extension à toute la ligne à grande vitesse n'est pas a priori possible car elle nécessiterait de disposer d'un ensoleillement garanti partout et en tout temps.

Une alimentation électrique par éolienne(s) avec une extension à toute la ligne à grande vitesse n'est pas non plus a priori possible car, comme pour la solution précédente, elle nécessiterait de disposer de vent garanti partout et en tout temps.

Ces difficultés constituent la raison pour laquelle cette vidéosurveillance est aujourd'hui limitée à des gares et à certaines zones telles que tunnels et ponts.

En complément de cette vidéo-surveillance limitée, il est connu que l'exploitant des lignes à grande vitesse fait circuler un train dit balai chaque matin et avant l'ouverture des lignes à grande vitesse, ce train roulant à faible vitesse (160 ou 170 km/h environ) à des fins de vérification de l'état des infrastructures ferroviaires et de l'absence d'obstacles sur les voies.

Cette surveillance est donc limitée à ce qui peut être constaté à cette vitesse mais également à un moment ponctuel puisqu'il n'y a pas de surveillance de la voie après le passage du train dit balai.

Un autre problème technique auquel est confrontée la mise en oeuvre d'un dispositif de surveillance concerne la transmission des données susceptibles de créer une alerte, la localisation de leur origine et leur communication non seulement aux personnes ou au système chargés de la surveillance mais également au conducteur du train .

Une solution partielle est décrite dans le document WO2011154347 qui propose un dispositif de surveillance des voies ferrées comprenant une pluralité de bornes de surveillance disposées le long des voies, chaque borne étant susceptible de comprendre un module de prise de vues et des moyens de transmission des informations d'une borne à une autre des informations détectées par les modules de prises de vue.

En effet, afin de ne nécessiter que peu d'énergie pour cette transmission, ce document propose de ne faire fonctionner la transmission que

- lorsqu'une situation d'urgence est détectée,

- d'une borne à l'autre,

- lorsqu'un véhicule est en approche.

Ce dispositif et son procédé de travail ont pour fonction de proposer une surveillance dépensant le moins possible d'énergie en diminuant la fréquence des transmissions et la distance de ces dernières. Il n'est pas en mesure d'assurer en association de la surveillance, un service de mise à disposition d'un réseau de communication pour les utilisateurs du train.

Ce document propose des moyens de récupération d'énergie à des fins d'alimentation des bornes pour mettre en oeuvre ledit procédé, mais ces moyens ne sont pas prévus ni adaptables pour alimenter en continu un réseau.

En effet, les moyens éoliens tels ceux décrits dans le document CN201925099 présentent un rendement optimal avec une vitesse d'air comprise entre 7 et 10 m/s alors que les vitesses du flux d'air mesurées à proximité des TGV se situent entre 40 et 50 m/s. A cette vitesse, une éolienne classique n'a pas de rendement ou très peu. De plus, même à rendement optimal, la demande en énergie requise par la mise à disposition d'un réseau permanent de communication pour les utilisateurs du train est telle qu'un dispositif éolien classique ne suffit pas.

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION

Ce que constatant, les demandeurs ont mené des recherches visant à proposer un service de communication permanent aux utilisateurs d'un train et à améliorer la surveillance des voies ferrées. Ces recherches ont abouti à la conception et à la réalisation d'un dispositif original, offrant une solution technique simple, efficace et peu coûteuse pour surveiller en continu les voies ferrées sur la totalité de leur longueur et pour offrir des possibilités de communication exploitables non seulement pour la surveillance mais également pour les utilisateurs de la voie ferrée.

Selon l'invention, ce dispositif de communication et de surveillance des voies ferrées est remarquable en ce qu'il comprend une pluralité de bornes de communication et de surveillance disposées le long des voies, chaque borne comprenant :

- un module de prise de vue ( s ) ,

- un module de communication sans fil permettant la communication entre bornes et avec le train,

un module de stockage d'électricité alimentant en continu le module de prise de vue ( s ) et le module de communication,

- un module d'alimentation du module de stockage comprenant au moins un moyen de récupération de l'énergie du souffle du train circulant sur la voie ferrée,

à des fins de surveillance par prise de vue ( s ) permanente et de mise à disposition des trains de liaisons sans fil permanentes. L'invention constitue donc un système autonome de surveillance et de communication des lignes de chemin de fer alimenté par récupération de l'énergie perdue du souffle des trains passant sur la voie ferrée surveillée grâce à un convertisseur d'énergie actionné non par le vent mais par le volume d'air déplacé par le passage des trains.

En effet, lorsqu'un train se déplace, il met en mouvement autour de lui une masse importante d'air. La vitesse de déplacement de cette masse d'air est proportionnelle à la vitesse du train. Cette vitesse décroit au fur et à mesure que l'on s'éloigne des parois latérales du train vers la périphérie.

Pour récupérer l'énergie contenue dans cette masse d'air dont le mouvement est induit par le passage du train, au moins un moyen de récupération de l'énergie issue du souffle d'air est utilisé pour chaque borne.

Selon une caractéristique particulièrement avantageuse, ledit moyen de récupération est une turbine à air dynamique. Une telle technologie est une technologie qui est aujourd'hui utilisée sur des avions comme source d'électricité de secours en cas de panne électrique générale. Cette turbine résiste à des conditions climatiques très sévères (température de -50°C à plus 80°C, forte vitesse de vent pouvant atteindre 200 m/s) et autorise des gradients de vent et s'adapte donc aux variations des flux d'air. Une telle turbine, jusqu'ici installée sur les avions et non au sol, est connue sous le nom d'éolienne de secours et en anglais sous le nom de Ram Air Turbine ou RAT.

Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, ledit moyen de récupération d'énergie est un convertisseur éolien sans hélice adoptant une technologie électrostatique. Cette technologie est particulièrement intéressante dans les rendements qu'elle propose et dans le peu d'entretien qu'elle requiert du fait de l'absence de pièces en mouvement.

Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, ledit moyen de récupération d'énergie est une turbine sans hélice.

En positionnant par rapport au sol de façon judicieuse le moyen de récupération à une certaine distance des parois latérales du train et à une certaine hauteur par rapport à la hauteur du train, une quantité importante d'énergie est récupérée de façon instantanée .

Le passage du train sur une ligne met en mouvement une certaine masse d'air. Cette masse d'air en rencontrant le moyen de récupération met en rotation les hélices de la turbine lorsqu'elle en est équipée ou met en mouvement des particules chargées électriquement. La rotation des hélices ou l'activation du convertisseur produit du courant et de la tension continus. L'énergie produite est emmagasinée par le module de stockage qui alimente à son tour la caméra et le module de communication. Le dispositif de l'invention dispose ainsi d'un moyen d'alimentation lui assurant à la fois la puissance nécessaire et l'autonomie souhaitée quelles que soient les conditions climatiques. Selon un mode de réalisation préféré, ladite turbine est disposée pour positionner son axe horizontalement.

On comprend qu'un tel dispositif présente un coût minime d'installation et d'exploitation en regard des fonctionnalités proposées du fait notamment qu'il n'est pas nécessaire de créer un lien filaire entre les bornes.

En addition du fait qu'il soit autoalimenté , un tel dispositif présente de nombreux avantages, parmi ceux-ci :

- une vidéosurveillance permanente de la totalité des lignes quel que soit le temps et ceci de jour comme de nuit,

- une détection en temps réel de toute détérioration des rails, grillage et caténaire liée à des actes de malveillance, d'intempéries ou d'usure normale sur la totalité des lignes,

- une détection en temps réel de toute présence d'objets, d'animaux ou d'hommes sur les rails et caténaires sur la totalité des lignes à grande vitesse,

- une cartographie à tout instant du positionnement des trains à grande vitesse sur l'ensemble des voies d'où possibilité d'augmenter le nombre de trains mis en circulation.

Selon une autre caractéristique, le module de communication sans fil comprend une ou plusieurs antennes permettant de réaliser deux réseaux :

- un réseau principal permanent de communication, de transfert et de données et de diffusion des images du module de prise de vue ( s ) par internet reliant par une liaison sans fil, les bornes entre elles,

une ou plusieurs bornes à au moins un point d'accès internet et au moins une borne au train

- un réseau temporaire local autonome palliant une panne du réseau principal permanent et pouvant permettre de diffuser les vues prises par le moyen de prise de vues entre chaque borne et le train et d'une borne à l'autre. Le dispositif de l'invention prévoit ainsi un mode de fonctionnement dégradé où le réseau principal peut présenter une panne .

Afin de permettre sa mise en place de façon adéquate le long des voies, le moyen de récupération est lié à une partie fixe solidaire du sol et par rapport à laquelle sa position est réglable. Ainsi, selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ladite borne comprend un mât scellé au sol équipé d'une potence à l'extrémité de laquelle est disposé le moyen de récupération. De même, selon d'autres caractéristiques associées ou non, ladite potence présente une longueur réglable et est liée au mât de façon à être réglable en hauteur. Ces différentes possibilités de réglages de la position des moyens de récupération évitent une trop grande précision pour le positionnement des mâts. Ces différentes possibilités de réglage permettent surtout de positionner de façon à exploiter le mieux possible le souffle du train. Selon une autre caractéristique, le mât comprend à son extrémité haute, le module de communication et le module de prise de vue ( s ) et, en extrémité basse, un socle de scellement au sol.

Selon un mode de réalisation préféré, la ligne de chemin de fer équipée du dispositif est une ligne à grande vitesse permettant de disposer d'un déplacement d'air plus important pour le fonctionnement du moyen de récupération.

De plus, selon un autre mode de réalisation préféré, les bornes sont disposées à intervalles réguliers.

Le module de prise de vue ( s ) peut être constitué par tout moyen d'acquisition d'une image. Ainsi, selon un mode de réalisation le module de prise de vue ( s ) est constitué par un appareil photographique. Selon un autre mode de réalisation, le module de prise de vue ( s ) est constitué par une caméra.

Selon une caractéristique particulièrement avantageuse, ledit module de prise de vue ( s ) est une caméra thermique à longue portée. La technologie thermique permet de s ' affranchir des conditions de luminosité. La longue portée permet de prévoir un intervalle de grande longueur entre les bornes constituant le réseau de surveillance .

Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, le module de stockage de l'électricité utilise une ou plusieurs des solutions suivantes :

- batteries électriques,

- une pile à combustible réversible,

- moyen de production et de stockage d'air comprimé.

Ce module va permettre le stockage de l'énergie qui n'est produite que ponctuellement lors du passage du train.

Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, le module de communication comprend un dispositif de communication sans fil du type Wi-Fi permettant la communication entre bornes et/ou avec le train. En plus de donner une possibilité de communication pour le dispositif de surveillance, la mise en place d'un réseau Wi-Fi à proximité des voies présente de nombreux avantages. Le dispositif de l'invention met à disposition de tous les trains circulant sur des lignes des liaisons Wi-Fi permanentes haut débit (jusqu'à 300MB/s) sol-train. Une telle caractéristique améliore le confort de tous les passagers avec mise à leur disposition des connections Wi-Fi pouvant être gratuites pour toutes les classes. Pour ce faire, le train est alors équipé d'un module de communication Wi-Fi.

Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le train est équipé d'un terminal à l'intérieur de la cabine de pilotage sur lequel sont affichées les images enregistrées par les modules de prise de vue ( s ) . Une telle caractéristique permet d'envisager des procédés de surveillance novateurs consistant à communiquer au terminal les images jugées suspectes (par comparaison avec des images préenregistrées) avec leur localisation géographique .

Bien entendu, le train est alors équipé d'un module de communication Wi-Fi.

De même, un autre procédé consiste à communiquer en continu au terminal les images prises par les moyens de prise de vue ( s ) disposés en amont et à une distance supérieure ou égale à la distance de freinage du train. Un autre procédé consiste à afficher sur le terminal d'un premier train, les images d'un autre train l'ayant précédé ou circulant en sens inverse. La surveillance de la voie ferrée n'exclut pas les images prises par les bornes de la voie ferrée au moment où passent les autres trains ni celles des trains eux-mêmes circulant dessus. La surveillance continue proposée par l'invention permet cette communication.

Une variante consiste à faire voir au conducteur de train sur de longues distances, le train l'ayant précédé ou le train venant en sens inverse, permettant de réduire les risques de collision entre trains dans certaines zones de voies ferrées. De tels procédés rendent en effet l'exploitation des réseaux de voies ferrées beaucoup plus sûre.

Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif, plusieurs modes de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

La figure 1 est un dessin schématique d'une vue de face d'un mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention avec un train passant à proximité;

La figure 2 est un dessin schématique d'une vue de côté du dispositif de la figure 1;

La figure 3 est un dessin schématique en perspective d'un mode de réalisation d'une borne;

La figure 4 est un dessin schématique d'une autre mode de réalisation d'une borne,

La figure 5 est un dessin schématique d'une vue de face d'un autre mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention avec un train passant à proximité.

DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS

Comme illustré par les dessins des figures, le dispositif de l'invention assure la surveillance de la ligne à grande vitesse référencée LGV. Ce dispositif se présente sous la forme d'une pluralité de bornes de surveillance 100 disposées à intervalles réguliers le long de la voie ferrée et divisant ladite ligne LGV en tronçons de surveillance de longueur définie.

Conformément à l'invention, ces bornes 100 comprennent :

- une caméra 200,

- un module de stockage d'électricité 300,

- un module de production d'énergie 400 alimentant le module de stockage 300, et

- un module de communication 500 sans fil de type Wi-Fi, dit module Wi-Fi autorisant les bornes 100 à communiquer entre elles.

Les bornes sont indépendantes et ne communiquent que par le réseau Wi-Fi créé par les bornes. Selon un mode de réalisation préféré, les tronçons sont de deux kilomètres. Aussi, la caméra est du type thermique à longue portée.

Selon un mode de réalisation préféré, ladite caméra thermique est du type à très longue portée, présente un indice de protection de type IP67, et est équipée d'un GPS et d'un système de géolocalisation des objets apparaissant dans son champ de vision par rapport à la borne et d'un système automatique de poursuite et de zoom. Ces fonctionnalités sont gérées par une unité centrale.

Le module Wi-Fi forme avec ceux des autres bornes, un réseau Wi-Fi point à point à l'aide de ponts Wi-Fi de très longue portée. Ainsi, les antennes Wi-Fi vont transmettre les images enregistrées par les caméras de chaque borne à chaque borne de la ligne. Une des bornes est avantageusement liée au réseau internet.

Cette caméra et ce module Wi-Fi sont alimentés en continu en énergie par le module de stockage 300.

Pour alimenter ledit module de stockage 300, le module d'alimentation 400 est constitué par au moins une turbine à air dynamique qui, disposée de façon à être soumise au souffle provoqué par le déplacement du train à grande vitesse T, produit de l'énergie pour être stockée par le module de stockage 300. Un type de turbine à air dynamique exploitable pour ce type d'application est classiquement utilisé sur des avions comme source d'électricité de secours en cas de panne électrique générale. Cette turbine résiste à des conditions climatiques très sévères (température de -50°C à plus 80°C, forte vitesse de vent pouvant atteindre 200 m/s). Selon un autre mode de réalisation non illustré, la ou lesdites turbines sont du type sans hélices. Selon une première évaluation, la consommation électrique de la borne (additionnant celle du pont Wi-Fi, de la caméra longue portée des accessoires et tenant compte des pertes) est estimée à 1KWH par jour. Or, sur la base d'un nombre de passages de trains à grande vitesse égal à 10 avec une vitesse moyenne de 200km/h, la production d'énergie électrique de la ou des turbines est évaluée à 2KWH par jour. Un tel dispositif assure donc largement l'alimentation nécessaire aux fonctions envisagées et rend disponible une source d'alimentation autonome gratuite et écologique en tout point de la ligne à grande vitesse.

Selon le mode de réalisation illustré par le dessin de la figure 3, le mât 120 comprend à son extrémité haute, le module de communication 500 et la caméra 200 et, en extrémité basse, un socle 130 de scellement au sol. Ladite borne 100 est ici équipée de deux turbines 410 et 420 à axes de rotation parallèles et horizontaux constituant le module de production d'énergie 400. Ces deux turbines 410 et 420 sont positionnées à l'extrémité d'un bras horizontal 110 formant potence par rapport à un mât vertical 120 dont l'extrémité basse est équipée d'un socle 130 venant se sceller au sol et dont l'extrémité haute accueille l'antenne 510 du module Wi-Fi et la caméra 200.

Comme illustré, afin d'exploiter de façon optimisée le déplacement d'air provoqué par le passage du train T la position des turbines est réglable d'une part, par le réglage de la longueur de la potence 110 et d'autre part, par le réglage de la hauteur de la potence le long du mât 120.

Le socle 130 accueille également une baie technique 131 contenant le boîtier électronique du module Wi-Fi longue portée, un commutateur réseau, une unité centrale, et le module de stockage d'électricité.

Selon un mode de réalisation préféré, ce module de stockage 300 est constitué par des batteries. Selon un autre mode de réalisation, ce module de stockage est constitué par une pile à combustible réversible. Selon un autre mode de réalisation, ce module de stockage est constitué par un moyen de stockage d'air comprimé .

Selon le mode de réalisation illustré par le dessin de la figure 4, la borne 100' comprend un mât 120' à l'extrémité haute duquel sont positionnés :

- l'antenne 510' du pont Wi-Fi longue portée,

- la caméra thermique longue portée 200', et

- un boîtier technique 140 accueillant le boîtier électronique du pont Wi-Fi longue portée, un commutateur réseau, une unité centrale.

L'extrémité basse du mât 120' est associée à un socle 130' accueillant le module de production d'énergie 400' constitué par une turbine unique 430'. Ce socle 130' accueille également le module de stockage 300' de l'électricité produite par la turbine 430'.

Comme illustré sur le dessin de la figure 2, le module Wi-Fi permet non seulement la communication entre bornes 100 (flèche Fl) mais également avec le train (flèche F2). La connexion par le module Wi-Fi est assurée par une antenne longue portée montée sur le train et compatible avec le réseau au sol qui est un réseau point à point constitué par les bornes 100. Chaque borne du réseau est identifiée géographiquement et communique avec les bornes voisines afin de permettre au conducteur du train de disposer d'une banque d'images de surveillance dans le rayon d'action critique vis-à-vis de la sécurité. Ce réseau n'est pas un réseau centralisé. C'est un réseau point à point collaboratif. Chaque noeud constitué par chaque borne 100 dispose d'une unité centrale autonome capable d'identifier des perturbations et d'alerter les utilisateurs du système. Le train est lui-même équipé pour former un noeud de communication.

Selon un mode de réalisation, le dispositif constitue un réseau privé de type intranet permettant d'échanger les informations de sécurité (images, position des trains, etc.).

Selon un autre mode de réalisation, pour permettre aux passagers d'avoir un accès Wi-Fi, le réseau est interconnecté à Internet de manière "étanche" afin de distinguer sur ce réseau, les flux de données de sécurité encapsulés dans des paquets cryptés et les flux "grand public". L'interconnexion est réalisée par des connexions terrestres classiques à bas coût haut débit de type ADSL installées par exemple dans les gares, en veillant cependant à utiliser des services haut de gamme à haute qualité de fiabilité et à haute bande passante.

Dans le cadre de la surveillance, le train est équipé d'un terminal embarqué à l'intérieur de la cabine de pilotage sur lequel sont affichées les images enregistrées par les caméras et transmises par le réseau Wi-Fi. Ainsi, un procédé de travail du dispositif de surveillance consiste à communiquer au terminal les images jugées suspectes (changement de scène observée comparée à une banque historique) avec leur localisation géographique. Un autre procédé consiste à communiquer en continu au terminal les images prises par les caméras disposées en amont et une distance supérieure ou égale à la distance de freinage du train.

La figure 5 illustre un mode de réalisation où le moyen de récupération de l'énergie 400" est constitué par un convertisseur éolien sans hélice adoptant une technologie électrostatique où à l'intérieur d'un cadre 410" est créé un champ de particules chargées qui seront déplacées par le souffle du train.

On comprend que le dispositif et le procédé, qui viennent d'être ci-dessus décrits et représentés, l'ont été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de

1 ' invention .