Comment déplacer plus de marchandises à travers l’infrastructure obstruée de l’Amérique ? Trains de robots

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 Comment déplacer plus de marchandises à travers l'infrastructure obstruée de l'Amérique ?  Trains de robots



Quiconque a passé le matin de Noël à envoyer un choo choo autour de l’arbre sait que les principaux dangers pour les trains sont les jouets errant sur la voie et se relayant à grande vitesse, qui sont également plus ou moins les principaux dangers pour les trains dans la vraie vie. Alors, pourriez-vous demander, à quel point peut-il être difficile de rendre les trains entièrement autonomes ?

Ou peut-être vous demandez-vous pourquoi nous devrions même nous soucier des trains et de leur fonctionnement — qu’est-ce que c’est, les années 1800 ? — alors revenons un peu en arrière. Si vous pensez que l’Amérique dépend uniquement des camions pour transporter le fret, vous souffrez peut-être d’une vision en tunnel : les trains représentent un tiers des tonnes-miles, c’est-à-dire une tonne de poids transporté par mile, que le fret voyage aux États-Unis chaque année. C’est presque autant que ce qui est transporté par les camions. Les États-Unis ont le réseau ferroviaire le plus étendu de tous les pays au monde en kilomètres de voies – oui, encore plus grand que celui de la Chine – et ils sont actuellement confrontés aux mêmes grognements et congestions qu’apparemment toutes les autres parties des chaînes d’approvisionnement du pays, en raison de une activité sans précédent dans les ports et une demande record dans certains hubs ferroviaires.

Les trains peuvent sembler être une technologie mature avec peu de place pour l’amélioration ou l’expansion, car l’ajout de nouvelles lignes ferroviaires est prohibitif, comme l’ont montré les batailles sur le coût de l’expansion du service Amtrak. Mais les chercheurs qui étudient la question affirment que les rendre totalement autonomes pourrait améliorer leur sécurité et augmenter considérablement la quantité de fret pouvant être transportée sur le réseau ferroviaire américain, en l’utilisant plus efficacement.

Alors que les États-Unis luttent contre la pénurie de camionneurs et que les entreprises se demandent comment atteindre leurs objectifs de réduction des émissions de carbone, les trains, qui sont quatre à cinq fois plus efficaces en énergie consommée par kilomètre que les camions, pourraient être une technologie vieille de deux siècles. dont l’heure est de nouveau venue.

J’ai écrit sur les limites qui entravent les grandes ambitions des voitures autonomes. Mais les trains ont des qualités qui leur permettent de contourner ces problèmes. Plus important encore, les trains sont sur des voies, ce qui signifie qu’un ingénieur ferroviaire doté d’une intelligence artificielle n’a pas à se soucier des problèmes affectant les conducteurs de voitures ou de camions : pas de talonnage, de changement de voie, de virages à gauche contre la circulation, etc.

« Nous pensons que les trains vont atteindre une autonomie complète plus rapidement que les véhicules », explique Maxim A. Dulebenets, professeur adjoint de génie civil à la Florida A&M University, qui a récemment publié une large revue de la littérature sur les trains autonomes. Une raison : des centaines de trains de voyageurs fonctionnent déjà de manière autonome dans le monde, dans le cadre des métros urbains.

Des passagers arrivent à la gare de Taizicheng de la ligne ferroviaire à grande vitesse Beijing-Zhangjiakou dans la province chinoise du Hebei. La Chine a commencé à exploiter un train « à grande vitesse » entièrement autonome sur la ligne en janvier 2020.


Photo:

Li Xin/Xinhua/Zuma Press

La première rame de métro entièrement autonome a fait ses débuts à Kobe, au Japon, en 1981, et la technologie a proliféré depuis, s’étendant de Paris à New Delhi et de São Paulo à Vancouver. Le premier train de marchandises entièrement autonome au monde, qui traverse l’outback australien, a été mis en service régulier en 2019 par la société minière Rio Tinto. En janvier 2020, la Chine a commencé à exploiter un train à grande vitesse entièrement autonome entre Pékin et la ville hôte des Jeux olympiques d’hiver de 2022, Zhangjiakou.

Un certain nombre d’autres essais de trains autonomes de voyageurs et de marchandises sont en cours. Les essais d’un train de marchandises autonome germano-néerlandais desservant le port de Rotterdam ont commencé ce mois-ci. La compagnie ferroviaire nationale française teste actuellement un train qui pourrait commencer à transporter des passagers dès 2023. Aux États-Unis, un système de train de fret autonome construit par New York Air Brake a été testé dans le désert du Colorado en 2019.

Un avenir de trains autonomes pourrait signifier mettre beaucoup plus de fret sur le réseau ferroviaire américain existant sans ajouter de nouvelles lignes, déclare Nalin Jain, président du groupe de l’électronique numérique chez Wabtec,

une entreprise de fabrication de trains basée à Pittsburgh qui remonte à plus de 150 ans. La technologie actuelle et future permet aux trains d’être plus longs, de circuler avec moins de distance entre eux, et d’être décomposés et reconstitués dans les ports et les gares de triage de manière plus efficace, ajoute-t-il.

Un train de marchandises BNSF avec 76 wagons porte-conteneurs et des remorques de fret FedEx traverse le Montana en août. Les trains se sont allongés ces dernières années à mesure que la technologie s’est améliorée, et sont susceptibles de s’allonger encore.


Photo:

William Campbell/Getty Images

Une étude financée par l’Union européenne publiée en 2020 a révélé que le passage à de nouveaux systèmes de gestion des trains pourrait augmenter la capacité des réseaux ferroviaires existants jusqu’à 44 %. Une étude interne de Wabtec indique qu’aux États-Unis, l’augmentation pourrait être encore plus élevée, jusqu’à 50 %. Une augmentation de cette ampleur des tonnes-milles transportées par le réseau ferroviaire américain équivaudrait à déplacer environ un million d’avions à réaction Boeing 747-10 entièrement chargés d’un océan à l’autre chaque année.

Malgré la constitution de têtes d’ingénieurs vapeur, les conducteurs de trains automatiques ne sont pas prêts à être déployés n’importe où, prévient le Dr Dulebenets. La plupart des trains autonomes sont construits sur des voies nouvelles et dédiées qu’ils n’ont pas à partager avec d’autres trains contrôlés par l’homme. Ces nouveaux systèmes ont tendance à ne pas inclure les dangers comme les passages à niveau, où la grande majorité des accidents impliquant des trains et des véhicules à moteur se produisent chaque année aux États-Unis.

Faire des trains autonomes qui circulent sur des réseaux ferroviaires partagés et ouverts est beaucoup plus difficile que d’accomplir la même chose sur des systèmes ferroviaires de métro fermés, explique Jean-François Beaudoin, président des systèmes numériques et intégrés chez le constructeur français de locomotives Alstom..

Pour ce faire, il faut donner à ces trains des « yeux et des oreilles », comme il les appelle, des capteurs qui peuvent regarder en avant sur la voie les obstacles inattendus.

La complexité du réseau ferroviaire américain, où de nombreuses lignes sont partagées entre plusieurs compagnies ferroviaires privées, signifie que l’automatisation de notre système pourrait être intimidante – un processus qui « pourrait prendre des décennies », explique le Dr Dulebenets. Faire en sorte que les trains autonomes jouent bien avec ceux à commande humaine s’apparente aux défis de la technologie d’auto-conduite partielle, où les humains et l’IA doivent être intégrés de manière à ne pas prêter à confusion pour l’un ou l’autre.

En termes de sécurité, dit M. Beaudoin, « Nous sommes beaucoup plus exigeants avec les machines qu’avec les humains, car nous avons beaucoup plus de compassion pour un humain qui fait une erreur qu’une machine qui en fait une. Un système de métro automatique doit être conçu pour faire une erreur pour chaque million qu’un ingénieur humain ferait, ajoute-t-il.

Un autre problème potentiellement énorme est la cybersécurité. Les trains peuvent peser entre 4 000 et 20 000 tonnes, peuvent transporter des matières dangereuses et peuvent prendre des kilomètres pour s’arrêter, donc les rendre contrôlables à distance signifie mettre cette masse en danger d’être prise par des pirates, si les systèmes pour les diriger ne sont pas absolument sécurisés. .

Un autre défi pour les trains autonomes est juridique : qui est responsable quand, inévitablement, un accident se produit ? Comme pour les voitures autonomes, le défi ici est que même si un système automatisé est plus sûr qu’un système à commande humaine, lorsqu’il tombe en panne, il peut changer le responsable d’un accident. Une hypothèse de longue date en philosophie sur l’éthique de la prise de décision – le soi-disant problème de chariot – peut devenir bien trop littérale une fois que l’IA contrôle pleinement un train.

Mis à part les défis, à certains égards, les trains américains sont déjà étonnamment automatisés, note Eric Gebhardt, directeur de la technologie de Wabtec. La loi fédérale exige depuis décembre 2020 que tous les trains américains soient équipés d’un système de contrôle positif des trains, qui ressemble un peu à des systèmes de freinage d’urgence automatiques dans les voitures. Le système empêche les trains d’entrer en collision avec d’autres trains, d’aller trop vite dans les virages ou de souffler dans des aiguillages mal réglés.

À l’intérieur d’une cabine de conducteur de locomotive, des écrans montrent des fonctions de conduite de train semi-automatique comme le système de contrôle positif des trains mandaté par le gouvernement fédéral.


Photo:

Ed Rieker/Wabtec

Comme cela s’est produit dans d’autres types d’infrastructures de transport, comme les ports, le passage aux systèmes autonomes dans les trains coïncide avec d’autres mises à niveau. La logique : si vous envisagez d’acheter un nouveau train ou d’apporter des améliorations importantes à un système ferroviaire, vous pouvez également effectuer toutes les améliorations disponibles et rentables en même temps.

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Quels obstacles voyez-vous potentiellement ralentir l’adoption des trains autonomes ? Rejoignez la conversation ci-dessous.

La prochaine étape dans l’automatisation des trains s’éloigne des systèmes actuels de « bloc fixe » utilisés pour maintenir une distance de sécurité entre les trains, dans lesquels les lignes ferroviaires sont divisées en blocs de longueur fixe dans lesquels un seul train à la fois est autorisé à résider, dit M. Gebhardt. Un système de « bloc mobile », en revanche, permet aux trains de se suivre de plus près car le tampon de sécurité devant et derrière le train se déplace avec lui. Le passage à un système de blocs mobiles nécessite cependant de maintenir une communication constante entre les trains et un système de répartition central. Plusieurs clients testent déjà un tel système, ajoute M. Gebhardt.

L’étude de l’UE qui a révélé que la capacité du réseau ferroviaire pourrait augmenter de moitié avec l’application de nouvelles technologies supposait que ces trains utilisent un système de blocs mobiles, alimenté par les ordinateurs de bord des trains. Un tel système communiquerait avec le train qui précède, connaissant son poids, la météo, ce qu’il fait et quand il freinera. Mais l’un des avantages des réseaux ferroviaires est qu’ils sont déjà hérissés de signaux et de capteurs, de sorte qu’une partie de l’« intelligence » requise pour contrôler un train peut être intégrée dans et le long de la voie elle-même, et des décisions concernant la vitesse des trains peuvent être prises. par un système distant.

Le centre d’opérations à distance de Rio Tinto à Perth, pour son train de marchandises autonome dans la région de Pilbara en Australie.


Photo:

Rio Tinto

En Australie, le premier et toujours le seul train de marchandises autonome à temps plein au monde intègre à la fois des capteurs et des traitements embarqués et à l’échelle du système, a déclaré un porte-parole de Rio Tinto. Le train lui-même est équipé de caméras, d’un radar et d’un système de détection de collision, et la ligne sur laquelle il circule est également équipée de caméras de vidéosurveillance à tous les passages à niveau publics.

Rio Tinto appelle son train automatisé « le plus grand robot du monde », et cela semble une description juste. Les défis liés à la création et au déploiement de trains automatisés à travers le monde sont les mêmes que ceux auxquels les robots sont confrontés dans tous les autres domaines, explique le Dr Dulebenets. De l’acceptation par le public et de la communication entre eux et les conducteurs d’autres véhicules, à la recherche de nouveaux rôles pour les travailleurs qu’ils pourraient déplacer de leurs rôles actuels, les principaux obstacles à l’adoption de trains autonomes, c’est nous.

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Les dirigeants de Wabtec, une entreprise de fabrication de trains basée à Pittsburgh qui remonte à plus de 150 ans, affirment que la technologie actuelle et future permettra aux trains d’être plus longs, de circuler avec moins de distance entre eux, et d’être décomposés et reconstitués à les ports et les gares de triage de manière plus efficace. Cela pourrait augmenter la capacité des réseaux ferroviaires américains existants jusqu’à 50 %, selon la société.


Photo:

Ed Rieker/Wabtec/Presse associée

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