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DOCUMENT DE TRAVAIL DES SERVICESDE LA BANQUE MONDIALE

Numéro 634F

Les Chemins de fer et l'énergie

Liviu L. Alston

Banque mondialeWashington, D.C., Etats-Unis d'Amérique

Copyright © 1984Banque internationale pour la reconstructionet le développement/BANQUE MONDIALE1818 H Street, N.W.Washington, D.C. 20433Etats-Unis d'Amérique

Tous droits réservésImprimé aux Etats-Unis d'AmériquePremière impression (édition anglaise) Mars 1984Première impression (édition française) Octobre 1984

Le présent document de travail est publié par la Banque mondiale à titre officieux.Afin de présenter les résultats des travaux de recherche avec le moins de retardpossible, le texte dactylographié n'a pas été établi selon les méthodes appliquées dansle cas de textes imprimés officiels et la Banque mondiale n'accepte aucune responsabilitépour les erreurs qui pourraient s'y trouver. La publication peut être obtenue contrepaiement d'un prix symbolique qui permet de défrayer la Banque d'une partie des coûtsd'impression et de distribution.

Les opinions et interprétations exprimées dans la présente publication n'engagentque leurs auteurs et ne reflètent pas nécessairement la position de la Banque mondialeni de ses institutions affiliées ni d'aucune personne agissant pour leur compte. Les cartesqu'elle contient sont uniquement destinées à faciliter sa lecture; les termes qui y sontutilisés et les frontières qui y figurent n'impliquent, de la part de la Banque mondialeet de ses institutions affiliées, aucun jugement quant au statut juridique d'un territoirequelconque et ne signifient nullement que ces institutions reconnaissent ou acceptentces frontières.

La série complète des publications de la Banque mondiale est décrite dans leCatalogue des publications de la Banque mondiale; le programme continu de recherche dela Banque est exposé dans le Programme recherche de la Banque mondiale : Résumé desétudes en cours. Les deux brochures sont mises à jour chaque anée; la plus récenteédition de chacune d'elles peut être obtenue sans frais auprès du Publications Sales Unitde la Banque à Washington ou du Bureau européen de la Banque, 66 avenue d'Iéna,75116 Paris, France.

Liviu L. Aiston est conseiller pour les chemins de fer au Departement des transportsde la Banque mondiale.

La Bibliothèque du Congres des Etats-Unis a catalogué comme suite l'éditionanglaise:

Alston, Liviu L. (Liviu Leonard), 1926-Railways and energy.

(World Bank staff working papers ; no. 634)Bibliography: p.1. Railroads--Electrification. 2. Railroads--Energy

consumption. I. Title. II. Series.TF858.A4A47 1984 385'.1 84-3506ISBN 0-8213-0345-7

CONDENSE

Il faut considérablement moins de puissance motrice pour déplacer, à

la même vitesse, un véhicule ferroviaire qu'un véhicule routier du même poids.

Cependant, comme on l'explique dans la première partie, d'autres facteurs jouent

en faveur des transports routiers. La consommation relative d'énergie de ces

deux modes varie beaucoup selon les conditions d'exploitation et les caractéris-

tiques des véhicules. Ainsi, pour le transport en vrac de grandes quantités de

marchandises, les chemins de fer utilisent l'énergie plus efficacement, mais

pour le transport des voyageurs, leur rendement énergétique n'est généralement

pas supérieur à celui des autocars. La première partie de ce document passe

également en revue certaines possibilités d'accroître l'efficacité énergétique

des chemins de fer et montre que l'amélioration de l'exploitation permet de

réaliser des gains importants.

La deuxième partie est consacrée à l'étude de l'électrification des

réseaux ferroviaires. La viabilité économique de cette opération est fonction

de multiples facteurs : coût d'opportunité du capital; coût du carburant diesel

et de l'électricité; composition du trafic et nature du terrain; coût d'inves-

tissement initial et d'entretien des ouvrages ferroviaires et du matériel néces-

saires pour la traction électrique et la traction diesel. Si la rentabilité de

l'électrification augmente avec la densité du trafic, le volume requis pour

atteindre un taux de rentabilité donné varie considérablement selon les condi-

tions du projet. Une série d'exemples, qui ne prétend pas être complète, montre

que pour obtenir une rentabilité de 12 %, le seuil critique peut aller selon le

projet de 5 à 22 millions de tonnes brutes. La deuxième partie du document

présente également une analyse, susceptible d'être utilisée pour des études de

préfaisabilité, permettant d'estimer à partir de quel volume de trafic l'élec-

trification devient économiquement valable.

TABLE DES MATIERES

RESUME PAGE

Comparaisons entre transports routiers et ferroviaires 1

Réductions de la consowmati-n d'énérgLe des chemins de fer 3

Eleçtrification des chemins de fer 4

INTRODUCTION 6

PREMIERE PARTIE : CONSOMMATION D'ENERGIE 8

Comparaisons de la consomm'ation d'énergie des transports ferroviaires et routiers 8

Service marchandises 9

Service voyageurs 15

Part de l'énergie dans le coût d'exploitation des chemins de fer 16

Réduction de la consommation d'énergie des chemins de fer 18

Conclusion 21

DEUXIEME PARTIE : ELECTRIFICATION DES CHEMINS DE FER 23

Estimation du trafic critique 24

Cas de base 28

Postes de dépenses : installations fixes 29

Entretien des installations fixes 33

Investissements en locomotives 33

Facteurs influant sur le nombre relatif de locomotives électriques et diesel 34

Coût d'investissement des locomotives 38

Economie d'énergie : consommation d'énergie 39

Coût du gas-oil 43

Coût de l'électricité 47

Coût d'entretien des locomotives 50

Composition du trafic 55

Exploitation sur terrain difficile 55

PAGE

Economies au niveau du personnel et des voitures 56

Accroissements de la capacité 57

Conclusion 58

Remerciements 59

Bibliographie 61

Annexe 1 Estimation du Trafic Critique 63

Entretien des installations fixes 65

Investissements dans les locomotives 65

Economies d'énergie 68

Economies d'entretien des locomotives 70

Trafic critique du cas de base 72

Réserve de combustibles 73

Augmentations de capacité 75

Annexe 2 Cout de l'Electricité 78

Tableau 1. Part des chemins de fer (en pourcentage) dans la consommationtotale de produits petroliers 84

Tableau 2. Comparaison de la consommation d'énergie de differents modesde transport en Pologne 85

Tableau 3. Comparaison de la consommation d'énergie des gros camions etdes chemins de fer pour le transport des marchandises en France 86

Tableau 4. Comparaison de l'énergie consommée par ensembles articulés ettransport de semi-remorques par fer, aux Etats-Unis 87

Tableau 5. Comparaison de l'énergie consomée pour le transport de voyageurspar la route et le rail en France 88

Tableau 6. Depenses d'énergie en pourcentage du total des coGts totauxd'exploitation (Amortissement et paiements d'intérêts non compris) 89

Tableau 7. Estimations des économies d'énergie réalisables dans les transportsferroviaires 90

PAGE

Tableau 8. Trafic critique donant un rendement de 12% dans differentes conditions 91

Figure 1. Lien entre la consonnation d'énergie et le rapport poids-puissance 92et la vitesse

Figure 2. Variation du taux de rentabilité en fonction du trafic, case de base 93

Figure 3. CoÛt d'entretien des locomotives, en dollars par locomotive-km 94

RESUME

i. Ce document traite des questions qui se posent lorsque l'on exa-

mine les effets qu'ont des hausses des prix des produits pétroliers sur le

développement des chemins de fer. La première partie étudie les rendements

énergétiques relatifs des transports ferroviaires et routiers et les

mesures susceptibles de réduire la consommation d'énergie des chemins de

fer. Seule l'énergie utilisée pour la traction est considérée. La

deuxième partie examine les facteurs déterminant la viabilité économique

de l'électrification des chemins de fer et présente une méthode facile

appliquer pour exécuter des analyses de préfaisabilité visant à déterminer

si une étude plus détaillée s'impose.

ii. Il convient de faire deux observations pour placer ces questions

en perspective. Tout d'abord, le rendement global d'un mode de transport

dépend du coût de tous ses intrants, dont l'énergie ne constitue qu'un

seul. Rien ne prouve que la hausse des prix des produits pétroliers n'ait

fait plus qu'améliorer la compétitivité des chemins de fer à la marge.

Deuxièmement, ces derniers ne représentent qu'une faible proportion -

généralement moins de 4 % - de la consommation nationale de pétrole et il

est donc peu probable qu'une diminution de leur consommation ait une inci-

dence considérable st.r la consommation nationale de produits pétroliers

d'un pays donné.

Comparaisons entre transports routiers et ferroviaires

iii. Un véhicule ferroviaire nécessite nettement moins d'énergie pro-

pulsive qu'un véhicule routier du même poids total se déplaçant à la même

vitesse. Toutefois, d'autres facteurs favorisent les transports routiers,

-2-

notamment, pour les marchandises, une meilleure utilisation de la capacité

disponible et le fait que la formation des trains (triage) consomme de

l'énergie. En conséquence, les rendements énergétiques relatifs varient

considérablement en fonction du service assuré, et notamment du type et de

la quantité des produits transportés, ainsi que de leur provenance et de

leur destination. Malheureusement, la plupart des données relatives à la

consommation d'énergie sont des moyennes portant sur toutes sortes de ser-

vices et elles ne peuvent servir à déterminer les rendements énergétiques

relatifs des différents modes de transport lorsqu'ils assurent les mêmes

services. Les données disponibles montrent toutefois que les chemins de

fer ont le meilleur rendement énergétique lorsqu'ils assurent des services

pour lesquels ils utilisent toutes leurs ressources avec un rendement élevé

- c'est-à-dire lorsqu'ils transportent de grandes quantités de marchandises

pondéreuses. Si ce type de transport était assuré par la route, la con-

sommation d'énergie s'en trouverait fortement accrue; mais le transfert de

trafic routier au rail n'entrainerait pas nécessairement une réduction de

la consommation d'énergie. Toutefois, les tendances modernes de la dis-

tribution, à savoir la création de grands centres de distribution, créent

de grands courants de trafic pour lesquels les transports ferroviaires

pourraient utiliser l'énergie et d'autres ressources avec un meilleur ren-

dement que les transports routiers. Naturellement, les chemins de fer

peuvent également présenter des avantages d'ordre énergétique pour d'autres

services. Une étude réalisée par le Département de l'énergie des

Etats-Unis a montré qu'entre les terminaux de Chicago et de Minneapolis,

le transport de semi-remorques par fer consommait moitié moins d'énergie

que si l'on utilisait des tracteurs routiers. Pour obtenir des données

concluantes, il importe d'effectuer davantage de mesures de l'énergie

-3-

consommée respectivement par les transports fecroviaires et routiers assu-

rant les mêmes services.

iv. Pour ce qui est des services voyageurs, les trains ont tendance

à avoir un rendement énergétique inférieur à celui des cars, essentielle-

ment parce qu'il est plus facile d'adapter la fréquence des cars que la

composition des trains aux variations de la demande de transport et auei

parce que le poids des cars est inférieur. Toutefois, les chemins de fer

ont un rendement énergétique nettement supérieur à celui des voitures par-

ticulières et comme ils peuvent être plus rapides et confortables que les

cars, ils ont éventuellement plus de chances de dissuader les voyageurs

d'utiliser leurs voitures particulières.

Réductions de la consommation d'énergie des chemins de fer

v. Comme on l'a vu, réduire la consommation d'énergie des chemins

de fer a peu de chance de diminuer considérablement la consommation natio-

nale d'énergie. C'est donc le souci d'abaisser les charges de fonctionne-

ment des chemins de fer qui incite à réduire leur consommation d'énergie.

La part de l'énergie dans ces charges varie considérablement : d'après des

données de 17 administrations ferroviaires, elle représente de moins de 5 Z

à 30 % du montant total. Ces variations reflètent en partie celle du prix

du gas-oil. Si l'on veut encourager les chemins de fer - et en fait tous

les usagers - à l'utiliser efficacement, le gas-oil ne doit pas être vendu à

un prix inférieur à son prix coûtant.

vi. Dans certains cas, on peut réduire considérablement la consomma-

tion d'énergie en améliorant la conduite, le mouvement et la composition

des trains - notamment en réduisant les vitesses et le nombre d'arrêts.

Des programmes d'ordinateur peuvent être utilisés pour mettre au point les

-4-

stratégies appropriées. On peut également réduire la consommation d'éner-

gie par des améliorations du matériel mais leur réalisation peut être coû-

teuse et elle est généralement assez lente du fait de la longue durée de

vie du matériel ferroviaire. En outre, pour les pays en développement,

l'intérêt de ces améliorations doit être mis en balance avec la complexité

accrue de l'entretien et de l'exploitation qu'elles impliquent. En ce qui

concerne la conception des matériels, il faut donner la priorité à la fia-

bilité, en tenant compte du personnel et des installations d'entretien

disponibles.

Electrification des chemins de fer

vii. L'électrification implique un investissement initial considérable

en installations fixes et en locomotives et comporte au niveau de l'exploi-

tation et de l'entretien des avantages qui augmentent avec le trafic. Il

existe donc un trafic critique au-delà duquel l'électrification est écono-

miquement justifiée. Ce trafic critique, généralement exprimé en tonnes

bruý..es, varie considérablement d'un projet à l'autre. Dans la série

d'exemples fournis au Tableau 8 et qui n'est en aucune manière exhaustive,

ce trafic critique varie entre 4,7 et 22 millions de tonnes brutes. Il

faut donc déterminer si un projet d'électrification est viable en effec-

tuant pour chaque cas une étude de faisabilité. Les facteurs à prendre en

compte sont examinés dans le document et résumés ci-dessous.

viii. Le document contient une analyse qui peut être utilisée pour des

études de préfaisabilité, afin de déterminer si une étude plus poussée

s'impose. Cette analyse donne la formule suivante pour le trafic critique

T, en tonnes brutes :

SCF + MFE + ML - L

CF et MF représentant les valeurs actualisées (VA) des coûts d'inves-

tissement et d'Antretien des installations fixes, par kilomètre de ligne;

W la VA des économies liées à une augmentation de capacité; s, la longueur

de la ligne; E, ?L et CL, les VA des économies d'énergie et d'entretien

des locomotives, ainsi que de l'investissement net en locomotives (coût du

parc de locomotives électriques moins celui du parc de locomotives néces-

saire en l'absence d'électrification), divisées par le nombre de tonnes-km

brutes transportées durant la première année du projet. Ces coûts et

avantages sont calculés à partir de paramètreu fondamentaux tels que

l'utilisation des locomotives et le poids des trains.

ix. Le trafic critique (en tonnes brutes) dépend largement du coût

d'opportunité du capital, ainsi que du coût des installations fixes, du

gas-oil et de l'électricité. Les arguments quelquefois invoqués

pour appliquer dans les calculs une majoration spéciale au prix du gas-oil

sont examinés dans ce document et jugés non convaincants. Le coût de l'élec-

tricité est étudié de façon assez détaillée et il est bien précisé que c'est

son coût marginal à long terme cui devrait être utilisé dans les études de

faisabilité et non les tarifs en vigueur, qui peuvent être différents.

x. Le niveau de trafic critique est nettement inférieur lorsque

l'on peut utiliser à plein la puissance supérieure (à distinguer de

l'effort de traction) des locomotives électriques. Il dépend largement du

coût du parc de locomotives - et de celui du parc de locomotives diesel

nécessaire en l'absence d'électrification. Le coût des locomotives élec-

triques peut être très variable, en fonction du nombre de locomotives

construites , et une standardisation de la construction permet de le limiter.

xi. En général, les données nécessaires pour entreprendre des études

de faisabilité relatives à l'électrification des chemins de fer existent

- 6-

déjà ou peuvent être calculées à l'aide de méthodes bien établies. Toute-

fois, une compilation systématique des données relatives à l'entretien des

locomotives électriques et diesel de modèles représentatifs peut faciliter

les décisions à prendre en matière d'électrification, particulièrement

dans les pays ou le coût de l'électricité est relativement élevé, de telle

sorte que des économies d'entretien représentent une proportion plus

importante des avantages.

INTRODUCTION

1. Deux questions principales sont soulevées au cours des discus-

sions concernant l'incidence des hausses de prix de pétrole sur le déve-

loppement des chemins de fer. Il s'agit tout d'abord de savoir dans

quelle mesure ces hausses ont donné aux chemins de fer un avantage compa-

ratif accru, compte tenu de ce que leur consommation d'énergie est relati-

vement faible par rapport au volume de trafic assuré et, d'autre parL, de

déterminer les moyens de réduire la consommation de produits pétroliers

des chemins de fer et de décider en particulier s'il convient d'accélérer

leur électrification. Les possibilités d'électrification sont quelquefois

présentées comme un argument supplémentaire pour accroître le rôle des

chemins de fer. Ces questions sont généralement examinées du point de vue

de l'énergie consommée à bord des véhicules, qui est tirée du pétrole sauf

dans le cas des réseaux électrifiés dont les centrales ne sont pas alimentées au

fuel. En outre, la construction et l'entretien d'installations de trans-

port (y compris les véhicules) consomment de l'énergie mais il y a peu de

données sur les quantités en jeu; l'énergie utilisée à ces fins peut être

largement indépendante du pétrole, et ce, partiellement en fonction du

7-

mode de production de l'électricité. L'énergie utilisée pour la construc-

tion et l'entretien ne sera pas examinée dans ce document.

2. Avant d'étudier ces questions en détail, il convient de faire à

leur sujet deux observations pour les mettre en perspective. Tout d'abord,

l'énergie n'est pas la seule ressource utilisée pour assurer des services

de transport. Le rendement global d'un mode de transport dépend des coûts

de toutes les ressources qu'il consomme pour produire une unité donnée

(tonne-km ou voyageur-km) d'un service d'une qualité déterminée. Rien ne

prouve que les récentes hausses des prix du pétrole aient fait plus

qu'améliorer la compétitivité des chemins de fer à la marge. En outre, le

remplacement du pétrole par le charbon a tendance à accroître le trafic

ferroviaire. Deuxièmement, les chemins de fer ne représentent normalement

qu'une part assez faible de la consommation totale de pétrole d'un pays

donné. C'est ainsi qu'en 1980, la consommation directe des chemins de

fer 1/ a représenté moins de 2 % de la consommation totale de produits

pétroliers de l'ensemble des pays de l'OCDE et elle n'a dépassé 4 Z de la

consommation totale dans aucun pays de l'OCDE (Tableau 1). Pour l'ensemble

des pays européens membres de l'OCDE, ce pourcentage est nettement infé-

rieur (0,5 %) parce que leur trafic ferroviaire est assuré pour une large

part par traction électrique. Si tout leur trafic avait été assuré par

traction diesel, la consommation estimative des chemins de fer en question

n'aurait encore représenté que quelque 2 % de la consommation nationale

totale, pourcentage compris entre ceux qui sont enregistrés aux Etats-Unis

1/ La consommation directe exclut le pétrole servant à la productiond'électricité.

-8-

(1,8 Z) et au Canada (2,7 Z) ob une très faible part du réseau est élec-

trifiée. Pour les pays en développement, on ne dispose pas de données

aussi systématiques que pour l'OCDE, mais le Tableau 1 contient quelques

données portant sur différentes années. Il en ressort que la consommation

des chemins de fer n'a pas dépassé 4 Z de la consommation nationale au

Brésil, au Mexique, en Inde et en Zambie, mais qu'elle a été exceptionnel-

lement élevée au Kenya (Il %) et au Zimbabwe (10 Z). La consommation

importante des chemins de fer du Kenya a tenu essentiellement à l'utilisa-

tion de locomotives à vapeur chauffées au mazout, dont le rendement éner-

gétique est très inférieur à celui des locomotives diesel 2/.

3. Ce document comprend deux parties, la première traitant des ren-

dements énergétiques comparés dec transports ferroviaires et routiers et

des possibilités de diminution de la consomation d'énergie des chemins de

fer et la seconde, de l'électrification des chemins de fer.

PREMIERE PARTIE

CONSOMMATION D'ENERGIE

Comparaisons de la consommation d'énergie des transports ferroviaires

et routiers

4. Deux propriétés physiques favorisent le transport ferroviaire. Le

premier est que la résistance au roulement entre des roues et des rails

d'acier est moindre qu'entre des pneus en caoutchouc et la surface d'une

2/ Les locomotives à vapeur encore utilisées au Kenya en 1976 lorsqueces données ont été obtenues (Tableau 1) ont depuis lors été rempla-cées par des locomotives diesel.

- 9 -

route. Le second est que la résistance aérodynamique des véhicules ferro-

viaires est moindre parce qu'ils se déplacent normalement en trains tandis

que les véhicules routiers se déplacent isolément. En conséquence, un

véhicule ferroviaire nécessite moins d'énergie propulsive qu'un véhicule

routier de même poids total. Une récente étude très approfondie montre

que pour un déplacement à la même vitesse sur terrain plat, la consomma-

tion d'énergie est au moins quatre fois plus grande pour un véhicule

routier (1) 3/.

5. Service marchandises. Toutefois, la consommation d'énergie liée

à l'exécution d'une opération de transport donnée dépend également d'autres

facteurs, et notamment du rapport charge utile/tare du véhicule (en poids)

et du rapport entre les distances parcourues par les véhicules chargés et

à vide respectivement. Des données françaises (2) montrent que même si le

rapport charge maximale possible/poids du véhicule chargé est en gros le

même (en général 62-69 %) pour les véhicules ferroviaires et leurs princi-

paux concurrents routiers (gros camions), les véhicules ferroviaires uti-

lisent moins efficacement leur charge utile potentielle. Là encore, la

proportion de véhicules effectuant des trajets de retour à vide est plus

importante pour le rail que pour la route, ce qui tient essentiellement à

la plus grande souplesse des services routiers, à quoi s'ajoute la spécia-

lisation des véhicules ferroviaires. Cela tient aussi à ce que les entre-

prises de transport routier sont plus dynamiques au plan commercial, les

chauffeurs s'efforçant notamment de ne pas faire leur trajet de retour à

3/ Les chiffres entre parenthèses renvoient à des sources indiquées à lafin du document.

- 10 -

vide. C'est ainsi qu'en France, le taux d'utilisation de la charge utile

va de 36 à 48 Z pour différents services de transport de marchandises par

fer, tandis qu'une étude sur les services de transport routier à grande

distance par gros camions (19 à 38 tonnes) a fait apparaître des taux

d'utilisation de 77 à 83 Z (2) 4/.

6. Outre l'énergie utilisée pour les transports en ligne, les che-

mins de fer utilisent pour des manoeuvres une quantité d'énergie qui

représenterait environ 5 % de la consommation totale du transport de mar-

chandises par fer au Royaume-Uni (3), 7 Z en France (4) et 10 Z aux

Etats-Unis (5). Les transports ferroviaires impliquent également des

dépenses d'énergie liées à des opérations de collecte et desserte par

transport routier, ainsi qu'à des transferts de charges entre véhicules

ferroviaires et routiers, lorsque le train n'assure pas un transport d'er-

branchement à embranchement. En outre, les distances par voie ferrée ont

tendance à être plus longues que par la route, en général d'environ 10 %,

parce que les tracés des voies ferrées évitent les fortes pentes. Toute-

fois, le surcroît de distance peut être compensé par le fait que les chan-

gements de niveau sont moindres pour le chemin de fer. Une caractéris-

tique importante commune à tous les modes de transport est que la consom-

mation d'énergie dépend de la vitesse et s'accroît avec le nombre d'arrêts.

7. Ainsi, l'énergie nécessaire pour assurer un service de transport

donné dépend de plusieurs facteurs, dont l'effet net dépend du type de

marchandises, de l'itinéraire et d'autres caractéristiques du service.

Des comparaisons des modes de transport basées simplement sur la consomma-

tion par tonne-km ou voyageur-km prêtent à confusion, car elles ne

4/ La charge utile disponible comprend les véhicules se déplaçant à vide.

- il -

tiennent pas compte des grandes différences existant dans la gamme de ser-

vices assurés par chacun d'eux. Les données polonaises résumées au

Tableau 2 font apparaitre ce phénomène : par tonne-km transportée, la con-

sommation moyenne de tous les services routiers est six fois supérieure à

celle de tous les services ferroviaires, et jusqu'à huit à dix fois si

l'on exclut la traction à vapeur. Cependant, les services routiers

incluent des opérations locales de collecte et desserte, ce qui n'est pas

le cas des chemins de fer. Si la comparaison se limite aux camions diesel

et aux chemins de fer (traction à vapeur non comprise), qui assurent des

services de transport plus voisins, quoique évidemment pas identiques,

cette consommation moyenne n'est plus que de trois à quatre fois

supérieure.

8. Le Tableau 3 montre plus en détail l'incidence de certains des prin-

cipaux facteurs influant sur la consommation d'énergie. Il compare la consomma-

tion de gros camions utilisés sur de longues distances et celle de différents

services ferroviaires en France. Dans les deux cas, le rendement énergétique est

d'autant plus élevé que l'envoi est important. Par tonne-km transportée, la con-

sommation d'énergie d'un ensemble articulé de 38 tonnes correspond seulement aux

deux tiers de celle d'un camion de 19 tonnes, malgré une diminution de l'utili-

sation moyenne de la capacité qui n'est que de 77% au lieu de 83%. Le trafic en

trains complets consomme environ 40% de l'énergie nécessaire aux plus gros

véhicules routiers (également par tonne-km transportée) et environ les deux tiers

de l'énergie nécessaire aux autres types de trafic par wagons isolés en régime

ordinaire.

9. Les données françaises figurant au Tableau 3 montrent également

que la consommation des wagons isolés en régime accéléré est supérieure de

trois fois, environ à celle des trains complets, et plutôt supérieure à

- 12 -

celle des plus gros ensembles articulés 5/. Cela tient en partie au fait

que le régime accéléré transporte des marchandises relativement volumi-

neuses par rapport à leur poids (par exemple, véhicules routiers, machines

agricoles, fruits et légumes) et en partie à la nécessité d'assurer un

transport plus rapide, caractérisé, entre autres, par une utilisation plus

faible de la capacité (35 %) que les autres services (42 et 48 %). La

consommation moyenne pour le régime accéléré dissimule d'importantes

variations selon les différents produits. Ainsi, la consommation d'éner-

gie pour le transport de véhicules routiers par fer est 2,4 fois supé-

rieure à cette moyenne (1).

10. Il apparaît donc que l'on ne peut comparer de façon concluante

des consommations d'énergie que sur une base ponctuelle pour des services

similaires assurés par différents modes de transport. Les publications

portant sur des comparaisons de ce genre sont assez rares, mais une étude

entreprise sous les auspices du Département de l'énergie des Etats-Unis

comporte une comparaison de l'énergie consommée sur l'axe Chicago-

Minneapolis, respectivement, par des ensembles articulés (tracteurs et

semi-remorques) reliant les terminaux et par des services de transport de

5/ En ce qui concerne ces données, l'Union internationale des chemins defer (UIC) a signalé que lorsqu'on calcule la consommation totale descamions à partir de la consommation de différents types de camion, onn'arrive qu'à 70 % de la quantité globale de gas-oil consommé par tousles camions. Compte tenu de cet écart, l'UIC estime que la consomma-tion moyenne des camions de plus de 17 tonnes est supérieure d'envi-ron 1,8 fois à la consommation moyenne des services grande vitesse demarchandises (6). Cela montre bien combien il est important de fairedes mesures précises lorsque l'on compare des consommations d'énergie(10), et cela montre aussi une fois encore à quel point les rende-ments énergétiques relatifs des deux modes de transport dépendent dumatériel utilisé.

- 13 -

semi-remorques par fer (7). Le Tableau 4 indique que la consommation des

services ferroviaires a été inférieure de moitié à celle des transports

routiers, et des simulations par ordinateur ont indiqué que l'on aurait pu

réduire d'environ un tiers l'énergie consommée par les transports par fer

de remorques routières en portant de 11.0 à 18.4 tonnes la charge des

semi-remorques et en supprimant le transport des semi-remorques

vides 6/. Cette étude montre également que la consomation du transport

par fer de semi-remorques peut être réduite par des améliorations au

niveau du matériel et l'on verra qu'il est possible de réaliser d'impor-

tantes économies d'énergie en réduisant la vitesse (par. 17); toutefois,

des améliorations peuvent également être apportées aux opérations de

transport par route. Une autre comparaison des transports routiers et du

transport de semi-remorques par fer, qui tenait compte de la consommation

d'énergie liée à la collecte et desserte par route, a estimé que l'avan-

tage en faveur du rail en France (8) n'était que de 1,3-1,45 contre 1.

Ces conclusions montrent toute l'attention qu'il faut accorder aux spéci-

fications du matériel utilisé et aux autres conditions de service.

il. Etant donné que les rendements énergétiques augmentent avec la

charge, il faut faire des choix entre la consommation d'énergie et la

dimension des envois. Si l'énergie utilisée pour le transport ou même le

coût total du transport de marchandises et de voyageurs indépendamment de

la qualité du service, constituait le critère prédominant à considérer

avant de prendre une décision d'ordre économique, la production se trouve-

rait concentrée dans des centres qui alimenteraient de grands centres de

6/ Cela présuppose un courant de trafic équilibré dans les deux sens- pour le rail come pour la route.

- 14 -

distribution régionaux. L'importance des courants de trafic pourrait jus-

tifier un transport ferroviaire entre les centres de production et de dis-

tribution, à partir desquels la distribution s'effectuerait par la route;

c'est là le système en vigueur en Roumanie. Pour certains types de trafic,

ce système constitue en fait la solution la plus économique pour la chaine

de distribution. Ainsi, il n'est pas rare qu'en Amérique du Nord, le bois

de construction, la potasse et les engrais soient transportés sur de très

longues distances - de l'ordre de 3.000 km - par trains complets du Canada

aux Etats-Unis, ob la distribution jusqu'aux utilisateurs finals s'effectue

essentiellement par la route. Dans le cas de marchandises d'une plus

grande valeur, un groupage suffisant pour remplir un train complet - ou

même un seul wagon - impliquerait la constitution de stocks importants aux

centres de production comme aux centres de distribution, ce qui accroîtrait

les coûts de distribution. Toutefois, il peut être nécessaire de consti-

tuer en tout état de cause des stocks relativement importants dans le cadre

des chaînes de distribution. C'est ainsi qu'en France, de grandes sociétés

de production et plus récemment des sociétés de distribution ont mis au

point des chaînes de distribution mettant en jeu toute une série d'instal-

lations de stockage, avec des centres de stockage régionaux qui génèrent

d'importants courants de trafic (9). Ce système offre aux chemins de fer

de nouvelles possibilités de tirer parti de leurs avantages d'ordre éner-

gétique et autres pour assurer des volumes de trafic considérables. Il

faut toutefois se souvenir que même si le volume de trafic est important,

le rendement énergétique des chemins de fer - mesuré par tonne-km - serait

moindre pour des produits légers tels que des céréales et des meubles que

pour les produits pondéreux qui constituent une grande part des

marchandises acheminées par trains complets.

-15-

12. Service voyageurs. Le poids et l'utilisation de la capacité des

véhicules jouent 1h encore un r8le fondamental dans l'énergie consommée

par voyageur-km. Des données concernant des villes françaises (Tableau 5)

montrent qu'il y a peu de différence entre le train et l'autobus mais que

tous deux ont un rendement énergétique nettement supérieur à celui des

voitures particulières et des taxis. Il est à noter que si des automo-

biles étaient utilisées pour les transports publics et que leur taux de

remplissage moyen passe à quatre voyageurs (contre 1,3 d'après l'étude

française), leur consommation d'énergie serait pratiquement du même ordre

que celle des autres transports publics. Les autobus présentent un léger

avantage sur les trains essentiellement parce qu'il est plus facile de

modifier leur fréquence que la composition des trains suivant les varia-

tions de la demande de transport, et que le poids du véhicule par siège

est inférieur dans le cas des autobus. Les données valant pour l'ensemble

de la Pologne font apparaître un avantage encore plus grand pour les auto-

bus, dont la consommation d'énergie par voyageur-km est inférieure de près

de 30 % à celle des trains (à l'exclusion de la traction à vapeur,

Tableau 2). Toutefois, comme les trains peuvent être plus rapides et con-

fortables que les autocars, ils pourraient réussir plus facilement à dis-

suader certains voyageurs d'utiliser l'automobile et l'avion, qui con-

somment davantage d'énergie 7/. Bien que les trains à grande vitesse

7/ Les voyageurs font entre l'autocar et le train un choix qui dépendnaturellement du prix et de la qualité du service, et aussi de leursrevenus. C'est ainsi qu'au Royaume-Uni, les voyageurs effectuant delongs parcours en autocar sont souvent des retraités ou des personnesà faible revenu, qui accordent relativement peu d'importance à ladurée du trajet.

- 16 -

consomment plus d'énergie que les trains classiques, ils ont un rendement

énergétique nettement supérieur à celui des voitures particulières ou des

avions. A titre d'exemple, une étude récente de l'Union internationale

des chemins de fer (10) cite les consommations d'énergie suivantes par

voyageur-km ; 16 grammes équivalent pétrole (gep) pour un train roulant à

260 km/h (avec un coefficient d'occupation des places de 66 Z), 12 gep

pour un train classique (46 Z d'occupation des places), 28 gep pour l'au-

tomobile (avec en moyenne deux voyageurs) et 60 gep pour l'avion (65 %

d'occupation des places).

Part de l'énergie dans le coût d'exploitation des chemins de fer

13. La consommation de pétrole des chemins de fer ne représentant

généralement qu'une faible part de la consommation nationale, les écono-

mies d'énergie qu'ils peuvent réaliser n'ont guère de chances d'avoir des

effets sensibles au niveau national, bien qu'elles puissent être impor-

tantes pour les chemins de fer proprement dits. Les dépenses des chemins

de fer consacrées à l'énergie exprimées en pourcentage du total de leur

charges de fonctionnement 8/ peuvent être très variables, allant de 20-29 %

en Inde, en Corée, en Thaïlande et au Pakistan, à moins de 5 Z au Mexique

et en France (Tableau 6). Ces différences tiennent en partie au prix du

gas-oil; au Pakistan, le prix payé par les chemins de fer dépasse depuis

1980 le prix à l'importation, d'où un pourcentage relativement élevé. Par

contre, au Mexique, le gas-oil ne coûtait qu'environ 0,06 dollar le litre

en 1979-81 (et peut-être un peu moins pour les chemins de fer, en tant

8/ Les charges de fonctionnement sont constituées par le total desdépenses liées aux opérations des chemins de fer, amortissement etpaiement des intérêts non compris.

- 17 -

qu'acheteurs de très grandes quantités), tandis que son coût f.o.b. sur le

marché caraïbe <Curaçao) était compris entre 0,13 et 0,25 dollar environ

(11). Le gas-oil ne devrait pas être vendu à un prix inférieur à son prixcoûtant si l'on veut encourager les chemins de fer - et en fait tous les

utilisateurs - à l'utiliser plus efficacement.

14. La consommation d'énergie dépend des caractéristiques des che-

mins de fer. Elle est supérieure dans les régions montagneuses ainsi qu'à

grande vitesse. Le type de traction joue un rôle important : les locomo-

tives à vapeur ont un rendement énergétique relativement faible et leur

utilisation continue explique en partie le niveau assez élevé des dépenses

énergétiques au Pakistan et en Inde. Le remplacement de la traction à

vapeur par la traction diesel a généralement pour effet d'améliorer sensi-

blement l'exploitation des chemins de fer, indépendamment de la diminution

des coûts de l'énergie, mais il nécessite des investissements considé-

rables. L'électrification des chemins de fer constitue un progrès encore

plus sensible mais elle implique des investissements encore supérieurs,

comme on le verra dans la deuxième partie.

15. Naturellement, le pourcentage du total des coûts imputable à

l'énergie dépend aussi des prix de ressources non énergétiques et de l'ef-

ficacité avec laquelle celles-ci sont utilisées. Ainsi, sur la ligne

acheminant le minerai de fer de Minas Gerais au port de Sepetiba, au

Brésil - opération particulièrement efficace -, l'énergie a représenté 49 %

des charges de fonctionnement en 1980. Dans ces circonstances, il est

manifestement très important de réaliser des économies d'énergie, mais

lorsque l'énergie ne représente qu'un faible pourcentage du total des

coûts, il faut donner la priorité à d'autres postes de dépenses.

- 18 -

Réduction de la consommation d'énergie des chemins de fer

16. Cependant, certaines économies d'énergie peuvent être relative-

ment faciles à réaliser. Généralement, 85 Z de la consommation d'énergie

des chemins de fer est liée à la traction et dépend sensiblement des tech-

niques de conduite. Il peut être utile d'envisager dans un premier temps

de former les conducteurs pour réduire la consommation d'énergie, particu-

lièrement lorsque celle-ci dépasse 6 litres de gas-oil pour 1.000 tonnes-km

brutes de marchandises transportées - bien que la consommation puisse être

supérieure sur terrain difficile, même si la technique de conduite est

satisfaisante. Les chemins de fer français ont mis au point un programme

d'ordinateur qui calcule des diagrammes vitesse-distance pour réduire au

maximum la consommation d'énergie (12). Des tests ont montré qu'en utili-

sant ces diagrammes, les conducteurs réalisaient des économies d'énergie

de 6 à 15 % pour les trains de voyageurs et de 4 à 10 Z pour les trains de

marchandises, tout en respectant les horaires. Toutefois, il n'est pas

toujours possible de conduire un train de façon à optimiser la consomma-

tion d'énergie : si une perturbation se produit dans les horaires, il est

généralement plus important de réduire les retards, et les variations de

vitesse peuvent être également limitées par la capacité des voies. Les -

économies réalisables au niveau de tout un réseau peuvent donc être très

inférieures aux pourcentages cités plus haut mais, même alors, l'applica-

tion d'un programme d'utilisation optimale de l'énergie chaque fois que

cela est possible a des chances d'être très rentable (4). Dans le cas du

réseau français, le diagramme vitesse-distance est établi de façon préa-

lable par un ordinateur central. Les chemins de fer allemands envisagent

l'utilisation d'un micro-ordinateur à bord du train qui devrait permettre

- 19 -

de réduire la consommation de 15-20 %, et même de 25 % dans certains cas(13).

17. On peut réaliser des économies d'énergie en améliorant les opé-

rations des trains, notamment en réduisant le nombre d'arrêts ainsi que la

vitesse des trains. Une série de tests effectués par la société ferroviaire

Canadien National montre les économies d'énergie réalisables en accroissant lerapport poid-puissance des trains, ce qui diminue les vitesses moyennes

(Figure 1). C'est ainsi qu'en réduisant la vitesse de marche de 82 à72 km/h (14), on fait baisser de 30 % la consommation de gas-oil, ainsi

ramenée de 6,3 à 4,5 litres pour 1.000 tonnes-km brutes. Des réductions

de vitesse de cette ampleur sont souvent tolérables, bien qu'il faille

veiller à ne pas réduire la compétitivité des chemins de fer pour les

services voyageurs et certains services marchandises et que la capacité

des voies puisse imposer certaines limites.

18. Des expériences effectuées en Amérique du Nord montrent qu'un

lotissement des wagouâ visant à réduire leur résistance au vent (particu-

lièrement dans le cas des trains transporteurs de remorques) permet une

réduction de la consommation de combustible atteignant 10 % sur un parcours

donné (15). De meilleures stratégies de triage, et notamment une utilisa-

tion accrue des trains complets, qui ont normalement pour objet d'amélio-

rer l'efficacité de l'ensemble des opérations ferroviaires, devraient éga-lement réduire la consommation d'énergie. Il est possible de réaliser deséconomies considérables en arrêtant le moteur des locomotives diesel au

lieu de le laisser tourner au ralenti (bien que des installations de

chauffage auxiliaires puissent être nécessaires dans les pays au climat

-20-

très froid), en renforçant la sécurité du stockage de pétrole et en amé-

liorant le fonctionnement du matériel de manutention du combustible, et

notamment du dispositif de fermeture automatique.

19. Il semble que des améliorations de conception du matériel rou-

lant offriraient des possibilités considérables d'économie d'énergie.

C'est ainsi que les participants aux journées d'études organisées en 1979

par le Département des transports des Etats-Unis ont conclu que l'on pou-

vait réduire d'environ 40 Z la consommation d'énergie en apportant des

améliorations, notamment au niveau de la récupération des chaleurs perdues

des locomotives, de l'utilisation de la puissance, de la réduction du

poids à vide (facilitée, pour les locomotives, par un meilleur contr8le de

l'adhérence) et de l'aérodynamisme (Tableau 7) (16). Toutefois, ces amé-

liorations ne peuvent être apportées qu'assez lentement, à mesure que le

parc est renouvelé, et elles nécessitent des investissements considé-

rables. En outre, dans le cas des pays en développement, leur intérêt

doit être mis en balance avec la complexité accrue des opérations d'entre-

tien que peut impliquer l'utilisation de modèles plus perfectionnés ou

plus variés. Pour beaucoup de chemins de fer, le problème de traction le

plus critique conce-ne la disponibilité des locomotives, qui est parfois

insuffisante pour répondre à la demande. On a donc mis l'accent - et il

conviendrait de continuer à le faire - sur la fiabilité en tenant compte

de l'environnement et desî installations d'entretien. Toute caractéris-

tique du matériel qui réduit la consommation au prix d'une complexité

accrue des opérations d'entretien risque fort d'aller à l'encontre du but

recherché si les chemins de fer manquent de personnel ou d'installations

pour assurer un entretien adéquat.

- 21 -

Conclusion

20. La plupart des données relatives à la consommation d'énergie des

différents modes de transport sont des moyennes qui portent sur une vaste

gamme de services et ne peuvent pas être utilisées pour comparer les con-

sommations énergétiques de différents modes de transport assurant les

mêmes services. Pour faire ces comparaisons, il faut effectuer davantage

de tests dans des conditions rigoureuses, comme l'a fait le Département de

l'énergie des Etats-Unis pour les transports de semi-remorques par fer et

par route. Il faut toutefois se souvenir que l'énergie ne constitue qu'un

des éléments des coûts de transport et que, pour déterminer la rentabilit6

globale des différents modes de transport, il est indispensable d'établir

les valeurs de tous les éléments de coûts et avantages - et notamment les

frais de main-d'oeuvre. Une conn,.ssance aussi précise des coûts est

nécessaire afin que les chemins de fer développent les services pour les-

quels ils sont plus efficaces que les autres modes de transport.

21. Les données disponibles permettent cependant de tirer certaines

conclusions. Pour les marchandises, les chemins de fer ont le meilleur

rendement énergétique (en tonnes-km par gep) lorsqu'-ils assurent le trafic

ferroviaire type, à savoir le transport d'importantes quantités de produits

pondéreux. Si ceux-ci étaient transportés par la route, li consommation

d'énergie s'en trouverait fortement accrue. Toutefois, on n'obtient pas

nécessairement une réduction sensible de la consommation d'énergie en

recourant au rail plut8t qu'à la route, particulièrement si les transports

par fer remplacent les plus gros véhicules routiers disponibles. Il n'em-

pêche que les chemins de fer ont souvent un rendement énergétique supé-

rieur, ce qui accroît leur compétitivité à la marge.

- 22 -

22. Pour le trafic voyageurs, les chemins de fer n'ont pas, en géné-

ral, un rendement énergétique supérieur à celui des autocars. Il peut

être plus facile d'inciter les automobilistes à prendre des trains rapides et

express plutôt que des autocars, en réduisant ainsi la quantité d'énergie

utilisée pour les transports, car on peut organiser les chemins de fer de

telle façon qu'ils assurent des services d'une meilleure qualité que les

autocars. Ces aménagements, qui impliquent normalement des services

rapides et fréquents, sont très coûteux au niveau de l'infrastructure et

des véhicules. La viabilité économique de ces trains dépend largement de

la demande, qui dépend elle-même en grande partie de la qualité du ser-

vice. Du fait qu'ils sont utilisés essentiellement par des passagers à

revenu relativement élevé, il est difficile de justifier qu'on les subven-

tionne. Naturellement, les coûts d'exploitation conditionnent également

leur viabilité économique, dans laquelle le rendement énergétique joue son

rôle.

23. Un important élément susceptible d'améliorer le rendement éner-

gétique des chemins de fer, pour les services aussi bien marchandises que

voyageurs, serait une meilleure utilisation de la capacité - qui améliore-

rait également la productivité du personnel et du matériel et réduirait

l'ensemble des coûts d'exploitation. Là encore, les trains peu chargés,

tels que ceux qui peuvent circuler sur des lignes non rentables, risquent

fort d'avoir un rendement énergétique inférieur à celui de services rou-

tiers dont la capacité est plus facilement adaptable à la demande.

24. Il semble possible d'accroltre sensiblement le rendement énergé-

tique des chemins de fer en améliorant les techniques de conduite et en

modifiant la conception du matériel. En ce qui concerne la conduite, une

- 23 -

formation des mécaniciens et une conduite assistée par ordinateur pour-raient avoir des effets considérables. Pour ce qui est du matériel, ilfaut veiller à ce que toutes modifications soient compatibles avec les

installations d'entretien - la fiabilité restant la priorité numéro un.En toute état de cause, il conviendrait que les prix du combustible cor-respondent à leur coût, pour que les chemins de fer puissent déterminer enconnaissance de cause les degrés de priorité respectifs qu'ils devraient

accorder à une réduction de leur consommation d'énergie et d'autres coûtsd'exploitation.

DEUXIEME PARTIE

ELECTRIFICATION DES CHEMINS DE FER

25. La hausse des prix du pétrole a rendu l'électrification des

chemins de fer plus intéressante dans la mesure ou elle permet de réduire

les coûts énergétiques. L'ampleur de cette réduction dépend naturellement

du coût de l'électricité et de l'évolution future des prix du pétrole etde l'électricité. L'électrification comporte également d'autres avantages

dont le principal est généralement une diminution des coûts d'entretien

des locomotives. Elle permet normalement d'accroître la vitesse des

trains, ce qui peut s'accompagner de gains de productivité et de capacité.

Toutefois, l'électrification nécessite d'importants investissements en

installations fixes, comprenant au minimum un système de caténaires et dessous-stations électriques. Elle peut entraîner des dépenses supplémen-

taires considérables, notamment pour protéger les ouvrages d'art et les

installations de signalisation et de télécommunications, du réseau detraction h haute tension. Enfin, il faut généralement consacrer des

- 24 -

investissements à l'achat de locomotives électriques, ce qui permet cepen-

dant, en général, de ne pas avoir à acheter les locomotives diesel qui

auraient été nécessaires sans l'électrification.

26. Les investissements dans les installations fixes sont pour

l'essentiel indépendants du trafic tandis que les investissements dans les

locomotives et tous les avantages augmentent avec le trafic. En consé-

quence, il existe pour toute ligne de chemin de fer un trafic critique

au-delà duquel l'électrification devient rentable. Ce trafic est

normalement exprimé en tonnes-km brutes par kilomètre de ligne, ou plus

simplement en tonnes brutes, du fait que les tonnes brutes sont liées plus

directement aux coûts et avantages que les tonnes nettes ou le nombre de

voyageurs transportés (10) 9/. Il peut varier très fortement selon les

lignes de telle sorte que la viabilité d'un projet d'électrification doit

être déterminée par une étude de faisabilité concernant chaque ligne, ce

qui est généralement très complexe en raison des nombreux facteurs à

prendre en considération. Ces facteurs sont examinés ci-dessous et seront

illustrés par des données représentatives, en prix datant du début de

1982, sauf indication contraire.

Estimation du trafic crïtique

27. Avant de décider d'entreprendre une étude de faisabilité propre-

ment dite, il est souhaitable d'estimer, au moyen d'une analyse relative-

ment simple, si la combinaison de coÛts et d'avantages liée à une ligne

9/ On peut tenir compte d'éventuelles diminutions de la tare des véhi-cules lorque l'on établit des prévisions de trafic en tonnes-kmbrutes, particulièrement si le matériel est en cours de modernisation.

- 25 -

déterminée justifie une analyse approfondie. Une analyse qui peut servirpour des étudeswde préfaisabilité est présentée ci-dessous. Elle serautilisée dans les sections qui suivent, pour montrer la sensibilité dutrafic critique à diverses modifications des coûts et des avantages. Lesavantages de l'électrification seront considérés comme les coûts de latraction diesel qui sont évités. Le trafic sera supposé être le même dansles deux cas, c'est-à-dire en augmentation de 3 Z par an; d'autres tauxd'accroissement peuvent être facilement introduits dans l'analyse, y com-pris des taux différents pour diverss périodes de la durée de vie utiledu projet. Le trafic critique est le niveau de trafic assuré durant lapremière année du projet, pour lequel la valeur actualisée (VA) des coûtstotaux engagés avec la traction électrique égale la valeur actualisée (VA)correspondante avec la traction diesel. Les coûts d'investissement etd'entretien des installations fixes seront considérés comme proportionnelsà la longueur des lignes, tandis que les investissements consacrés auxlocomotives et les coûts énergétiques et d'entretien de celles-ci serontconsidérés comme proportionnels au trafic, en tonnes-km brutes. Les sym-boles suivants seront utilisés :

r w Taux d'actualisation - taux de rentabilité correspondant àun trafic T.

T a Trafic critique, en tonnes brutes.

s a Longueur de la ligne, en kilomètres.

CF m Valeur actualisée (VA) des coûts d'investissement desinstallations fixes, par kilomètre de ligne.

CL - Valeur actualisée des investissements nets dans leslocomotives (coût du parc électrique moins coût duparc diesel) par tonne-km brute (TKmB) transportéedurant la premiére année du project.

- 26 -

MF Valeur actualisée des coÛts d'entretien desMantallations fixes, par kilomètre de ligne.

E - Valeur actualisée des économies d'énergie, par tonne-kmbrute transportée durant la première année du projet.

ML Valeur actualisée des économies d'entretien des locomotivespar tonne-km brute transportée durant la première année duprojet.

W - Valeur actualisée des travaux nécessaires pour accroitre lacapacité sans électrification, moins la valeur actualiséedes travaux similaires nécessaires en cas d'électrification.

28. Suivant ces définitions, les valeurs actualisées (VA) des coûts

d'investissement et d'entretien des installations fixes sont C Fs et

MF s, respectivement; celles des investissements dans les locomotives,

des économies d'énergie et des économies d'entretien des locomotives sont

respectivement CLTs, ETs et MLTs; W désigne la valeur actualisée de

l'avantage lié aux gains de capacité. En fonction des conditions du

projet, certains autres coûts et avantages peuvent être sensibles bien que

probablement très inférieurs à ceux qui sont cités plus haut. Ainsi, si

les vitesses des trains à traction électrique sont très supérieures à

celles à traction diesel, des économies sensibles sont réalisables en

frais de personnel (par. 71). Par ailleurs, une exploitation en traction

diesel peut nécessiter un agrandissement des ateliers. En tout état de

cause, il devrait être possible d'exprimer ces coûts et avantages

supplémentaires en proportion du trafic (comme ETs) ou sous forme de

montants globaux (comme W) de façon à les introduire facilement dans

l'analyse. Toutefois, dans les cas examinés ici, ces coûts et avantages

supplémentaires seront supposés négligeables.

-27-

29. On obtient le trafic critique T, donnant un taux de rentabilitér, en supposantfque la valeur actualisée (VA) des coûts et des avantagesest égale, c'est-à-dire :

(VA d'investissements en installations fixes, CFs)+ (VA des investissements nets dans les locomotives, CLTs)

+ (VA de l'entretien des installations fixes, MFS)- (VA des économies d'énergie, ETs)

+ (VA des économies d'entretien des locomotives, MLTs)

+ (différence entre les VA des travaux nécessaires pouraccroître la capacité sans et avec électrification, W)ou, si l'on utilise seulement des symboles

CFS + CLTs + MFS m ETs + MLTs+W (1)

En divisant par s et en séparant les termes excluant T de ceux quil'incluent :

CF + MF- ET + MLT - CLT - T [E + ML - C'L (2)

WCF +F 5 I

(3)on obtient ; T FE + ML- CL

L'Annexe 1 indique comment calculer les termes utilisés dans l'équation (3)à partir de paramètres fondamentaux tels que le nombre de locomotives

nécessaires avec et sans électrification (et l'incidence sur ces para-

mètres de la disponibilité et l'utilisation des locomotives, et du tonnage

brut remorqué moyen par locomotive); les coûts d'investissement et d'en-

tretien des différentes locomotives; le coût du gas-oil et son évo-lution probable; le coût de l'électricité et son évolution; le taux d'ac-

croissement du trafic et le taux de rentabilité. Ces paramètres pouvant

- 28 -

être très variables et leurs valeurs étant susceptibles de se combiner de

nombreuses faço.ns, les exemples numériques indiqués ci-dessous ont un

caractère essentiellement indicatif. Toutefois, pour toute série de

valeurs donnée, on peut utiliser,cette formule pour faire rapidement une

estimation du trafic critique.

30. Les exemples chiffrés s'appliquent à une ligne à voie unique.

On a supposé que 0,5 tonne-km nette ou 1 voyageur-km générait 1 tonne-km

brute et que le trafic augmentait au taux de 3 Z par an. Etant donné que

le prix du gas-oil varie dans le temps, il importe de préciser la

première année du projet, et l'on a retenu 1985 en l'occurrence. Pour

plus de commodité, on a supposé que tous les travaux portant sur les ins-

tallations fixes seraient achevés cette même année. Naturellement, ils

auraient pu être étalés sur plusieurs années et actualisés en conséquence.

On a considéré que la durée de vie utile du projet était de 25 ans, que le

taux d'actualisation était de 12 % sauf indication contraire et les

valeurs résiduelles n'ont pas 'té prises en compte. Dans la plupart des

cas, l'électrification s'est révélée justifiée à des niveaux de trafic qui

peuvent être assurés par voie unique (par. 72) et en conséquence, l'avan-

tage W lié à un accroissement de la capacité de la voie n'a pas été pris

en compte.

Cas de base

31. Le Tableau 8 illustre l'application de cette formule au calcul

du trafic critique correspondant à différentes valeurs pour les principaux

déterminants. Dans ce tableau, le point de départ, qui a lui-même un

caractère illustratif, est appelé le cas de base. Il s'agit d'une ligne

de chemin de fer servant essentiellement au transport des marchandises,

transportant 3 tonnes-km nettes pour chaque voyageur-km, avec des trains

- 29 -

remorqués par des locomotives sur terrain facile et des trains de voya-geurs dont la vitesse ne dépasse pas 140 kan/h. En outre, on utilise pourle cas de base des valeurs sélectionnées pour les principaux postes dedépenses qui sont examinés en détail dans les sections suivantes, ainsique des variations plausibles de ces valeurs.

32. Compte tenu des valeurs choisies et des caractéristiques suppo-sées, le trafic critique pour le cas de base est de 13,7 millions detonnes brutes. Nous pouvons immédiatement montrer la variation du traficcritique à mesure que le taux d'actualisation varie (toutes les autrescaractéristiques du cas de base restant inchangées par ailleurs) :

Cas de base, taux d'actualisation variableTaux d'actualisation 10 % 12 Z 15 Z 18 zTrafic critique(million de tonnes brutes) 11,3 13,7 17,3 21,5Dans les limites de cette plage de taux d'actualisation, le trafic cri-tique est donc proportionnel au taux d'actualisation, comme l'indique laFigure 2.

Postes de dépenses : installations fixes

33. Pour le cas de base, on a fixé à 180.000 dollars par kilomètrede ligne à voie unique (KLVU) le coût des installations fixes CF. Enoutre, deux valeurs supplémentaires ont été choisies à titre illustratif,l'une correspondant à un projet nécessitant seulement un minimum de tra-vaux d'électrification (par. 34) et l'autre un projet impliquant des tra-vaux supplémentaires considérables (par. 35 à 37) .

- 30 -

Par KLVU Trafic critique

Projets n'impliquant pasde travaux supplémentaires :$ 130.000 9,9 millions de tonnes brutes

Cas de base : $180.000 13,7 millions de tonnes brutes

Projets impliquant un volumede travaux supplémentairesconsidérable : $ 230.000 17,5 millions de tonnes brutes

Pour des coûts variant de cette façon, le trafic critique varie pratique-

ment du simple au double. En fait, il résulte de l'équation 3 (par. 29)

qu'avec W - O et un coût d'entretien des installations fixes proportionnel

à leur coût d'investissement, le trafic critique est proportionnel au coût

des installations fixes.

34. Tous les projets d'électrification de grandes lignes impliquent

l'aménagement d'un système de caténaires et des installations nécessaires

à l'alimentation électrique de la ligne (sous-stations, postes de section-

nement des voies et télécommande). Différentes tensions et fréquences ont

été utilisées par le passé, mais les chemins de fer utilisent de plus en

plus une tension et une fréquence normalisées (25 kV et 50 ou 60 c/s res-

pectivement) qui sont celles qui ont été retenues dans l'étude qui suit.

Pour les systèmes de 50 kV, qui ont été développés aux Etats-Unis et

Afrique du Sud, les coûts et avantages sont similaires.

35. Le Tableau 9 indique les coûts moyens et fourchettes de coûts

relatifs aux investissements dans les installations fixes, d'après une

étude sur des projets d'électrification récemment achevés dapu plusieurs

pays d'Europe, au Japon et au Zimbabwe. Certains de ces projets concer-

naient des lignes à double voie et d'autres des lignes à voie unique; on a

divisé par 1,8 les coûts par kilomètre de ligne à double voie pour obtenir

- 31 -

des valeurs correspondantes pour les lignes à voie unique. Pour les tra-

vaux minimums d'électrification - à savoir installation d'un système de

caténaires et alimentation électrique -, les coûts enregistrés dans les

différents pays ont été en moyenne de 129.000 dollars par kilomètre de

ligne à voie unique (KLVU), avec un minimum de 106.000 et un maximum de148.000 dollars, respectivement. Des travaux supplémentaires s'imposent

généralement. Il peut être nécessaire d'améliorer l'imperméabilisation

des tunnels et d'abaisser la voie dans les tunnels et sous les ponts pour

assurer un meilleur dégagement. Dans certains cas, on doit construire des

lignes à haute tension pour relier les sous-stations au réseau électrique

principal. Il faut parfois protéger les lignes de télécommunications

n'appartenant pas aux chemins de fer mais situées à proximité. Dans cer-

tains cas, des installations d'entretien doivent être construites ou

agrandies. Ainsi, le coût total des travaux supplémentaires peut varier

sensiblement selon les projets. Dans le cas des projets examinés ici, ces

travaux ont coûté de 4.000 à 146.000 dollars par KLVU. Ces considérations

nous ont amenés à retenir pour les installations fixes les trois valeurs

utilisées ci-dessus et au Tableau 8.

36. Nous n'avons pas encore évoqué la protection des installations

de signalisation et de télécommunications (S et T) des chemins de fer

contre les interférences provenant du réseau de traction électrique. Les

coûts en jeu varient sensiblement d'un projet à l'autre. Si la ligne est

équipée d'installations S et T parfaitement satisfaisantes pour la traction

diesel, le. remplacement d'éléments incompatibles avec l'électrification,

qui peut être très coûteux, doit être porté au passif de l'électrification.

Dans de nombreux pays en développement cependant, les installations S et T

- 32 -

doivent être modernisées de telle sorte que l'investissement nécessaire

peut se justifier séparément par les avantages qu'il génère. Même alors,

le matériel nécessaire pour générer ces avantages est généralement plus

coûteux avec traction électrique (peut-être de 15 à 20 %) et la différence

entre les cots de S et T correspondant aux deux types de traction doit

être portée au passif de l'électrification et non imputée aux installations

S et T. Il importe de savoir si des conducteurs aériens plut8t que des

cables souterrains conviendraient à la-traction diesel. A proprement par-

ler, les valeurs de CF utilisées plus haut n'incluent pas une provision

pour S et T et s'appliquent donc à une ligne qui a déjà été équipée d'un

système de S et T compatible avec l'électrification - peut-être parce que

lorsque le système de S et T a été modernisé, on prévoyait que la ligne

serait électrifiée t8t ou tard. Toutefois, en dehors de la plus faible

valeur de CF (130.000 dollars par KLVU, ce qui correspond au seul coût

du système de caténaires et d'alimentation électrique), les valeurs de

CF incluent une provision pour des travaux supplémentaires dont la

nature n'a pas été précisée et dont on peut considérer qu'elle inclut les

coûts de S et T qui doivent être portés au passif de l'électrification si

le système de S et T est modernisé lors des travaux d'électrification.

Inversement, on peut effectuer des estimations du trafic critique avec des

valeurs de CF supérieures, ce qui s'impose presque à coup sûr si le

système de S et T existant est satisfaisant pour la traction diesel mais

des composantes importantes doivent être remplacées pour l'électrification.

37. Généralement, les sous-stations ferroviaires n'utilisent qu'une

des trois phases du réseau électrique. Etant donné que la part des che-

mins de fer dans la consommation d'électricité est généralement faible (2h 3 Z), le déséquilibrage qui en résulte au niveau du réseau est le plus

- 33 -

souvent tolérable. Si, toutefois, la consommation des chemins de fer

représente une part sensible de la demande d'électricité au niveau de la

région (10 % par exemple), comme cela peut être le cas lorsqu'une lignetraverse une région peu peuplée, des transformateurs spéciaux peuvent être

nécessaires pour réduire le déséquilibrage. Par ailleurs, les techniques

de régulation de puissance utilisées par les locomotives électriques

peuvent provoquer des distorsions et l'emploi de filtres peut être

nécessaire. Le coût de ces matériels spéciaux n'a pas été pris en compte

ci-dessus.

Entretien des installations fixes

38. Les dépenses annuelles engagées pour l'entretien des installa-

tions fixes correspondent en général à 1 Z de leur coût d'investissement.

Ce pourcentage sera utilisé dans l'analyse qui suit et, comme indiqué dansl'Annexe 1 (équation Al), la valeur actualisée (VA) du coût d'entretien

des installations fixes, compte tenu d'un taux d'actualisation de 12 %,

est la suivante :

MF - 0,079 cF (4)

Le trafic critique n'est pas sensible aux changements de valeur de MF,qui sont faibles par rapport aux autres coÛts et avantages. Pour cette

raison, on n'a pas utilisé d'autres valeurs de MF 4 ceci près que chaque

fois que la valeur de CF a été modifiée, 14F l'a été proportionnellement.

Investissements en locomotives

39. L'investissement net en aux locomotives par tonne-km brute,

CL, est constitué par la différence entre le coût d'investissement duparc de locomotives électriques et celui du parc de locomotives diesel qui

- 34 -

aurait été nécessaire sans électrification. Comme l'indique l'Annexe 1

(équation A7), compte tenu d'un taux d'actualisation de 12 %,

CL - 8.31 (PLE - ) x10-9 (5)

PLE et PLD représentant les prix c.a.f. d'une locomotive électrique et

d'une locomotive diesel et z le rapport entre le nombre de locomotives

électriques et le nombre de locomotives diesel qui seraient nécessaires

pour assurer un niveau de trafic donné. Le tableau ci-dessous compare le

cas de base, pour lequel il y a peu de différence entre les coûts

respectifs des parcs diesel et électrique, avec des cas où les

conditions sont soit particulièrement favorables à l'électrification, soit

le contraire

z PLE PLD CL T

En millions de ' $/1000 TKmB millions de tonner

Cas de base 0,79 1,7 1,3 0,5 13,7

Cas favorable 0,6 1,3 1,43 -9,0 8,2

Cas défavorable 0,79 2,2 1,18 5,9 22,0

Ainsi aonc, le trafic critique dans le cas défavorable à l'électrification

est près de trois fois supérieur à ce qu'il est dans le cas favorable.

Cela montre à quel point la viabilité d'une électrification dépend du coût

du parc de locomotives.

Facteurs influant sur le nombre relatif de locomotives électriques etdiesel

40. Une locomotive diesel est équipée d'une centrale énergétique

mobile - à savoir un moteur diesel et un générateur ou un alternateur -

transformant l'énergie contenue par le combustible diesel en électricité.

- 35 -

Les locomotives électriques sont alimentées en électricité par la caté-naire et les avantages de l'électrification tiennent à cette différence.Les locomotives sont généralement conçues de telle sorte que leur poidscorrespond à la charge maximale par essieu tolérable sur la voie. Pourune charge donnée, on peut accroître le poids en utilisant davantage d'es-sieus, mais le coût de la locomotive s'en trouve accru; normalement, leslocomotives diesel et électriques ont le même poids si elles sont prévuespour le même type d'opération. Une part importante du poids d'une locomo-tive diesel est constituée par le poids du moteur diesel et du réservoiret, de ce fait, les locomotives électriques peuvent généralement fournirplus de puissance - 5.000 kW, par exemple, au lieu de 2.500. En outre, lematériel électrique peut fournir une surcharge considérable, ce qui n'eatpas le cas d'un moteur diesel. Il existe donc une différence de puis-

sance encore plus grande sur de courtes périodes, qui peut permettre à deslocomotives électriques de maintenir une vitesse supérieure dans desrampes ou d'accélérer plus rapidement. Toutefois, la force maximale(appelée "effort de traction", en tonnes) qu'une locomotive peut exercerest limitée par l'adhérence des roues et donc par le poids de la locomo-tive, dont on a vu qu'il était le même pour les locomotives diesel etélectriques. Une puissance supérieure se traduit donc par une vitessesupérieure (la puissance étant proportionnelle au produit de la vitesse etde la force), ce qui peut être particulièrement utile aux trains de voya-

geurs auxquels la traction électrique permet d'accélérer plus vite et dese déplacer à des vitesses supérieures. En cas de fortes rampes, lestrains de marchandises peuvent également maintenir des vitesses plusgrandes. La capacité des voies s'accroit avec la vitesse, mais la diffé-rence de vitesse entre locomotives diesel et électriques peut être réduite

- 36 -

si l'on utilise davantage de locomotives diesel, notamment des locomotives

de pousse dans les rampes. Il ne faut cependant pas perdre de vue le fait

que la consommation de combustible augmente avec la vitesse (par. 17).

Grace à leur vitesse supérieure, et aussi parce qu'elles n'ont pas besoin

d'être réapprovisionnées en combustible, les locomotives électrives effec-

tuent en moyenne davantage de kilomètres par jour. Pour le cas de base,

on a pris comme exemple un chemin de fer effectuant des opérations sur

terrain facile, à 140 km/h au maximum, sans services de banlieue impli-

quant des arrêts et des redémarrages fréquents. Dans ces conditions, la

puissance supérieures des locomotives électriques joue relativement peu et

l'on a supposé que des locomotives électriques ne permettraient d'assurer

que 15 % de locomotive-km par jour de plus que les locomotives diesel, les

trains étant supposés de poids égal 10/. Lorsque la puissance disponible

maximale a une importance critique, cet avantage peut être supérieur et le

poids moyen d'un train par locomotive peut être supérieur avec une trac-

tion électrique, comme on le verra au paragraphe 70 qui porte sur les opé-

rations en terrain difficile.

41. Un moteur diesel est plus complexe que l'équipement électrique

de traction et il nécessite beaucoup plus d'entretien. En conséquence,

les locomotives diesel sont hors service pendant des périodes plus

10/ Il y aurait intérêt à envisager l'utilisation de locomotives élec-triques dont la puissance est inférieure à la puissance maximale pos-sible pour leur poids, mais cela n'a guère de chances de réduire leurcoût de plus de 20 % environ étant donné que celui-ci ne dépend pasbeaucoup de leur puissance. Une considération plus importante est lastandardisation de la production (par. 44) d'où l'intérêt de choisirune puissance facilitant une production sur une échelle plus grande.Une normalisation avec le parc de locomotives existant peut être éga-lement souhaitable pour faciliter les opérations ferroviaires.

- 37 -

longues. Dans les pays industrialisés, les taux de disponibilité sont

typiquement de 85% pour les locomotives diesel et de 95% pour les locomotivesélectriques, mais dans de nombreux pays en développement, le taux de dis-ponibilité des locomotives diesel est très inférieur faute de personnel

qualifié, d'ateliers d'entretien adéquats, des devises nécessaires pouracheter des pièces de rechange et/ou en raison de complications résultantdes longs délais de livraison de ces pièces. Des efforts considérables

- soutenus par la Banque mondiale - sont actuellement déployés pour

résoudre ces problèmes, mais certains pays, particulièrement en Afrique,

risquent de ne pas pouvoir parvenir avant plusieurs années à obtenir dura-blement des taux de disponibilité supérieurs à 65-70 % pour les locomotives

diesel. Les locomotives électriques posent parfois certains problèmes,

mais ceux-ci sont généralement dus à des défauts de conception d'un groupespécifique de locomotives et ils ne sont pas inhérents aux locomotives

électriques.

42. Dans les études de faisabilité, il conviendrait de déterminer le

nombre de locomotives électriques et diesel à partir d'analyses du trafic,de la composition et des horaires des trains, de la programmation deslocomotives, et d'estimations réalistes des disponibilités. Aux fins decette analyse, le nombre de locomotives, et par conséquent les investisse-

ments nets consacrés à celles-ci, ont été estimés sur la base du poids

moyen des trains, du nombre moyen de locomotives-km par jour et la dispo-

nibilité des locomotives. Pour le cas de base (traction électrique), on a

fixé respectivement à 1.200 et 600 tonnes remorquées les poids des trains

de marchandises et de voyageurs, l'utilisation correspondante des locomo-

tives étant de 400 et 600 km/jour et le taux de disponibilité de 95 %. On

a supposé que la traction électrique assurait 15 % de locomotive-km de

-38-

plus par jour et que son taux de disponibilité était de 10 Z supérieur à

celui des locomotives diesel, avec la même charge. Par conséquent, le

rapport entre le nombre de locomotives électriques et diesel nécessaire

pour assurer un volume de trafic donné est z - 0,79. Comme indiqué au

paragraphe 39 et au Tableau 8, des calculs ont été également effectués

avec z - 0,6, ce qui correspond à un taux de disponibilité des locomotives

diesel de 65 Z (par. 41) ou à un terrain difficile (par. 70).

Coût d'investissement des locomotives

43. Si, malgré l'exécution d'un projet d'électrification, les chemins

de fer continuent à acheter des locomotives diesel, l'électrification évite

l'achat des locomotives diesel qui auraient été nécessaires pour assurer

le trafic sur la ligne que l'on électrifie. L'achat évité de ces locomo-

tives sera considéré comme un avantage de l'électrification aux fins de la

présente analyse 11/. Naturellement, si l'électrification entraîne un

excédent de locomotives diesel, cet avantage peut s'en trouver considéra-

blement réduit.

44. Du fait de leur plus grande complexité, les locomotives diesel

seraient normalement plus coûteuses que les locomotives électriques, mais le

11/ Etant donné qu'en général les locomotives ne sont pas affectées à uneligne particilière, ce point peut appeler quelques précisions. Con-sidérons unc. société envisageant l'électrification de l'une de ceslignes. Supposons que i) si cette ligne n'était pas électrifiée, lasociété de chemin de fer achèterait 100 locomotives diesel et20 locomotives électriques en 1985; ii) si la ligne était électrifiée,elle aurait besoin de 10 locomotives électriques supplémentaires et;iii) le trafic sur la ligne dont l'électrification est envisagéenécessiterait 12 locomotives diesel si la ligne n'était pas électri-fiée. Par conséquent, si la ligne est électrifiée, la société dechemin de fer achètera 30 locomotives électriques et 88 locomotivesdiesel en 1985. L'achat de 10 locomotives électriques de plus (30 aulieu de 20) constitue l'un des coûts du nouveau pro gramme d'électri-fication et l'achat évité de 12 locomotives diesel (88 au lieu de 100)l'un de ses avantages.

- 39 -

coût de chaque type peut varier considérablement, en fonction du nombre

construit selon la même spécification et de la mesure dans laquelle deslocomotives aux spécifications différentes peuvent utiliser des pièces

communes. Come le marché américain des locomotives diesel est relative-ment vaste, les coûts de production des constructeurs des Etats-Unis sontrelativement faibles, de l'ordre de 1,3 million de dollars pour une loco-motive de 3.300 CV. Le prix d'une locomotive électrique du même poids etd'une puissance d'environ 4.500 à 5.000 kW peut aller de 1,3 à 2,5 mil-

lions de dollars en fonction du nombre de locomotives du même modèle cons-

truites. Lorsque l'on envisage un programme d'électrification, on peutdonc réduire considérablement les coûts en utilisant un modèle existant delocomotive plutôt qu'un nouveau modèle. Les avantages d'une normalisation

de la production ont amené la Roumanie et la Yougoslavie à se spécialiser

respectivement dans la construction de locomotives électriques à six etquatre essieus, destinées à être utilisées dans les deux pays.

45. Pour le cas de base, les prix unitaires des locomotives diesel

et électriques ont été fixés à 1,3 et 1,7 million de dollars respective-

ment. On a vérifié l'incidence de variations de prix en utilisant égale-ment des prix de 1,3 et 2,2 millions de dollars pour les locomotives élec-triques. En ontre, étant donné que les rapports entre ces prix peuvent

être affectés par des fluctuations des taux de change qui sont difficile-

ment prévisibles, on a effectué des calculs avec des variations de + 10 %du coût des locomotives diesel, les résultats obtenus figurant au para-

graphe 39 et au Tableau 8.

Economie d'énergie : consommation d'énergie

46. Pour le cas de base, la consommation d'énergie pour 1.000 tonnes-km brutes remorquées a été fixée à 6 litres en traction diesel et à 23 kWh

- 40 -

en traction électrique. En outre, des variations de + 10 Z du rapport

entre les consommations d'énergie et des réductions de 10 et 20 Z de la

consommation des deux types de traction ont été choisies pour donner des

exemples chiffrés concernant des opérations sur terrain facile.

Trafic critiqueElectricité En millions

Gas-oil (en litres) (en kWh) de tonnes brutes En Z

6 23 13,7 100

6 20,7 12,7 93

5,4 23 15,9 116

5,4 20,7 14,5 106

4,8 18,4 15,5 113

Ainsi, le trafic critique est très sensible aux variations de la consoma-

tion d'énergie, et en particulier de la seule consommation de gas-oil.

47. Le rendement de la conversion de l'énergie est sensiblement le

même pour la traction électrique alimentée par des centrales alimentées au

fuel et pour la traction diesel. On peut considérer qu'une centrale élec-

trique alimentée au fuel consomme 241 grammes équivalent pétrole (gep)

pour produire 1 kWh (2). Il en résulte qu'un litre de gas-oil, qui con-

tient 830 gep, équivaut à 3,4 kWh. En conséquence, si le rendement de la

conversion de l'énergie était exactement le même pour les deux types de

traction et si ceux-ci assuraient exactement les mêmes services, le rap-

port entre leurs consommations serait de 3,4 kWh pour un litre. En exami-

nant les études de faisabilité entreprises au titre de quatre projets de

la Banque mondiale et d'un projet français (16) ainsi que des données

relatives à l'Afrique du Sud (17), on a constaté que le rapport entre la

quantité d'électricité (en kWh) et de gas-oil diesel (en litres) néces-

saire pour assurer un trafic donné (en tonnes-km brutes) était compris

- 41 -

entre 3,1 et 4,7 kWh/litre, avec un point médian de 3,9 kWh/litre. Comme

ce chiffre est supérieur à 3,4 kWh/litre, il indique que la traction

diesel a un rendement énergétique supérieur à la traction électrique. Le

chiffre cité plus haut concernant la consommation nécessaire pour produire

de l'électricité (241 gep/kWh) est sujet à caution, mais la consommation

supérieure de la traction électrique va de pair avec les vitesses supé-

rieures que cette dernière permet d'obtenir. Le rapport de 3,9.kWh pour

un litre a donc été utilisé pour le cas de base. Comme l'indique le para-

graphe 46, une augmentation de 10 % de ce rapport due à une plus faible

consommation de gas-oil diesel accroît le niveau de trafic critique de

16 %.

48. On a expliqué au paragraphe 40 que si la caractéristique critique

d'une locomotive est sa puissance plutôt que l'effort de traction qu'elle ex-

erce, le tonnage brut remorqué par locomotive peut être plus faible en traction

diesel qu'en traction électrique; la part de la puissance de la locomotive

utilisée pour déplacer la charge représente alors une plus faible propor-

tion de la puissance de la locomotive diesel que de la locomotive élec-

trique (le poids des locomotives constituant une proportion plus importante

du poids total du train dans le cas de la traction diesel), La réduction

consécutive du rendement énergétique de la traction diesel est normalement

assez faible dans le cas de trains tractés par des locomotives et particu-

lièrement pour le trafic marchandises caractérisé par un nombre de tonnes

remorquées important par rapport au poids des locomotives. Toutefois, une

étude britannique a montré que dans le cas de certaines rames automo-

trices, le poids supérieur des moteurs diesel faisait augmenter de 22 %

leur consommation d'énergie (17).

- 42 -

49. Des données statistiques montrent quelquefois que la consommation

d'énergie de la traction électrique est sensiblement inférieure à celle de

la traction diesel. Il y a à cela deux raisons qui sont généralement plus

importantes que celle dont il est question au paragraphe précédent. Tout

d'abord, ces comparaisons portent souvent sur différents types de services.

La traction électrique est normalement introduite sur les lignes où le

trafic est le plus dense et pour lesquelles l'énergie peut être utilisée

avec un rendement supérieur. Deuxièmement, le rendement de la conversion

de l'énergie est plus important pour les centrales hydroélectriques que

pour les centrales thermiques du fait que les premières ne subissent pas

les pertes inhérentes à un moteur thermique. Par conséquent, la traction

électrique peut avoir un meilleur rendement énergétique mais cet avantage

tient à l'utilisation d'une source d'énergie différente, à savoir une chute

d'eau au lieu de pétrole.

50. La consommation d'énergie peut varier considérablement selon les

types de services assurés, en fonction des déclivités, des vitesses et du

nombre d'arrêts. Les études de faisabilité devraient donc se fonder sur

des consommations d'énergie établies à partir des performances des trains

calculées par ordinateur pour les différents services assurés sur la ligne

dont on envisage l'électrification, compte tenu de l'énergie consommée

dans les opérations de triage et d'hypothèses réalistes concernant les

méthodes de conduite. Toutefois, pour une étude de préfaisabilité, on

peut utiliser des consommations moyennes fondées sur la consommation de

gas-oil sur la ligne dont on envisage l'électrification. Sur terrain

facile et avec un trafic essentiellement marchandises, celle-ci peut être

d'environ 5 à 6 litres par 1.000 tonnes-km brutes. L'estimation de la

consommation d'électricité sera moins précise que celle de la consommation

- 43 -

de gas-oil à partir de laquelle sera calculée la consom-ation d'électri-

cité. Toutefois, les exemples fournis au paragraphe 46 ont montré que

pour la consonmation d'électricité, les inexactitudes sont généralement

moins critiques que pour la consommation de combustible diesel; une dimi-

nution de 10 Z de la consommation d'électricité a réduit, à elle seule, letrafic critique de 7 % seulement, tandis qu'une réduction de 10 Z de la

consommation de gas-oil a accru, à elle seule, le trafic critique de 16 %.

Une diminution de la consommation de gas-oil a une incidence considérable

sur le trafic critique, même lorsqu'elle s'accompagne d'une diminution de

la consommation d'électricité - une diminution de 20 Z des deux consomma-

tions réduisant le trafic critique de 13 Z. Lorsque la consommation de

gas-oil est importante, il y a donc intérêt à vérifier s'il serait pos-

sible de la réduire, particulièrement en améliorant l'entretien et

l'exploitation.

Coût du gas-oil

51. Deux scénarios ont été utilisés pour le coût du gas-oil, incluant

les frais de stockage et de distribution, comme indiqué ci-dessous.

Coût du litre Augmentation annuelle Trafic critique, Ten 1985 en termes réels en millions deen dollars 1985-1995 Après 1995 tonnes brutes

0,26 3 % 2 % 13,70,26 1 % 1 z 17,3

Ainsi, sur la base du plus faible taux de hausse des prix du gas-oil, le

trafic critique est supérieur de 26 Z.

52. En 1982, le prix moyen du gas-oil diesel f.o.b. à Rotterdam,

Curaçao, Bahreïn et Singapour était d'environ 0,25 dollar le litre. Son

évolution dépendra du prix du brut et de la demande respective de gas-oil

et d'autres produits pétroliers. Le prix du brut diminue depuis 1981 mais

-44-

il devrait se stabiliser et augmenter en termes réels après 1985. Il est

manifestement difficile de prévoir un taux de hausse mais un scénario

possible, aux prix de 1982 12/, serait le suivant :

Année 1983 1985 1990 1995

Prix par baril $28 27 $ 31 $ 37

Entre 1985 (première année du projet) et 1995, on peut prévoir que cette

évolution des coÛts correspondra plus ou moins à une hausse annuelle

d'environ 3 %. D'ici à 1995, on peut s'attendre à ce qu'un grand nombre

de techniques de production de carburant de synthèse soient appliquées à

l'échelle industrielle, ce qui ralentira théoriquement la hausse des prix

du pétrole qui ne devrait être que d'environ 2 Z par an. Ces taux d'ac-

croissement - 3 Z par an de 1985 à 1995 et 2 % par la suite - ont été uti-

lisés pour le cas de base. On a également utilisé un taux d'accroissement

nettement plus faible - 1 Z par an après 1985 - pour vérifier l'incidence

du taux d'accroissement des prix des produits pétroliers.

53. Des progrls récents tels que l'amélioration du rendement énergé-

tique des automobiles et l'utilisation du charbon et d'autres sources

d'énergie au lieu du fuel pour la production d'électricité ont réduit la

demande de distillats supérieurs et de fuel mais la demande de distillats

moyens reste forte. Cela a donné un rendement élevé aux investissements

nécessaires pour raffiner davantage le fuel afin de produire davantage de

gas-oil et, en conséquence, de nouvelles et importantes installations de

conversion fonctionnent déjà tant aux Etats-Unis qu'en Europe occidentale,

12/ La différence entre les prix du début de 1982 (utilisés pour d'autresdonnées) et ceux de l'ensemble de l'année 1982 est estimée à moins de1 Z et n'est pas prise en compte.

- 45 -

et on en construit également ailleurs, notamment dans les nouvelles raffi-

neries de la région du golfe Persique orientées vers l'exportation. De cefait, le rapport entre le prix du gas-oil et celui du brut, qui était de1,27 en 1982 (moyenne valable pour Rotterdam, Curaçao, Bahreïn et

Singapour), devrait normalement diminuer légèrement pour tomber à 1,25

environ en 1985 et 1990 et à 1,22 en 1995. En conséquence, pour le cas de

base, le prix f.o.b. du litre de gas-oil devrait normalement être en

moyenne de 0,21 dollar en 1985, de 0,24 dollar en 1990 et de 0,28 dollar

en 1995. Cette évolution des prix équivaut approximativement à une hausseannuelle de l'ordre de 3 Z (en termes réels). Ainsi, le prix du gas-oil

devrait augmenter pratiquement au même rythme que celui du brut entre 1985

et 1995 et l'on a supposé qu'il continuerait d'en aller ainsi après 1995.

Un autre scénario fondé sur une hausse annuelle du prix du brut de 1 Z

seulement a aussi été envisagé. On a calculé le coût du gas-oil pour leschemins de fer en majorant de 6 Z son prix f.o.b. pour tenir compte des

frais d'assurance et de fret, et de 15 % pour le stockage et la distribu-tion au sein du réseau, ce qui donne un coût de 0,26 dollar le litre en

1985. C'est en fonction de ces considérations que les prix du gas-oil et

les taux de hausse indiqués au paragraphe 51 ont été choisis.

54. Certains affirment que même si l'électrification n'est pas plei-

nement justifiée économiquement, elle devrait néanmoins être réalisée

parce qu'elle réduit la consommation de pétrole. Toutefois, comme on l'a

déjà vu, les chemins de fer ne représentent normalement qu'une faible

fraction de la consommation nationale de telle sorte que la réduction de

la consommation de pétrole résultant d'un grand projet d'électrification

ferroviaire risque d'être assez limitée - moins de 1 Z dans des pays assezindustrialisés comme le Brésil ou la Yougoslavie et quelques pour cent

- 46 -

dans certains pays africains. Les grands projets d'électrification sont cofteux

- de l'ordre de 100 millions de dollars - et il devrait exister des moyens

plus économiques de réduire la consomation de pétrole. Un autre argument

est que l'électrification mettrait les chemins de fer à l'abri d'une

désorganisation des livraisons de pétrole, à condition toutefois que la

production d'électricité ne soit pas assurée par des centrales à fuel.

Des mesures allant très au-delà d'une électrification des chemins de fer

seraient nécessaires pour parer à l'éventualité d'une désorganisation

durable des livraisons de pétrole. Il est certain qu'en l'absence

d'autres mesures, l'électrification faciliterait l'exploitation des che-

mins de fer dans l'immédiat, mais il pourrait être plus efficace de cons-

tituer des réserves suffisantes de gas-oil équivalant peut-être à plu-

sieurs mois de consommation et l'on pourrait tenir compte du coût de ces

réserves dans une analyse de la viabilité économique d'un projet d'élec-

trification. Si l'on prend en compte le coût d'une réserve de six mois,

le niveau de trafic critique du cas de base serait ramené de 13,7 millions

de tonnes brutes sans réserve de combustible diesel à 12,8 millions de

tonnes avec cette réserve - soit une réduction de 7% (Annexe 1,

par. 15-16).

55. Les produits pétroliers doivent être payés en devises tandis que

l'électricité est produite à partir de ressources locales. Certains

affirment qu'il faut majorer dans les calculs le prix du pétrole, du fait

que des économies de devises ont plus de valeur que des dépenses en monnaie

nationale. Cet argument n'est valable que si la monnaie nationale est

surévaluée, de telle sorte que le taux de change ne reflète pas sa valeur

réelle. Dans ce cas, il faut majorer le coût des devises en utilisant un

taux de change virtuel pour toutes les importations et exportations, y

- 47 -

compris les équipements et matériels qui doivent être importés pour élec-

trifier les chemins de fer et produire de l'électricité 13/.

Coût de l'électricité

56. Pour le cas de base, on a fixé le coût de l'électricité à 0,05

dollar par kWh, sans hausse en termes réels durant la vie du projet. Pour

illustrer l'incidence de variations de ce coût, les exemples suivants ont

été utilisés

Augmentation annuelle Trafic critique, T,Coût en dollars en % pendant la durée en millions depar kWh en 1985 de vie utile du projet tonnes brutes

0,05 0 13,70,05 1 14,70,03 0 10,30,07 0 20,2

Un accroissement annuel de 1 Z en termes réels du coût de l'électricité

n'a ainsi qu'une incidence limitée sur le trafic critique mais celui-ci

peut varier considérablement en fonction des différents coûts de l'élec-

tricité dans chaque pays, come on le verra ci-dessous. Il est à noter

que, dans le cas du scénario relatif au gas-oil utilisé pour le

cas de base, qui implique une hausse assez sensible des coûts du combus-

tible en termes réels, la valeur des économies d'énergie actualisée au

taux de 12 % serait nulle si l'électricité coûtait environ 0,09 dollar; le

trafic critique serait alors de 34 millions de tonnes (Annexe 1, par. 9).

57. Le coût marginal à long terme (CMLT) de l'électricité qui devrait

être utilisé pour les analyses économiques diffère souvent des tarifs de

l'électricité. La méthode utilisée pour le calculer est indiquée, par

13/ Il faut tenir compte à la fois des dépenses directes et indirectes endevises. Ainsi, si l'on fabrique localement des transformateurs enutilisant du cuivre importé, le coût du cuivre doit être considérécoue une dépense en devises.

- 48 -

exemple, dans le document de référence 21; seules ses principales caracté-

ristiques seront étudiées ici. Le CMLT est constitué des coûts marginaux

de la puissance et de l'énergie. L'élément puissance inclut à la fois les

coûts de production et de transport de l'électricité. Comme les postes

ferroviaires utilisent de l'électricité à relativement haute tension

(132 kV en général), le CMLT est plus faible que pour les consommateurs

alimentés en courant à plus faible tension.

58. La consommation d'électricité des chemins de fer varie au cours

d'une même journée et le coût de la puissance est déterminé par la consom-

mation durant la période de demande maximale d'électricité. Etant donné

que les chemins de fer sont généralement exploités 24 heures sur 24, ils

utilisent la puissance électrique aussi bien aux heures de pointe qu'aux

autres heures. En Espagne, durant la période de demande de pointe, la

consommation des chemins de fer correspond plus ou moins à la consommation

moyenne sur 24 heures, la demande maximale d'électricité des chemins de

fer et ceple des autres utilisateurs intervenant à des moments différents

(22). Naturellement, les chemins de fer pourraient réduire encore davan-

tage les coûts de la puissance en réduisant leurs opérations durant les

heures de pointe, mais cela reviendrait à limiter l'emploi de la capacité

ferroviaire afin de réduire l'utilisation de la puissance électrique.

L'énergie représentant en général 10 à 15 % des dépenses de chemins de

fer, cette contrainte risque le plus souvent d'être inacceptable.

59. En général, les réseaux électriques utilisent plusieurs sources

d'énergie différentes, dont certaines sont sollicitées la plupart du temps

et d'autres seulement en fonction des besoins. Le document de référence 21

montre ainsi qu'au Pakistan, pays qui dispose d'une puissance hydroêlectrique

considérable, le coût marginal de la puissance au niveau de la production était

-49-

déterminé par les turbines à gaz qui fournissent la charge de pointe. L'autre

élément du coût de la puissance est déterminé par un renforcement des install-

ations de transport d'électricité, jusqu'au niveau de tension auquel les chemins

de fer sont alimentés. A tout moment, le coùt de l'énergie est déterminé

par les rendements des unités fournissant la charge. A mesure que celle-ci

change, ces rendements et la structure du parc de production changent éga-

lement. Toutefois, le coût marginal est déterminé par le coût de la der-

nière unité qui est sollicitée et qui est généralement, parmi les unités

qui fournissent la charge, celle qui a le rendement le plus faible. Etant

donné que la structure du parc de production varie dans le temps, les

coûts marginaux sont différents durant les heures de pointe et en dehors.

Ainsi, alors que les services publics ont pu consacrer d'importants inves-

tissements à des centrales électriques aux faibles coûts énergétiques, qui

fournissent la charge minimale, l'élément énergie du CMLT est déterminé

par les centrales qui fournissent la charge marginale. Les coûts margi-

naux de l'énergie peuvent donc êtie sensiblement supérieurs aux coûts

moyens de l'énergie d'un réseau électrique. Le choix des coûts de l'élec-

tricité (CMLT) indiqués au paragraphe 56 et au Tableau 8 se base sur des

données de la Banque mondiale sur les coûts marginaux de la puissance et

de l'énergie dans différents pays pour les consommateurs alimentés en

haute tension (Annexe 2).

60. L'électricité peut être utilisée dans certains cas à la place du

pétrole - pour l'électrification des chemins de fer en l'occurrence - et

du pétrole peut être utilisé pour produire de l'électricité. Des hausses

sensibles des prix du pétrole ont donc des chances de s'accompagner d'une

certaine hausse des prix de l'électricité. On connait assez mal l'élasti-cité croisée de ces prix, qui varierait selon les pays en fonction de

- 50 -

l'assortiment de sources d'énergie utilisées pour la production d'électri-

cité. Toutefois, pour mettre au point un scénario compatible avec la

hausse des prix du combustible diesel prévue dans le cas de base, on a

considéré une production d'électricité fondée sur le charbon, qui repré-

senterait alors environ la moitié du coût de l'électricité. Comme le

pétrole, le charbon a vu son prix diminuer depuis 1981 mais on peut imagi-

ner une hausse en termes réels à partir de 1985 de 2 % par an jusqu'en

1990 et de 1 % par an par la suite. Les prix de l'électricité pourraient

ainsi augmenter en principe de 1 % par an entre 1985 et 1990, et de 0,5 %

par an ultérieurement. On a utilisé au paragraphe 56 et au Tableau 8 un

taux d'augmentation plutôt supérieur - à savoir 1 % par an pendant la vie

du projet - ce qui a eu pour effet d'accroître le niveau de trafic cri-

tique de 8 %.

Coût d'entretien des locomotives

61. On a fixé les coûts d'entretien des locomotives à 0,83 dollar

par locomotive-km pour les locomotives diesel et à 0,16 dollar pour les

locomotives électriques. Cela donne, pour le cas de base, des économies

au d'entretien des locomotives par 1.000 tonnes-km brutes, ML, de 6,3

dollars. A titre indicatif, on a également utilisé une autre valeur

supplémentaire de ML, inférieure de 30 %, ce qui donne

ML T$/1.000 tonnes-km brutes Millions de tonnes brutes

6,3 13,74,4 15,8

Une diminution de 30 % de ML a ainsi un effet sensible sur le trafic

critique, qui augmente de 15 Z. Si ML constituait une proportion plus

importante des avantages, par exemple si les économies d'énergie étaient

- 51 -

moindres parce que le prix de l'électricité était de 0,07 dollar au lieu

de 0,05 dollar (par. 56), l'effet des variations de la valeur de MLaurait été supérieur.

62. La plus grande complexité des locomotives diesel entraîne des

coûts d'entretien supérieurs mais il n'est pas facile d'évaluer les écono-

mies que l'électrification permettrait de réaliser sur ce plan. Les coûts

d'entretien des différents modèles de locomotives diesel peuvent varier

considérablement, ce qui est également le cas pour les locomotives élec-

triques. L'évolution des méthodes d'entretien - devenues plus efficaces,

donc moins coûteuses - a compliqué l'interprétation des données relatives

au passé. Ces coûts varient d'un pays à l'autre, en fonction des niveaux

de salaires et aussi du personnel et des installations disponibles. Dans

certains pays, on ne dispose de données rétrospectives que pour des

groupes de locomotives, comptant chacun plusieurs modèles, et il est dif-

ficile de déterminer les coûts afférents à tel ou tel modèle. Là encore,

lorsque l'électrification rend superflu l'achat de nouvelles locomotives

diesel, les économies d'entretien doivent également être rapportées aux

locomotives neuves, alors que l'on ne dispose parfois de données rétro-

spectives que sur un parc plus ancien.

63. Dans la plupart des études relatives à l'électrification, les

coûts d'entretien par locomotive-km sont fixés à un niveau constant pourla durée de vie utile du projet, bien qu'ils changent à mesure que les

locomotives vieillissent. Le choix d'une valeur représentative "constante"

implique un examen minutieux de la variation des coûts pendant la durée de

vie de la locomotive et, comme on l'a signalé plus haut, les coûts enre-

gistrés par le passé demandent à être interprétés. Dans les pays dépour-

vus de lignes déjà électrifiées, on considère souvent que le coût de

- 52 -

l'entretien des locomotives électriques correspond à une fraction - par

exemple, un tiers - de celui de l'entretien de locomotives diesel. Pour

ces raisons, les estimations des économies d'entretien des locomotives

(ML) risquent d'être entachées d'erreurs importantes si l'on se fonde sur

des coûts d'entretien constants par locomotive-km. L'effet de ces erreurs

sur les conclusions d'une étude de faisabilité dépend de l'importance

relative de ML et des autres coûts et avantages. Si ML est relativement faible,

une approximation peut être suffisante, sinon il faut analyser minutieusement

le nombre d'heures de travail nécessaires, les niveaux de salaires ainsi que

les coÛts et quantités 6e pièces de rechange.

64. La Figure 3 illustre la variation des coûts d'entretien des

locomotives selon leur modèle et leur âge. La courbe AD est fondée sur

des données fournies par plusieurs sociétés de chemins de fer américaines

et la courbe AE sur des données suédoises, suisses et américaines ajustées

de façon à correspondre aux coûts de main-d'oeuvre et aux frais généraux

américains (23). Les autres courbes sont fondées sur des données fran-

çaises tenant compte d'améliorations d'entretien et représentent

ainsi des coûts pour l'avenir plutôt que des coûts enregistrés dans le

passé. Les courbes FD1 et FEl s'appliquent à des locomotives plus

anciennes et les courbes FD2 et FE2 aux locomotives les plus modernes

(24). On trouvera de plus amples détails en Annexe 1.

65. Il est naturellement commode d'utiliser un coût d'entretien

constant par kilomètre car il faut sinon effectuer des calculs supplémen-

taires pour les locomotives achetées chaque année. On a donc effectué un

calcul pour évaluer l'ordre de grandeur de l'erreur résultant de l'utili-

sation d'un coût d'entretien constant par locomotive-km (mD pour les

- 53 -

locomotives diesel et mE pour les locomotives électriques) correspondant

à la valeur moyenne de ce coût pendant la durée de vie utile du projet.

Le coût moyen a été déterminé pour chaque courbe sur les premières

25 années de vie d'une locomotive (la courbe AD a dû être extrapolée au

delà de 16 ans), et le résultat obtenu a été inscrit dans les deuxième et

troisième colonnes du tableau ci-dessous. Pour ce test, on a considéré un

trafic constant pendant la durée de vie utile du projet, en utilisant des

trains de 1.000 tonnes remorquées et un taux d'actualisation de 12 %.

Valeur actualisée des économiesd'entretien,

$/1.000 tonnes-km brutesCoût d'entretien sur la base de sur la base de

moyen $/km valeurs valeursME mD moyennes effectives

Données américaines 0,30 0,93 4,9 3,9

Données françaisesFD1 et FEl 0,48 1,20 5,6 5,6FD2 et FE2 0,16 0,83 5,2 5,2

La quatrième colonne indique la valeur actualisée des économies réalisées

dans l'entretien des locomotives, calculée à partir des valeurs moyennes

des coûts d'entretien par locomotive-km, suivant la méthode décrite en

Annexe 1. La cinquième colonne indique la valeur actualisée des économies

réalisées dans les coûts d'entretien des locomotives, calculée rigoureuse-

ment en utilisant pour chaque année les coûts d'entretien (et, partant,

les économies réalisées à ce niveau) indiqués par les courbes appropriées.

Comme le montre le tableau, l'erreur liée à l'utilisation d'une valeur

moyenne est insignifiante dans le cas des données françaises : cela est

compatible avec les écarts relativement faibles par rapport aux valeurs

moyennes des courbes fondées sur ces données (Figure 3). Ces écarts sont

- 54 -

beaucoup plus marqués dans le cas des données américaines et, si l'on uti-

lise leur valeur moyenne, les économies d'entretien s'en trouvent suresti-

mées de 26 %.

66. Sauf indication contraire, on a considéré come constants les

coûts d'entretien par locomotive-km, en utilisant des valeurs moyennes

correspondant aux courbes FD2 et FE2. Pour le cas de base, on a obtenu

une économie du coût d'entretien des locomotives (ML) de 6,3 dollars par

1.000 tonnes-km brutes, comme indiqué au paragraphe 61. Il est à noter

qu'une diminution du tonnage remorqué par locomotive accroit le nombre de

locomotives-km nécessaire pour un niveau de trafic donné et par conséquent

les coûts d'entretien, et donc les économies réalisables à ce niveau

(Annexe 1, équation A 15).

67. Le rapport entre les coûts d'entretien moyens respectifs des

locomotives diesel et électriques (mD/mE) est assez élevé (5,2:1), ce

qui représente une économie relativement importante. L'économie

correspondant aux données américaines est également apparue plus faible et

c'est la raison pour laquelle on a utilisé aussi une valeur inférieure de

ML dans les exemples chiffrés donnés au paragraphe 61 et au Tableau 8.

68. Il ne faut pas perdre de vue le fait que les coûts d'entretien

utilisés dans cette analyse s'appliquent à des pays industrialisés. Dans

des pays en développement, ceux-ci pourraient être très différents, infé-

rieurs si l'on dispose d'une main-d'oeuvre locale qualifiée, et supérieurs

dans le cas contraire. Une meilleure connaissance des coûts d'entretien

des locomotives et des fucteurs susceptibles de les réduire est souhai-

table pour les pays en développement, pour faciliter des décisions - et

pas seulement dans le domaine de l'électrification.

- 55 -

Composition du trafic

69. On a considéré jusqu'à maintenant une ligne de chemin de fer

assurant essentiellement un trafic marchandises. Pour une ligne où le

trafic voyageurs prédomine, le trafic critique se situe plus bas, et ce,

pour deux raisons. Tout d'abord, les vitesses sont supérieures, ce qui

entraîne une consommation d'énergie plus importante et, par conséquent,

des possibilités accrues d'économies d'énergie. Deuxièmement, le tonnage

remorqué par locomotive est plus faible de telle sorte qu'il y a davantage

de locomotives par tonnes-km brutes, ce qui accroit les économies d'entre-

tien des locomotives qui sont réalisables. A titre indicatif, considérons

une ligne transportant trois voyageurs-km par tonne-km nette, seulement

dans des trains tractés par locomotives. Les économies d'entretien

seraient probablement supérieures si des rames automotrices étaient utili-

sées parce qu'il y aurait davantage de moteurs. Comme indiqué au

Tableau 8, on a fixé la consommation d'énergie à 8 litres de combustible

diesel ou 31 kWh, soit 33 % de plus que dans le cas de base, pour tenir

compte des vitesses supérieures. Les économies d'entretien ont été calcu-

lées comme auparavant. Il en résulte un trafic critique de 10,1 millions

de tonnes brutes, soit 26 Z de moins que dans le cas de base.

Exploitation sur terrain difficile

70. Jusqu'à maintenant, il n'a été question que d'opérations sur

terrain facile, qui ne permettent guère de tirer parti de la puissance

supérieure des locomotives électriques. Toutefois, cette caractéristique

peut donner à l'électrification un avantage supplémentaire considérable si

la ligne se situe pour l'essentiel sur terrain difficile avec fortes

rampes. L'incidence de cette puissance supérieure a été illusttée pour un

trafic essentiellement voyageurs. Les différences par rapport au cas de

- 56 -

base sont les suivantes : le tonnage remorque pour locomotive électrique a

été fixé à 25 %.de plus que par locomotive diesel; le nombre de

locomotives-km par jour a été fixé à 33 Z de plus pour la traction élec-

trique; en outre, comme l'indique le Tableau 8, on a considéré que la con-

sommation d'énergie était supérieure de 50 Z en traction électrique et de

58 % en traction diesel. La différence entre les accroissements de con-

sommation est liée aux différences de tonnage remorqué par locomotive

(par. 48). Il n'a pas été tenu compte des réductions des coûts du person-

nel roulant ni du nombre de voitures (par. 71). Dans ces conditions, le

trafic critique est de 6,5 millions de tonnes brutes, soit moins de la

moitié du cas de base. Si l'on utilise la valeur inférieure de CF' le

trafic critique tombe à 4,7 millions de tonnes brutes.

Economies au niveau du personnel et des voitures

71. Les économies résultant d'une productivité accrue du personnel

et d'une meilleure utilisation des wagons de marchandises et de voyageurs

n'ont pas été prises en compte pour calculer le trafic critique. Ces éco-

nomies varient fortement d'un projet à l'autre de telle sorte qu'il serait

difficile de fixer une valeur type, mais elles sont relativement faibles

lorsque la différence entre le nombre de i- -rmètres par jour assuré res-

pectivement en traction diesel et élec, . est faible et que les poids

des trains sont les mêmes, comme cela a été postulé pour presque tous les

cas examinés ici. Les seules exceptions sont les cas de terrain difficile,

pour lesquels les différences dans le nombre de kilomètres par jour et le

poids des trains auraient pu faire baisser sensiblement les frais de per-

sonnel, en fonction d'arrangements contractuels (portant notamment sur le

niveau des salaires et les pratiques suivies en ce qui concerne le roule-

ment du personnel et l'accompagnement des trains). Des économies sensibles

- 57 -

pourraient également être réalisées au niveau des voitures grâce à une

vitesse supérieure. Quel que soit le projet envisagé, il est possible

d'évaluer facilement ces économies et d'en tenir compte en calculant le

trafic critique. Il est à noter que dans les cas cités plus haut dans

lesquels ces économies auraient pu être importantes - terrain difficile -elles devraient atteindre 7,5 dollars par 1.000 tonnes-km brutes, soit

près des deux tiers des économies d'entretien des locomotives, pour abais-

ser de 20 % le niveau de trafic critique. Toute économie de frais de per-

sonnel réalisable grâce à l'électrification serait réduite si le montant

total des frais de personnel était lui-même réduit par des changements

d'exploitation - notamment par l'utilisation de trains plus longs comptant

deux locomotives ou davantage, exploités sans faire appel à un personnel

plus nombreux que celui de trains à locomotive unique. Des trains plus

longs permettraient également d'accrottre la capacité des voies. Il con-

vient de se demander si une productivité accrue peut être utilisée effica-

cement, soit grâce à un accroissement correspondant du trafic, soit grâce àune diminution du personnel et à l'élimination de voitures en surnombre.

Accroissements de la capacité

72. Si des travaux d'infrastructure sont nécessaires pour accroître

la capacité d'une voie, l'un des avantages de l'électrification peut être

de les retarder. La méthode utilisée pour calculer cet avantage, W, par

rapport au coût des travaux en jeu, est décrite en Annexe 1. Cette annexe

indique également le calcul de la valeur de ces travaux, susceptibles de

réduire de 20 % le trafic critique. Si l'électrification les reporte de

cinq ans et si le coût des installations fixes est le même que dans le cas

de base, ces travaux coûteraient 83.000s dollars (s désignant la longueur

- 58 -

de la ligne en kilomètres) ou 33 millions de dollars pour un projet por-

tant sur 400 km. Si l'accroissement de la capacité dû à l'électrification

est supérieur et si le taux d'accroissement du trafic est inférieur, ce

coût tombe à 14 millions de dollars. Ces coûts, quoique considérables,

seraient dépassés en cas de travaux de doublement d'une partie importante

de la voie. Toutefois, l'électrification devient viable dans de nombreux

cas - notamment dans la plupart des cas cités au Tableau 8 - à des niveaux

de trafic très inférieurs à ceux auxquels un doublement de la voie semble

devenir nécessaire.

Conclusion

73. On a montré que le niveau de trafic critique auquel l'électrifi-

cation devient rentable était très variable. Les exemples donnés au

Tableau 8 et à la Figure 2, qui n'ont aucun caractère exhaustif, couvrent

une plage comprise entre 4,7 et 22 millions de tonnes brutes. Le trafic

critique est particulièrement sensible au coût d'opportunité du capital,

au coût des installations fixes et à celui du combustible diesel. Il est

également sensible à la consommation d'énergie, au coût de l'électricité

et aux coûts d'entretien des locomotives. Il peut être très variable

selon le coût du parc de locomotives électriques et celui du parc de loco-

motives diesel éliminé du fait de l'électrification. Il peut être sensi-

blement plus faible sur terrain difficile que sur terrain facile et pour

un trafic essentiellement voyageurs plut8t que marchandises.

74. On ne peut utiliser aucun paramètre unique comme indicateur de

la viabilité de l'électrification. Une étude de faisabilité distincte

- et généralement complexe - doit être entreprise pour chaque projet envi-

sagé. Les facteurs à prendre en compte ont été examinés. Il est apparu

que les données nécessaires étaient disponibles ou bien que l'on pouvait

-59

les calculer à l'aide de méthodes bien établies. Une analyse de préfaisa-

bilité a été mire au point pour déterminer si une étude plus détaillée

S'impose.

75. Les conclusions tirées de la première partie du présent document

sont exposées aux paragraphes 20 à 24. L'observation suivante vaut pour

les deux parties : généralement, les coûts de l'énergie ne sont pas le

principal facteur déterminant le r8le des chemins de fer. La hausse des

produits pétroliers a ouvert de nouvelles perspectives aux chemins de fer

mais, pour définir ces perspectives, il faut bien connaitre les coûts de

l'énergie et les autres coûts en jeu, pour les chemins de fer comme pour

leurs concurrents. Cela est également indispensable pour pouvoir faire en

connaissance de cause des choix entre l'électrification et d'autres inves-

tissements susceptibles de réduire les coûts ou d'améliorer la qualité des

services.

Remerciements

76. L'auteur tient à remercier, pour les nombreux et fructueux

entretiens qu'ils ont bien voulu lui accorder et aussi pour certaines des

données citées dans le présent document, les responsables de l'Union

internationale des chemins de fer, de l'Association des chemins de fer

américains, de l'Administration fédérale des chemins de fer américains, de

la Commission économique des Nations Unies pour l'Europe, de la Corée, de

l'Espagne, de la Finlande, de la France, de l'Inde, du Japon, du Royaume-

Uni, de la Suisse, de la Yougoslavie, de la Zambie et du Zimbabwe, ainsi

que ses collègues de la Banque mondiale. Des représentants des construc-

teurs de matériel ferroviaire ont fourni certaines données relatives aux

- 60 -

locomotives. Le Pr D. L. Genton a vérifié l'analyse utilisée pour procé-

der à une première estimation du trafic critique justifiant une électrifi-

cation. Il convient de citer tout particulièrement les entretiens avec

M. R. Schlemmer sur l'électrification, M. M. Ephraim sur les locomotives

diesel et M. M. Djuricic sur la consommation d'énergie. Les personnes qui

ont fourni certaines des données non publiées utilisées dans le présent

document sont citées dans la bibliographie. Il convient toutefois de pré-

ciser que les vues exprimées ici n'engagent que leur auteur.

- 61 -

Bibliographie

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- 62 -

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21. M. Munasinghe et J. J. Warford: Electricity Pricing - Theory and CaseStudies, publi4 par la Banque mondiale par Johns Hopkins UniversityPress, 1982.

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24. J. M. Jomard et P. Meyreau, SNCF, communication priv6e, 1982.

- 63 -

ANNEXE 1Page 1

ESTIMATION DU TRAFIC CRITIQUE

1. Il s'agit d'expliquer ici plus en détail, à l'aide des données

correspondant au cas de base, les méthodes utilisées pour estimer le tra-

fic critique. Les méthodes utilisées pour évaluer l'avantage lié à des

augmentations de capacité (par. 72 du document) et à une diminution de

l'éventuelle réserve nationale de gas-oil (par. 60) seront également

décrites en détail.

2. Les paramètres applicables au cas de base sont les suivants :

Durée de vie utile du projet : 25 ans, à partir de 1985.

Terrain : facile, sans déclivités ni courbes prononcées.

Trafic : T millions de tonnes brutes en 1985, augmentant de 3 Z

par an; 0,5 tonne-km nette ou 1 voyageur-km génèrent 1 tonne

brute; trafic voyageurs assuré par trains remorqués par locomo-

tive, à une vitesse ne dépassant pas 140 km/h.

Tonnage des trains : tonnage remorqui des trains de marchandises, en trac--tion électrique et diesel, tEPwtDP w 1.200 tonnes; tonnage

remorqué des trains de voyageurs, tEP=tDP m 600 tonnes.

Utilisation des locomotives : électriques, 400 km/jour pour les

marchandises et 600 km/jour pour les voyageurs; diesel, 348 km/

jour pour les marchandises et 522 km/jour pour les voyageurs.

Ratio d'utilisation des locomotives électriques et diesel :

1,15:1.

- 64 -

Page 2

Disponibilité des locomotives : électriques, 95 X, diesel, 86 Z.

Ratio de disponibilité : 1,1:1.

Prix des locomotives : électriques, P L 1,7 million de dol-

lars. Diesel, Pg L 1,3 million de dollars.

Coûts d'entretien des locomotives par locomotive-km : élec-

triques, mE a 0,16 dollar; diesel, mD a 0,83 dollar.

Coût du gas-oil : coùt en 1985, pD m 0,26 dollar le litre,

augmentant de 3 Z par an jusqu'en 195 et de 2 Z par an ensuite.

Coùt de l'électricité : p 0,05 dollar le kWh.

Consoation d'énergie : 6 litres ou 23 kWh pour 1.000 tonnes-km

brutes.

Coût d'investissement des installations fixes : CF

180.000 dollars par ligne-km à voie unique.

Coût d'entretien annuel des installations fixes : 1 Z des coûts

d'investissement.

Taux de rentabilité : 12 Z.

Les valeurs résiduelles ne seront pas prises en compte.

On utilisera largement la formule :

b - bn-l-

- 65 -

ANNEXE 1Page 3

x représentant une fonction du taux d'actualisation et de différents tauxd'accroissement, comme indiqué ci-dessous.

Entretien des installations fixes

3. Etant donné que les coûts annuels d'entretien correspondent à 1 %du coût d'investissement des installations fixes, la valeur actualisée descoûts d'entretien sur la base d'un taux d'actualisation de 12 Z est lasuivante :

u-25'F C 1 a n-i

100 n

- 0.079 Cp (Ai)

De telle sorte qu'avec CF - 180.000 dollars, 'IF n 14 x 103 par kilo-mètre de ligne à voie unique.

Investissements dans les locomotives

4. Le trafic de T tonnes brutes durant la première année du projetpasse à 1,03 T la première année d'exploitation en traction électrique.

Compte tenu d'une longueur de ligne a (km), le trafic marchandises et letrafic voyageurs généreront un tonnage-km brut équivalant respectivement à0,15 et 0,88 fois Te durant la première année de service (c'est-à-dire ladeuxième année du projet). Pour les poids des trains, l'utilisation et la

- 66 -

ANNEXE 1Page 4

disponibilité des locomotives (indiquée au paragraphe 2 de la présente

annexe), le nombre de locomotives électriques à acheter durant la première

année du projet (et devant être disponibles au cours de la deuxième année)

sera de :

MEI 0.88 Te + 0.15 Te1200 x 365 x 400 x 0.95 600 x 365 x 600 x 0.95

- 6.49 Te x 10-9 (A2)

On peut calculer à partir de cette expression le nombre correspondant de

locomotives diesel, en se souvenant que les locomotives électriques

couvrent 15 Z de km/jour de plus et que leur taux de disponibilité est

supérieur de 10 %.

ND, - 6.49 x 1.15 x 1.1 Ta x 10-9 - 8.21 Tg a 10-9 (A3)

5. Les achats de locomotives se poursuivront durant toute la durée

de vie utile du projet, à mesure que le trafic augmente, et l'on suppo-

sera que les locomotives supplémentaires nécessaires pour chaque année

seront achetées l'année précédente. Compte tenu d'un taux d'accroissement

annuel de 3 %, le trafic de l'année (n) dépassera le trafic de l'année

(n-1) de

0.03 x 1.03n-1 T,

- 67 -

ANNEXE 1Page 5

et étant donné que les locomotives électriques NE1 correspondent à untrafic de 1,03 T, le nombre de locomotives électriques à acheter durantl'année (n-1) sera de :

NElNEU M ---- x 0.03 x 1.03X-1 (A4)1.03

Etant donné que PLE et PLD représentent les coùts unitaires des

locomotives, la valeur actualisée (VA) des investissements consacrés auxlocomotives électriques est de

C Ta - N P + 0.03î 1.030l- 6LE El LEn-2 - 1.03 1.12U

n-24

• El LE 1 + 0.0291 - 3 106

- 1.28 NEPLE (A5)

La valeur nette actualisée (VNA) des investissements dans les locomotives

est constituée par la différence entre les VA du parc de locopotives

électriques et du parc de locomotives diesel, c'est-à-dire :

CLTs - 1.28 [NEl 2La - N LD

- 1.28 NE1 IPLE -PD (A6)

- 68 -

ANNEXE 1Page 6

NE 1ou z -- ; en utilisant la valeur de NE1 de l'équation A2

>Dl

PCL I L.3 E (PX (A7) •

Sur la base des équations A2 et A3, z m 0,79. Si l'on utilise les valeurs

de PLD et P indiquées au paragraphe 2 de la présente Annexe,

CL - 0.5 x 10-3 (A8)

Economies d'énergie

6. On illustrera le calcul de X, VA du coût du combustible diesel,

en utilisant les symboles PD pour le coût en 1985 du combustible diesel

par litre, k1 pour le taux d'augmentation annuelle de ce coût durant les

premières années m du projet et k2 pour le taux correspondant d'augmen-

tation pendant le reste de la durée de vie du projet. Comme indiqué au

paragraphe 2 de la présente Annexe, on fixera la consommation à 6 litres

pour 1.000 tonnes-km brutes, l'accroissement du trafic à 3 % par an et le

taux d'actualisation à 12 Z. On obtient alors i

- 69 -

ANNEXE 1Page 7

nao n25

6pT I.03 (+k) 1 1.03(1+kl) I[..03(I+k2)1000M 1. 12 J1.12 anl 1.12 (9

Si l'on utilise les valeurs numériques du cas de base (umll, k 1 3 %,

k2m2 %, PD-O,26), on obtient :

1 m 19.8T@ z 10-3

7. On illustrera le calcul de Y, VA du coùt de l'électricité, enutilisant les symboles PE pour le coùt du kWh et k pour son taux

d'augmentation annuelle pendant la durée de vie utile du projet. La

consommation d'électricité itant de 23 kWh pour 1.000 tonnes-km brutes,

les taux d'accroissement du trafic et le taux d'actualisation restant

inchangés, on obtient :

2 3 pETs 1.03(1+k] (All)

1000 1.12n-2

et si l'on utilise les valeurs numériques du cas de base (pE 0,05, ks0)

à Ii.4Ta X 10-3 (A12)

- 70 -

ANNEXE 1Page 8

8. Pour le cas de base, la VA des économies d'énergie est donc de :

ETs m I-T - 8.4T* x 10-3 (A13)

et la VA des économies d'énergie par tonne-km est de

E - 8.4 X 10-3 (A14)

9. On peut noter que les économies d'énergie deviennent nulles si

le coût de l'électricité est de 0,087 dollar, les VA des coûts du combus-

tible diesel et de l'électricité étant alors égales.

Economies d'entretien des locomotîves

10. On se souviendra que mE et m, représentent les coûts d'entre-

tien par kilomètre des locomotives dieatl et électriques et tEF et tDF'les tonnages remorqués par locomotive pour les trains de marchandises. La

composition du trafic correspondant au cas de base est de 3 tonnes-km

nettes par voyageur-km, et comme 1 tonne-km nette génère 2 tonnes-km

brutes et 1 voyageur-km 1 tonne-km brute, le trafic marchandises et le

trafic voyageurs constituent un tonnage-km brut de 0,86 Ts et 0,14 Ts,

respectivement, durant la première année du projet. Les services assurés

par traction électrique commencent la deuxième année du projet. Par con-

séquent, pour le trafic marchandises, la VA des économies d'entretien des

locomotives est de :

1D ME I 1.03 I-1Ts-•-- 0.86T* ---

. DF E (.12

•-8.5 Tu -.~..L (AiS>LDF EFJ

- 71 -

ANNEXE 1Page 9

Par conséquent, avec mD 0,83, mE - 0,16 ettN D - 1200 tonnes,

%-,. 4.75 0 (A16)De mrne, pour le trafic voyageurs (600 tonnes remorquées)N,Ta • 1.5 Te X 1- (3

et la VA de l'économie totale d'entretien des locomotives devient :NLT@ - 6.3T 10-3

(A)et

ML - 6.3 x 10-3 (A19)

i1. Il convient de faire une observation supplémentaire concernant

les graphiques relatifs aux coÙts d'entretien des locomotives par rapport

à l'ige de la locomotive (Figure 3) à partir desquels mD et mE ont été

calculés (par. 64 et 65). Ces graphiques dépendent du nombre de

locomotives-km par an, étant donné que certains coûts d'entretien

dépendent de l'utilisation et d'autres du temps écoulé. Le tableau

ci-dessous indique le nombre de kilomètres par an correspondant à chaque

courbe

AD 160.000

AE 320.000

FD1 96.000-120.000

FEl 130.000

FD2 180.000

FE2 300.000

- 72 -

ANNEXE 1Page 10

12. Suivant les hypothèses applicables au cas de base, les locomo-

tives diesel et électriques couvriraient respectivement 139.000 km et

160.000 km par an, tandis que dans le cas d'un trafic "essentiellement

voyageurs", ces valeurs seraient de 170.000 et 190.000 km par an respecti-

vement. Pour les locomotives diesel, ces valeurs sont assez proches de

FD2 sur lequel mD a été fondé. Pour les locomotives électriques, ces

valeurs ont été sensiblement plus faibles que celles qui correspondent à

FE2 mais come les économies d'entretien sont dominées par le coOt des

locomotives diesel, cette différence n'affecte pas sensiblement l'analyse

présentée dans ce document. Toutefois, l'effet de l'utilisation des

locomotives sur les courbes telles que celles de la Figure 3 doit être

pris en compte dans les études de faisabilité.

Trafic critique du cas de base

13. A partir de l'équation 3, on obtient le niveau de trafic critique

par: CF + MF -WT a

E + ML - CL

Pour le cas de base, CF a 180.000 dollars et W - 0. Les valeurs de MFp

E, ML et CL sont données par les équations Al, A14, A19 et 8A, respec-

tivement, de telle sorte que :

T - 180000 + 14000T 13.7 x 106 tonnes brutes8.4 x 10-3 + 6.3 x l0-3 - 0.5 x l0-3

- 73 -

ANNEXE 1Page 11

14. Ces données ont été consignées au Tableau 8 où, pour plus de

conodité, CF et MF sont exprimés en milliers de dollars, E, ML et

CL sont exprimés par milliers de tonnes-km brutes et T en millions de

tonnes brutes.

Réserve de combustibles

15. Comme on l'a vu au paragraphe 54, les gouvernements pourraient

constituer une réserve de pétrole pour mettre leur économie à l'abri d'une

éventuelle désorganisation des livraisons de pétrole. Si les chemins de

fer étaient électrifiés - et si l'électricité n'était pas produite à par-

tir de pétrole - la réserve de pétrole serait réduite de la quantité

nécessaire pour alimenter les locomotives diesel en l'absence d'électrifi-

cation. On peut se demander si cette réduction devrait être considérée

coe un avantage de l'électrification étant donné que la constitution

d'une réserve de combustible peut être considérée comme l'une des mesures

prises par l'Etat pour protéger les intérêts nationaux, au même titre

qu'une réserve de produits alimentaires ou une armée permanente. Toute-

fois, on a fait des calculs pour évaluer dans quelle mesure cet avantage

contribuait à rendre une électrification viable. On se réfère à des con-

ditions correspondant au cas de base.

- 74 -

ANNEXE iPage 12

16. On supposera que la réserve correspond à six mois de consomma-

tion de gas-oil. Les services assurés en traction électrique commencent

la deuxième année du projet, lorsque le trafic est de 1,03 Ts. La consom-

mation est de 6 litres pour 1.000 tonnes-km brutes et le prix du litre de

gas-oil de 0,26 x 1,03 dollars. Par conséquent, la valeur actualisée des

économies réalisées cette même année (la deuxième année) est de :

R2 w 1.032 x 6 x 0.26 Te - 0.74 Te (A20)1.12 x 2

La réserve devrait être augmentée chaque année pour tenir compte de l'ac-

croissement du trafic qui est de 3 % par an. Les 11 premières années, le

prix du combustible diesel augment- de 3 Z par an, et par conséquent

durant cette période, la VA de la réserve supplémentaire nécessaire pour

la n-ième année est de :

Ru . 0.03 x i x 1.03n-1 T x 0.26 x 1.03n-1 x2 20-1000 ( = '(A21

- 0.023T@ ( x 10-3 (A21)1.12

et la VA de la réserve pendant la durée de vie du projet devient :

n-il11 32 -I Ta X 10-3 0.74 + 0.023 11 2)-1

nm3

n-251.032 X 0.023 n«25 1.03 X 1.02U-11

+ 1.12 T2 1.12.0 Tx12

-1.0 Te z lo-3 (A22)

- 75 -

ANNEXE 1Page 13

La VA de la réserve par tonne-km brute est donc de

1.0 x 10-3V Ta

(A23)Compte tenu de cet avantage, la formule relative au trafic critiqu.

devient :

T + HL - + +L (A24)

et si l'on introduit les valeurs du cas de base et la valeur de F de

l'équation A23

T m .180000 + 14000 612.8 18.4 10-3 + 6.3 x 10-3 - 0.5 x 10- 3 + 10-3 10 tonnes brutes

Ainsi, cans l'hypothèse d'une réserve de gas-oil de six mois, le trafic

critique du cas de base diminue de 7 Z.

Augmentations de capacité

17. Si le coût des travaux nécessaires pour accroître la capacité de

la voie est Wc et si les travaux doivent être entrepris l'année j duprojet avec traction diesel et b années plus tard avec électrification et

si le taux d'actualisation est de 12 %, la VA de cet avantage est

SWe. (A25)

- 76 -

ANNEXE 1Page 14

18. La valeur de We nécessaire pour obtenir une réduction sensible,

fixée à 20 % du trafic critique, peut être rapportée au coOt CF des ins-

tallations fixes. A partir de l'expression pour T (équation 3), si W 0 0

donne T T T , la valeur de W correspondant à T • 0,8 T , peut être

obtenue à partir de l'équation

.*m <+(A26)

CF+ M-

et comme MF est très inférieur à CF,

0.2CF (A27)

En utilisant les données relatives au cas de base, on supposera que

l'électrification augmente la capacité de 15 %; comme le trafic augmente

de 3 % par an, b - 5. Si les travaux destinés à accrottre la capacité

devaient être exécutés durant la première année du projet en l'absence

d'électrification,

W - -C 0.43 Ce (A28)1.12~ .3C

Par conséquent, avec CF 180.000 dollars

wc - 2.3W - 0. 4 6CFs $83,000 (A29)

Naturellement, la valeui de W1 nécessaire pour réduire de 20 Z le trafic

critique serait inférieure si l'augmentation de capacité due à l'électri-

fication était plus importante, étant donné que b s'en trouverait accru.

A la limite, si b dépasse la durée de vie du projet (ce qui impliquerait

un très lent a croissement du trafic),

c W 0 0.2CF - $360008. (A30)

- 77 -

ANNEXE 1Page 15

Pour un projet portant sur 400 km, ces valeurs de We passent respective-

ment à 33,2 et 14,4 millions de dollars. Par conséquent, il faudrait

entreprendre des travaux assez importants pour affecter sensiblement le

niveau de trafic critique.

19. Ces valeurs de W seront dépassées si des travaux considé-

rables de doublement de la voie sont nécessaires. Mais pour le cas de

base, avec des trains de marchandises de 1.200 tonnes brutes remorquées,

et des trains de voyageurs de 600 tonnes brutes remorquées, le trafic cri-

tique de 13,7 millions de tonnes brutes remorquées pourrait être assuré

par 18 paires de trains par jour, ce chiffre passant à 38 paires à la fin

du projet. Cela se situe dans les limites de la capacité d'une ligne à

voie unique, et par conséquent il ne devrait pas être nécessaire de procé-

der à d'importants travaux de doublement de la voie, bien que des inves-

tissements risquent fort d'être nécessaires, par exemple, pour des instal-

lations de signalisation ou des voies d'évitement supplémentaires. En

outre, on devrait pouvoir combiner certains trains de façon à constituer

des crains remorquant 2.400 tonnes brutes, réduisant ainsi la pression

exercée sur la capacité de la voie dans d'autres cas caractérisés par un

trafic essentiellement marchandises et un trafic critique plus élevé. Une

exploitation à voie unique est également possible pour un trafic essen-

tiellement voyageurs parce que, même s'il y a davantage de trains pour un

niveau de trafic donné, le trafic critique est inférieur. Ainsi, pour la

plupart des cas cités au Tableau 8, l'électrification devient viable à desniveaux de trafic qui ne devraient pas nécessiter d'importants travaux de

doublement de la voie.

- 78 -

ANNEXE 2Page 1

COUT DE L'ELECTRICITE

1. Co-mme on l'a vu, le coût de l'électricité comporte deux éléments

principaux ; l'un lié à la puissance et au transport d'électricité à assu-

rer à mesure que la demande d'électricité s'accroit et que le réseau se

développe et l'autre lié à l'énergie consonnée pour produire de l'électri-

cité. Les coûts d'exploitation et d'entretien sont généralement inclus

dans les coûts de la puissance. L'énergie est normalement produite à par-

tir de sources diverses (pétrole, gaz, charbon, centrales nucléaires ou

hydroélectriques ou éventuellement d'autres sources), choisies de façon à

constituer la solution la plus èconomique. Certaines des centrales élec-

triques fournissant la charge minimale sont sollicitées la plupart du

temps et d'autres seulement en fonction des besoins.

2. Il convient de diviser le cycle quotidien de la demande en deux

périodes, à savoir heures de pointe et hors pointe. Leur durée dépend des

caractéristiques du réseau, la période de pointe étant d'environ quatre

heures au Pakistan et de sept heures en Yougoslavie. Dans certains cas,

le cycle quotidien de la demande se divise en plus de deux périodes et il

peut également y avoir des variations saisonnières, mais il suffira ici de

considérer simplement un cycle quotidien à deux périodes. On supposera

également que, comme c'est généralement le cas, les coûts de la puissance

sont liés uniquement à l'accroissement de la demande qui se produit lorsque

- 79 -

ANNEXE 2Page 2

le réseau électrique fournit sa charge de pointe. Toutefois, dans le cas

de certains réseaux alimentés en partie par des centrales hydroélectriques,

la nécessité d'assurer une réserve pour les années de sécheresse peut éga-

lement entrainer un coût au niveau de la puissance hors pointe.

3. Les centrales électriques fournissant la charge de pointe ne

sont normalement sollicitées que quelques heures seulement par jour et il

est donc important de limiter dans leur cas le coût de la puissance plutat

que le coût de l'énergie. Il s'agit souvent de turbines à gaz ou d'hydrau-

lique de pointe et elles déterminent normalement le coût marginal de la

puissance. Il faut en outre tenir compte des renforcements du réseau de

transport d'électricité - mais seulement jusqu'au niveau de tension auquel

les postes ferroviaires sont alimentés, le plus souvent 132 kv. Le coût

de la puissance par kWh qui en résulte, annualisé sur l'ensemble de la vie

utile du matériel, sera désigné par q.

4. Le coût marginal de l'énergie est le coût lié aux centrales à

solliciter en dernier par ordre des coûts d'exploitation croissants pour

satisfaire la demande additionnelle; il sera normalement plus faible hors

pointe qu'en période de pointe et sera désigné respectivement par w et

w par kWh. Comme cela est expliqué dans le corps du document, ces

coûts de l'énergie peuvent être sensiblement supérieurs aux coûts moyens

de l'énergie.

- 80 -

ANNEXE 2Page 3

5. Pour déterminer le CHLT par kWh de l'électricité, il faut déter-

miner la part des chemins de fer, dr kW, dans la demande de pointe et leur

consommation annuelle totale, c et c kWh, respectivement, en périodep o

de pointe et hors pointe. Deux cas possibles ont été examinés pour calcu-

ler dr : tout d'abord, on l'a considéré comme la valeur moyenne de la

conson-ation des chemins de fer (ce qui implique que le réseau électrique

fait face à l'irrégularité de la demande des chemins de fer sans coût

supplémentaire) et, deuxièmement, on a considéré qu'il résultait d'un

facteur des charges des chemins de fer de 0,7, la demande de pointe des

chemins de fer coïncidant entièrement avec la période de pointe sur le

réseau et étant responsable à 100 Z du renforcement de la puissance.

Ainsi, dans le premier cas,

drl - eo + Co , CO + co (A31)24 x 365 8760

et dans le second

dr2 " c + Co C + cO (A32)24 x 365 x 0.7 6132

Dans le premier cas, on obtient de la façon suivante le coût de la consom-

mation annuelle d'électricité :

y - (coût de capacité, qd )

+ (coût de l'énergie durant les heures de pointe, w c )p p

• (coOt de l'énergie hors des heures de pointe, w c )O O

- 81 -

ANNEXE 2Page 4

On obtient le CMLT par kWh en divisant le coÙt total de la consommation

d'une année par l'énergie totale consommée, de telle sorte que :

CHL 1 qdrl + *pe + woco (A33)cp + co

et si l'on remplace drl de l'équation A31,

CMLT • + cpWp + cowo (A34)8760 Cp + Co

et de même, L 2 M q + coyv + %o o (A35)

6132 ep + CO

6. On détermine cp et co à partir des horaires des chemins de

fer et des heures de la période de pointe. Faute de ces renseignements,

on peut seulement établir une fourchette dans laquelle doivent se situer

les valeurs du CMLT, le bas de la fourchette étant valable si toute la

consommation d'énergie s'effectue hors pointe et le haut si cette dernière

s'effectue durant la période de pointe. Le tableau ci-dessous indique les

CMLT applicables à plusieurs pays, d'après des données calculées à partir

d'études entreprises à divers moments depuis 1978 et actualisées uniquement

à l'aide d'indices des prix. Ces valeurs de CMLT sont donc approximatives

mais elles montrent néanmoins dans quelle mesure les CMLT dépendent des

consommations en périodes de pointe et hors pointe, des coùts de l'énergie

et des conditions propres à chaque pays.

- 82 -

ANNEXE 2Page 5

Cents EU (1982) par kWh

CMLTj _a CULT 2 /a

Zimbabwe /b 1 1Sud-Est du Brésil 3-4 3-5Sud du Brésil 3-5 4-5Portugal /c 5 6Yougoslavie 4-6 4-6Pakistan 7 8Tunisie 6-10 7-10

/a Source : Données de la Banque mondiale et référence 21. Les coûts dela puissance q utilisés pour établir ce tableau ont été annualisés àdes taux de 10 à 12 %, correspondant au coût d'opportunité probabledu capital dans les pays intéressés. Dans le cas des pays caractéri-sées par plus d'un coût de l'énergie hors pointe, on a pris w. commemoyenne. De même, dans le cas des pays ayant plus d'un coût del'énergie en période de pointe (en raison de variations saisonnières),on a pris vp comme moyenne.

/b Coût indiqué seulement pour la période de pointe.

/c Moyenne des coûts de l'énergie durant les périodes de pointe et horspointe.

7. Le faible coût enregistré au Zimbabwe est exceptionnel et

l'Annexe 1 (par. 9) a montré que les économies d'énergie devenaient nulles

si le coût de l'électricité passait b 9 cents par kWh, toutes autres con-

ditions étant égales. La fourchette des valeurs du CMLT utilisé pour les

exemples chiffrés a donc été fixée à 3-7 cents par kWh, et à 5 cents par

kWh pour le cas de base.

8. Pour les études de faisabilité, il faut s'assurer que les CMLT

sont fondés sur les plans courants des compagnies d'électricité. Comme

cela est expliqué dans le corps du document, on peut s'attendre à ce que

- 83 -

ANNEXE 2Page 6

des hausses des prix du pétrole se répercutent sur le coût de l'électri-

cité mais toute hausse consécutive de celle-ci variera d'un paya à

l'autre. Pour les exemples chiffrés donnés dans le présent document, on a

considéré le coût de l'électricité coie constant en termes réels pendant

la durée de vie utile du projet, à l'exception d'un calcul sur la base

d'une hausse de 1 Z par an liée à une hausse plus forte du prix du gas-oil

(par. 56 et 60).

9. Il convient de se rappeler que le CMLT de l'électricité pour

l'électrification des chemins de fer est sensiblement plus faible que pour

les conso-mateurs de courant à faible tension, qui doivent couvrir égale-

ment les coûts de capacité et les pertes d'énergie des réseaux de distri-

bution et de transport au-dessous du niveau de tension auquel les postes

ferroviaires sont alimentés.

- 84 -

Tableau 1 : PART DES CHEMINS DE FER (EN POURCENTAGE)DANS LA CONSOMMATION TOTALE DE PRODUITS PETROLIERS

Pays de l'OCDE (données de 1980)

Jusqu'à 0,5 X 0,5 à 1 Z 1 à 2 Z 2 à 4 Z 10 à 15 Z

Espagne Pays europedns Ensemble des pays AustralieGrèce membres de l'OCDE membres de l'OCDE CanadaItalie Allemagne Etats-UnisNorvège Autriche Royaume-UniPaya-Bas BelgiqueSuède DanemarkSuisse Finlande

FranceIrlandeJaponLuxembourgPortugal

Pays en développement (année indiquée entre parenthèses)Brésil Inde Kenya(1976) (1976) (1976)Mexique Thaïlande Zimbabwe(1976) (1981) (1980)

Zambie(1981)

Jusqu'à 0,5 % 0,5 à 1% 1 à 2% 2 à 4 % 10 à 15 %

Sources : Statistiques annuelles sur le pétrole et le gaz, Agence internatio-nale de l'énergie, 1982; Journée d'études sur les données relativesà l'énergie dans les pays en développement, OCDE, 1978; rapports dela Banque mondiale et de consultants.

/l Consommation totale à l'exclusion des soutes relevant du commerceinternational.

o85 -

Tableau 2 : COMPARAISON DE LA CONSOMMATION D'ENERGIEDE DIFFERNTS MODES DE TRANSPORT EN POLOGNE

aLes chif'fres indiquent la cons&omation d'gnergie en kiloéquivalent charbon pour 100 tonnes-km ou 100 voyageurs-km

Voyageurs MarchandisesChemins de fer - moyenne globale /a 3,6 2,4Chemins de fer - traction 4 vapeur 7,6 6,0Chemins de fer - traction électrique 2,6 1,5Chemins de fer - traction diesel 2,7 1,8Voitures particulières

7,5 -Autocar 1,9Avion

11,4 -Camion - 14,5Camion (diesel pour transports routiers) - 5,7Camion (à esence) - 21,9Transports fluviaux (Vistule et Oder) - 2,6Pipeline - 0,6

Source . S. Solevski, Problème concernant l'énergie et le combustible posepar la traction ferroviaire, Problemy Kolejnictwa Varsovie, 1980; résuméfigurant dans le document publid par l'Union internationale des chemins defer sous le titre "Energie et transports", Paris, 1980.

la Le niveau moyen de consommation relativement élevé est lié à l'utili-sation de la traction à vapeur, qui n'est plus utilisée dans la plu-part des pays empruntant i la Banque mondiale.

- 86 -

Tableau 3 : COMPARAISON DE LA CONSOMMATION D'ENERGIE DES GROS CAMIONSET DES CHEMINS DE FER POUR LE TRANSPORT DES MARCHANDISES EN FRANCE /a

gep/tktdivisé par

Utilisation gep/tkt d'unde la ensemblecapacité articulé

gep/tko /b gep/tkt /c z de 38 tonnes

Route

Camion de 19 t 24,0 29,1 83 1,52Ensemble articulé de 21 t 23,3 28,5 82 1,48Ensemble articulé de 38 t 14,9 19,2 77 1,0

Rail

Trains complets 3,5 7,3 48 0,38Wagons isolés (hors

trains complets)Régime ordinaire 4,7 11,0 43 0,57Régime accéléré 7,79 21,8 36 1,14

Source : Les consommations unitaires d'énergie, Documentation française,décembre 1979 (2).

/a Les données indiquent l'énergie consommée à bord des véhicules. Pour leschemins de fer, elles incluent les manoeuvres et les consommations destrains de service. Elles représentent 85 Z de la consommation totaled'énergie des chemins de fer, le reste étant utilisé dans des bâtimentset autres installations fixes (4). Les données n'ont pas été corrigéespour tenir compte du fait que les distances par rail sont en moyennesupérieures d'environ 10 Z aux distances par la route.

/b Gramme équivalent pétrole par tonnes-kilomètres-offerte.

/c Gramme équivalent pétrole par tonne-kilomètre-transportée.

- 87 •

Tableau 4 : COMPARAISON DE L'ENERGIE CONSOMMEE PAR ENSEMBLESARTICULES ET TRANSPORT DE SEMI-REMORQUES PAR FER, AUX ETATS-UNIS

Route Chemin de fer

Distance (km) 672 659

Vitesse (km/h) 68,2 61,1

Poids brut remorque (tonnes) 21,0 1.330 /a

Combustible consomme (litres) 311,5 4.856,9 /b

Semi-remorques chargées/vides 1/0 42/3

Semi-remorques-km par litre 2,2 5,7

Poids brut des semi-remorques (tonnes) /c 21,0 16,4

Tonnes-km brutes par litre 45,1 98,9

Charge payante des semi-remorques (tonnes) 15,5 11,0

Tonnes-km payante par litre 33,3 66,3

Consomation unitaire d'énergie

gep par tonne-km payante 25 12.5

Source . Reilway Age, janvier 1980, et référence 7. D'après des essaiseffectués entre octobre 1978 et mars 1979.

/a Ensemble du train.

/b Y compris le combustible utilisé en ligne et au terminal.

/c Semi-remorques de 13,7 m pour la route et de 12,2 m pour le fer.

- 88 -

Tableau 5 : COMPARAISON DE L'ENERGIE CONSOMMEE POUR LE TRANSPORTDE VOYAGEURS PAR LA ROUTE ET LE RAIL EN FRANCE /a

Trafic voyageurs gep/sko /b gep/pko le gep/pkt /d

Voiture particulibre _d 14-20 61-74

Taxi /e 21-24 104-122

Autobus /e 4,6 19,4

Métro /f 4,2 23,6

Train de banlieue 3,5 20,0

Source : Les consommations unitaires d'énergie, Documentation française,décembre 1979 (2).

/a Voir note de bas de page la, Tableau 3.

lb gep par siège-kilomètre-offerte.

lc gep par place-kilomètre-offerte.

/d gep par passager-kilomètre-transporté.

/e Région parisienne.

/f La consotmiation totale d'énergie, y compris celle des installotionsfixes, est supérieure de 31 Z.

- 89 -

Tableau 6 : DEPENSES D'ENERGIE EN POURCENTAGE DU TOTALDES COUTS TOTAUX D'EXPLOITATION

(AMORTISSEMENT ET PAIEMENTS D'INTERETS NON COMPRIS)

Jusqu'à5 % 5 à 10% 11 15 % 20 à 24 % 25 à 29 %

France Argentine Canadien Corée ThaïlandeNational

Mexique Japon Inde PakistanEtats-Unis

Yougoslavie -BurlingtonNorthern

Bolivie Etats-Unis-SouthernPacific

C8te d'Ivoire- BrésilHaute-Volta -RFFSA

Roumanie Turquie

Données portant sur 1980 ou sur l'exercice 1979-80, et sur 1980/81dans le cas du Japon.

Source : Rapports de la Banque mondiale et rapports annuelssur les chemins de fer.

- 90 -

Tableau 7 : ESTIMATIONS DES ECONOMIES D'ENERGIE REALISABLESDANS LES TRANSPORTS FERROVIAIRES

Economies de combustible additionnellesen % du volume total de combustibleconsommé par les chemins de fer

Améliorations en cas d'application généralisée

Rendement accru du matériel 19 X (combiné) /b

Récupération des chaleurs perduesdes locomotives 6 %

Réduction des efforts de frottementdes bagues d'étanchéité 4 %

Gestion économique des auxiliaireset des installations accessoires,etc. 10%

Réduction du poids à videdu matériel roulant 16 % (combiné) lb

Voitures 12 %Locomotives avec dispositif de

contr8le de l'adhérence la 4 %

Changements divers du matériel 14 Z (combiné) /b

Aérodynamisme des locomotives 7 %

Carénage des wagons 6 %

Autres améliorations des wagons 2 Z

Total combiné 41 % /b

Source Département des transports des Etats-Unis, Rapport No FRA/ORD-80, 18,intitulé Compte rendu technique et Journée d'études sur la gestionde l'énergie, novembre 1979.

/a Il s'agit d'un syst?me de contr8le du patinage des roues qui permetd'utiliser avec un meilleur rendement le poids de la locomotive.

/b Les économies combinées sont généralement inférieures à la somme des dif-férentes sortes d'économies du fait que celles-ci se recoupent souvent.

Tableau 8 TRAFIC CRITIQIT DONNANT UN RF.NDMEENT DF 12 7 DANS DIFFERFNTES CONDITTONS

Cas de ------------------------------- Ecart par rapport au cas de base ----------------------------base -------------- lorsqu'aucun chiffre n'est cité, celui du ces de base S'applique) ------------

Traficmarchandises

Trafic voyageurTrafic essentiellement /a essentiellement /bTerrain Facile

Plus difficile

VA d'installations fixes, CF,1.009 /km 180 130 230

130

VA de l'entretien desinstallations fixes, NF,1.000 $/km 14 10 18

10

Nombre de locomotiveselectriques - z 0,79 0,6 0,6 0,6Nombre de locomotives diesel

CoOt d'une locomotiveDiesel PLD, millions de S 1,3 1,43 1,18Electrique PLE, millions de $ 1,7 1,3 2,2

VNA d'investissementsdatis les locomotives CL,1.000 t/TKums 0,5 -9,0 5,9 -3,9 -3,9

Consciation par 1.000 GTkm,litre*/kWdh 6 5,4 6 5 4,8 8 9 5 9»523 23 20,7 20,7 18,4 31 34,5 34,5Coût du gas-oilen 1985, t/litre 0,26

Mousse en termes réels du 3 Z - 1995 1 %coût du gas-oil 2 Z par la1 par an suite

CoOt de l'électricité en 1985,t/kmh 0,05 0,03 0,07

Nusse en terme@ réelsdu coût de l'électricité,Z par an 0 1 y

Economies d'énergie PV, E,1.000 S/TKmB 8,4 6,4 9,5 7,6 6,7 5,4 13,0 3,8 7,4 11,0 14,2 14,2

VA des économies d'entretiendes locomotives ML,1.000 $/Tma 6,3

4,4 8,8 11,6 11,6

Trafic critique, T,millions de tonnes brutes 13,7 9,9 17,5 8,2 22,0 15,9 12,7 14,5 15,5 17,3 10,3 20,2 14,7 15,8 10,1 6,5 4,7

/a 3 tonnes-km nettes pour chaque voyageur-km. /b 3 voyageurs-km pour chaque tonne-km nette.

-92-

1086 km/h

682 km/h

77 km/ha*.6 72 km/h

69 km/h

• 66 ko/h

Ca26

G48

216

1-i0

~0 0, 1,0 1,5 2.0Rapport poids/puissanceTonnes brutes/puissance maximale en CV

Banque mondiale -255wFigure 1. Lien entre la consommation d'énergie et le rapport poids-puissanceet la vitesse.

La courbe supérieure est fondée sur les mesures indiquées. Lesvitesses moyennes indiquées résultent de calculs par ordinateur desperformances des trains (COPT). Les quatre courbes inférieures ontété obtenues à partir de COPT pour lesquels les vitesses moyennesétaient respectivement de 40, 30, 20 et 10 miles/heure.

Source Référence 14

-93-

Figure 2. Variation du taux de rentabiliti en fonction du trafic,cas de base

0000

10 -

2 e 10 12 14 16 Ms 22Trafic critique en millions de tonnes brutes

Banque tondiale-25749

FIGURE 3 - COUT D'ENTRETIEN DES LOCOMOUVES, EN DOLLARS PAR LOCOMOTIVE-KM

2,0-1,0-

Locomotives Diesels w1 ,8- .Locomotives Electriques

s ... P4

R 9 AD -. '929

9~~~~~ -- ........

0,7-

FE

-- 0

$ 12 - e

0 -

9 i i1f3 IS 17 10 21 23 25 27 29 31 3:3 35 s73AGE DE LA LOCOMOT,IVE, ANNEES

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efficiency in the use of energy by rail-__________Institution Building for Traffic ways. Discusses returns on electrifica-

NEW Management tion of railways. Presents an analysissuitable for prefeasibility studies forEconomic Appraisal of Rural Urban areas face rising demand for estimating the traffic volume at whichtransport which they must meet with electrification becomes economicallyRoads: Simplified Operational low-cost solutions. This guide offers a viable. Includes nine tables, three fig-Procedures for Screening and flexible approach for organizing the ures, and two annexes.Appraisal traffic management function in city Staff Working Paper No. 634. 1984. 94H. L. Beenhakker and A.M. Lago governments. Gives procedures easily pages.Operational approaches simplify Stock No. WP0634. $3.screening and appraisal of rural road Technical Paper No. 8. 1983. 74 pages.

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