Comment maintenir la fraîcheur dans les métros et les trains dans un monde de plus en plus chaud

La température la plus élevée jamais enregistrée par Jonathan Paul dans une station de métro londonienne est d'environ 42 degrés Celsius, soit 107,6 degrés Fahrenheit. Paul, chercheur à Royal Holloway, Université de Londres, utilise son smartphone équipé d'un thermomètre pour effectuer ces relevés. Une telle chaleur inciterait n'importe qui à se réfugier dans le bâtiment climatisé le plus proche. Mais sous terre, c'est impossible. Il n'y a là que des tunnels étouffants et le crissement des trains.

Le réseau du métro londonien traverse une épaisse couche d'argile qui absorbe la chaleur générée par les trains depuis le creusement des tunnels, il y a parfois plus d'un siècle. L'installation de systèmes de climatisation dans les rames risque d'aggraver le réchauffement des tunnels, car l'air chaud des voitures est rejeté dans ces tubes vieillissants.

Mais Paul a une idée pour refroidir les tunnels eux-mêmes. « L'eau, en tant que fluide frigorigène, peut emmagasiner d'énormes quantités de chaleur », explique-t-il. « Elle est omniprésente sous Londres. » Il travaille sur une technologie qui utiliserait les eaux souterraines à environ 10 degrés Celsius pour évacuer l'excès de chaleur des stations de métro. Et il la teste actuellement dans une carrière de craie située à l'ouest de Londres, près de la ville de Reading.

Les trains, ces tubes métalliques bondés de passagers, sont difficiles à climatiser. Or, avec l'intensification des températures estivales due au changement climatique, garantir le confort et la sécurité des transports publics devient primordial. Il s'agit d'un problème mondial. Au Japon et au Maroc, des usagers se sont plaints d'une climatisation insuffisante lors des vagues de chaleur de cette année, et une étude de 2023 a relevé des températures atteignant 47 degrés Celsius dans les wagons de train en Inde .

Paul, notamment, a constaté les effets néfastes de la chaleur sur les usagers des trains de banlieue. « J'ai vu quatre personnes s'évanouir cet été », dit-il.

Les premiers trains climatisés remontent à environ un siècle. Un article de 1933 le décrivait ainsi : « Jusqu’à présent, tout le monde redoutait un voyage en train en été. » Si seulement ils avaient pu prévoir l’avenir ! Aujourd’hui, les trains et les métros peuvent être si inconfortables pendant les vagues de chaleur que de nombreux passagers les évitent tout simplement.

Paul et ses collègues sont convaincus de la viabilité de leur solution. Descendez une échelle de 20 mètres dans cette carrière de craie près de Reading et vous la découvrirez. Plusieurs galeries de tailles variées sont creusées dans la craie et séparées par des portes. « Nous essayons de recréer les conditions réelles du métro », explique Paul, même si l'ambiance dans la carrière est un peu plus morne. « C'est très sombre, c'est assez lugubre. »

En 2022, avec un collègue, il a publié un article décrivant comment l'eau des rivières souterraines ou des aquifères pourrait être pompée dans des échangeurs de chaleur fixés au plafond des quais de métro. L'air chaud aspiré dans ces échangeurs transmettrait une partie de sa chaleur à l'eau, permettant à l'air froid de s'échapper de l'autre côté. L'eau réchauffée s'écoulerait ensuite doucement dans le sol, pour être éventuellement refroidie ou traitée ailleurs.

Un prototype de ce dispositif est désormais installé dans la carrière de craie. « Avec un débit de pompage nominal, nous pouvons abaisser la température d'une pièce [de la taille d'une chambre] d'environ 10 à 11 degrés Celsius en une heure environ », explique Paul. Lui et ses collègues doivent encore tester son fonctionnement dans de grandes pièces et, surtout, il ignore si Transport for London (TfL), l'organisme qui exploite le métro londonien, l'adoptera un jour.

Cependant, Paul affirme que son système pourrait constituer une amélioration significative par rapport à une technologie similaire testée par TfL en 2006. Cette technologie, désormais abandonnée, utilisait des eaux souterraines ayant infiltré la station de métro Victoria, dans le centre de Londres, avant d'être pompées hors de celle-ci. Paul suggère que ce fluide n'aurait pas été aussi froid que l'eau puisée directement dans les aquifères ou les rivières souterraines avoisinantes. Il ajoute que son système utilise des filtres spéciaux afin de réduire le risque d'entartrage excessif et d'obstructions dus à la présence d'eau calcaire.

WIRED a demandé à TfL si elle envisagerait d'utiliser le système mis au point par Paul et ses collègues. Bien que TfL ait refusé de répondre à nos questions, Melvin Lim, un porte-parole, a déclaré que l'organisme avait dû « prioriser soigneusement » ses investissements ces dernières années. Il a notamment souligné la mise en service, l'année prochaine, de nouvelles rames climatisées sur la ligne Piccadilly : « Nous restons ouverts aux mesures qui permettront de gérer l'impact de la hausse des températures due au changement climatique. »

Il faut reconnaître à TfL le mérite d'avoir déployé de nombreux efforts au fil des ans pour tenter de résoudre le problème des tunnels surchauffés, notamment en installant des panneaux de refroidissement sur les parois . Ces panneaux, qui font circuler de l'eau pour évacuer la chaleur de l'air, ont été testés en 2022, mais ne sont actuellement pas utilisés. Paul estime qu'un tel système pourrait s'avérer excessivement coûteux.

Hassan Hemida, de l'université de Birmingham, affirme que la technologie de refroidissement par eau de Paul est une « bonne idée », même s'il reste à voir quelle quantité de chaleur elle pourrait réellement éliminer d'une station de métro réelle, très fréquentée et pleine de monde.

« Certaines lignes ferroviaires mettent à rude épreuve nos capacités de refroidissement », explique Hemida. Il cite l'exemple des trains à grande vitesse circulant à 400 kilomètres par heure. Ces trains déplacent l'air à grande vitesse, ce qui peut entraîner une chute importante de la pression atmosphérique autour des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) situés sur les toits. « Dans ce cas, l'air ne peut plus être aspiré dans le système CVC », précise-t-il. À terme, cela peut provoquer une panne du climatiseur. « Des collègues chinois m'ont contacté et cherchent une solution à ce problème », ajoute Hemida.

De plus en plus d'opérateurs ferroviaires adoptent la climatisation comme équipement de série. La ligne Elizabeth de Londres, encore relativement récente, en est par exemple équipée. Un porte-parole de Škoda Transportation, qui a récemment mis en service des rames de métro climatisées dans la capitale bulgare , déclare : « En général, tous les véhicules que nous produisons sont désormais équipés de la climatisation. » Sharon Hedges, responsable de la communication chez Transport Focus, un organisme de surveillance du secteur, ajoute : « Au moment de choisir de nouveaux véhicules, il est essentiel de prendre en compte ces aspects. »

Les vagues de chaleur sont une chose en Grande-Bretagne. Qu'en est-il du désert égyptien ? L'entreprise technologique allemande Siemens fournit à l'Égypte une nouvelle série de trains à grande vitesse capables d'atteindre 230 kilomètres par heure. Les trains Velaro de la firme sont utilisés dans de nombreux pays d'Europe, mais pour l'Égypte, Siemens les a mis à rude épreuve. L'été dernier, l'entreprise a emmené l'un des trains sur un site d'essais en Autriche et l'a exposé à des conditions extrêmes, notamment des températures atteignant 60 degrés Celsius et des vents violents. « Nous maintenons une température intérieure de 26 degrés même par forte chaleur extérieure », explique Björn Buchholz, responsable des systèmes de chauffage, ventilation et climatisation et des portes.

« Nous avons ajouté un système de filtration spécial », ajoute-t-il, expliquant que cela permettra d'éliminer le sable et la poussière provenant du désert égyptien, afin de maintenir le climatiseur en bon état de fonctionnement.

Un train Siemens Velaro en Égypte.

Photo : Courtoisie de Siemens

Si la climatisation est très appréciée des voyageurs estivaux fatigués, les mesures de refroidissement passif ont également leur place, explique John Lawrence, consultant pour le secteur ferroviaire chez JPL Diversified. De nombreuses gares sont déjà équipées d'auvents qui protègent les quais et les wagons du soleil pendant l'embarquement. Mais ce n'est pas toujours le cas. « Le train peut rester là, en plein soleil, à cuire au soleil ; il faut en profiter pour limiter l'apport solaire », précise Lawrence.

Une fois le train en circulation, des peintures ou revêtements hautement réfléchissants pourraient également s'avérer utiles. Au Royaume-Uni, le Rail Safety and Standards Board (RSSB), organisme indépendant de normalisation et de recherche, prévoit de tester différentes technologies de ce type sur des trains l'année prochaine. « Il y a de fortes chances qu'un revêtement réfléchissant, quel qu'il soit, devienne une solution rentable à ce problème », déclare Richard Walker, directeur adjoint de la recherche au RSSB.

Selon Scarlett Hayward Mitchell, analyste en soutien à la recherche et à l'aménagement du territoire, différents trains pourraient nécessiter des solutions légèrement différentes selon qu'ils empruntent un axe nord-sud ou est-ouest. Cette orientation pourrait avoir une incidence sur les parties du véhicule les plus fréquemment exposées au soleil.

De nos jours, toute intervention sur le réseau ferroviaire est onéreuse. Par conséquent, les mises à jour des systèmes de climatisation ou des livrées sont généralement effectuées lors des modernisations programmées du matériel roulant. Au Royaume-Uni, un programme de nationalisation de certains services ferroviaires – qui les intégreraient à une nouvelle entité appelée Great British Railways – pourrait être une bonne occasion d'investir dans de nouvelles peintures ou livrées pour les trains. C'est en partie pour cette raison que le RSSB a décidé d'étudier actuellement les matériaux réfléchissants, explique Walker.

Pendant ce temps, Paul et ses collègues poursuivent leurs travaux sur leur technologie de refroidissement souterrain sur leur site d'essai, une carrière de craie. « Nous avançons progressivement afin de démontrer la faisabilité de cette technologie pour une utilisation opérationnelle », explique-t-il. « Nous devrions y parvenir d'ici un an environ. »

Si lui, ou n'importe qui d'autre, parvient à intéresser TfL — et à refroidir efficacement le métro —, alors peut-être que tout est possible.