Le pont de Recouvrance n'est pas un simple pont. Remplaçant le pont tournant détruit en 1944, il fut à sa construction en 1954 et pendant longtemps le plus grand pont levant d'Europe.Avec ses deux pylônes de 70 mètres de hauteur (une longueur de 88 mètres et une travée centrale métallique de 600 tonnes), il domine l'arsenal et le port militaire de Brest. Plus qu'un ouvrage d'art c'est presque un monument et en tout cas l'un des plus importants symboles de l'agglomération brestoise. Il rend possible le franchissement de la Penfeld, court fleuve ou bras de mer séparant le centre-ville du quartier de Recouvrance. Depuis sa construction, il n'avait connu que quelques rénovations superficielles de ses mécanismes de levage et de sa structure. Mais avec l'arrivée de la première ligne de tramway qui doit emprunter cet axe et circuler sur le pont, celui-ci, qui était dimensionné pour le seul trafic routier, devait être élargi tout en laissant davantage de place aux piétons. Il s'agissait donc de le moderniser,d'ouvrir la voie au tramway tout en en offrant un lieu de promenade sécurisé dominant la rade (la fréquentation piétonne grandissante ne pouvant plus se satisfaire des trottoirs étroits qui n'étaient d'ailleurs plus aux normes). Les études entreprises ont conduit au choix d'un programme comprenant un élargissement, la construction d'une nouvelle travée mobile et la refonte complète des mécanismes de levage. Ces derniers exploitent un système de contrepoids qui a été adapté aux nouvelles caractéristiques du tablier. Les câbles, molettes, treuils de manœuvre, engrenages, et attaches de poids ont été remplacés par les entreprises Joseph Paris et Endel. Seuls les contrepoids ont été conservés et rechargés pour les adapter à la masse de la nouvelle travée. Neuf mois d'études, sept mois d'approvisionnement et neuf mois de fabrication ont précédé l'installation du nouveau dispositif durant l'été 2011.

Si le remplacement de la travée centrale, la réparation des mécanismes et la création des trottoirs en encorbellement ont nécessité un chantier techniquement et logistiquement complexe, le renouvellement complet des systèmes de contrôle/commande n'a pas été non plus une sinécure. « La conception de l'ensemble du dispositif électrique et de l'architecture d'automatismes a exigé 3 000 heures de travail plus 1 500 heures sur le chantier , indique Nicolas Lucas, responsable du département Electrotechnique et Automatismes chez Joseph Paris. Le système assurant le pilotage des opérations de levage et la sécurité d'exécution a été complètement renouvelé » . L'ancien dispositif n'employait pas d'automates mais un système de relayage ancestral avec un indicateur d'horizontalité de la travée. La commande des mouvements de montée et de descente s'effectuait manuellement par un opérateur qui disposait d'informations provenant de divers capteurs dont un indicateur d'horizontalité de la travée. Dorénavant ce sont deux automates Premium redondants de Schneider Electric associés à deux automates PSS4000 de Pilz pour la gestion de la sécurité qui pilotent les opérations de levage via des variateurs de vitesse et toute une panoplie de codeurs.

Le pont de Recouvrance fut à sa construction en 1954 le plus grand pont levant d'Europe. Il domine l'arsenal et le port militaire de Brest. Avec l'arrivée de la première ligne de tramway qui doit emprunter cet axe et circuler sur le pont, celui-ci a été complétement rénové. Il a été pourvu d'un plus large tablier mobile et le système de contrôle commande du processus de levage a été entièrement renouvelé.

Processus de levage

Avant de détailler le processus d'automatisation précisons le fonctionnement de l'installation. Le pont de Recouvrance est un pont levant constitué de 4 pylônes dans lesquels un système de poulies et de contrepoids équilibre le poids de la travée mobile. La travée est manœuvrée à l'aide de 2 treuils situés chacun sur une rive, dans une salle des machines implantée entre les 2 pylônes. Le pont présente une course de levage de 26 m afin de libérer un tirant d'air suffisant pour le passage des bateaux. La travée est suspendue à chacun de ses quatre angles à un groupe de câbles passant sur une molette placée au sommet du pylône correspondant et supportant le contrepoids qui coulisse dans le pylône. Le mouvement de la travée est produit par des câbles de manœuvre agissant via la partie inférieure des contrepoids. Ces câbles viennent s'enrouler pour chaque rive sur un treuil à double tambour sur lequel s'enroulent aussi, en sens inverse, des câbles supportant des contrepoids auxiliaires de 18 tonnes, qui suivent le mouvement des contrepoids principaux tout en restant indépendants de ceux-ci. Quand le pont n'est pas sur ses appuis, la travée se trouve équilibrée par l'ensemble des contrepoids principaux et des contrepoids auxiliaires, ces derniers agissant par l'intermédiaire des tambours. Pour la pose sur appuis, avant de bloquer les freins, le mouvement du treuil continue à la descente de manière à mollir les câbles de manœuvre. La tension due au poids des contrepoids auxiliaires ne se transmet plus et une prépondérance de la travée de 72 tonnes est ainsi établie ce qui évite tout risque de soulèvement par un vent vertical ascendant et les vibrations au passage des charges.

Le pont effectue en moyenne 65 cycles de manœuvre (montée + descente) par an dont 50 cycles d'exploitation et 10 cycles pour maintenance. La durée de manœuvre du pont est de 3 minutes (montée ou descente). La durée totale d'un cycle de levée/ descente est de 4 minutes à compter de l'arrêt ou le rétablissement de la circulation routière, dont 1 minute d'attente pour l'ouverture/fermeture des barrières et les vérifications de sécurité (évacuation totale de la travée mobile). A ces temps de levée et de descente s'ajoutent également les temps de coupure et de remise en service des équipements du tramway.

Le pont de Recouvrance est un pont levant constitué de 4 pylônes dans lesquels un système de poulies et de contrepoids équilibre le poids de la travée mobile. La travée est manœuvrée à l'aide de 2 treuils situés chacun sur une rive, dans une salle des machines implantée entre les 2 pylônes. Le pont présente une course de levage de 26 m afin de libérer un tirant d'air suffisant pour le passage des bateaux. Toutes les informations relatives au processus de levage sont accessibles depuis l'application de supervision.

L'architecture d'automatismes et de sécurité

Tous les mouvements de la travée sont pilotés par l'architecture d'automatismes conçue par le bureau d'études de Joseph Paris. Les entrées de sécurité sont traitées par un automate de sécurité PSS4000 (PLe, Cat.4) placé dans chaque salle machines située sur chaque rive entre les piles du pont. Ces derniers communiquent entre eux via le réseau de sécurité SafetyNet. Ils contrôlent l'état des sécurités des deux côtés du pont avant de délivrer la puissance nécessaire au fonctionnement. Sur chaque rive, les sorties logiques de sécurité valident le contacteur de ligne, l'entrée “arrêt sécurisé” du variateur et la commande des freins de sécurité. Toutes les données de sécurité sont transmises à l'automate Premium par Ethernet. Les entrées automates valident le fonctionnement, les sorties, les sens et la vitesse du mouvement. L'automate standard vérifie l'ensemble des sécurités et des défauts qui ne sont pas traités directement dans le système de sécurité. Il valide les conditions d'enclenchement de la puissance et génère les ordres de commande.

Ce sont deux automates Premium redondants de Schneider Electric associés à deux automates PSS4000 de Pilz pour la gestion de la sécurité qui pilotent les opérations de levage via des variateurs de vitesse et toute une panoplie de codeurs.

Toutes les informations relatives au processus de levage sont accessibles depuis l'application de supervision.Celle-ci a été développée avec le logiciel PCVue de l'éditeur Arc Informatique. Elle autorise depuis le poste de commande le contrôle et le pilotage de la travée mobile, et des différents organes électriques de l'ouvrage. Elle délivre à l'exploitant une visibilité sur tous les équipements. Les différents synoptiques lui offrent la possibilité de commander les organes de manœuvres de la travée, surveiller le bon fonctionnement des moteurs et des pompes, d'être informé de la position des capteurs et d'être alerté des éventuels dysfonctionnements de l'installation. « Nos équipes maîtrisent la conception d'applications de supervision sous PCVue mais pour ce projet nous avons préféré sous-traiter la réalisation à l'entreprise Clemessy afin de concentrer notre attention sur les aspects réseaux industriels et automatismes de sécurité, véritables enjeux techniques de ce projet » , indique Nicolas Lucas. Tous les paramètres de fonctionnement sont visualisables depuis l'application de supervision. Il est par exemple possible de relever les valeurs de couple lues dans le variateur pour affiner la masse du contrepoids ou encore de récupérer les informations issues des codeurs.

Contrôles de sécurité

Les codeurs sont d'ailleurs au cœur du système de sécurité. Ceux-ci sont placés sur les poulies de chacun des quatre pylônes du pont et sur les tambours des treuils. Une vingtaine de fonctions de sécurité sont traitées dans les automates PSS4000 et conditionnent l'activation de la puissance. Elles sont gérées de la même manière par l'automate de sécurité installé sur chaque rive. Outre l'activation d'un des arrêts d'urgence situés dans les salles machines et sur le pupitre de commande, différents contrôles assurent la sécurité de fonctionnement et génèrent un arrêt si un défaut est constaté. Le contrôle de dévirage détecte que le rapport entre la vitesse de rotation du moteur et celle d'un tambour n'est plus constant. La vitesse de rotation du moteur est fournie par un codeur incrémental et celle du tambour par un codeur absolu SSI. Ce contrôle est effectué pour chaque tambour de la salle des machines. Le dévirage est géré dans l'automate de sécurité au moyen de cartes d'entrées pour codeur incrémental et codeur SSI, le traitement est effectué de manière sécurisée par deux processeurs redondants.

Le contrôle de la survitesse identifie un emballement de la cinématique de levage. Elle relève un dépassement de la vitesse au-delà de 110% de la vitesse maximale autorisée.La survitesse est gérée indépendamment pour chaque tambour. Une consigne d'exploitation ordonne l'analyse de la cause du défaut avant de poursuivre les manipulations.

L'horizontalité longitudinale de la travée est surveillée grâce aux codeurs absolus SSI placés sur chaque molette. Les positions des molettes permettent ainsi de connaître l'altimétrie des quatre coins de la travée mobile. Les codeurs des molettes sont lus par les cartes d'entrées SSI du système de sécurité qui transmet également les informations de position à l'automate standard. Si une différence de niveau est détectée entre les deux rives, l'automate standard effectue un rattrapage automatique en cours de manœuvre. Si la différence de niveau atteint la valeur limite de 35 cm, la travée est alors immédiatement stoppée par un arrêt de sécurité généré par le système PSS4000. Le rattrapage sera alors réalisé sur une des deux rives manuellement par l'opérateur.

L'horizontalité transversale de la travée est surveillée grâce aux codeurs absolus SSI placés sur chaque molette. Si une différence de niveau est constatée sur une même rive (un décalage pouvant se produire s'il y a par exemple des allongements de câbles différents), l'information est signalée sur le PC de supervision. Si la différence de niveau sur une même rive est importante, au-delà d'une valeur limite de 3 cm, la manœuvre de la travée est automatiquement stoppée en arrêt de sécurité. Le rattrapage sera alors réalisé en fonctionnement manuel dégradé et la rectification devra se faire soit au niveau des dispositifs de réglage des câbles, soit en utilisant les accouplements débrayables entre les réducteurs primaires et secondaires afin de manœuvrer un seul tambour d'une même rive.

Le mou de câble peut apparaître en phase de descente de la travée au niveau du câble de manœuvre si la montée du contrepoids principal ou la descente de la travée est gênée (les câbles de suspension restant tendus par le poids de la travée d'un côté et celui du contrepoids principal de l'autre côté). Il est détecté au niveau de chaque pylône en relevant une rotation moindre (ou nulle) de la molette alors que le tambour tourne.Le mou de câble est inhibé lorsque la travée est posée sur ses appuis puisque le câble de manœuvre est volontairement détendu afin d'avoir la prépondérance de la travée. Le mou de câble entraîne un freinage d'urgence sur le mouvement en cours et interdit de poursuivre plus loin. Par contre, le mouvement dans le sens opposé est autorisé après réarmement pour retendre le câble. Une consigne d'exploitation ordonne l'analyse de la cause du défaut avant de poursuivre les manipulations. Divers autres contrôles sont effectués tels que la détection de surtension d'un câble par mesure de couple au niveau du variateur (à 110% du couple nominal un contact sec en sortie du variateur informe le système de sécurité qui génère un arrêt) ou encore d'une surcourse (un capteur de surcourse est installé dans chaque pylône en dessous de la position basse du contrepoids principal (i.e. la position haute de la travée. Une sur-course entraîne un freinage d'urgence sur le mouvement en cours).

Tous les mouvements de la travée sont pilotés par l'architecture d'automatismes conçue par le bureau d'études de Joseph Paris. Les entrées de sécurité sont traitées par un automate de sécurité PSS4000 placé dans chaque salle machines située sur chaque rive entre les piles du pont.

Les codeurs ont un rôle essentiel dans le dispositif de sécurité et de pilotage de la travée. Ils rendent possible le positionnement au millimètre près. Des codeurs incrémentaux sont disposés sur les tambours des treuils et des codeurs SSI absolus sur les molettes.

Le rôle essentiel des codeurs

On le voit, les codeurs ont un rôle essentiel dans le dispositif de sécurité et de pilotage de la travée. Ils rendent possible le positionnement au millimètre près. « Traditionnellement les équipements de levage ne réclament pas une telle précision. On veut juste savoir comment on s'arrête. Ici ce ne sont pas des informations “tout ou rien” (TOR) qui sont exploitées par le système de sécurité comme traditionnellement mais les valeurs au mil-limètre fournies par les codeurs » , explique Cyril Giraudeau ingénieur automaticien et chef de projet chez Joseph Paris. Des codeurs incrémentaux sont disposés sur les tambours des treuils et des codeurs SSI absolus sur les molettes (ce qui assure la connaissance de la position de la travée en cas de coupure de courant). La cohérence entre les valeurs relevées par les deux types de codeurs est vérifiée et procure la redondance de l'information. La comparaison de ces informations n'est d'ailleurs pas si simple que cela peut paraître. « L'utilisation de blocs certifiés pour la comparaison de valeurs analogiques issues des codeurs n'est pas facile à réaliser. Cela n'a rien à voir avec la comparaison de valeurs logiquesTOR.Le plus délicat a été d'effectuer des calculs sur les données issues des codeurs dans l'automate de sécurité qui n'offre pas toutes les souplesses des langages automates standard », précise Cyril Giraudeau. « Le propre de l'automate de sécurité est de traiter des signaux TOR, il n'est pas censé exécuter des calculs et traiter des informations analogiques. Mais il s'adapte à ces nouvelles problématiques » , rapporte Benoît Petit chef de produits Automates et Réseaux chez Pilz.

Pour les ingénieurs de Joseph Paris, l'exploitation d'automates de sécurité Pilz sur une installation était une première. Ce choix s'est avéré incontournable car la réalisation du dispositif de sécurité basé sur un système de relayage avec la comparaison de données analogiques s'avérait très complexe voire impossible à mettre en œuvre. Sans compter qu'il aurait fallu acheminer en “sous fluvial” la vingtaine d'informations de sécurité par des câbles dédiés. Le système de commande configurable PnozMulti de Pilz, qui vise à combler les lacunes entre les blocs logiques de sécurité classiques et les systèmes de commande programmables, n'était pas non plus approprié pour cette application. « Cela aurait conduit à la réalisation d'une architecture trop hétérogène. De plus, les ressources de calcul n'étaient pas les même qu'avec l'automate de sécurité PSS4000.Le calcul d'asservissement et le renvoi à l'automate standard des valeurs mesurées par les codeurs n'étaient pas possibles », indique Cyril Giraudeau. « Le système PnozMulti n'offre effectivement pas la possibilité d'effectuer des calculs aussi pointus et d'en transmettre le résultat.Il dispose seulement de la capacité de récupérer une mesure réalisée par un codeur et de la transmettre en signal TOR » , précise Christophe Hays, ingénieur commercial secteur Ouest chez Pilz. Le choix de Joseph Paris s'est porté sur la gamme PSS4000 car le constructeur allemand était l'un des rares fournisseurs capables de traiter les valeurs fournies par les codeurs. « De plus,l'emploi d'un automate de sécurité rend possible des diagnostics très rapides » , souligne Nicolas Lucas. L'architecture de sécurité est quelque peu différente de celle des automatismes standards. Pilz ne disposant pas d'entrées codeurs adaptée à sa plate-forme d'entrées/ sorties déportées, un automate PSS4000 est installé de chaque côté du pont. Ils sont équipés de quatre cartes d'entrées pour codeurs SSI et de deux cartes pour codeurs incrémentaux. Chacun d'eux gère une centaine d'entrées/sorties qui sont, à part celles dédiées aux codeurs, pour la plupart des signaux TOR. Ils surveillent et traitent de la même manière les informations liées à la sécurité. Un type d'arrêt généré d'un côté est transmis par le réseau de sécurité et génère le même type d'arrêt sur l'autre rive.

Reprise de communication

Toutes les données de sécurité sont transmises par Ethernet via le protocole Modbus TCP à l'automate Premium de Schneider. Ou plus exactement à un couple d'automates redondants à chaud installé sur la même pile du pont. Cet automate, qui commande les variateurs qui pilotent les treuils de levage, est relié via Ethernet à des modules d'entrées/sorties installés de chaque côté du pont. Ses entrées/sorties déportées collectent toutes les informations ne concernant pas la sécurité: capteurs, éclairage, accessoires, disjoncteurs, etc.

Après l'installation spectaculaire de la nouvelle travée en août 2011 et les nombreux réglages et tests qui ont été nécessaires, la première levée diurne du pont a eu lieu début janvier. Le 23 mars, le tramway a franchi le pont de Recouvrance lors d'une campagne d'essai avant son inauguration officielle prévue le 23 juin.

Pour assurer la disponibilité maximale du système de levage, en cas de défaillance de l'automate principal, il fallait s'assurer d'un redémarrage très rapide du système lorsque l'on bascule sur l'automate Premium de secours. « Là, on est opérationnel en une seconde » , assure Cyril Giraudeau. Lorsqu'un défaut survient sur l'automate maître, le PSS4000 se met évidemment en sécurité. « Mais quand l'automate maître tombe en panne l'esclave prendre l'adresse IP du maître. C'était un nouveau cas de figure à gérer pour le PSS4000. Il a donc fallu mettre au point la partie reprise de communication avec le second automate sans intervention humaine et sans coupure de l'équipement » , rapporte Christophe Hays. Tous composants d'automatismes (automates standard et de sécurité, entrées/sorties déportées, variateurs, etc.) ainsi que les serveurs redondant pour l'application de supervision sont reliés à une boucle optique Ethernet autocicatrisante assurant la circulation des informations dans un sens ou dans l'autre même en cas de coupure de câble. Les équipements de vidéosurveillance, de télé-phonie et de sonorisation y sont également connectés.Les échanges liés au passage du tramway y sont aussi véhiculés. La ligne de tramway qui franchira le pont devrait être ouverte d'ici fin juin. Le projet qui a démarré durant l'été 2010 pour Joseph Paris touche donc à sa fin. Après l'installation spectaculaire de la nouvelle travée en août 2011 et les nombreux réglages et tests qui ont été nécessaires, la première levée diurne du pont a eu lieu début janvier. Le 23 mars, le tramway a franchi le pont de Recouvrance lors d'une campagne d'essai avant son inauguration officielle prévue le 23 juin