Traction électrique ferroviaire - Dynamique ferroviaire et sous-stations

Ace jour, en France, 44 % des lignes de chemin de fer (soit 14 175 km) sont électrifiées et 3 430 engins moteurs électriques (rames TGV, automotrices et locomotives) assurent 90 % du trafic global voyageurs et marchandises. La traction électrique ne cesse de progresser et elle évolue aussi vite que le monde de la technologie. Parmi les bouleversements qui ont le plus marqué son histoire depuis 20 ans, citons trois faits importants :

• l’introduction de la grande vitesse ;

• la mise en œuvre de l’électronique ;

• l’ouverture européenne.

• Introduction de la grande vitesse

  Nous ne nous étendrons pas sur ce sujet qui a fait l’objet de nombreux articles dans la presse technique depuis le 27 septembre 1981, date d’ouverture au service commercial du tronçon Sud de la première ligne à grande vitesse française (et européenne !) entre Paris et Lyon. Rappelons simplement que, aujourd’hui, c’est-à-dire 17 ans plus tard, ce sont 340 rames TGV qui sillonnent 1 280 km de lignes à grande vitesse ainsi que leurs prolongements sur lignes classiques pour desservir le cœur de nombreuses agglomérations, et pas seulement en France (cf. [D 5 500], figure A). Après leurs premières incursions en Suisse, les rames TGV pénètrent maintenant en Belgique, en Hollande, en Angleterre, en Italie et en Allemagne. L’Europe de la grande vitesse est en marche ! Et même si le très optimiste schéma d’un réseau « tout TGV » a été revu à la baisse, la technologie française a encore des atouts pour les prochaines années, grâce notamment à une nouvelle génération de TGV circulant à 350 km/h en service commercial et dont le premier prototype est prévu pour la fin de cette décennie.

• Mise en œuvre de l’électronique

  Les semiconducteurs de puissance, l’électronique de commande câblée puis l’électronique programmable ont peu à peu envahi nos locomotives, réduisant très fortement le nombre d’équipements électromécaniques. Les automates, les calculateurs et autres processeurs de signaux gèrent maintenant aussi bien les commandes de traction que les portes ou la climatisation.

  Toutes ces nouvelles technologies ont permis l’exploitation des formidables performances des moteurs sans collecteur, synchrones et asynchrones, et c’est d’ailleurs le moteur synchrone qui, le 18 mai 1990, propulsa une rame TGV Atlantique à la vitesse record de 515,3 km/h.

  Les locomotives sont devenues « universelles », aptes à tous les trafics, voyageurs ou marchandises, et elles sont bi, tri ou quadri-courant afin de pouvoir circuler librement en Europe.

  En même temps qu’on améliore les performances, on augmente la fiabilité et la disponibilité des engins tout en réduisant les coûts d’entretien et les temps d’immobilisation : le terminal de maintenance portable, connecté au réseau de communication de bord, est devenu l’outil de base du dépanneur électricien. La traction électrique nouvelle est là !

• Ouverture européenne

  L’Europe des chemins de fer est en marche, c’est vrai, mais elle est difficile à construire, car non seulement les systèmes d’électrification, de signalisation et de télécommunication de chaque réseau sont différents, mais les cultures ferroviaires sont elles aussi différentes. La Communauté européenne a proposé une Directive 96/48 relative à l’interopérabilité du système ferroviaire transeuropéen à grande vitesse : celle-ci permettra d’établir des spécifications techniques communes qui serviront de référentiels techniques pour les Marchés ferroviaires à venir. Si on y ajoute les normes technologiques « harmonisées » par les comités européens et rendues maintenant obligatoires, on voit que le concept de « standardisation » est sur les rails. Et pas seulement côté utilisateur, car les industriels, qui sont le plus souvent des entreprises multinationales, ont eux aussi compris que pour réduire leurs coûts ils devaient rationaliser leurs produits.

  L’idée ayant fait son chemin, le Marché d’acquisition de tous les matériels ferroviaires s’en trouve ainsi bouleversé. Chaque réseau va donc devoir s’y adapter, c’est le nouveau visage du monde ferroviaire en général et de la traction électrique en particulier ; d’ailleurs, le schéma de traction « Européen » existe déjà... !

  Ce premier article sur la Traction électrique ferroviaire comporte quelques rappels de dynamique ferroviaire, afin de présenter la caractéristique effort/vitesse qui est le cahier des charges de l’engin moteur, et un chapitre sur l’alimentation du réseau de traction électrique, avec les derniers développements en matière de sous-stations 1 500 V continu et 25 kV - 50 Hz.

  Un deuxième article « convertisseurs statiques et moteurs de traction » Traction électrique ferroviaire- Dynamique ferroviaire et sous-stations[D 5 502] présente les spécificités des applications ferroviaires modernes. Il est l’objet d’une analyse plus approfondie car il constitue le « cœur » de notre étude : la traction électrique ferroviaire moderne.