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RÉSUMÉ
Le système ferroviaire est vieux de plus de deux siècles, mais il a subi d'importantes évolutions technologiques. Aujourd'hui, chacune de ses composantes utilise de l'électricité, à travers des technologies électrotechniques et électroniques. Cet article détaille les composantes du systèmes ferroviaire par rapport à leur usage de l'électricité : infrastructure, matériel roulant, énergie, sécurité et signalisation. Puis les modes de traction, électrique et autonome, sont présentés.
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Pierre CHAPAS : Senior Expert (honoraire) - ALSTOM Transport
INTRODUCTION
Le transport ferroviaire participe à la vie économique et industrielle depuis près de deux siècles (encadré A) dans la plupart des pays (cf. tableau 6, page 14). Après avoir été le seul moyen de transport terrestre de masse pendant près d’un siècle, sa physionomie évolue très profondément. L’électricité a été et est toujours l’un des arguments majeurs de ce développement par les atouts déterminants qu’elle procure au chemin de fer :
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en termes de rendement énergétique, il se classe au tout premier rang de par sa conception même : l’énergie de frottement au contact roue rail est le plus faible et la traction électrique renforce encore ce bilan ;
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par rapport à l’environnement, il respecte – grâce à l’emploi de l’énergie électrique – une parfaite intégration, que ce soit en site urbain ou sur ligne à grande distance.
Il est intéressant, dans ce cadre, d’analyser les principales composantes – ou vecteurs – de ce qu’il faut appeler le « système ferroviaire ». Cette approche est tout à fait transposable à tout autre système de transport : aérien, maritime ou routier.
Chacune de ses composantes utilise les applications de l’électricité ; c’est l’analyse que se propose le présent article, après avoir donné quelques repères historiques.
Parallèlement, tous les aspects du chemin de fer bénéficient de l’électricité : la climatisation des voitures, la signalisation lumineuse, la motorisation des aiguillages, etc.
L’évolution des transports est telle que la concurrence s’exerce à tous les niveaux. Dans ce cadre les atouts et les handicaps de chacun sont déterminants. Après une situation de monopole pour le transport des passagers comme celui du fret, jusque dans les années 1960, le chemin de fer se place dans les créneaux correspondant à ses points forts :
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la grande vitesse s’est développée en Europe, aux États‐Unis et est à l’état de projets en Asie et en Australie ;
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les transports urbains sous la forme de métros, réseaux suburbains, tramways, permettent la décongestion des villes et l’atténuation de la saturation des infrastructures et des pollutions atmosphériques engendrées par l’automobile ;
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le transport du fret entre dans la complémentarité des systèmes de transport et évite les risques subis par les transports routiers, en termes de saturation, de sécurité et de pollution.
Ces trois axes majeurs font appel aux technologies électrotechniques et électroniques ; en effet, les impératifs de rentabilité mettent en jeu les aspects énergétiques et de développement durable.
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Sécurité et signalisation
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7. Traction électrique
Le principe du guidage par voie ferrée s’est dès l’origine associé au principe du « guidage électrique » consistant à distribuer l’énergie tout le long de la ligne. Basé sur l’emploi du moteur électrique, ce système exige une infrastructure complexe d’alimentation des engins moteurs : raccordement au réseau de distribution et distribution en ligne.
7.1 Systèmes d’alimentation de traction
Les premières applications du moteur électrique de traction ont concerné les transports urbains à puissance et vitesse modestes. Le moteur à courant continu à collecteur à excitation série a été universellement utilisé car il présente la caractéristique effort – vitesse la mieux adaptée aux exigences de la traction :
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effort élevé au démarrage ;
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grande plage de variation de vitesse.
Les premières électrifications des réseaux urbains (tramways, trains de banlieue, puis métros) ont été réalisées en tension relativement basse, 600 V, puis à 750 V, à la fois pour des raisons de gabarit des tunnels, de sécurité du personnel et des possibilités de génération de tension continue à l’aide de commutatrices. La demande de puissance et de vitesse s’est accrue lorsque l’électrification des grandes lignes a été envisagée. Le choix d’un niveau de tension plus élevé a conduit à l’utilisation de tensions de 1 500 V en France et aux Pays‐Bas, 3 000 V en Italie, Belgique, Espagne, Pologne.
Sous l’impulsion de Ben Eschenbourg, en Suisse, l’adoption du moteur universel alimenté en courant alternatif monophasé à basse fréquence s’est généralisée en Allemagne, Autriche, Suède. Ainsi, les réseaux de ces pays ont été électrifiés en 15 000 V et une fréquence de 16,7 Hz.
Dans les années 1950, les chemins de fer français, sous l’impulsion de Louis Armand, expérimentèrent l’alimentation en 25 000 V, à 50 Hz, donnant ainsi la capacité au chemin de fer d’être un simple abonné du réseau général d’énergie. Ce fut l’avènement de la fréquence dite « industrielle ». Ce système, de part sa simplicité de mise en œuvre et son excellent...
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Traction électrique
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - NOUVION (F.), WOIMANT (B.), MACHEFERT-TASSIN (Y.) - Histoire de la traction électrique, - Éditions La Vie du Rail.
-
(2) - KALLER (R.), ALLENBACH (J.M.) - Traction électrique, - Presses Polytechniques et universitaires romandes.
-
(3) - * - Guide de la Technique (4) – Les Constructions – Presses Polytechniques et universitaires ro- mandes (1993).
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