Traction électrique ferroviaire - Dynamique ferroviaire et sous-stations

A ce jour, en France, 54 % des lignes du réseau ferré national, soit 15 350 km (dont 9 380 km électrifiés en 25 kV-50 Hz) sur 28 500 km, sont électrifiés et assurent plus de 90 % du trafic ferroviaire national.

La traction électrique ferroviaire est actuellement caractérisée par les aspects suivants :

• compte tenu des puissances nécessaires pour des trains de capacité unitaire de plusieurs centaines de voyageurs, elle est le vecteur unique tant de la très grande vitesse ferroviaire que des trafics urbains et suburbains. Les trains à grande vitesse utilisent, au-delà ou en amont des lignes à grande vitesse, les lignes classiques électrifiées pour desservir de nombreuses villes ;

• la prééminence de l'électrification monophasée sur l'électrification à courant continu (coût, capacité), fait que les nouvelles électrifications sont presque toujours en 25 kV-50 Hz, sauf quelques prolongements courts du réseau 1,5 kV. La conversion au monophasé 25 kV de lignes électrifiées en 1,5 kV, avec l'exigence de durées réduites d'interruption du service, constitue un challenge d'actualité ;

• les grandes innovations en matière de chaînes de traction, en particulier au niveau des convertisseurs d'énergie et des moteurs de traction triphasés associés. Les puissances massiques accrues permettent de réaliser des engins moteurs « polycourants ». Grâce à l'obtention d'un facteur de puissance très proche de 1 dans tous les régimes de fonctionnement et des spectres harmoniques réduits, ils permettent désormais une meilleure utilisation des installations fixes de traction monophasées. Les développements des convertisseurs de puissance concernent aussi les installations fixes de traction (compensation de déséquilibre, amélioration de l'alimentation en ligne par injection pilotée d'énergie réactive) ;

• sa forte implication dans le processus d'interopérabilité ferroviaire engagé au niveau de l'Europe, dans le cadre de la mise au point des « spécifications techniques d'interopérabilité » du domaine « Énergie ». Cette démarche concerne tant le réseau à grande vitesse que celui du rail dit conventionnel ou lignes classiques. Le sous-système Énergie présente des interfaces majeures avec le sous-système Matériel roulant, dans le domaine de la traction électrique.

Ce dossier comporte :

• des rappels relatifs à la dynamique ferroviaire et aux caractéristiques des engins moteurs électriques, éléments qui sont fondamentaux pour le dimensionnement des installations fixes de traction, soumises à des charges mobiles et très fluctuantes ;

• les principes respectifs des alimentations de traction électrique à courant continu 1,5 kV et des alimentations de traction 25 kV-50 Hz, dont la variante dite 2 × 25 kV, qui fut initiée en France au début des années 1980, à l'occasion de l'électrification de la première ligne à grande vitesse, Paris-Lyon.