Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Dès l'apparition de l'énergie électrique apte à mouvoir les trains, le problème de leur alimentation s'est posé. Il est une des conditions de la performance du transport ferroviaire. Les puissances demandées, toujours plus importantes, ont engendré une permanente évolution de la technologie des lignes de contact, comme de celle des appareils de prise de courant. La distinction entre grande ligne et transport urbain existe toujours, résultant des contraintes de gabarit nettement différentes. Le présent article en décrit les composantes et leurs caractéristiques. L'infrastructure ferroviaire est un fort enjeu économique et environnemental, il convient donc d'en donner les principaux paramètres en termes de maintenance.
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From the emergence of the world's first electric railway, built by Siemens in 1879 and powered from an external source, the question of their power supply arose. It is a prerequisite for railway transport performance. The increasingly important power supply required has resulted in the continuous evolution of contact line technology, in the same way as that of electric socket devices. The distinction between mainline and urban transport still exists, resulting from significantly different constraints in terms of size and weight. The present article describes the different components and their characteristics. Railway infrastructures are a major economic and environmental issue, providing the principal parameters in terms of maintenance is therefore appropriate.
Auteur(s)
-
Pierre CHAPAS : Ingénieur DPE 1977 - Sénior Expert ferroviaire
INTRODUCTION
L'énergie est à la base de tout moyen de transport :
-
les animaux et l'homme pour les caravanes ou le transport de lourdes charges à l'aide de véhicules équipés de roues ;
-
le vent poussant les voiles des navires en mer ;
-
la vapeur actionnant les pistons d'un moteur d'une locomotive ;
-
la combustion d'un liquide fossile dans les cylindres d'un moteur de véhicule automobile ou de bateau ;
-
la combustion du gaz actionnant un turbomoteur d'avion.
Dans tous les cas, sauf celui du vent, les véhicules, terrestre, aérien ou maritime, embarquent leur source d'énergie pour assurer leur autonomie.
Le chemin de fer a une spécificité depuis le développement de l'électricité industrielle : la voie ferrée est équipée d'une ligne d'alimentation de sorte que l'énergie électrique est « captée », et non plus embarquée, par le véhicule sur rails. Deux conséquences primordiales en découlent :
-
l'autonomie est infinie (tant que la ligne est électrifiée) ;
-
la transformation de l'énergie électrique en énergie mécanique n'engendre d'autre rejet qu'un très faible dégagement de chaleur dû aux pertes. C'est la raison pour laquelle, dès la fin du XIX e siècle, les transports urbains ont été les premiers à mettre en œuvre cette énergie en remplacement de celle du cheval, de la vapeur ou du moteur à combustion interne, très polluants.
Deux parties distinctes recouvrent l'alimentation des trains. La première est la fourniture au réseau ferroviaire de la puissance nécessaire sous la forme et au niveau satisfaisant : ce sont les sous-stations, véritables centrales-interfaces avec le réseau général.
La seconde partie, développée dans le présent article, analyse les fonctions et leurs contraintes, pour assurer la distribution de la puissance électrique en ligne. Les contraintes, électriques, mécaniques, aérodynamiques, sont importantes.
Les différents types d'exploitation des trains demandent une adaptation de ces technologies. Ainsi, les réseaux métropolitains, construits en grande majorité en tunnels, ont-ils, dès l'origine, privilégié l'alimentation par conducteur fixé au sol (appelé communément « 3e rail », respectant ainsi le gabarit restreint de telles infrastructures. De même, le redéveloppement, récent, des réseaux de tramways, engendre des innovations respectant l'environnement des villes, grâce notamment à l'alimentation en énergie par le sol.
Comme il en est pour toute infrastructure de transport, la garantie de bon fonctionnement dans les conditions les plus sévères en termes de densité d'exploitation et de performances économiques, est subordonnée à une maintenance rigoureuse, dont nous analyserons les principaux aspects.
La traction électrique ferroviaire a bénéficié des progrès et des développements de l'électrotechnique et de l'électronique dès l'origine. Une telle dynamique lui a permis de se placer en tête de tous les moyens de transport. En termes de rentabilité énergétique, soulignons le niveau record du rendement atteint par l'engin de traction. Par ailleurs, la transformation de l'énergie électrique distribuée au chemin de fer n'a aucune incidence néfaste sur l'environnement.
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Ligne de contact au sol
En anglais
3. Appareil de prise de courant : pantographe
Le pantographe constitue l'un des deux composants du système d'alimentation par ligne aérienne. Son nom est celui d'un outil de dessin d'autrefois, ayant la forme d'un double losange articulé qui permettait de copier un contour. Jusque dans les années 1960, les pantographes de locomotives avaient la forme d'un losange articulé. Depuis, ils se sont simplifiés sous la forme d'un double cadre articulé (figure 20).
Monté en toiture, il équipe la plupart des matériels roulants à traction électrique, y compris les tramways, fonctionnant sous tension continue ou monophasée. Ses fonctions principales sont électriques et mécaniques .
3.1 Fonctions électriques
Le courant total absorbé par l'engin de traction doit être conduit avec le minimum de résistance de contact pour limiter l'échauffement, notamment à l'arrêt. Le dimensionnement résulte du bilan de puissance comprenant :
-
l'intensité maximale en traction ;
-
la puissance des auxiliaires ;
-
les pertes.
Notons que l'intensité absorbée par le pantographe à l'arrêt, résultant du fonctionnement des auxiliaires seuls, doit être soigneusement prise en compte pour éviter l'échauffement exagéré au point de contact. Une rame de 18 voitures de voyageurs, absorbe jusqu'à 1 200 A sous 1 500 V à l'arrêt lorsque tous les auxiliaires sont en service (éclairage, climatisation, restauration, etc.)
Le matériau en contact avec la caténaire est choisi en tenant compte des caractéristiques mécaniques de celle-ci : tension mécanique et soulèvement admissible. Pour remplir cette fonction, l'archet comporte une ou deux palettes sur lesquelles sont fixées des barres de frottement. Des cornes isolantes, de part et d'autre de l'archet, l'isolent par rapport aux pièces environnantes sous tension. Le matériau des barres de frottement dépend de la tension d'alimentation et du courant absorbé : cuivre, acier, assemblage cuivre – acier ou carbone :
-
sous tension monophasée, le courant varie de quelques dizaines d'ampères à...
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Appareil de prise de courant : pantographe
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - TESSIER (M.) - Traction électrique et thermoélectrique. - Éditions Scientifiques Riber, Paris (1978).
-
(2) - NOUVION (F.) - Les techniques de l'électrification ferroviaire. - École Supérieure d'Électricité, Paris (1966).
-
(3) - ALLENBACH (J.M.), CHAPAS (P.), COMTE (M.), KALLER (R.) - Traction électrique. - Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne (2008).
-
(4) - VIVIANT (G.) - L'évolution de la caténaire pour les vitesses supérieures à 300 km/h. - Revue Générale des Chemins de Fer, avr. 2001.
-
(5) - ALIAS (J.) - La voie Ferrée. - Eyrolles, Paris (1984).
-
(6) - Divers auteurs - Alimentation électrique. - Revue Générale des Chemins de Fer, juil.-août 2001.
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Alstom Transport http://www.alstom.fr
Bombardier Transport http://www.bombardier.com/fr/transport
Cegelec https://www.cegelec-stm.fr/a-propos/
Faiveley Transport http://www.faiveleytransport.com
Furrer & Frey http://www.furrerfrey.ch
Régie autonome des transports parisiens http://www.ratp.fr
Réseau ferré de France – RFF http://www.rff.fr
Société nationale des chemins de fer français http://www.sncf.com
HAUT DE PAGE1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Union internationale des chemins de fer (UIC) http://www.uic.fr...
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