Bibliographie & annexes
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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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Pierre CHAPAS : Ingénieur DPE 1977 - Sénior Expert ferroviaire
INTRODUCTION
L'énergie est à la base de tout moyen de transport :
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les animaux et l'homme pour les caravanes ou le transport de lourdes charges à l'aide de véhicules équipés de roues ;
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le vent poussant les voiles des navires en mer ;
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la vapeur actionnant les pistons d'un moteur d'une locomotive ;
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la combustion d'un liquide fossile dans les cylindres d'un moteur de véhicule automobile ou de bateau ;
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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 :
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l'autonomie est infinie (tant que la ligne est électrifiée) ;
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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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Cas particulier : le trolleybus
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6. Courant dans les rails
Quel que soit le type de distribution du courant de traction, caténaire ou conducteur latéral, le retour du courant s'effectue par les rails de roulement. La formule empirique : R v = 0,9/p donne la résistance linéique R v en fonction du poids au mètre du rail. Pour une voie standard avec rail de 60 kg/m, R v ≍ 0,015 Ω/km. Deux cas sont à considérer suivant la nature du courant à acheminer.
En courant continu, les intensités élevées absorbées par les engins moteurs engendrent d'importantes chutes de tension.
pour I = 4 000 A ; ΔU = rI = 0,015 × 4 000 = 60 V/km ;
soit pour 10 km : ΔU = 800 V.
Cette chute de tension est réduite, approximativement de moitié, en connectant les deux files de rails en parallèle au moyen de liaisons transversales. Il reste néanmoins une tension résiduelle provoquant la circulation de courants vagabonds entre rails et sol, l'isolement de l'un par rapport à l'autre étant difficile à réaliser du fait de la qualité des traverses, du ballast et des conditions atmosphériques. Le niveau de ces courants peut atteindre 20 % du courant de traction.
Certaines dispositions sont à prendre pour s'assurer qu'effectivement ce retour se fasse avec toutes les garanties de sécurité, notamment celle du personnel ayant à intervenir sur les voies. Pour ce faire, les rails doivent avoir une conductibilité aussi parfaite que possible pour éviter les surtensions et les courants vagabonds par le sol. Les discontinuités de rails au droit des joints à éclisses, sont résolues par des connexions en cuivre fixées par brasure sur la face extérieure du champignon (figure 28).
En courant alternatif, le cheminement du courant de retour n'emprunte les rails qu'au droit des points d'alimentation et de charge pour s'amortir rapidement entre ceux-ci. Le courant mesurable dans le rail comprend deux composantes :
-
le courant de retour traction I t, c'est-à-dire la partie du courant Ic absorbée par l'engin de traction ;
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le courant induit se propageant dans les rails et provenant de l'induction électromagnétique propre au courant caténaire Ic .
Leur répartition est donnée sur la figure ...
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Courant dans les rails
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
Union...
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