Compatibilité électromagnétique du système ferroviaire - Bases, contexte et référentiels

La mise en circulation d’un convoi ferroviaire suppose que chacun des éléments qui le compose (tramway, locomotive, matériel remorqué, automotrice, rame TGV...) présente une certaine aptitude à s’intégrer au sein du convoi (sous-système matériel roulant), de l’infrastructure ferroviaire, et plus généralement dans son environnement. Réciproquement, les autres mobiles en circulation, l’ouvrage ferroviaire pris dans son ensemble, et les systèmes externes au domaine ferroviaire doivent ensemble respecter la circulation du convoi considéré. En d’autres termes, composer et faire circuler un véhicule ou un convoi ferroviaire imposent de respecter les règles élémentaires de compatibilité électromagnétique (CEM) entre sous-systèmes.

Assurer la CEM entre sous-systèmes est d’autant plus important que le chemin de fer met en jeu des sous-systèmes de grandes dimensions, qu’il utilise de plus en plus la traction électrique et que la puissance des engins moteurs augmente avec les charges remorquées ainsi que les vitesses commerciales pratiquées, que le trafic est accru notamment en zone urbaine... Par ailleurs, la traction électrique fait appel à des équipements à conversion statique d’énergie capables d’établir et de couper de fortes intensités sous des tensions élevées. Cette problématique de CEM concerne aussi bien les transports collectifs en milieu urbain en mode électrique que le chemin de fer en général. Le système ferroviaire est de dimension internationale, et la mondialisation du marché industriel ferroviaire est plus que jamais d’actualité. Les concepteurs doivent donc harmoniser leurs produits en tenant compte de caractéristiques variables selon les pays : tensions et fréquences d’alimentation, équipements de sécurité, gabarits mécaniques, mode d’exploitation...

Le domaine ferroviaire est le siège :

• de courants harmoniques directement liés aux fréquences de fonctionnement des convertisseurs et du réseau d’alimentation ;

• de variations d’intensité à l’origine de champs magnétiques ;

• de variations rapides de tension, lesquelles sont sources de courants capacitifs.

Le domaine ferroviaire comporte aussi des installations à courants faibles utilisés pour les fonctions de contrôle-commande et pour les systèmes d’information. Ces sous-systèmes sont sensibles à l’influence des courants forts. Les dimensions de chacun de ces sous-systèmes sont importantes, quelques dizaines ou centaines de mètres pour le convoi proprement dit, des dizaines de kilomètres pour le sous-système d’alimentation ainsi que pour l’infrastructure en général, notamment les supports des systèmes d’information.

Dans ce contexte, le matériel de traction est souvent considéré comme le principal perturbateur ou « agresseur » tandis que les équipements à courants faibles sont en général considérés comme des « victimes ».

Cet exposé présenté en deux articles conjoints se concentrera sur la compatibilité spécifique au domaine ferroviaire, à savoir l’interaction entre les sous-systèmes le composant... Ne sont donc pas abordées les problématiques de CEM internes à chacun des sous-systèmes qui relèvent de la CEM industrielle, donc plus « traditionnelle » ; ces sujets étant traités dans de nombreuses autres publications des Techniques de l’Ingénieur et ouvrages spécialisés...

Ce premier article décrit les sous-ensembles fonctionnels du système ferroviaire, rappelle quelques grands principes de CEM et pose le cadre référentiel. Le second article [TRP 3 014] détaillera les interactions entre sous-systèmes puis présentera quelques exemples issus du retour d’expérience afin d’expliciter les limites dans la recherche de la compatibilité électromagnétique.