CHAPITRE III

Voie proprement dite. Éclissages électriques. Kclissages plastiques et à amalgame. Rails soudés. Dispositions complémentaires pour assurer le retour du courant par les rails. Prolil en long; pentes et rampes. Courbes.

Voie proprement dite. — La voie d'un chemin de fer électrique doit avoir toutes les qualités d'une bonne voie de chemin de fer à vapeur. A la vérité la fatigue sera moindre, en raison du mouvement rotatif des moteurs qui permet, beaucoup mieux que le mouvement alternatif des locomotives, l'insertion des roues entre les rails. Mais il n'y aura pas lieu d'en tenir compte pour sacrifier à la solidité, l'expérience prouvant qu'une voie résistante, robuste et bien établie, revient finalement moins cher, quand on fait masse des dépenses d'entretien et d'établissement, qu'une voie plus économiquement construite.

Des rails lourds et longs sont à recommander : lourds parce que la voie sera moins déformable, longs pour la double raison que le passage du matériel sur les joints sera moins fréquent et que, d'autre part, les éclissages électriques seront moins nombreux. Nous entendons par éclissages électriques, comme nous lavons dit au chapitre premier, les jonctions en cuivre que l'on établit de part et d'autre des joints, afin de transformer la voie en un conducteur ininterrompu. Toutefois de tels éclissages ne sont nécessaires qu'autant que l'on se sert des rails pour le retour du courant. Mais c'est là le cas le plus général. A ce point de vue l'emploi de rails pesants est également un avantage, car la résis-

von

tance électrique d'un rail diminue quand son poids augmente.

Dos rails de 18 mètres de longueur et de 45 a. 50 kilogrammes au mètre courant conviennent très bien pour un chemin de fer électrique1.

On peut faire usage soit du mil à double champignon, soit du rail Vignolc; mais ce dernier paraît préférable, car il facilite la pose des éelissages électriques fig. 94, 95, i)(!\ , f>- ,

Fig. 9i. — llail Yignole >iii rhemiii lie fer iiiûlri-politain Je Paris.

Le montage de la voie n'offre rien de bien particulier. Signalons cependant que, dans certaines installations (le Métropolitain de Berlin, par exemple), on n'a pas jugé utile, en raison de la suppression des mouvements do lacets qui sont la caractéristique de la locomotive à vapeur, d'incliner les rails sur les traverses. Ceuxci sont placés verticalement et la table de roulement est horizontale. Le bandage de la roue est établi en conséquence.

Que le rail soit vertical ou incline1, il y a d'ailleurs toujours un

très grand intérêt il mettre son profil en harmonie avec celui du bandage des roues, Nous reviendrons sur ce point en parlanldti matériel roulant.

l.a pose des rails sur traverses et ballast est celle qui convient le mieux, à air libre. Quand la distribution du courant se fait par troisième rail on prévoit, tous les 3 à 4 mètres, une traverse un peu plus

Fig. 95. — Riiil Vignole du chemin de fer électrique longue (1UC les autres

de Milan uVarèse. r ... •.

pour soutenir le rail

conducteur (fig. 97 et 98). Dans les souterrains, surtout les grands souterrains, comme ceux des métropolitains, la pose sur longrincs peut également élreenvisagée (fig. 99). On obtient, avec ce système, une voie bien fixe, facile à visiter et dont l'entretien, si le tunnel est sec. est a peu près nul. L'inconvénient est qu'elle est un peu sonore. Mais on diminuera l'importance des vibrations en plaçant sous les rails des semelles en feu Ire ou

en bois de peuplier. Au surplus, la sonorité de Fi* % ,~ Rlil ^ign"le

r ■ r > du chemin de (t'i

la voie sur longrine se trouve fortement allé- électrique du Fajel

nuee quand la traction est assurée, non par des locomotives électriques, mais par des automotrices électriques. Dans les courbes, la pose de la voie sur longrines présente cer-

voie îai

laines difficultés en raison du devers et de l'installation du ti'oi-

sième rail. Toutefois ces difficultés sonl loin d'être insurmonlablcs. On fait également remarquer qu'en cas de déraillement les

voitures sont plus difficiles à remettre sur les rails. Mais les déraillements sont heureusement très exceptionnels et ils ne se produisent que rarement en voie courante.

Les rails Vignolc conviennent bien pour la pose sur longrine ; mais, pour éviter les déversements, il faut rapprocher beaucoup les tire-fonds.

On a combiné également (au Central London par exemple) des rails spéciaux pour pose sur longrine (fig. 100). Ce sont des rails

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Fig. 98. — Voie de chemin de fer électrique du Fayet à Chamonix.

à évasement, genre Barlow ou autres. Dans le cas du Central London un tel rail permettait en outre de gagner quelques centimètres dans le sens de la hauteur, ce qui n'était pas à dédaigner, étant donné que la ligne est constamment souterraine et tubulairc.

Des rails genre Barlow peuvent aussi être employés pour le passage des ouvrages d'art.

Nous n'avons eu en vue, dans tout ce qui précède, qu'une voie de chemin de fer, à plate-forme complètement indépendante. S'il s'agit d'un chemin de fer d'intérêt local ayant, sur certaines parties de son parcours, le caractère d'un tramway, on devra, sur ces sections spéciales, le considérer, au point de vue de la voie, comme un véritable tramway. Par conséquent, au lieu d'une voie à rails saillants, qui devient inapplicable dans une traverse, on fera usage, de rails noyés dans les chaussées (rails à gorge). Nous renvoyons, pour tout ce qui concerne l'établissement de telles voies, à notre ouvrage : Les Tramways électriques1.

1 Les Tramways électriques, 2« édition. Béranger, éditeur.

Lorsque la voie doit être établie sur un ouvrage métallique on doit faire en sorte qu'elle en soil isolée conformément aux prescriptions de l'Instruction du 2'i juin 1895. Le but est, dans ce cas, d'éviter que le courant ne passe dans le métal pour en sortir en un point déterminé. Or, comme nous le dirons plus loin, il est toujours à craindre que, là où lecourunt quitte

une masse métallique, il ne produise ■§

des actions électro-chimiques len- *

danl à attaquer le métal. S

La voie d'un chemin de fer élec- a

trique s'établit généralement au a

gabarit normal. On y trouve col g

avantage de pouvoir loger plus com- - g

modem en t les moteurs sous la caisse 7

des voilures. 11 est d'ailleurs a

remarquer que, dans la plupart dos £

cas, la question ne se pose môme I

pas, puisque ce sont généralement S

des chemins de fer existants que ~

l'on transforme et que celte transformation se trouve ordinairement diclée par un accroissement de trafic, qui exigerait plutôt un élargissement qu'une diminution du gabarit. La voie de 1 nié Ire n'a été adoptée que dans des cas spéciaux (chemins de fer de montagne, chemin de fer de l'exposition de 1900, chemins de fer d'intérêt local avec alimentation par usine

IÏ4 LES CHEMINS DE FER ELECTRIQUES

hydro-électrique, etc.). Le métropol itnin électrique de Paris avait été prévu avec la voie de 1,30 m. largeur que l'on ne renconlrenullcpart. La raison était que l'on voulait éviter toute intrusion possible du matériel des grandes lignes sur ce chemin de fer, donl le caractère devait olrc nettement municipal. Mais la loi du 30 mars 1898, qui a autorisé le travail, a imposé une largeur de voie normale, soi!

1,44 m. Malheureusement le tunnel n'a été établi que pour des voilures de 2,40 m. de largeur, type incommode et qui limite d'une façon 1res fâcheuse la capacité des trains pendant les heures de grande af Aliénée.

Éclissages électriques. — Ces éclissages sont indispensables parce que les éclissages mécaniques ne constituent pas un joint électrique suffisant. Le jeu qui existe enlre les boulons cl les rails, les oxydations qui se produisent sous l'influence de l'humidité, créent des résistances qui s'opposent au passage du courant.

L'importance des éclissages dépend de l'intensité du courant à écouler. Par conséquent, ils seront d'aulant plus simples que la tension du courant de distribution sera plus élevée. Soit, par exemple, un train consommant 2.'i0 ampères moyens à 500 volts. Si la distribution se faisait à 5 000 volts, le débit ne serait plus que de 25 ampères. Par conséquent il passerait dans les rails dix fois moins d'électricité que dans le premier cas et la section dos éclissages électriques pourrait cire réduite dans le rapport I ii 10.

On doit bien se rendre compte que la trop grande résistance d'une voie n'a pas seulement pour effet d'augmenter la différence de potentiel existant entre les extrémités de la ligne; bien qu'il s'agisse d'un courant de retour, elle entraîne des pertes d'énergie intervenant, au point de vue du rendement, au mémo titre que les perles dans les conducteurs de distribution.

Les inconvénients d'une trop grande différence de potentiel aux extrémités de la ligne sont que le courant de retour cherche alors à s'écouler par les conduites d'eau ou de gaz situées à proximité. 11 les suit jusqu'à se rapprocher de l'usine ou d'une partie de la voie moins résistante et les abandonne, alors, en traversant le sol. Or celui-ci contient des substances chimiques qui,, sous Faction du courant, se décomposent. De l'oxygène est transporté généralement au point d'émission et corrode le métal.

L'éventualité de décompositions électrolytiques est un objectif qu'il ne faut jamais perdre de vue en matière de tramways. Pour un chemin de fer, la préoccupation peut être moins grande, parce que la voie est sur une plate-forme indépendante et qu'il n'y règne généralement ni conduite d'eau, ni conduite de gaz. Mais la question a toujours de l'importance et il sera bon de ne jamais la négliger1. 11 peut y avoir d'ailleurs des cas (chemin de fer d'intérêt local, par exemple) où la voie sera établie sur les chaussées mêmes et où elle deviendra, par suite, tout à fait assimilable, au point de vue des décompositions électrolytiques possibles, aune voie de tramway.

Les éclissages électriques sont constitués par des tiges ou des câbles en cuivre qui relient les rails de part et d'autre des joints.

La jonction de ces éclissages avec les rails doit être faite avec

1 Rappelons, à ce sujet, que la règle généralement suivie, en matière de tramwaj'. est celle du volt kilométrique, c'est-à-dire que la perte de charge kilométrique, le long de la voie ferrée, ne devra pas dépasser 1 volt. Toutefois, dit Y Instruction du 25 juin 1895, une perte d« charge supérieure pourra, dans certains cas particuliers, être autorisée.

un très grand soin. En général les rails arrivent à pied d'oeuvre

munis des trous dans lesquels doivent s'enfoncer les tètes des

éelis:;;i:

contact

es. On du cui

■6) (fig. 1

Fig. 101. — Rail Buuii Cliicapo.

devra toujours nettoyer ces trous à vif, afin que le vre et de l'acier soit absolument net. Il est indispensable, également, que la tètede l'éclissage soit serrée très énergiquement contre lo rail. On assure ce contact mécanique dans des conditions satisfaisantes, en prenant non une tête pleine, mais une télé évidée dans laquelle, quand l'édissc a été mise en place, on enfonce un coin en acier (Rail bond 01). Ce coin s'enfonce du côté extérieur à l'éclis-

Vïg. 103. — Kclîs.-c ù tète creuse, avanl mise «m p!a<-e de II cale.

sage électrique. Si, par suite de la disposition de la voie,

éprouve des difficultés à procéder de la sorte, on emploiera une tête en forme d'anneau qui permet d'enfoncer le coin du coté même de l'édissc flig. 101, 102, 103, 104;.

Les têtes des éclisses n'ont pas seulement pour objet la fixation mécanique des éclisses dans l'âme ou le patin des rails. Elles forment un élargissement qui diminue la densité du courant

Fi p. 104. — Et: lisse à irtu crausc. après mise eu [ila<-e de la cale.

dans la petite zone du rail qui entoure la tête de l'édissc. On se rend bien compte, en effet, que le courant de retour qui, entre deux joints, utilise, pour son passage, la totalité «le la section du rail est obligé, près des joints, de converger vers la tète des «clisses. En ces points la densité augmente et il peut se dépenser inutilement de l'énergie sous forme de chaleur.

On devra donc toujours proportionner la tête de l'éclissc a l'intensité moyenne du courant de retour. Par conséquent, pour les chemins de fer électriques, qui comportent des courants de retour souvent très intenses, il faudra des têtes d'éclipsés beaucoup plus fortes que pour un tramway. Comme il y a, à ce point de vue, une certaine limite pratique à ne pas dépasser, on sera amené non seulement à doubler les éclisses, comme dans un tramway (ce qui assure le passage du courant dans le cas de

rupture accidentelle de l'une d'elles), mais mômcù les tripler et à les quadrupler.

Quand la voie comporte des rails très pesants on doit, concurremment , cl . pour la bonne résistance de la voie, employer des eclisses mécaniques assez longues (à six boulons, par exemple). Par conséquent avec des éclisscs électriques, lixées dans l'âme des rails, lesquelles doivent chevaucher de part et d'autre de 1 eclisse mécanique, on s'expose à une dépense de cuivre assez élevée. On Kïg. luti. — iJiliïsu Crowu suus l« patin pourra alors employer très avantageusement des éclisscs analogues à celle que représente la lig. 105 et qui se lixcront dans les patins des rails (fig. 106). Ces eclisses sont du

Fig. 107.

type Crown. Le même modèle peut également se placer sous les eclisses des rails, ce qui est à considérer, quand on a à craindre le vol des tiges ou des câbles de cuivre réunissant les létes des eclisses électriques (lig. 107).

. Quel que soit le système d'éclisses électriques adopté, il est indispensable que celles-ci puissent supporter, sans se rompre, les vibrations occasionnées par le passage des trains, ainsi que les petits mouvements qui se produisent aux joints des rails, quand les roues passent d'un rail à un autre. Elles doivent également pouvoir se prêter aux variations de longueur des rails que

Fig. 108. — Plastic rail Bond.

produisent les inégalités de la température. Par conséquent il faut que les éclisses électriques jouissent, au point de vue mécanique, d'une certaine élasticité. Aussi, quand on fera usage de barres ou de tiges, devra-t-on les prendre plus longues qu'il ne serait strictement nécessaire, en les repliant vers le patin du rail. Comme, malgré cela, ces barres ou ces tiges sont souvent plus rigides qu'il ne le faudrait, on leur substitue avantageusement des câbles ou des rubans de cuivre. D'ailleurs, à partir d'une certaine section, les tiges de cuivre ne sont plus très maniables; le modèle courant des tramways qui est, somme toute, d'un emploi très commode, est généralement insuffisant pour un chemin de fer, en raison de l'intensité du courant à écouler et c'est une raison de plus pour ne pas chercher à s'y attacher.

. Eclissages plastiques et à amalgame. — Il est certain que si

MakAuml. — Chem. do fer élcct. 9

les éclisses mécaniques s'appliquaient bien exactement contre les rails, l'éclissage électrique serait beaucoup moins nécessaire. Pour obtenir un excellent contact on a songé à intercaler entre les rails et les éclisses mécaniques une substance plastique inoxydable et non attaquable par l'eau. Avant de l'appliquer on nettoie à vif les surfaces entre lesquelles elle doit être maintenue. On la retient d'ailleurs, latéralement, par une rondelle en liège ou en feutre qui s'aplatit par le serrage (lig. 108). Bien entendu la matière plas- "quedli cTeïï'dXS: H™ doit être appliquée des deux eûtes raots triphasés de 'ihoune du joint, c'est-à-dire sur chacun des

â Burgdorf.

deux rails à réunir. L'éclisso elle-même sert de jonction électrique.

Le plastic rail bond, comme on désigne en Amérique le joint ci-dessus, a été surtout employé pour des lignes de tramways où l'on paraissait avoir principalement en vue d'empêcher le vol des éclisses en cuivre. 11 a l'inconvénient de ne pouvoir être commodément surveillé et, au surplus,

pour un chemin de fer, il peut donner Fi«. lio. — Joint plaatî-cuprîune résistance trop grande, la section des éclisses étant sensiblement inférieure à celle du mil.

Signalons cependant, comme joint plastique analogue, celui qui a été adopté par la maison Brown, pour l'éclissage électrique des rails du chemin de fer de Thoune à Burgdorf. Comme le montre la ligure 109, le joint se fait aux points de serrage des éclisses mécaniques et du rail, par l'intermédiaire, d'une pâte métallique, qui serait un mélange de vaseline et de zinc en poudre.

Nous devons également une mention au joint plasticuprique,

dont on fait un certain cas en Amérique el qui se compose de deux mamelons d'amalgame, que l'on applique de part et d'autre du joint (fig. i 10). Ces mamelons sont pris dans une plaque de cuivre servant de conducteur électrique. Quant au contact, il est assuré par des ressorts qui viennent presser contre les mamelons ot qui sont logés dans deux cavité»

ménagées dans une plaque de lif-ge recouvrant tout le joint. En serrant les boulons de l'édisse on agît sur les ressorls qui compriment énergiquement les mamelons et les mettent en contact parfait avec le rail (fig. 11 1). Au préalable, on décape soigneusement los surfaces d'application. Enfin nous citerons, comme système intermédiaire, l'éclissage

Joint à amalgame du chemin de Ter du Kayet ù U lia muni. v

à amalgame du chemin de fer du Fayct à Cliamonix (fig. 112 et 113). Il se compose de deux cables en cuivre de 24 millimètres de diamètre et de 0,95 m. de longueur, soudés à leurs extrémités à de petites plaques de fonte, que des boulons appliquent sur le rail, après qu'il a été décapé et amalgamé. De tels joints ne peuvent être réellement efficaces que s'ils ont été exécutés avec un très grand soin. M. Auvert, ingénieur principal à laC'P. L.M.

explique, à ce sujet, ditns la Revue générale des Chemins de fer, que la résistance du troisième rail, pour une longueur de 1 mètre prise de chaque côté du joint, s'élevait, au début de l'exploitation, à 0,000294 ohm et qu'après revision des joints elle est descendue à 0,000075 ohm, en moyenne. Celte résistance est encore élevée et il ne semble pas que les autres avantages du système soient tels, surtout

pour une installation neuve, que l'on doive le Fiiç. 113. — Coupe ,., .. , , ...

transversale du préférer au rtiti bond ou au joint crown.

joint à amalgame

du chemin de fer

mort!?** * Cha" RaiIs soldés. — Pour avoir des rails assimilables, au point de vue de la résistance électrique, à un conducteur continu, on a cherché a les rendre euxmêmes effectivement continus en les soudant entre eux. Pour cela deux méthodes ont été employées. La première (système Johnson) consiste à souder les abouts des rails par un arc électrique très intense, que l'on produit avec te courant même de la ligne (à 500 volts). Toutefois on lui fait subir sur place une transformation qui a pour but d'abaisser sa tension (à 3 ou 4 volts) et d'augmenter son débit. La soudure d'un joint demande généralement à ligne un courant de 350 ampères. On la facilite en faisant fondre par l'arc une certaine quantité d'un morceau d'acier, que l'on place, au cours de l'opération, sur le joint.

Dans le procédé Falk les deux abouts des rails sont pris dans une masse de fonte que l'on vient couler dans un moule entourant le joint (lig. 114 et 115). Ce moule, qui est également en fonte, a sa surface munie d'un mélange d'huile et de plombagine, en vue de faciliter le démoulage. On a soin, quand on le pince, de bien mettre les deux rails dans le même alignement. On les maintient d'autre part dans cette situation à l'aide d'une presse qui empêche tout soulèvement, quand on verse la fonte en fusion et qu'alors les extrémités des rails se dilatent. La fonte

en fusion provient elle-même d'un cubilot, monté sur roues et que l'on déplace à la demande de l'atelier de soudure.

Fig. 114. — Joint Falk avant soudure.

Des joints soudés par l'un ou l'autre des deux procédés décrits

l-'if-. 11-i. — Joint Falk après soudure.

ci-dessus seraient évidemment extrêmement avantageux sur une ligne de chemin de fer électrique, d'abord parce qu'ils suppri-

nieraient les martelages qui se produisent aux joints (martelages qui sont aussi nuisibles pour les rails eux-mêmes que pour le matériel), et ensuite parce qu'ils amélioreraient la conductibilité électrique de la voie ; malheureusement il faut compter avec les variations de longueur que produisent, dans les rails, les variations de la température. On sait que, pour permettre à ces variations de s'exercer, les rails sont posés avec un joint de quelques millimètres et que, d'autre part, les trous de boulons des éclisses ont une section légèrement ovale, afin de permettre de petits déplacements longitudinaux. Avec des joints pleins, si le rail se dilate, il doit se comprimer lui-même, ce qui est à la vérité possible, s'il est bien retenu longitudinalement, comme c'est le cas pour une voie de tramway encastrée dans une chaussée. Mais, sur un chemin de fer, le rail est moins bien tenu dans le sens longitudinal, n'étant fixé, en somme, que par les tire-fonds. Aussi, plutôt que de se comprimer, il se gondolera et la voie deviendra sinueuse. Cet effet sera d'autant plus à redouter que la voie d'un chemin de fer est généralement plus exposée aux intempéries qu'une voie de tramway.

Il semble donc qu'il n'y aurait même pas eu lieu d'accorder dans cet ouvrage une place quelconque aux rails soudés, si une classe importante de chemins de fer électriques n'était constituée par des métropolitains souterrains électriques. Dans ce cas» les variations de la température ne dépassent pas quelques degrés et les dilatations des rails, comme leur contraction, ne sont plus ù redouter. Des joints soudés pourraient donc très bien convenir pour ce cas spécial. Mais si l'on veut employer le système Falk, il faudra trouver un moyen efficace de se débarrasser rapidement des gaz toxiques ou irrespirables que produit le cubilot. Il est vraisemblable que, dans ce cas spécial, la soudure électrique serait d'un emploi plus pratique.

Dispositions complémentaires pour assurer le retour du courant

par les rails. — Quel que soit le soin avec lequel on ait effectué Téclissage électrique d'une voie de chemin de fer, on doit envisager, comme possible, la rupture d'un éclissage et même (par exemple en cas de réparation urgente) l'interruption totale du circuit de retour dans Tune des voies. Par conséquent on devra, pour une même voie, relier par un câble en cuivre les deux fils de rails de distance en distance (tous les 2 à 300 mètres) (fig. 116), et prévoir, en outre, un certain nombre de jonctions entre les deux voies. Pour ces jonctions il est fait usage de tiges en cuivre ou

Fig. 116. — Jonction entre les rails de retour.

mieux de câbles fixés aux rails comme s'il s'agissait d'éclisses électriques.

Les voies ainsi éclissées et reliées ne suffisent pas toujours pour assurer un bon écoulement du courant de retour, 11 ne faut pas oublier, en effet, que, sur un chemin de fer,' les courants sont autrement intenses que sur une ligne de tramways. Si R est la résistance électrique de la voie et I l'intensité du courant de retour, la perte de tension dans les rails sera RI et la perte d'énergie RI2. Pour une même résistance R ces deux facteurs interviennent donc l'un proportionnellement à I et l'autre pro-

poTtionnellement au carré de I. Par conséquent, si I augmente, la différence de potentiel entre les extrémités de la voie augmentera (ce qui pourra provoquer des décompositions électrolyliques) et la perte d'énergie (qui se traduit par du charbon brûlé inutilement à l'usine) augmentera encore davantage. Si donc on veut que, malgré la grande valeur de I, les coefficients RIet RI2 restent dans des valeurs admissibles, il faudra venir soulager les rails et les débarrasser, par des conducteurs spéciaux, du courant en «xcès. Ces conducteurs spéciaux sont des feeders de retour. Ils ramènent directement le courant à l'usine, lui évitant ainsi la résistance de la voie. A la vérité ils ont eux-mêmes une certaine résistance électrique. Mais, comme ils sont constitués par des câbles en cuivre, on peut, en augmentant leur diamètre, diminuer autant que Ton veut cette résistance, alors que celle de la voie ne peut évidemment pas s'abaisser au-dessous de la résistance qui correspond au type admis pour les rails.

Le point d'attache des feeders de retour, la détermination de leur diamètre doivent toujours faire l'objet d'une étude très attentive. Si on laisse de côté la question des différences de potentiel (c'est-à-dire des décompositions électrolytiques), moins importante pour un chemin de fer que pour un tramway, et que l'on n'envisage que la question économique, il est clair que les feeders de retour n'auront d'intérêt qu'autant que l'économie annuelle (en énergie) qu'ils permettront de réaliser sera au moins égale à la somme représentant l'intérêt et l'amortissement de la dépense que leur établissement comportera (Règle de Kelvin).

Il en résulte que plus l'électricité sera chère (et c'est généralement le cas pour les exploitations urbaines) et plus les feeders de retour s'imposeront. Comme, d'autre part, une sujétion analogue existe pour l'alimentation des lignes, on voit que l'on pourra être souvent amené, dans les exploitations à grande intensité, à multiplier ou les usines, ou, dans le cas d'un transport de force, les sou s- station s.

C'est une complication sérieuse. Elle serait en partie évitée si, au lieu de courants à 5 ou 600 volts, on faisait usage de courants à haute tension puisque, pour une tension n fois plus forte, le courant serait n fois moins intense. Aussi a-t-on préconisé pour des métropolitains (le métropolitain de Londres, par exemple) des tensions directes de 3 à 5000 volts. Sur les lignes de la Valteline on marche avec 3000 volts; nous verrons également le cas d'une installation à 10 000 volts (Berlin à Zossen). Enfin certains inventeurs proposent aujourd'hui des distributions à 15 000 volts.

Evidemment, avec de telles tensions, la question du courant de retour se trouve singulièrement simplifiée, môme pour de très longues lignes.

On doit toutefois, à ce point de vue, signaler la différence qui existe entre les courants continus et les courants alternatifs. Les premiers n'ont à vaincre que la résistance ohmique des rails. Tandis que, dans le cas des seconds, intervient en plus la résistance due à la self-induction et aux actions mutuelles. Une basse fréquence diminue cette résistance supplémentaire. Nous verrons plus loin un exemple dans lequel la résistance ohmique de la ligne s'est trouvée triplée et ce, malgré l'emploi de courants h 16 périodes. Le faible ampérage compense heureusement cet accroissement de la résistance et, finalement, avec une tension suffisamment élevée, on arrive à une perte totale inférieure à celle qu'occasionne une distribution directe à courants continus.

Profil en long; pentes et rampes. — Le profil en long d'un chemin de fer électrique peut être beaucoup plus accidenté que celui d'un chemin de fer ordinaire. Cela tient à ce que l'on peut donner aux trains une puissance de traction bien plus considérable que dans le cas de la traction à vapeur. En effet, comme les trains sont en liaison directe avec l'usine génératrice, ils peuvent puiser, pour ainsi dire à discrétion, dans l'énergie dont celle-ci dispose. Au contraire un train à vapeur transporte avec

lui sa propre usine et la nécessité de respecter aussi bien le gabarit, que le maximum de charge admis pour les ouvrages d'art limite forcément la puissance delà locomotive à une valeur assez faible. Si la locomotive peut remorquer, dans certains cas, des trains très lourds et très longs (4 à 500 tonnes), cela tient à ce que la traction se fait sur des parties à peu près horizontales. La môme locomotive serait impuissante, si les déclivités du tracé augmentaient même légèrement.

Soit un train pesant P tonnes (sans la locomotive), à remorquer en palier. On verra que, pour faire mouvoir une tonne dans ces conditions, aux vitesses usuelles, il faudra lui appliquer un effort de traction d'environ 5 kilogrammes par tonne. Donc le train nécessitera un effort de traction de 5P kilogrammes.

Or, si la traction doit se faire non en palier, mais sur une rampe de n millimètres par mètre, il faudra ajouter au coefficient de traction en palier, c'est-à-dire à 5 kilogrammes, autant de kilogrammes qu'il y aura de millimètres par mètre de rampe. Dans le cas d'une rampe de n millimètres, l'effort de traction sera donc de (5+n) P kilogrammes. Par conséquent, pour une simple rampe de 5 millimètres, l'effort de traction se trouve doublé. Pour une rampe de 40 millimètres (rampe que Ton aborde souvent dans des métropolitains), l'effort de traction à exercer sera de 45P kilogrammes, soit 9 fois plus que ce qu'il est en palier.

D'autre part, une locomotive pesant p tonnes a, comme limite de l'effort de traction réalisable, le septième de son poids adhérent exprimé en kilogrammes. Comme le poids adhérent n'atteint que tout à fait exceptionnellement les 2/3 de p, il s'en suit que si l'on veut faire remorquer à une locomotive à vapeur un train pesant 150 tonnes, sur une rampe de 40 millimètres par mètre, on devra avoir au moins

Nous disons, au moins, car non seulement il ne faut pas s'ap-

procher trop près de la limite de patinage et nous avons, d'autre part, assimilé la locomotive, au point de vue de l'effort de traction, à des voilures remorquées, ce qui, ainsi que nous le verrons plus loin, est une évaluation trop favorable. On tire delà formule ci-dessus :

p — 135 tonnes.

Ainsi il faudrait employer, pour le cas considéré, une locomotive d'un poids tout à fait anormal. Et, ce qui est plus grave, c'est que cette machine pèserait à peu près autant que le matériel à remorquer; en sorte que la puissance à développer serait double de ce que nécessiteraient les voitures, si elles étaient automotrices.

Cet exemple suffit pour bien montrer l'inconvénient des locomotives en matière de traction, et Ton conçoit qu'avec l'électricité on ait cherché à l'éviter, en employant des voitures automotrices.

On voit, d'autre part, qu'avec la traction électrique, on est beaucoup moins limité par les rampes qu'avec la traction à vapeur1. Théoriquement si, dans le cas du train pesant P tonnes, considéré ci-dessus, on rendait tous les essieux moteurs, l'effort

de traction que l'on pourrait exercer serait de — = — kilogrammes; la rampe maxima qu'il sera alors possible de gravir, se déduira

de l'équation

1 ooo P „ . .

— - — = P tf> + «)

d'où n — 136 milimètres.

Mais on ne devra pas se risquer à aborder des rampes pareilles : d'abord parce que le démarrage en rampe (il peut devenir à un moment nécessaire) serait excessivement pénible; ensuite parce que la descente serait trop dangereuse, les freins ordinaires n'offrant pas une sécurité suffisante.

* Nous constaterons, en outre, qu'avec certains moteurs on peut récupérer, dans les pentes, une partie de l'énergie consommée pour gravir les rampes.

Sur les lignes de tramways on considère comme un grand maximum une rampe de 100 millimètres par mètre. Avec des trains, qui pèsent beaucoup plus, il faudra être plus circonspect et ne dépasser- que, dans des conditions bien particulières, 50 jt 60 mm.

Quand le tracé obligera à adopter des rampes plus accentuées, on devra recourir à d'autres moyens qu'à la traction par simple adhérence, notamment à la traction par crémaillère, dont il sera parlé dans un chapitre spécial.

On recommande de ménager entre deux rampes consécutives de sens inverses une partie assez longue en palier et d'adoucir les rampes à leurs sommets comme à leurs extrémités. Cette précaution, qui s'explique d'elle-même, évite, en particulier, qu'une voiture, passant d'une rampe sur une autre, ne soulève la voiture qui vient derrière elle.

Sur les lignes où les stations sont très rapprochées (un métropolitain par exemple) et où il importe néanmoins de réaliser une vitesse commerciale élevée, le démarrage des trains présente, au point de vue de la consommation de courant, une importance prépondérante. Cette question sera analysée plus loin, mais on fera remarquer, de suite, qu'il y a un intérêt évident, dans ce cas, à régler le profil en long de telle façon que les démarrages puissent se faire en pente. Sur le Central London, au départ de chaque station, on a ménagé une pente de 30 millimètres par mètre; le résultat a été que l'on a diminué de moitié l'intensité maxima que l'usine génératrice aurait eu à fournir, si le démarrage s'était fait, en palier, avec la môme accélération1.

Dans un ordre d'idée analogue, il y a intérêt à prévoir une rampe à l'arrivée, afin de faciliter le freinage (d'où une moindre dépense d'air comprimé et une usure moindre des freins et des bandages). Au Central London, l'arrivée aux stations se fait,

* Tramway and Railway World (novembre 1900).

comme le départ, par une rampe de 30 millimètres par mètre. Ainsi donc, au point de vue du profil en long, la disposition-type d'une station est d'être à cheval. sur une rampe d'accès et une pente de départ. Mais, par suite de sujétions locales, un tel arrangement est souvent bien difficile à réaliser. Sur le Central London le problème s'est trouvé simplifié du fait que la ligne est à grande profondeur et que Ton pouvait, par conséquent, surélever très aisément le niveau des stations par rapport au niveau général de la ligne.

Courbes. — Les courbes-limites à adopter dépendent plutôt du matériel employé que du système de traction. Cependant le matériel électrique aborde mieux les courbes que du matériel à vapeur.

La tendance de plus en plus marquée est au matériel à bogies dont les qualités ne sont plus à démontrer. Pour en assurer la stabilité on donne à l'empattement des bogies un peu plus que la largeur de la voie, soit de 1 ,80 m . à 2 mètres. Or, même avec des empattements aussi réduits, on peut trouver la place, dans le cas des automotrices, pour loger dans chaque bogie deux moteurs d'une centaine de chevaux chaque. C'est généralement plus qu'il n'en faut pour la puissance à développer. On peut alors facilement passer dans des courbes s'abaissant jusqu'à 60 mètres de rayon.

Avec la voie de 1 mètre on pourrait descendre jusqu'à 30 mètres.

Les tramways électriques passent aisément dans des courbes de 17 à 20 mètres, même avec la voie de 1,44 m. ; mais ils doivent alors ralentir très sensiblement leur allure, sujétion qu'il faut évidemment s'éviter dans le cas d'un chemin de fer.

Nous n'avons rien de spécial à signaler sur le devers. Il ne faut pas craindre dans les courbes très raides de lui donner un peu plus que n'indiquent les formules théoriques (page 345).

D'autre part, en vue de faciliter le passage dans les courbes, on

pourra donner un léger surécartement à la voie l ; en même temps on se mettra à l'abri, par l'installation d'un contre-rail, contre toutes chances de déraillement.

* Lorsque le passage est trop dur, on graisse parfois la face intérieure du rail extérieur avec un mélange de graisse et de plombagine. Mais c'est un palliatif dont il vaut mieux pouvoir se dispenser par remploi d'un matériel approprié, car, appliqué sans soin, il aggrave le mal, en diminuant l'adhérence et faisant patiner les locomotives on les automotrices.