CHAPITRE IV

Principes généraux. Troisième rail. Modes d'isolation. Éclissages mécaniques et électriques. Dispositions spéciales. Frotteurs de prise de courant Cas de l'alimentation à 3 et à 5 fils. Distribution de l'électricité par conducteurs aériens. Courants continus. Distribution à 3 et à 5 fils. Courants alternatifs; monophasés ou triphasés. Courants triphasés à basse tension (Thoune à Burgdorf). Courants alternatifs simples à haute tension, a) Système OKrlikon. 6) Système Westinghouse. Courants triphasés à haute tension.

Principes généraux. — Nous avons déjà fait connaître les principes généraux de la distribution de l'électricité le long des voies et indiqué que les systèmes en usage pouvaient, en définitive, se classer comme il suit :

Le troisième rail pour les courants continus de 5 à 700 volts environ, les conducteurs aériens pour les courants continus de 5 à 700 volts environ, mais de faible intensité et pour les courants alternatifs (monophasés ou triphasés) à haute et basse tension.

L'emploi d'un troisième rail, qui tend à se généraliser de plus en plus, est cependant une complication sérieuse pour le service de la voie et de l'exploitation. La présence, au ras du sol, d'un conducteur au potentiel de 5 à 700 volts, si elle ne constitue pas un grand danger pour le personnel (le choc produit par de tels courants n'étant pas mortel), peut être une cause de courts circuits, soit que les ouvriers laissent tomber accidentellement un outil en fer sur le rail, soit que les trains entraînent sur le rail des iils métalliques abandonnés sur la voie1. Il est clair, d'autre

1 En revanche cette « aptitude » de la voie aux courts circuits, c'est-à-dire à une

part, qu'avec un troisième rail, un déraillement se trouvera aggravé, un arc électrique pouvant alors s'établir entre les voitures et le troisième rail.

Aux aiguillages et aux croisements, le troisième rail doit être forcément interrompu (lig. H7j. Pour assurer l'alimentation des trains il faut munir les locomotives ou les automotrices de deux frotteurs, placés de telle façon que lorsque l'un d'eux est dans la section où le troisième rail est interrompu, le courant puisse encore arriver par l'autre. La zone interrompue du troisième rail

RcuuL,

Fig. 117. — Disposition du 3* rail aux aiguillages.

ne doit donc pas dépasser une certaine limite qui correspond à l'écartement maximum possible des frotteurs. A la vérité, quand le train contient plusieurs automotrices, la question se simplifie, puisque les deux automotrices ne sont pas, en même temps, sur la section interrompue. Mais, dans le cas de la traction par locomotive ou par automotrice unique, le sectionnement du troisième rail peut présenter, parfois, de sérieuses difficultés.

Le sectionnement du rail est ennuyeux à un autre point de vue. Lorsqu'un des frotteurs a abandonné Tune des sections, il

suppression momentanée du courant, par suite du fonctionnement des disjoncteurs automatiques de l'usine, a pu être parfois utilisée. Sur un certain chemin de fer électrique d'Italie, une automotrice, laissée sans surveillance, s'était emballée, à la suite de la manœuvre imprudente d'un ouvrier visiteur. Le chef de gare a évité une catastrophe en jetant, à cheval sur le rail conducteur et le rail de roulement, une grosse barre de fer. La voiture, ne recevant plus de coûtant, s'arrêta d'ellemême. -.

doit aborder l'autre en vitesse. Or, forcément, un frotteur doit avoir un certain jeu vertical, afin de bien peser toujours sur la table de roulement. En arrivant de nouveau sur le troisième rail il se trouve légèrement en contre-bas de celui-ci, ayant descendu un peu dans la parlie vide, et, par conséquent, un choc va se produire. Pour éviter la rupture ou l'arrachement du frotteur, certaines dispositions doivent donc être prises. Généralement on se contente d'abaisser les abouts du rail, de telle façon qu'à son origine le rail se trouve encore au-dessous du frotteur et on effectue le raccordement avec la partie courante par un plan incliné allongé. Le choc est ainsi fortement atténué. Mais il n'en existe pas moins, surtout aux grandes vitesses, et il faut bien en tenir compte pour la détermination des différentes parties constitutives du frotteur.

Si le troisième rail est une complication pour les croisements et les aiguillages, il est encore plus gênant dans les dépôts et les remisages, où de nombreuses manœuvres doivent être faites à bras d'homme et où il faut pouvoir manutentionner facilement tout l'appareillage que comportent la visite et l'entretien des voitures. Aussi fera-t-on bien, pour ces cas spéciaux, de substituer au troisième rail des conducteurs aériens. Ceux-ci seront d'ailleurs d'autant plus admissibles que, toutes les manœuvres se faisant à vitesse très ralentie, le courant à débiter n'aura qu'une faible intensité. Les voitures devront donc être munies d'un petit trolley ou d'un archet. Une recommandation intéressante est de faire en sorte que le courant ne puisse être à la fois sur le trolley et sur les frotteurs, car ceux-ci resteraient en charge et pourraient provoquer des courts circuits.

On peut se demander si, dans les gares, on ne devrait pas opérer de la même façon. L'expérience prouve qu'il n'y a pas lieu de recourir à cette complication; d'abord parce que la voie peut être interdite rigoureusement au public et que l'on peut, au surplus, placer le rail conducteur, comme nous le verrons plus loin,

Mahéckal. — Chcm. de fer élect. 10

Fiff. 118. — Protection du 3* rail dans les gares. (Chemin de fer du Fayet à Chamonix).

dans une sorte de gaine protectrice (fig. 118). Tout au plus pourrait-on avoir recours aux conducteurs aériens dans une gare terminus importante, là où les aiguillages présentent une grande complication et dans le cas où le personnel, pour des besoins de

service, serait dans la nécessité de circuler beaucoup sur les voies. Dans ce cas la voiture (ou la locomotive) devrait être munie, indépendamment du frotteur de prise de courant pour troisième rail, d'un trolley ou d'un appareil analogue pouvant venir en contact avec les conducteurs aériens (fig. 119).

Le troisième rail n'a servi jusqu'ici que pour la distribution des courants continus à basse tension (de S à 700 volts). On ne peut guère songer à l'employer pour les courants triphasés à basse tension, parce qu'il faudrait alors lui adjoindre un quatrième rail. Quant aux courants alternatifs simples à basse tension, ils pourraient bien, au point de vue de l'isolement, être distribués par un troisième rail, avec retour par les rails de roulement, mais leurs alternances créeraient généralement, dans ces derniers, des effets d'induction inacceptables.

Pour les hautes tensions (courants continus ou alternatifs), le troisième rail ne convient plus, son isolement se trouvant alors insuffisant et les dangers d'électrocution devenant trop sérieux pour le personnel '.

La distribution du courant par conducteurs aériens est certainement plus simple que par un troisième rail. On peut admettre alors les plus hautes tensions ; en outre, s'il s'agit de courants continus ou de courants alternatifs simples, on n'a plus à se préoccuper ni des croisements, ni des aiguillages. En prenant le cou-

4 A partir de 700 volts, l'isolation du troisième rail devient difficile et les pertes d'énergie par les isolateurs, lesquelles sont insignifiantes avec des tensions infeieures, augmentent rapidement.

DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ LE LONG DES VOIES 147 nuit par un archet ou une tige frottante on évitera, en ces points spéciaux, toute discontinuité des conducteurs. Avec des courants

Fi«. 119. — Voilure avec prise de i-nuranl pour condiiclour aérien ou pour3* rail.

triphasés, les aiguillages et les croisements doivent être isolés; mais cette difficulté a été maintes fois résolue d'une façon satisfaisante.

On peut craindre, à la vérité, la chute d'un' conducteur sur la voie. Mais un accident de cette nature est extrêmement rare, si la ligne est bien surveillée. 11 existe actuellement des milliers de kilomètres de tramways électriques avec conducteurs aériens, c'est-à-diro des milliers de kilomètres de (ils élcclriques, sus-

pendus au milieu des rues et, cependant, les accidents dus aux chutes de fils sont, par rapport aux accidents ordinaires de l'exploitation, dans une proportion tout à fait infime.

Polir les chemins de fer il y a encore cette atténuation que, si un fil se rompait, il ne tomberait vraisemblablement sur personne, ne provoquant alors qu'un court circuit et une chute de disjoncteur à l'usine. En admettant môme qu'un train se trouvât juste au-dessous de lui, à ce moment précis, il y aurait, par les roues, communication directe du conducteur avec les rails et tout se bornerait probablement à un court circuit \

11 est clair que les conducteurs distribuant l'électricité (qu'il s'agisse d'un troisième rail ou de conducteurs aériens) sont inutilement en charge quand aucun train n'est en contact avec eux. La sécurité serait évidemment plus grande, s'ils ne restaient électrisés qu'au moment du passage des trains. Cet objectif a suscité des inventions nombreuses qui, malheureusement, n'ont pas eu jusqu'ici la sanction de la pratique. Dans un ordre d'idées analogue on a cherché à alimenter les conducteurs par sections correspondant, par exemple, aux cantonnements d'un block-system. Mais là encore on s'est heurté à des difficultés considérables, provenant de l'intensité et de la répétition des ruptures de courant à établir. Cependant, à ce point de vue, les inventeurs n'ont certainement pas dit leur dernier mot.

Comme variante, nous citerons l'application possible à la traction des chemins de fer de la distribution de l'électricité par plots. On sait que ce système a été employé avec plus ou moins de succès à la traction des tramways. Il consiste à répartir, le long de la voie, des plots métalliques isolés qui ne s'électrisent qu'au moment seulement où ils sont couverts par la voiture. Un long frottcur, placé sous la voiture motrice, recueille l'électricité; Tes-

1 Sur la ligne de la Valteline, comme on le verra plus loin, une disposition spéciale permet d'isoler tous les conducteurs situés au-dessus d'une gare, dès le départ du train.

pacemcnt des plots est tel, d'autre part, qu'au moment où le Trotteur va quitter l'un des plots, il soit déjà sur le plot suivant. Quant à la mise en charge momentanée des plots, elle est assurée soit par des appareils placés dans les plots (Diatto, Dolter), soit par des distributeurs qui commandent tout une série de plots (Vuilleumier).

C'est un système analogue à ce dernier dont on préconiserait l'emploi pour les chemins de fer, mais en ayant recours à la haute tension. Les plots seraient espacés de 80 à. 100 mètres, soit un peu moins que la longueur d'un train, et l'on établirait deux séries de plots ; Tune pour l'aller, l'autre pour le retour du courant. Des distributeurs seraient placés, par exemple tous les kilomètres et communiqueraient avec un câble général d'alimentation régnant le long des voies. Contrairement h ce qui se passe pour les tramways, tous les plots commandés par un môme distributeur seraient mis en charge simultanément. On fait remarquer que cette électrisation des plots ne pourra avoir d'inconvénients, parce qu'elle ne durera que pendant le temps mis par le chemin défera parcourir la section électrisée (souvent moins d'une minute) ; que, d'autre part, le personnel aura son attention appelée sur cette électrisation passagère des plots soit par des signaux, soit par l'approche du train et qu'au surplus la distribution par deux séries de plots rendra tout contact avec l'un d'eux absolu* ment inofîensif. En raison de la haute tension employée, les distributeurs n'auront à couper et à établir que des courants de faible iutensité. Enfin, en admettant môme qu'il se produise une certaine déperdition d'énergie par les plots, quand ils sont en charge, celle* ci sera probablement encore inférieure à la déperdition que produirait un troisième rail, qui reste constamment en charge et dont le nombre de supports est d'au moins une centaine par kilomètre.

Un tel système n'a pas encore été pratiquement réalisé1 et il

1 Ce système pourrait s'appliquer aussi bien aux courants continus qu'aux courants monophasés ou triphasés. Dans ce dernier cas, cependant, il faudrait trois

est à craindre que les distributeurs ne fonctionnent pas toujours avec une régularité suffisante, ou encore qu'ils n'occasionnent des dépenses d'entretien élevées. Mais si nous avons tenu à en parler, c'est pour pouvoir insister sur ce fait, que la distribution de l'électricité pour la traction des chemins de fer ne doit pas ôtre considérée comme pouvant être l'objet d'une formule définitive. Sur ce point, comme d'ailleurs sur tous ceux concernant cette vaste et nouvelle application de l'électricité, bien des progrès pourront être encore réalisés.

Troisième rail. — Le troisième rail peut être axial, c'est-à-dire placé dans Taxe de la voie, ou latéral.

La première disposition a l'avantage de mieux dégager l'assiette du chemin de fer; mais, comme le rail doit dépasser les rails de roulement de toute la hauteur des isolateurs qui le supportent, il se trouverait souvent trop élevé par rapport au matériel roulant, notamment par rapport aux moteurs, dont la carcasse inférieure s'abaisse souvent jusqu'à une dizaine de centimètres audessus du ballast.

Une autre sujétion provient des frolteurs de prise de courant qui doivent ôlre assez bas pour prendre contact avec le rail axial, mais qui, alors, risquent de provoquer des courts circuits au passage des croisements et des aiguilles. Aussi le rail axial n'est-il guère employé que dans des cas spéciaux, par exemple pour des chemins de fer tubulaires ; car, alors, l'espace dont on dispose sur les côtés de la voie est très réduit et doit être complètement réservé pour la circulation du personnel.

Le rail latéral se place à peu près à l'aplomb de la limite du

rangées de plots, à moins que l'on n'accepte le retour par les rails. Avec les courants monophasés on pourrait envisager remploi de distributeurs-transformateurs, c'est-à-dire de distributeurs abaissant la tension du courant. Enfin on pourrait, grâce au sectionnement de la ligne, appliquer le très intéressant système de distribution par série et courants continus à haute tension (Thury; en mettant, sur une certaine longueur de ligne, les trains en série les uns sur les autres.

matériel roulant, généralement du côté intérieur de la voie, afin de dégager complètement les accotements extérieurs. Par conséquent, avec une ligne à double voie, c'est dans la zone comprise entre les deux voies que régneront les deux rails électriques. Il n'y a que des avantages à éloigner le troisième rail des rails de roulement. S'il en était trop rapproché, il suffirait de la moindre avarie à l'un des isolateurs pour provoquer un court circuit entre le rail électrique et les rails de la voie1. Au contraire quand il en est à une certaine distance, la destruction d'un isolateur ne provoque pas un court circuit franc, la traverse et le ballast créant une certaine résistance entre le rail électrisé et les rails de retour. Dans un ordre d'idées analogue il y a intérêt à placer le troisième rail un peu haut afin d'augmenter son isolement par rapport à la voie.

Le troisième rail est constitué généralement par un rail en acier, identique aux rails de la voie. Mais c'est là une pratique défectueuse, attendu que l'objet à remplir n'est pas du tout le môme dans les deux cas. Alors que la qualité principale des rails de roulement est la dureté, ce qui implique une constitution chimique telle que la résistance des rails est environ dix à douze fois celle du cuivre, le troisième rail peut être constitué par un métal plus doux, puisqu'il n'a h supporter que le frottement de l'appareil de prise de courant et, il est intéressant qu'il présente, d'autre part, une résistance électrique aussi réduite que possible. A ce dernier point de vue, on obtiendra un résultat favorable en diminuant la proportion de manganèse que contient généralement l'acier à rails. Nous donnerons plus loin la composition chimique des nouveaux rails du Manphattan Railway et grâce à laquelle la résistance a pu été diminuée d'environ 30 p. 100 de ce qu'elle eût été avec les rails ordinaires de roulement.

* Ces courts circuits sont toujours assez effrayants. S'ils n'ont pas une intensité telle qu'ils fassent tomber le disjoncteur de l'usine, arrêtant le courant et par suite l'exploitation, ils produiront une flamme très violente, susceptible de mettre le feu aux traverses et à toutes matières combustibles situées à proximité.

Si le troisième rail doit différer des rails de roulement au point de vue de la constitution chimique, il n'y a également aucune raison pour qu'il ait aussi le même profil. Un rail, qui doit simplement supporter un frotteur, n'a pas du tout besoin d'avoir la même forme qu'un rail sur lequel doivent circuler des wagons. Il est donc plus convenable d'adopter pour le troisième rail la forme qui permet de simplifier le plus les isolateurs. Une grande section sera, d'ailleurs, d'autant plus désirable que, pour distribuer le courant, on ne disposera que de deux rails, alors que Ton en aura quatre pour le retour à l'usine.

Modes d'isolation. — Les isolateurs sont de types très divers. On peut en constituer de très économiques, simplement par des blocs de bois paraffiné qui seront boulonnés ou tirefonnés, sur les traverses, tous les quatre mètres environ, et sur lesquels le troisième rail sera fixé soit par des tire-fonds, si c'est un rail Vignole, soit par l'intermédiaire d'un coussinet si c'est un rail à double champignon. La traverse de support devra être un peu plus longue que les autres, ou bien on se servira d'une traverse ordinaire que l'on désaxera légèrement vers l'un des côtés de la voie.

Si l'on se contentait de fixer le bloc en bois paraffiné sur la traverse, par des tire-fonds, par exemple, on mettrait la surface horizontale du bloc, c'est-à-dire un point voisin du rail électrique en communication par ces tire-fonds avec la traverse. L'isolement serait, dans ces conditions, très peu satisfaisant. Aussi est-il bon d'intercaler entre les traverses et l'isolateur une cale en bois, également paraffiné, et sur laquelle l'isolateur est tirefonné, mais sans que les tire-fonds puissent traverser la cale.

On pourrait craindre que de tels isolateurs ne soient pas toujours suffisants, surtout par les temps humides ou pluvieux. Mais l'expérience prouve qu'ils se comportent très bien par la pluie. On sait, d'ailleurs, que l'eau de pluie est très peu conductrice de l'électricité. A la vérité, le bois paraffiné n'est pas un isolant de

DISTRIBUTION DE L'ELECTRICITE LE LONG DES VOIES 133 premier ordre. Mais il faut bien remarquer qu'il ne s'agit pas, en l'espèce, d'obtenir un isolement télégraphique. En admettant même un isolement assez faible, la perle d'électricité qui peut rn

il de chemin de ftr de l'Exposition de 1900.

résulter n'a qu'une importance négligeable par rapport à l'ensemble de la consommation et. d'autre part, la simplicité et la résistance mécanique de l'isolateur font qu'il n'y a pas à craindre que la situation ne s'aggrave subitement d'une façon inquiétante. La figure 120 montre comment avait été effectué très simplement l'isolement du troisième rail du chemin de fer de l'Exposition de 1900, à Paris. On avait pris la précaution d'enduire la cale en bois paraffiné d'une couche de peinture isolante. Ces isolateurs, qui avaient 0,18 m. de hauteur, étaient placés, tous les 3,30 m., sur l'extrémité des traverses (fig. 120 et 121). La même disposition avait été adoptée pour les parties en viaduc. Le rail

154 LES CHEMINS DE FER ELECTItlQ LES

conducteur était identique aux rails de lu voie, c'est-à-dire qu'il était du type Vignole et pesait 25 kilogrammes au mètre courant. Les figures 123 et 121 concernent un type analogue, mis en service sur la ligne du Fayot à Cbumonix. M. Auvert, ingénieur principal à la C" P. L. M.

qui a donné dans la Revue générale des Chemins de fer ' une description complète de la ligne du Fayet a Chamonix, dit au sujet de ce mode d'isolement du troisième rail : « L'isolement du conducteur de prise de courant par des calesen bois parafliné est très efficace et parfaitement suffisant. Les fuites de courant sont inférieures a 1 ampère par kilomètre, il a été en outre constaté ce fait curieux que, loin d'augmenter par temps de pluie ou de neige, elles diminuent un peu. Il nous semble qu'on peut l'explil'Es- quoi' de la manière suivante : les pertes par défaut d'isolement sont dues dune part à la conductibilité extrêmement faible de ia matière des supports en bois paraffiné, et, d'autre part, a la conductibilité superficielle de ces supports sur lesquels se déposent des poussières diverses. Lorsque les supports isolants sont lavés par l'eau de pluie les poussières sont enlraî-

' lievue yéiiérale i/fn ('lifinins •!•' fer, avril I90i.

DISTRIBUTION DE L'ELECTBICITE LE LONG DES VOIES 155 uécs et la deuxième cause disparait. Quant à l'eau de pluie elle-

Fig. 122. — 3* rail du chemin de fer de l'Exposition de 1900 (parties en viaduc).

môme qui mouille les supports isolants, elle n'occasionne pas de

SÉH Fayrrvreseii . !

S£gy

^i Traverse .de la vote I

Fig- 123. — Isolateur pour 3* rail du chemin de Ter du Fayet â Chamouix.

perte appréciable parce que, en raison de la grande pureté de l'atmosphère dans la région de Chamonix, elle est presque chi-

iniquement pure el ne contient pas de traces Je substances ammoniacales ou acides et est, par suite, fort peu conductrice ».

La figure 125 montre, indépendamment du troisième rail, un rail axial, mais qui ne sert nullement pour la distribution du courant.

V'ig. Mi. — K" rail du chemin de fer du Fayet à Chamonix.

C'est un rail uniquement employé pour le freinage, les voitures étant munies, à cet effet, d'un frein a sabot très énergique qui vient prendre appui sur ce rail axial.

La Cla des Chemins de fer de l'Ouest a également adopte sur sa ligne des Invalides à Versailles, un isolateur en bois paraffiné. Comme le montre la figure 126, cet isolateur est complété par des

joues en bois, qui abritent latéralement le rail conducteur.

Enfin nous trouvons également un mode d'isolation du troi-

sième rail par le bots sur la ligne de la C'° d'Orléans, allant du quai d'Orsay au quai d'AustcrIHz (Paris). L'isolateur est constitué

Fig. 128. — Isolateur pour 3« rail du chemin de fer des Invalides à Versailles.

par un blochel en bois bitumé, tirefonné par son pied sur les traverses (fig. 127 et 128). Le troisième rail a été doublé, afin d'augmenter la conductance de la distribution. Latéralement et hori-

zontalcment, le rail est protégé par des planches en bois prenant appui sur un boulon traversant les rails et trois cales qui les maintiennent dans leur position respective. Cette protection en bois existe môme en voie courante (fig. 129).

L'isolation du troisième rail par le bois parafiiné ou bitumé est évidemment un peu primitive et l'on peut craindre qu'elle ne s'altère avec le temps. Aussi a-t-on souvent préféré, notamment en

Kig. 127. — Isolateur pour 3" rail du chemin Je fer d'Orléans.

Amérique, placer le troisième rail sur des isolateurs en matière isolante (verre, porcelaine, nmbrolne, granit reconstitué, etc.). On peut ainsi obtenir un isolement tout à fait satisfaisant; mais on doit encore porter toute son attention sur les efforts mécaniques qu'ont à subir les isolateurs, car, s'ils sont considérables, la matière isolante ne pourrait généralement pas les supporter. Ces efforts sont de plusieurs sortes : d'abord intervient le poids du rail qui, sur une ligne chargée, atteint facilement 50 à GO kilogrammes par mètre courant. Ensuite il se produit un elfet d'arrachement au passage des trains, quand une traverse d'isolateur, insuffisamment bourrée, fléchit sous la charge. Le rail conduc-

DISTRIBUTION DE LÉLECTMCITK LE LONG DES VOIES 153 leur, qui se trouve à l'extrémité de la traverse, descend encore davantage. Mais, comme il est retenu par les deux isolateurs

Fig. ii». — 3' rail du chemin de fer d'Orléans.

voisins, il oppose sa rigidité a ce mouvement et arrache ou disloque l'isolateur du milieu. A défaut d'un arrachement total, le passage répété des trains ébranle peu à peu la matière isolante et met finalement l'isolateur à la terre :

II est donc indispensable que l'isolateur et le rail jouissent l'un par rapport à l'autre dune certaine indépendance, non seulement d'ailleurs en vue des efforts mécaniques que nous venons d'indidiquer, mats aussi pour permettre les dilatations et contractions que produisent les variations de la température.

Fig. 129. — Voie courante avec 3* rail du cheniin de fer d'Orléans.

La figure 130 montre le type d'isolateur qui est en usage sur la ligne de Milan à Varésc. La partie isolante A est en gros ; elle est surmontée d'un chapeau en fonte muni d'ergots pour retenir le rail de contact. D'autre part, elle repose simplement sur son support et peut se déplacer par rapport à celui-ci soit dans le sens vertical, soit légèrement dans le sens horizontal. Le rail de contact pèse 43 kg. par mètre courant; sa longueur est do 12 mètres. Les isolateurs sont d'autre part espacés de 4 mètres. La surélévation du rail de contact par rapport aux rails de rou-

e Milan à Vorèse (plan. Élévation

lcment est de 190 millimètres et sa distance au rail de roulement le plus voisin est de 673 millimètres (fig, 131).

L'isolateur du Central London {rail axial) est constitué par une

Hah*cuu.. — Ch*m. de tm tftoi. 11

cloche isolante, vissée sur un boulon traversant une entretoise en bois, placée perpendiculairement à la voie (fig. 132). Le rail, en forme d'U renversé, est simplement posé sur ^ la tête d'un isolateur dont il épouse la forme.

La distance des isolateurs est de 2,50 m.

Si environ.

t .« , «.. — . ' sur ]0 Métropolitain

de Paris (nouvelles lignes) , on a adopté un isolateur à large base, pouvant se fixer sur les traverses par trois tire-fonds (lig. 133). La base et le chapeau sont en fonte; entre les deux r est placée la matière isolante (ambroïne) qui leur est soudée, mais qu'il eut mieux valu laisser indépendante.

Fig. 134. — Chemin de fer

3" rail dans les parties

Le chapeau est muni d'ergots, qui laissent entre eux et le rail conducteur un certain jeu, et permettent à celui-ci de se dépia-

DISTRIBUTION DE L'ELECTRICITE LE LONG DES VOIES 163 cer soit dans le sens vertical, soit dans le sens horizontal. Les rails de roulement, en acier doux (alors que les rails de la voie sont en acier dur) sont des rails Vignole pesant 32 kilogrammes au

[•■]«. 135. — Chemin de fer nié Ira poli loin de Berlin. 3' rail dans les stations,

mètre courant et ayant des longueurs de 18 m tires. Ils sont placés a 0,36 m. des rails de la voie, ce qui est plutùt insuffisant.

Le troisième raildu métropolitain de Berlin est à 1,096 m. de l'axe de la voie et à 0,180 m. au-dessus des rails de roulement. Il est placé soit dans l'entrevoie (partie en viaduc) (fig. 134), soit sur les côtés de la voie (partie en souterrain et stations) (fig. 135 et 136). C'est un rail Vignole de 12 mètres de longueur reposant sur des

IC'i LES CIÏÈM1NS DE FEIt ÉLECTRIQUES

DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ LE LONG DES VOIES Itiii isolateurs espacés de C mèlres et vissés sur les traverses. Si, dans les parties en souterrain, le troisième rail est placé le long des maçonneries, contrairement à l'usage ordinairement suivi, cela tient au système général de construction du tunnel qui comporte toute une ligne d'appuis axiaux.

C'est dans la ligne de ces appuis que peut circuler le personnel.

Sur les parties en viaduc, l'espace existant entre les deux voies esl disponible ; on y a reporté le troisième rail Ttg. 137, 138 et 139;.

On a également installé dans celte partie les feeders, qui sont logés dans un caniveau en bois

et, au-dessus, les conducteurs p'*- \in;~ '* ™'1 et '?"lnt1?u' !'" Miuihnltan llmiway (New- York).

pour les signaux.

Les Américains emploient volontiers, comme matière isolante,

un produit très résistant qu'ils appellent granit reconstitué. Les ligures 1411 et 141 montrent un isolateur de ce genre existant sur le chemin de fer élevé de New-York (Manhattan lïuilway)1. L'isolateur, de forme paralléllipipédique, esl scellé sur un support en fonte, boulonné sur les traverses. Une sorte de griffe a doubles ergots, prenant appui sur la matière isolante, maintient

Fi», ui. — Vue perspective le rail latéralement. Celte griffe est en

Heaiii,B0JatCUr<,UilanhaUan deux Parties <lue relie UD boulon, de

part et d'autre de l'isolateur.

Le rail, du type Vignole, pèse 43 kilogrammes par mètre cou-

• Génie civil du Ï7 septembre Ifluî. L'Éclairage électrique du 6 aïril )BÛI.

nuit et a une longueur de 18 mètres. Le métal qui le constitue est

de l'acier très doux, ayant la composition suivante :

Carbone 0,013 p. 100

Manganèse 0,241 —

Soufre 0,073 —

Phosphore 0,069 —

Fer 99,44* —

Grâce à un tel dosage, la résistance du rail, au lieu d'être dix à H douze fois celle du cui-

vrc, n'est plus que huit fois cette résistance.

Le rail est protégé latéralement par un double cours de madriers, maintenus en place par des cales en bois et par des bou-

Fig. m. — Isolateur et 3- rail du Grand rapids and Ions qui traversent à la Muskegon Uailway. . \

lois les madriers, les cales et le rail. Pour que les boulons ne soient p;is au potentiel de la ligne, on les fait tra-

verser le rail dans une gaine isolante.

La distance du rail conducteur au rail déroulement le plus voisin estde 0,53m.

et sa surélévation par rap- '

port & ce rail de 0,19 m.

C'est un isolateur analogue, mais un peu plus simple, qui vient d'être employé sur le Grand rapids and Muskegon Hailwai/ ■ Street Huilvmy Journal, juillet mi.

Fig. 143. — Vue perspective de l'isolateur du Grand rapids and Muskegun Railway.

g. 142 et 143). Il

DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ LE LONG DES VOIES 167 n'y a plus d'embase, l'isolateur étant simplement retenu par

Fig. 144. — Isolateur de l'Aurora Elgin ttailway, deux taquets d'angle, boulonnés sur la traverse. D'autre paît les

Fig. US. — 3- rail de l'Aurora Elgin Railuay. crgols en fonte, qui retiennent le rail, sont maintenus en place par

t&S LES CHEMINS DE FER ELECTRIQUES

un boulon traversant l'isolateur, ce qui permet de placer le rail sur l'isolateur même. On conçoit combien, dans ces conditions, il est facile de changer un isolateur, môme pendant le temps où le rail conducteur esl en charge.

Le rail conducteur est place" à 0,51 m. des rails de roulement. En certains points le rail a été doublé pour augmenter la conductibilité du circuit distributeur.

Au pointdo vue delà commodité du montage et du démontage du rail il faut citer l'isolateur de YAitrora Elgin, qui est en trois parties ; une embase en fonte, un chapeau isolant en matière « Dirigo »

sur le chapeau un socle d'appui

coiffant la tôfe de l'embase e en fonte, pour le 3° rail (fig 114) '. Chapeau et socle son maintenus ru place uniquement par le poids du rail (lig 143) qui est de 50 kilogramme?

par métré courant. Ce rail esl en acier doux, à 1 p. 100 d' carbone.

Enfin nous devons une mention spéciale à l'isolateur de la General Electric Company'1 qui est encore plus simple que tous ceux qui viennent d'ôtre décrits. C'est un bloc en granit reconstitué, muni d'un créneau dans lequel vient s'encastrer le 3° rail (tig. 146). Le rail a ici une forme quadrangulairc, qui se justilic parfaitement d'après les considérations précédemment

' 11 esl à noter que, sur cette ligne, les premiers isolateurs étaient en bois paraffiné. * .Street Baitva-/ Journal, août 1902.

DISTRIBUTION DE L 'ÈLECTIIIC1TÉ LE LO.NG DES VOIES 109 omises flig. 147). En outre on a chercha, comme pour l'ISIevalcd

Fig. IJ8. — Protection tiu 3" rail (General Electric .Company).

de New- York, a lui .lonner une composition chimique qui abaissât

tfig. H'J. — > rail avec jiruli-clioi] Uuus un defiùt,

notablement sa résistance. Celle-ci n*est plus que les six dizièmes

r.H LES CHEMINS DE FER ELECTRIQUES

de celle de» rails ordinaires de roulement, soit une amélioration de la conductibilité* de iO p. 100 '. La distance du rail conducteur aux rails de roulement a été portée à 0,71 m.

Le type a General Electric » a été combiné avec un système de protection en bois ou en métal, principalement pour mettre le rail à l'abri de la neige et du verglas fig. 148, 149, 150".

Le verglas est encore plus ennuyeux que la neige, car celle-ci

peut-t'trc facilement enlevée au balai, alors que le verglas adhère au rail. Ce verglas se produit lorsqu'un temps pluvieux succède brusquement à une température inférieure à zéro. Le rail, qui est encore liés froid, produit la congélation de l'eau par son contact avec elle, et celle-ci forme autour de lui une gaine adhérente et mauvaise conductrice de l'électricité. Le frotteur, en passant sur cette couche de glace, la créve en certains points, amorçant des arcs qui font fondre partiellement le patin de

DISTRIBUTION DE L'ELECTRICITE LE LONG DES VOIES 171 frottement et projettent sur le troisième rail des gouttes de métal fondu, qui rendent sa surface rugueuse et grippante. H en résulte qu'au passage des trains suivants le mal se trouve encore aggravé et tous les frotleurs sont mis rapidement hors d'emploi. Un conçoit donc que les Américains, dont les installations ont d'ailleurs à supporter des écarts de température très considérables, aient songé à combiner un type de protection qui puisse

Fig. 151

u de la Wilkusburrc

mettre le troisième rail à l'abri du verglas. Dans le système de la General Electric Company (fig. 147), le rail se trouve en quelque sorte placé comme sous un couvercle, régnant à une dizaine de centimètres au-dessus de lui et sous lequel passe la palette de prise de courant du frotlcur. Naturellement ce frotlcur doit être combiné en conséquence. Le couvercle, qui peut se taire en bois ou en métal, est maintenu en place par des supports recourbés qui viennent prendre appui sur les traverses.

Un système analogue, mais plus économique, a été appliqué par la Wilkesbarre and Hazleton C\ Comme l'indiquent les figures 151 et 151 bis, la protection horizontale du 3' rail est consti-

i'2 LES CHEMINS DE FER ELECTRIQUES

tuée par un madrier que soutiennent tous les 2,66 m. des montants en bois, prenant appui sur le dessus de l'isolateur'.

Dans certaines installations américaines, où l'on n'a pas cru devoir protéger le 3* rail verticalement, on a dû, néanmoins, se préoccuper de faire disparaître rapidement le verglas, quand il se produit. A cet effet, on a préconisé l'emploi du courant élec-

V\g. 151 bit. ■

trique lui-même. On débrancherait à ce moment 1rs fecdeis et par suite d'une intensité plus grande circulant dans le 3* rail, ce dernier subirait une élévation de température de quelques degrés suffisante pour amener la fusion de la glace2.

' Street Bailway Journal, mars 1903.

* Un tel système peut, également, s'appliquer à une ligne à conducteurs aériens. Il a, en particulier, donné d'excellents résultats sur la ligne de Thoune a Burgdori'.

Sur le chemin de fer élevé de New -York, on emploie avec succès

une brosse pneumatique (lig. 152). L'air n'intervient que jjour la

mettre en contact avec le 3e rail. II est pris sur le réservoir de la

ii verglas sur le 3' rail

voiture. Celte sorte de grattoir est préférable au frotteur à biseau qui a l'inconvénient de se briser fréquemment à la rencontre des joints des rails.

Éclissages mécaniques et électriques. — Le troisième rail doit être éclissé mécaniquement et électriquement.

A la vérité l'éclissage mécanique n'a pas besoin d'être aussi puissant que celui des rails de roulement, lequel doit assurer une continuité parfaite de la voie, mais il est néanmoins indispensable parce qu'il est nécessaire, pour le bon fonctionnement des frotteurs, que la situation respective du 3° rail et des rails de roulement ne varie pas. Si, d'autre part, le rail n'était pas suffisamment maintenu dans le sens longitudinal, il se produirait, aux joints, des petites différences de niveau qui feraient sursauter le frotteur et provoqueraient de fortes étincelles, suscep-

tibles d'altérer la surface de frottement. Dans les courbes, les éclisse^ mécaniques sont tout à fait indispensables. On devra môme examiner si Ton ne devra pas courber les rails à chaud, afin que la courbure du rail conducteur se maintienne d'une façon parfaite, sans que ce rail ait à exercer un effort de renversement sur les isolateurs.

Comme les rails conducteurs ne sont soutenus que tous les

4 à 5 mètres et que, d'autre part, ils reposent le plus souvent librement sur les isolateurs, les mouvements dus à la dilatation et aux contractions s'exercent beaucoup plus facilement que sur les rails de roulement qui sont maintenus à chaque traverse par les tire-fonds. Aussi, sur certains chemins de fer électriques, a-t-on ménagé, de distance en distance, un joint de dilatation. Un joint de cette nature existe sur l'Elevatcd de New- York tous les

5 rails, c'est à-dire tous les 90 mètres.

Les éclissages électriques seront de l'un des types déjà décrits pour les rails de roulement. De préférence, on prendra des éclisses souples et comme pour une ligne à double voie, c'est-à-dire à quatre rails de retour, on ne disposera généralement que de deux rails conducteurs, il faudra proportionner la section des éclisses à l'intensité du courant à écouler.

La figure 153 montre comment se fait l'éclissage mécanique et l'éclissage électrique du 3° rail de l'Elevatcd de New- York. L'éclisse mécanique, de forme spéciale, recouvre deux éclisses Crown en cuivre. Deux autres éclisses en cuivre retiennent les patins des rails. Cette disposition permet, comme on le voit, d'employer des éclisses très courtes, ce qui diminue notablement le poids de l'éclissage.

La section totale des éclisses électriques du 3e rail de l'Elevated est de 885 mm2, alors que le rail lui-même n'équivaut qu'à 790 mm2 de cuivre. Le joint, môme en tenant compte des petites pertes de charge qui se produisent dans les trous de contact, est donc un peu moins résistant que le 3e rail.

La figure 154 se rapporte à I'éclissage électrique et mécanique du joint de dilatation dont nous avons parlé précédemment. La jonction électrique est, dans ce cas, assurée par deux câbles en cuivre, suffisamment élastiques pour se prôter aux petits mouvements d'extension et de rétrécis-

sèment du joint.

Sur le Métropolitain de Paris, les divers tronçons du rail électrique sont reliés mécaniquement par une seule éclisse de 0,92 m. de longueur à quatre boulons ; de l'autre côté du rail, les boulons prennent appui sur des cales de 0,20 m. de longueur et de môme profil que les éclisses. Les éclisses électriques, au nombre de quatre, sont constituées par des câbles en cuivre de 200 mm3 chaque, munis de têtes en cuivre ajoutées que Ton enfonce dans Târne des rails à

l'aide de broches en acier.

La figure 155 est relative aux éclissages de la ligne du Fayet à Chamonix. Cet éclissage rappelle celui de la voie ; mais il est double. On a également assuré le contact

Fig. 453. — Le lissage électrique du 3* rail (Manhattan Railway).

Fig. 154. Éclissage électrique du joint de dilatation ^Manhattan Railway).

de Fédisse et du rail par un amalgame de cuivre et d'étain.

Nous avons vu, en parlant des éclissages électriques des rails de retour, que des jonctions transversales devaient être établies de distance en distance entre les deux files de rails. 11 est bon également, pour une ligne à double voie, de relier les rails conducteurs (ce que l'on appelle les mettre en parallèle). A New-York les jonctions ont lieu tous les 100 mètres.

• Revue générale des Chemins de fer, avril 1902.

Inversement on devra pouvoir, par exemple, en cas de réparation ou d'accident, isoler rapidement telle ou telle partie du

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Fig. 155. — Eclissage électrique du 3» rail du chemin de fer

du Fayet à Chamonix.

rail conducteur. Sur la ligne des Invalides à Versailles, on a, à cet effet, divisé le rail conducteur en sections de 1 000 mètres qui

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