CHAPITRE II

Voie proprement dite. — Fondation et chaussée. — Éclissages électriques. — Rails soudés. — Fuites de courants par les rails ; actions électrolytiques. — Rampes et courbes. — Effort de traction ; puissance.

Voie proprement dite. — Les tramways électriques exigent (comme tous les tramways à traction mécanique) des voies robustes et solidement établies.

Aux Etats-Unis, on avait compté, au début, conserver, sans les renforcer, les anciennes voies exploitées avec des tramways à chevaux. Mais sous le passage de véhicules plus lourds (10 tonnes pour une voiture d'hiver à 2 moteurs) et sous l'action de vitesses dépassant parfois 30 km à Theure, elles se sont disloquées très rapidement et Ton a dû les remplacer*.

Il faut distinguer les voies établies sur accotement, le long des routes et celles qui, empruntant le sol des rues, ont leur rails noyés dans la chaussée.

Les premières doivent surtout être traitées comme une

1 Ces voies anciennes n'avaient pas seulement rinconvénient d'être très mauvaises pour le roulement, elles constituaient, malgré les éclissages électriques dont il sera parlé plus loin, un très mauvais conducteur pour le retour du courant et il se produisait des fuites d'électricité , se traduisant par l'attaque des conduites d'eau ou de gaz situées à proximité.

voie de chemin de fer d'intérêt local, c'est-à-dire qu'elles se composeront de rails Vignole ou de rails à double champignon posés sur traverses noyées dans du ballast. Poids du mètre linéaire, 20 kg au minimum.

Espacement des traverses 0,8 m (0,6 m aux joints). Les rails adoptés pour les voies établies sur les chaussées varient selon les pays. Les systèmes les plus employés sont les suivants :

1^ Rails à gorge. — Dans ce type rentrent les rails Broca, Humbert, Phœnix, Gowans , Johnstones et Rankine, etc..

En France, nous employons surtout le rail Broca (fîg. 10). Ce rail, qui a une hauteur de 170 mm, comporte :

Un patin de 102 mm de largeur, r.- ^A r. -1 Une âme de H, S mm d'épaisseur.

Fig. 10. — Rail ' ^

Broca. Coupe Un champignon de 92 mm formé par une

transversale

table de roulement de 44 mm, une ornière de 28 mm./28 mm. et un contre-rail de 28 mm.

Poids du mètre linéaire, 44 kg.

On fait aussi, pour les voies à moyenne circulation, un

rail du même type, ne pesant que 36 kg.

2^ Rails à gradin. — Très employés aux Etats-Unis.

Un des meilleurs types est le suivant (fig. i\).

Hauteur 215 mm.

Largeur de la table de roulement 54 mm., de la surface de roulement 70 mm.

Patin de 120 à 140 mm, de largeur.

Poids du mètre linéaire, de 45 à 50 kg.

Ce rail convient bien pour les chaussées pavées, car, avec sa grande hauteur, les traverses qui le supportent peuvent être facilement placées sous les pavés.

Quand on se sert de rails moins élevés on rattrape la différence de hauteur par des longrines en bois ou en fer et par

ciTl

Fig. II. — Rail à gradin, nouveau modèle. Coupe transversale.

Fig. 12. — Rail à gradin, ancien type. Coupe transversale.

des coussinets (fig. 12) ; mais, dans les nouvelles voies, on préfère toujours et avec raison employer des rails du premier type.

Les rails à gradin ne sont guère acceptés en Europe, principalement à cause de la dénivellation qu'ils produisent dans le revêtement des chaussées. Aux Etats-Unis on n'y fait guère attention et la circulation ne paraît pas en souffrir.

3*^ Rails Marsillon (fig. 13). — Formé de deux rails identiques de 110 mm de hauteur et dont Técartement est maintenu par des fourrures et par des coussinets boulonnés sur des traverses en bois.

Largeur du champignon 46 mm.

Epaisseur de l'âme 10 mm.

Poids du mètre linéaire 35 kg.

On emploie aussi un type dit renforcé, pesant 41 kg. La voie Marsillon présente un coefficient de roulement moindre que les rails à gorge. Mais elle s'use plus vite sous

Fig. 13. — Voie MorsiUon. CcuLpe transversale.

le passage des voitures et elle complique un peu l'exécution des éclissages électriques.

Fondation et chaussée. — Avec un bon sous-sol, les rails à large patin (comme les rails Broca) peuvent être posés direc-

tement sur une couche de sable, mais ils doivent être néanmoins solidement entretoisés dans le sens transversal.

Lorsque des tassements sont à craindre, on supporte les rails par des traverses en bois ou en métal. Aux Etats-Unis, où les rues ne sont pas établies avec autant de soin qu'en France, presque toutes les voies sont posées sur traverses en bois très rapprochées (0,56 m d'écartement au maximum).

Dans les rues à grande circulation, une fondation en béton de ciment est souvent indispensable. On lui donne de 15 à 20 cm d'épaisseur. Les traverses sont dans ce cas inutiles et les rails reposent directement sur le béton. Quand on veut établir la voie Marsillon sur fondation de béton, on supprime les coussinets et on les remplace par une selle de 2 cm d'épaisseur.

Une excellente chaussée pour un tramway électrique (surtout pour un tramway à retour du courant par les rails) serait constituée par une chaussée asphaltée avec fondation en béton.

Les chaussées pavées en bois donnent également de bons résultats. Mais il faut se méfier, dans ce cas, de la poussée des pavés qui tend à soulever les voies simplement posées sur la fondation*.

Le plus souvent les chaussées sont pavées sur forme de sable.

A Paris on exige généralement, sur les lignes nouvelles à traction mécanique, un pavage en bois régnant entre les rails et sur 0,70 m à droite et à gauche.

1 On évite cet inconvénient en cramponnant la voie, c'est-à-dire en fixant les rails par des crampons scellés dans le béton de fondation.

Eclissages électriques. — Quand le courant électrique fait retour à Tusine par les rails, les eclissages ordinaires ne suffisent pas pour assurer la continuité du circuit. Il peut arriver, en effet, que les boulons se desserrent ou que les contacts entre les éclisses et les rails deviennent imparfaits par suite de l'oxydation du métal.

Aussi est-il indispensable de relier les rails entre eux par des fils ou des rubans de cuivre d'une section suffisante pour que la perte de charge admise, du fait de la ligne, ne soit pas augmentée. A cet effet on tiendra compte que la résistance du cuivre est environ le huitième de celle de Facier.

Les eclissages électriques ne sont efficaces qu'autant que les contacts sont bien assurés. Aussi convient-il que les surfaces de jonction de l'acier et du cuivre soient parfaitement propres et nettes.

Nous représentons, ci-après, quelques-uns des eclissages électriques les plus employés.

[a). Le joint est formé par un conducteur en cuivre serré

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Fig. 14. — Eclissage électrique avec manchons en cuivre.

à ses deux extrémités dans des manchons coniques de même métal (fig. 14).

(6). Le conducteur passe dans des bouchons en acier étamé qui sont enfoncés à frottement dur dans les rails (système de la Société alsacienne) (fig. 15).

(c). Rail Bond Chicago. — Excellent joint employé aux Etats-Unis par la General Electric Company et en Europe par

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Fig. 15. — Eclissage électrique avec bouchons en cuivre.

la Société Thomson-Houston. Le conducteur se termine par une tête creuse dans laquelle on enfonce un rivet conique,

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Fig. 16. — Rail Bond Chicago.

en acier (fig. 16). Le joint se double sur les lignes à grand trafic.

[d). Système à boucle formé par un fil de cuivre que Ton passe à travers les rails et dont on réunit les extrémités à

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-igr-t^i lyi ^ qj lU) t;4) Fig. 17. — Eclissage à boucle.

Taide d'un manchon en acier doux étamé. Le contact avec les rails est également assuré par des manchons en acier (Boston) (fig. 17).

Quand le courant à écouler est important, on complète souvent ces dispostions par un fil de cuivre continu placé entre les rails et auquel on relie les éclissages (fig. 18).

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Enfin, quand la densité du courant est trop forte, on déverse tout ou partie du courant à écouler par le fil et les rails dans des feeders de retour.

Ces feeders interviennent, comme on le verra plus loin, à un autre point de vue. Ils doivent abaisser le potentiel des rails de telle façon qu'il ne puisse se produire d'actions électrolytiques. Il est nécessaire de les déterminer avec autant de soin que ceux qui servent à relier les conducteurs de distribution à l'usine *.

On commence à employer, sur les lignes américaines, un joint électrique nouveau, constitué par les éclisses elles-mêmes dont on assure le contact avec les rails par un disque de métal plastique (Plastic Rail Bond). On a soin, au préalable, de décaper à vif les surfaces d'application. Lorsque les rails se dilatent ou se contractent, ils glissent sur le joint, mais sans perdre leur contact avec le métal plastique et par suite avec les éclisses.

' Voir V Éclairage électrique^ du 18 juillet 1896 (article de M. Blondel).

Rails soudés. — La continuité du circuit de retour peut également être obtenue, sans éclissages électriques, en soudant les rails bout à bout. Mais iJ est clair qu'une telle opération n'est praticable qu'autant que la voie peut résister sans se déformer, aux allongements et raccourcissements que produisent l'élévation ou rabaissement de la température.

D'après M. Pellissier *, avec des rails noyés dans les chaussées, la limite d'élasticité du métal ne serait pas atteinte, nrôme pour des variations de 40à4S''. D'autre part, les rails étant fortement maintenus par les traverses ou par le revêtement de la chaussée, les actions thermiques ne peuvent s'additionner sur toute la longueur de la voie.

C'est ce qui explique pourquoi le procédé a pu réussir dans certaines villes améi'icaines (Saint-Louis, Portland).

Il est évidemment indiqué de souder, dans ce cas, les rails à l'aide de Télectricité, en se servant du courant même de la ligne. On doit toutefois lui faire subir une transformation afin d'augmenter la chaleur produite. Cette transformation consiste à abaisser sa tension, de manière à avoir, par exemple, au lieu d'un courant de 40 ampères à 500 volts, un courant de 5000 ampères à 4 volts. La chaleur dégagée par l'appareil soudeur (laquelle croît comme le xîarré de l'intensité et ne dépend nullement de la tension) est alors beaucoup plus considérable.

La Société Johnson y qui s'est fait une spécialité de la

ï Voir la Nature^ du 8 février 1896.

soudure des rails par Télectricité, emploie justement une tension finale de 4 volts i. L'opération se fait de la façon suivante : on rapproche les rails bout à bout et on place de part et d'autre du joint, des cales de même métal que les rails. On prend le tout dans une mâchoire portée sur la machine à souder et, après avoir serré énergiquement, on fait passer le courant. L'acier fond très rapidement et remplit les joints. Les cales restent et maintiennent le joint transversalement. On exécute ainsi facilement 50 joints par journée de dix heures. L'appareil soudeur, le transformateur et le reste du matériel sont transportés par un wagon muni de moteurs électriques et prenant son courant sur la ligne aérienne par un trolley.

hdiFalk Manufacturing Company emploie un autre procédé ^ Elle entoure les extrémités à souder d'un manchon en fonte et verse dans ce moule du fer fondu. Pour obtenir ce fer fondu, elle amène à pied d'œuvre un four roulant, avec insufflateur d'air actionné par une petite machine à vapeur. Chaque joint consomme 55 kg de métal.

Fuites de courant par les rails; actions électrolytiques. — Lorsque, par suite d'une mauvaise conductibilité de la voie, le courant fuit par les rails, il a tendance, pour revenir à l'usine, à suivre les conduites d'eau et de gaz qui, en raison de leur continuité et de leur nature , constituent des conducteurs très peu résistants.

* Les chemins de fer à l'exposition de Chicago, par MM. Grille et Falconnet. 2 La Nature du 16 mars 1895.

L'électricité, en passant des rails aux conduites et des conduites à Tusine ou aux rails situés dans le voisinage de Tusine, décompose les sels contenus dans le sol. Une oxydation plus ou moins énergique se produit aux anodes (points de sortie du courant). Par conséquent les conduites courent le risque d'être détériorées surtout dans le voisinage de Tusine, puisque c'est là où le courant les abandonne.

Pour que ces actions électrolytiques se produisent, il n'est pas indispensable que la conductibilité de la voie soit défectueuse. Il suffit, comme l'a démontré M. Potier *, qu'entre les extrémités des rails il existe une différence de potentiel dépassant 5 volts ^ Dans ce cas, un courant dérivé prend naissance et se porte naturellement sur les conduites voisines.

Pour éviter ou atténuer ces actions électrolytiques on peut : 1" relier le pôle négatif des dynamos aux conduites situées près de l'usine ou aux conduites plus éloignées que, par suite d'interruptions, le courant doit abandonner;

2^ Réduire à 8 volts, au plus, la différence de potentiel existant entre les extrémités des rails, par la pose de feeders de retour convenablement distribués ^ En général, ces

* Société Internationale des Électriciens. Mai 1896.

2 Ce chiffre se justifie parce fait que, pour sortir des rails, traverser le sol, suivre les conduites et regagner les rails, le courant a à vaincre : 1* deux fois la force contre-électromotrice de polarisation du sol, soit 2x2 volts = 4 volts : 2° la résistance du sol (en supposant celle des conduites négligeable) qui peut être inférieure à 1 volt.

^ Voir VÉclairage Électrique, n** des 9 mai 1896 (article de M. Lauriol) et 18 juillet 1896 (article de M. Blondel).

Dans certains pays on accepte entre les extrémités des rails des différences de potentiel un peu plus fortes (en Angleterre, 7 volts).

feeders ne seront indispensables que lorsque la longueur de la ligne ne dépassera pas 5 km. Ils devront être calculés, comme on Ta dit précédemment, avec autant de soin que les feeders d'aller ; mais ils pourront ôtre moins bien isolés en raison de la faible tension du courant à écouler ;

3° Au lieu de poser des feeders de retour, on pourra diviser la ligne en sections d'environ o km, et pour Talimenter avec une même usine à 500 volts, on fera usage de survolteurs* ;

i" Employer le système à 3 fils (voir ch. i""", p. 11) ; système qui permettra en outre d'alimenter une longueur de voie supérieure à 5 km, car on distribuera en réalité à 1 000 volts ;

5"" Enfin, en adoptant des courants polyphasés ou en posant une ligne spéciale pour le retour du courant. Dans Tun et l'autre cas deux trolleys ou deux frotteurs seront nécessaires.

On voit, somme toute, que l'on peut assez facilement se mettre, dans tous les cas, à l'abri des décompositions électroly tiques. Celles-ci se sont surtout produites au début de rindustrie, alors que Ton n'apportait pas un soin suffisant à l'établissement des éclissages électriques. Mais, en fait, dans les installations nouvelles, elles sont beaucoup moins nombreuses qu'on ne le croit généralement. Il résulte, d'ailleurs, de la communication de M. Potier, qu'elles

* S'il s'agissait d'un réseau très chargé, on serait probablement amené à réduire un peu cette longueur de 5 kilomètres. 11 est facile de la déterminer exactement, quand on connaît l'espacement des voitures.

Maréchal. — Les Tramways cleclii(ues. 3

sont en réalité peu à craindre sur des réseaux de faible étendue.

Rampes et courbes. — Un moteur électrique peut, comme nous le verrons plus loin, développer passagèrement une puissance bien supérieure à sa puissance normale de route. Cette élasticité permet aux tramways électriques d aborder des rampes atteignant jusqu'à iO et il cm par mètre *.

Au delà, Tadhérence serait insuffisante et il faudrait engrener les moteurs non avec les essieux, mais avec une crémaillère, comme au Mont-Salève.

On pourrait aussi appliquer les procédés d'adhérence magnétique préconisés par M. de Bovet.

Lorsqu'un tramway descend une pente accentuée on peut non seulement arrêter le courant, mais encore profiter du mouvement de rotation des moteurs pour produire de Télectricité. Les moteurs travaillent alors comme des dynamos génératrices et l'on récupère ainsi, aux descentes, une partie de l'énergie consommée aux montées.

On a pu, en procédant de la sorte, réaliser sur certaines lignes, principalement sur des lignes à accumulateurs, des économies de traction assez marquées.

Les courbes limites à adopter dépendent surtout du maté-

* On peut citer, comme rampes très élevées gravies par des tramways électriques les suivantes :

Ainsterdaiii(Etats-Unis). 13,5 cm par mètre .

Glens Falls i2,5 —

NashvUle 11,0 —

■Rerascheid 10,6 —

Kiew 10,5 —

Belgrade 10,0 —

riel roulant. On n'emploie que très rarement des rayons inférieurs à IS m.

Effort de traction; puissance.— La résistance à la traction varie avec Tétat de propreté de la voie et la forme des rails. A ce dernier poiiït de vue les rails à gorge et à gradin sont un peu moins avantageux que les rails Marsillon.

On doit aussi, quand les voitures sont susceptibles d atteindre une grande vitesse, tenir compte de la résistance de Tair. Mais, avec les vitesses généralement observées en Europe, on peut se contenter de coefficients moyens.

Nous engloberons dans ces coefficients moyens la résistance spéciale provenant des courbes. Leur influence sur Tensemble de l'exploitation, sauf exceptions, n*est pas en effet très sensible, d'autant plus que, dans la plupart des cas, on ne les aborde qu'après avoir réduit notablement la vitesse.

En palier, la résistance moyenne à la traction est de 10 kg par tonne, pour une voie sur accotement, et de 13 kg par tonne, pour une voie avec rails noyés dans les chaussées.

Dans les rampes, on doit ajouter 10 kg par tonne et par chaque centimètre pour mètre de rampe.

Un tramway doit pouvoir démarrer très rapidement. Les tramways électriques, dont les moteurs jouissent de la remarquable propriété de développer justement au démarrage un effort maximum, offrent à ce point de vue des avantages tout à fait précieux (voir ch. viii.)

L'effort supplémentaire à réaliser par tonne remorquée,

pour le démarrage peut se calculer rapidement, en kg, par la

formule i 02 y , / étant la durée du démarrage en secondes et V la vitesse normale de route en mètres par seconde*.

Avec les moteurs ordinairement employés un tramway électrique démarre facilement en quelques secondes, mémo sur une rampe prononcée.

Lorsque Ton forme des trains composés d'une voiture automobile et d'une ou plusieurs voitures remorquées, il faut que l'effort de traction soit inférieur à Tadhérence. Celle-ci varie beaucoup avec Télat de la voie (sec, boueux, humide, etc.). Elle est en moyenne de 1/7 du poids adhérent (ioO kg par tonne de poids adhérent, en chiffre rond).

La puissance de traction s obtient en chevaux, en multipliant l'effort de traction (en kg) par la vitesse (en mètres par seconde) et en divisant par 75.

Une voiture de 50 places, pesant en charge 10 tonnes, absorbe en palier (résistance de l'organisme comprise) et avec une vitesse de 10 à 12 km à Theure de 6 000 à 7 000 watts c'est-à-dire de 8 à 10 chevaux*. Mais, au démarrage et sur les rampes, la puissance absorbée est beaucoup plus considérable (souvent 6 à 7 fois plus). Aussi adopte-t-on, comme nous l'avons déjà dit, 2 moteurs de 25 chevaux pour les grandes voitures de 50 places et 1 moteur de 20 à 25 chevaux pour les voitures de petit modèle.

} Ces vitesses sont 2,22 — 2,50 — 4,17 — 5,55 — 6,95 — 8,33, pour des vitesses, en kilomètres à l'heure, de 8, 10, 15, 20, 25 et 30.

* De Marchena. La traction mécanique des ti'amivays.