Le triphasé italien : la « dolce vita » sous la double caténaire ?

L’Italie ne fut pas le seul pays à pratiquer le triphasé, mais il est, de très loin, celui qui a le plus utilisé ce système, ceci avec persistance et foi … Les locomotives en triphasé E-550, E-552, E-554 et autres E-432 furent, entre autres locomotives électriques italiennes, les plus remarquées, les plus aimées dans le monde des connaisseurs de la traction électrique. La E-550 fut le petit bijou qui faisait mieux que les puissantes locomotives à vapeur des Mastodontes, et elle avait comme particularité d’être une des pionnières du système triphasé dont l’Italie fut, jadis, une grande militante.

Locomotive italienne série (« gruppo ») E552 N°552-002, construite en 1910. Noter l’intéressant système de transmission entre les deux moteurs et les cinq essieux : à vos crayons, pour comprendre, ou faites un modèle en « Meccano », sans oublier que l’embiellage calé à 90° de l’autre coté joue aussi son rôle.

On dirait d’elle, aujourd’hui, qu’elle est « totalement craquante » !…En tous cas, pour être italienne, il n’y a pas mieux, car elle a tous les atouts et les charmes des locomotives électriques de la péninsule : doubles pantographes pour le triphasé, deux moteurs entraînant des bielles articulées, lignes aux formes complexes, et couleur marron et beige, ou kaki. Elle cumule en elle-même toute l’originalité de la traction électrique italienne des débuts. Et puis elle évoque la grande aventure de la ligne des Giovi, qui montra que la traction électrique pouvait faire mieux que la vapeur.

Une E-550 italienne, N°550.173. Construites en 1908, ces locomotives donnent 1500 kW et atteignent 50 km/h (voir les caractéristiques techniques en fin d’article).
Une jolie petite locomotive type 1C1 N°361 de 1906, du Rete Adriatica, ligne de la Valteline. Les pantographes ont, on peut le supposer, deux captations séparées et isolées sur un support commun ? Doc. revue Rail-Route.

L’Italie n’a pas de charbon : c’est pourquoi ce pays met toute son inventivité et son esprit d’innovation dans des recherches en traction électrique, ceci dès la fin du XIXe siècle quand le moteur électrique cesse d’être une curiosité de laboratoire. Bien avant la Première Guerre mondiale, l’Italie s’intéresse à la traction électrique et, comme pour d’autres pays européens comme la Suisse et dans une moins mesure la France, l’expérience de la Première Guerre mondiale lui confirmera ce qu’elle savait déjà bien avant les autres :  l’ampleur du risque mortel pour son économie à dépendre de l’ énergie fournie par d’autres pays.

En effet l’Italie vit, malgré elle, sous la dépendance du charbon importé pour faire rouler ses locomotives à vapeur et comme ce pays n’a aucune autre ressource nationale, c’est la catastrophe pendant la Première Guerre mondiale, paralysant le réseau ferré. La leçon est entendue et, pendant les années 1920, on  mise massivement  sur l’électrification de l’industrie et des chemins de fer pour préserver l’indépendance nationale.

.Locomotive type 1C1 série E03, N°0309 de 1910. Une ligne originale, parmi les italiennes déjà originales.

La grande électrification italienne.

Dans le pays de Volta, elle ne peut être qu’importante. Bien avant la Première Guerre mondiale, tout commence en 1901 sur la courte ligne de Colico à Chiavenna (26 km), au nord de Milan, électrifiée à titre expérimental par la firme Ganz, de Budapest, en triphasé. 3.400 v et 15,8 Hz. Le succès est tel que la ligne de Lecco à Sondrio par Colico (80 km) est, à son tour, électrifiée.

En 1905 la ligne Gênes-Nuovi (dite « ligne des Giovi ») qui comprend des rampes de 35 pour mille est, à son tour, électrifiée en courant triphasé mais sous 3.600 v, toujours avec double caténaire aérienne et moteurs sans collecteur. Et c’est sur cette importante ligne que le triphasé fait son entrée en scène d’une manière spectaculaire.

Des couplages de deux locomotives électriques à cinq essieux moteurs enlèvent, à 50 km/h et sans difficult,é des trains de marchandises pesant 380 t, là où les plus puissantes locomotives à vapeur remorquent difficilement 130 t à 25 km/h. Du triphasé 3 600 volts les chemins de fer italiens font leur unique système d’électrification sous la forme d’un réseau de 1800 km de lignes à la veille de la Deuxième Guerre mondiale.

La carte de l’électrification italienne en 1930 : le triphasé (en rouge) a atteint son sommet dans les années 1920 et amorce son déclin.

Mais pourquoi le triphasé ?

La cause est entendue : l’Italie se lance, dès le début du XXe siècle, dans une grande électrification en courant triphasé dont elle se fera une pionnière mondiale. Les raisons du choix de ce système à la caténaire double très complexe s’expliquent par les difficultés rencontrées en traction électrique à courant continu au début du siècle: ce courant est difficilement transportable à longue distance et ne peut donc guère servir que pour des tramways.

Le courant alternatif monophasé est bel et bien essayé, car il offre l’avantage d’un transport sans perte à longue distance, mais les moteurs à courant monophasé  de l’époque ont des caractéristiques impropres à la traction ferroviaire, notamment par manque total de couple au démarrage. Ils mettent du temps à « trouver la phase » et à s’y accrocher :voilà ce que les ingénieurs leur reprochent.

50 : 3 = 16,6666666…

Outre le réseau du Midi en France (voir notre article consacré à ce brillant réseau très novateur) l’Europe centrale dite du « 16 2/3 » s’embarquera dans une « fausse » électrification en monophasé sous la fréquence de 50 Hz du réseau triphasé industriel 15 kV divisée par trois = 16 2/3 et en n’utilisant qu’une phase (ce qui crée un déséquilibre sur le réseau industriel). En somme on essaie de se rapprocher du courant continu. Ne parlons pas des perturbations apportées par le 16 2/3 aux lignes téléphoniques et aux installations électriques à proximité… Notons que, aujourd’hui, on a « arrondi » 16,6666666 à 16,7, ce qui n’a d’ailleurs rien changé pour ce qui est des problèmes techniques posés.

Pourtant le système à courant triphasé est une intéressante solution possible, conciliant les avantages des deux choix précédents, et les ingénieurs italiens l’adoptent sans arrière-pensée ni regret, alors que leurs confrères des autres pays européens sont très sceptiques et … les attendent au tournant ! Or le triphasé est un succès, et les locomotives marchent très bien, acceptant les plus fortes contraintes, tournant en souplesse et en silence,  robustes, simples, économiques.

Un des grands avantages du système triphasé est que, quand les locomotives sont en pente, poussées par les trains, elles le retiennent en produisant du courant et l’envoient dans la caténaire. Alors que nos camions et nos automobiles actuelles classiques (non « hybrides ») se contentent, dans une descente, d’user leurs freins et de produire une chaleur inutile (le moteur continuant à tourner et à polluer), la locomotive E-550, descendant une pente en retenant un train lourd derrière elle, restitue jusqu’à 62% de l’énergie nécessaire pour un autre train venant  à sa rencontre, en sens inverse, sur la voie montante. Ce sera la fameuse « récup » (récupération) que la traction électrique ancienne en courant continu pouvait faire, ainsi que l’actuelle en courant monophasé grâce à l’électronique.

Pour les conducteurs : des acrobaties avec le couplage, les pôles, les résistances.

Pour être un peu plus complets, notons que le moteur triphasé pose des problèmes d’ « accrochage à la phase » et de risque de « décrochage » si on lui impose un effort trop grand. Mais les premiers conducteurs italiens de locomotives fonctionnant en triphasé sauront jouer, avec virtuosité, de la commande des moteurs en modifiant le couplage en parallèle ou « en cascade » (où le deuxième moteur est alimenté par le premier) et en changeant le nombre de pôles utilisés pour les moteurs. Les moteurs comportent jusqu’ à 144 « crans » ou « encoches » permettant, pour le conducteur, le fonctionnement à 4, 6, 8, 12, et 24 pôles.

Ce n’est pas tout : la précision horlogère des vitesses de rotation des moteurs et des roues fait que sur une même locomotive ou sur deux locomotives en double traction, les efforts doivent être répartis entre les différents essieux en fonction de l’usure, donc du diamètre, des roues (qui peut atteindre plus de 5%) : si l’on attelle en double traction une locomotive neuve et une usée, l’une d’elles prendra toute la charge et l’autre ne prendra rien puisque les « petites » roues tournent plus vite que les « grandes roues ». Ainsi, en traction, ce sera la machine à « grandes roues » qui travaillera, l’autre se contentant de suivre le mouvement et de ne rien faire, mais en « récup », ce sera la machine à « petites roues » qui fera le travail.

Le démarrage, en triphasé, se fait aussi en insérant des résistances : on obtient le plein couple au démarrage avec une résistance de l’ordre de 20 à 30 fois la résistance du rotor pour chaque phase. On fait varier la résistance en utilisant la vieille technique de la plongée des électrodes dans l’eau. On utilise ces rhéostats liquides lors des débuts, d’où des locomotives électriques, pleines de tuyaux d’eau extérieurs, et ces locomotives « fument » comme des grandes !

Locomotive type 1C1 série E-554 de 1920. Beau matériel voyageurs d’époque. A noter : l’éloignement extrême des frotteurs pour permettre le passage des secteurs de caténaire hors tension sur les appareils de voie.
Une autre E-554 vue à Modane, à la frontière italo-française, une gare internationale où aboutit la ligne PLM dite de la Maurienne, alors électrifiée avec un troisième rail et du courant continu 1500v. On voit le coffrage en bois de ce troisième rail sous la locomotive. Nous sommes dans les dernières années 1920.
La locomotive type 1D1 série E432 construite par Breda en 1928. Une des dernières et des plus puissantes (2400 kW) de l’ère du triphasé italien. Les gros moteurs lents à rotor de grand diamètre, la transmission directe par bielles, voilà qui aura servi fidèlement jusqu’au bout la cause du triphasé.
Une rame diesel ATR-100 construite par Fiat en 1937. Les dernières caténaires doubles sont encore présentes.

La réponse de la traction électrique italienne à la défaillance de la vapeur.

Revenons au début de cette aventure. La traction vapeur montre ses limites en particulier sur la dure ligne des Giovi qui relie Gênes à Turin, et, même en mettant deux ou trois locomotives en tête des trains, les performances restent très médiocres. Il faut songer à autre chose : soit renoncer aux trains lourds et les fractionner en d’innombrables trains courts qui engorgeront la ligne, soit essayer la traction électrique. Celle-ci, au début du XXe siècle, ne demande qu’à relever le défi, mais les ingénieurs des chemins de fer du monde entier la considèrent comme étant juste bonne pour les métros et les tramways, et pour relayer les locomotives à vapeur sur les lignes urbaines en tunnel servant à la pénétration des grandes lignes jusqu’au cœur des métropoles.

L’expérience de la ligne des Giovi sert, dirait-on aujourd’hui, de « vitrine technologique » pour la traction électrique. D’autres grands pays se laissent convaincre, comme les Etats-Unis ou l’Allemagne qui, à l’époque, investissent eux aussi dans le courant triphasé. Notons que c’est avec du triphasé que l’Allemagne battra le record de vitesse sur rails à 210 km/h dès 1903 avec une motrice AEG roulant entre Marienfelde et Zossen, dans la banlieue de Berlin. Ici aussi la traction électrique fait une forte et durable impression, et ce record ne sera jamais battu en traction vapeur, mais seulement approché en 1938 au Royaume-Uni avec 202 km/h.

Dessin sommaire représentant les « Mastodontes » ou locomotives doubles de la ligne des Giovi. Un succès qui n’est même pas d’estime…

La E-550 : de curieuses caractéristiques.

Ces locomotives à cinq essieux couplés de la ligne des Giovi, plus proches, peut-être, du locotracteur électrique que de la locomotive proprement dite, sont bien conçues pour un usage spécifique: celui de la traction, à vitesse réduite, de trains très lourds en forte rampe.

Le choix du courant triphasé permet d’obtenir des moteurs capables de tourner lentement, régulièrement en fonction des phases du courant, et tout en développant un effort de traction continu et fort. Ces moteurs sont à huit pôles qui peuvent être couplés ou non pour obtenir les deux vitesses de rotation, soit de 45 km/h, ou, si l’on couple les moteurs en série, de 22.5 km/h pour une fréquence de 15 Hz. Ces moteurs ne demandent pas d’engrenages de réduction car ils peuvent tourner très lentement, et donnent une locomotive très simple mécaniquement, comportant pour tout mécanisme une liaison par bielles entre les deux moteurs et les six essieux.

La E-550 développe une puissance d’environ 2.000 ch, ses deux moteurs donnant chacun 1.000 ch. La locomotive pèse 50 tonnes, mais son poids peut être accru jusqu’à 65 tonnes par addition de lests, ceci pour augmenter le poids adhérent. Pour l’inscription en courbe de faible rayon, les roues de l’essieu central n’ont pas de boudins de guidage, et les roues des essieux extrêmes ont un jeu latéral de 20 mm.

Elle est dénommé E 550 : « E » pour électrique, « 5 » pour cinq essieux moteurs, et le deuxième « 5 » pour le type de service accompli : trains lourds. Ce type de locomotive constitue un important parc de 186 exemplaires, soit un record mondial pour une série de locomotives à l’époque, si l’on y ajoute les E-551 qui sont une version plus puissante de la E-550 produite à partir de 1921.

L’abandon du triphasé.

Mais la complexité du système de caténaires surtout dans les gares au-dessus des appareils de voie, d’une part, et, d’autre part, les progrès faits en traction électrique à courant continu incitent les ingénieurs italiens des années 1920 à se tourner définitivement vers le 3000 v continu qui sera désormais la norme en Italie avec son fil aérien unique. En 1928 l’électrification de la ligne de Naples à Foggia en courant continu 3000 v marque un tournant: moins cher en installations fixes avec une caténaire simple, donnant des performances accrues grâce aux progrès des moteurs à collecteurs, ce système éclipse inexorablement le triphasé. En 1939 les lignes électrifiées totalisent une longueur de 2.960 km en courant continu, 1.760 km en triphasé pour un réseau de 17.000 km. Le régime mussolinien compte parvenir à un total de 9.000 km électrifiés à court terme.

Petit album du spectacle offert par les caténaires en triphasé.

Ci-dessus : quelque aperçus de la caténaire en triphasé au-dessus des appareils de voie dans les gares et bifurcations. Sur une TJD il semble impossible, sous risque de pluies d’étincelles, de se passer de sections neutres. On remarquera que, sur l’ensemble des locomotives courtes du triphasé comme la E-550, les frotteurs sont très éloignés les uns des autres, pratiquement à la verticale des tampons, vu la longueur des sections hors tension des appareils de voie. Documents RGCF de 1912.
En pleine voie, la double caténaire ne pose pas de problème particulier.

Les caractéristiques techniques de la E-550.

Type: E

Année de construction : 1908

Courant traction: triphasé 3 400 v 15 Hz

Puissance: 1 500 kW (environ 2000 ch.)

Moteurs: 2 x 750 kW

Masse: 63 t

Longueur: 9,5 m

Vitesse: 50 km/h

Une E-550 vue vers la fin des années 1910.

Les autres essais du triphasé dans le monde.

L’Italie ne fut pas le seul pays à se risquer dans le délicieux dédale de la double caténaire. Rappelons les essais, en Allemagne, sur la ligne de Marienfelde à Zossen, en 1903, avec un record très brillamment battu à 210 km/h (voir l’article « Trainconsultant » consacré à ce record). Mais ce ne fut qu’un essai, sur une ligne provisoirement électrifiée, avec une rudimentaire nappe de trois fils latérale posée sur des poteaux.

La relecture du magistral ouvrage de référence « Histoire de la traction électrique » paru aux Editions de La Vie du Rail en 1980 (pour le tome 1) sous la signature de Yves Machefert-Tassin, Jean Woimant et Fernand Nouvion est très recommandée pour se replonger dans les passionnantes aventures du triphasé dans le tunnel du Simplon, dès 1906, mais aussi pour redécouvrir les essais du « Great Northern » américain et sa ligne du tunnel de La Cascade traversant les montagnes Rocheuses mise en service en 1909 sur les 10 km du tunnel dont le gabarit est si « serré » que les fumées des locomotives à vapeur sont bannies d’office pour assurer la survie des équipes de conduite.

Comme le dit Yves Machefert-Tassin, il y eut d’autres « cas » (!) en triphasé dans le monde, comme dans le tunnel du Gergal du réseau du « Santa-Fe » pour les mêmes raisons que le « Great Northern », ou, en Espagne, sur la ligne Nacimento à Gador-Almeria pour laquelle la firme suisse Sécheron livra encore des locomotives très modernes en 1963. N’oublions pas la ligne suisse du Burgdorf-Thun qui acquiert encore, en 1922, des automotrices très modernes, la ligne suisse du Gornergrat ouverte et électrifiée en triphasé dès 1898 et toujours en service avec du matériel moderne, la ligne brésilienne du Corcovado à Rio-de-Janeiro toujours en activité depuis 1884 et électrifiée en 1910, les motrices à crémaillère du canal de Panama entre 1912 et 1965 et, last but not least, les deux fameuses lignes en voie métrique, françaises s’il vous plaît, établies entre Superbagnères et Luchon (1912-1966), d’une part, et, d’autre part, la ligne de la Rhune (1924) qui, toujours en service -chose incroyable – fait aussi de la France un des membres du club très fermé du triphasé et de la caténaire double.

La ligne du Corcovado à crémaillère Riggenbach, ouverte en 1884 et électrifiée en triphasé en 1910, est une des plus anciennes du monde utilisant ce système. Elle est plus ancienne que la statue du Christ qui date de 1931 et la ligne a participé à la construction de ce monument.
La ligne de La Cascade sur le réseau du Santa-Fe.
Lors des débuts de la ligne en voie étroite et à crémaillère Strub du Gornergrat en 1898. Motrice classique type Brown-Boveri (BBC) suisse de 1895. On voit que c’est du triphasé, ô combien ! (Combien de pantographes!).
La ligne de Zermatt au Gornergrat est longue de 9,3 km, mais à la vitesse de 7 km/h, le (magnifique) trajet se fait en 1h30 : personne ne s’en plaint… On a le temps d’admirer le Cervin.
Automotrice de type actuel sur le Gornergrat. Au fond, le pic du Cervin, vision obligatoire.
Le terminus à Luchon de la ligne de Superbagnères, du temps de son fonctionnement entre 1912 et 1966. Ce type de matériel d’origine suisse BBC en triphasé est toujours en activité sur la ligne voisine, celle de La Rhune.
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