Mystères suisses : le triphasé rode entre Berthoud et Thoune.

L’électrification du chemin de fer suisse, devenu champion toutes catégories de ce mode de traction, a connu ses débuts sur la ligne de Berthoud (Burgdorf) à Thoune (Thun). A l’époque, durant les premières années du XXe siècle, et même en Suisse, pays où le charbon manque totalement, il n’est guère question d’envisager autre chose que des locomotives qui fument et qui ont des cylindres et des bielles.

L’électricité ? Tout juste une curiosité de laboratoire scientifique, ou encore quelque chose pour faire tinter des sonnettes et créer une voix grésillante et lointaine dans les téléphones approximatifs de l’époque. Oui, mais le charbon vient tellement à manquer qu’il faudra bien prendre l’électricité au sérieux et envisager de lui faire déplacer des centaines de tonnes sur des rails. Les Chemins de Fer Fédéraux, pourtant, restent sceptiques…

Un voisin sympathique pour le Berthoud – Thoune.

La « Compagnie du Chemin de fer de Berthoud à Thoune » est fondée en 1896, en Suisse. La ligne est ouverte en 1899 et démontre que la traction électrique permet de faire circuler dix trains par jour pour le même prix que cinq en traction vapeur. Une bonne affaire ? Cela reste à prouver, car la ligne a coûté en tout cinq millions et demi de francs suisses !

Mais une société « Motor » établie non loin de là, à Spiez, propose à la jeune compagnie de lui fournir du courant électrique produit dans son usine hydroélectrique. Ce voisin obligeant fournit du courant triphasé, un type de courant qui n’est que peu utilisé, jusqu’alors, dans la traction ferroviaire parce que le moteur à courant continu basse tension domine la traction électrique avec les tramways et les métros et, aussi, parce que le courant triphasé demande une caténaire double avec retour par les rails, chose assez complexe. Mais le courant triphasé offre l’avantage d’une marche constante, y compris la retenue des trains dans les pentes : les vitesses sont déterminées par rapport à la « fréquence » (on dit les  » périodes  » à l’époque) du courant donnant à la locomotive une vitesse, par exemple, de 14 km/h, ou de 28 km/h (deux la fréquence) ou de 42 km/h (trois fois la fréquence) maintenue quelle que soit la charge et le profil de la ligne – mais avec un rare risque de « décrochage » en cas de charge ou de pente trop forte. Ce système convient très bien aux chemins de fer de montagne, et c’est pourquoi il est essayé un peu partout dans le monde.

L’idée fait des adeptes et interesserait la ligne de Seebach à Wittingen.

Donc l’idée est dans l’air (et … à la hauteur des caténaires), et bien des ingénieurs songent à ce type de courant, qui offre de grands avantages : vitesse constante, absence de collecteurs, bon couple au démarrage. Un tramway est essayé en 1895 à Lugano, en Suisse, et en 1898 à Berlin, en Allemagne, ou à Évian, en France, tandis que, toujours en 1896, des lignes de montagne à crémaillère utilisent ce système, comme sur la ligne du Stansstad-Engelberg. Le triphasé n’avait pas été tenté sur une ligne de chemin de fer à voie normale, avec des trains lourds. Grâce à la société « Motor », ce sera chose faite.

Comme ces essais se montrèrent peu concluants, la locomotive Fc 2×2/2 N°1 nommée « Eva » fut bientôt mise en service régulier, mais en monophasé, et ceci malgré un certain scepticisme chez les ingénieurs du réseau. Plus tard, une version améliorée de la locomotive Fc 2×2/2 no 1 fut construite, la locomotive Fc 2×2/2 no2 nommée « Mariannli » (petite Marianne).

Notons que EVA et Mariannli sont les deux premières locomotives d’essais en courant monophasé sur la ligne Seebach – Wettingen (comme on le voit sur la photo). Les SBB/CFF décidèrent d’acquérir ces deux machines en 1919 car, tout compte fait, elles se sont montrées satisfaisantes. « Eva » resta longtemps au dépôt d’Erstfeld, puis, après une deuxième transformation, elle se retrouva sur le Bodensee-Toggenburg. nommée Ce 4/4 n°33. La « Mariannli », quant à elle, termina sa carrière sur le STB (Sensetalbahn).

Le système.

Le courant est produit dans l’usine de la Kander, près de Spiez, sous la tension de 16 000 volts, tension abaissée à 750 volts, pour l’utilisation en traction, par des transformateurs répartis le long de la ligne. La Kander, torrent dévalant de l’Oberland bernois, est captée à cinq kilomètres de là, au-dessus du lac de Thoune, dans lequel il se jette. L’eau circule à une vitesse de 2,9 mètres par seconde dans l’une des conduites et de 3,7 mètres par seconde dans l’autre, de diamètre plus restreint. Elle fait tourner des turbines donnant 900 chevaux (mesures d’époque), et actionnant des alternateurs de 660 kW. Le courant fourni est à la tension de 4 000 volts, élevée à 16 000 volts par des transformateurs. La fréquence du courant est de 40 Hz, correspondant à la vitesse des alternateurs, mais aussi à la vitesse des moteurs des locomotives. Le courant est amené aux locomotives par une caténaire double, alimentée en 750 V, avec retour par les rails, longue de 48 km.

Le matériel roulant utilisé se compose de deux locomotives électriques, une locomotive à vapeur (au cas où…), six automotrices à bogies, dix voitures et soixante wagons de divers types. Ce parc permet d’assurer dix trains par jour dans chaque sens, et le service voyageurs est assuré principalement par des automotrices. Les locomotives sont sur deux essieux accouplés par bielles et entraînés par deux moteurs triphasés asynchrones de 110 kW chacun, soit 220 kW en tout. Les moteurs sont logés dos à dos sur le châssis et entraînent les roues par des bielles. Ils ont douze pôles. La vitesse est constante, les moteurs tournant en phase avec les génératrices du barrage, et elle est de 36 km/h, quelle que soit la charge. Un réducteur mécanique permet de diviser cette vitesse par deux pour le service des marchandises : le changement de vitesse se fait à l’arrêt. Une résistance permet le démarrage, puis est éliminée une fois la vitesse de 36 km/h atteinte. La ligne fonctionne d’une manière correcte sous ce système triphasé jusque durant l’entre-deux-guerres, avant d’être reconvertie dans le système monophasé 16 2/3 Hz adopté par l’ensemble du réseau suisse ultérieurement.

De Zurich-Seebach à Wittingen : privilégier l’alimentation et non le moteur.

Les premières applications du courant alternatif monophasé apparaissent au début de notre siècle aux États-Unis, en Allemagne, et surtout en Italie. La Suisse s’intéresse aussi à ce système. Il s’agit de passer du tramway urbain à la locomotive pour trains rapides et lourds, ce qui implique de fortes puissances et tensions en ligne. Mais ce pas à franchir est terriblement compliqué, techniquement.

Les ingénieurs du début du siècle ont à leur disposition un excellent moteur, très apte à la traction ferroviaire : le moteur à courant continu, à tension modérée. Les progrès à accomplir, pour l’adapter à la grande traction, sont d’en augmenter la puissance et de le rendre apte à consommer de fortes tensions et intensités. C’est le meilleur moteur, mais le transport du courant continu ne peut se faire à grande distance, et il faut donc bien installer des caténaires alimentées en courant alternatif et redresser le courant à bord de la locomotive, ce qui est compliqué. On privilégie le moteur.

Une autre tendance se dessine chez les ingénieurs qui consiste à éviter ces complications. Ils choisissent d’alimenter, directement et plus simplement, un moteur à courant alternatif, même si c’est un moins bon moteur en matière de traction ferroviaire, car sa commutation, au démarrage, est délicate. On privilégie l’alimentation.

Oerlikon vide son compte en banque.

La grande firme suisse, prévoyant l’avenir de la traction électrique, procède à ses frais à d’importants essais sur la ligne de Seebach (près de Zurich) à Wettingen, longue de 20 km et raccordée aux ateliers de la firme. Ce sont les premiers essais avec du courant alternatif haute tension 15 000 v et fréquence industrielle 50 Hz, et circulant dans un simple fil tendu au sommet de poteaux en bordure de la voie, sur lequel frotte un petit archet. Trois locomotives d’essai sont successivement construites à partir de 1904. La première, à groupe convertisseur Ward-Leonard, est du type BB (ou plutôt Fc2x2/2) avec deux moteurs de 150 kW entraînant les quatre essieux par des bielles. Le groupe convertisseur comporte un moteur asynchrone monophasé entraînant une génératrice produisant du courant continu 600 v. Mais la lourdeur du système embarqué dans la locomotive et l’obligation de le maintenir en mouvement, pour éviter les manœuvres trop fréquentes de mise en route du convertisseur, font que les ingénieurs d’Oerlikon abandonnent le courant 50 Hz et construisent une deuxième locomotive d’essais.

« Mariannli » entre en scène.

C’est le nom de la seconde locomotive, mais les présentations ont déjà été faites. Peu différente mécaniquement de la première, elle utilise directement le courant alternatif dans ses moteurs à collecteur, grâce à un curseur se déplaçant sur 20 bobines de réglage de vitesse. Des problèmes de commutation se posent, et il faut réduire la fréquence de 50 Hz à 15 Hz, et on limite la tension aux bornes des moteurs à seulement 300 v, grâce à la présence d’un transformateur sur la locomotive. Chaque moteur donne 184 kW à 650 tr/mn, soit autant que la première locomotive, ce qui correspond à la remorque d’un train de 250 t en rampe de 12 pour mille. Des essais avec une fréquence de 25 Hz montrent qu’il ne vaut mieux pas s’aventurer jusque-là – bien que les américains le feront ultérieurement en utilisant cette fréquence directement, puisqu’elle est industrielle pour eux. Dans le même mouvement, la première locomotive est transformée en locomotive à moteurs directs, elle aussi, ce qui la rapproche techniquement de la deuxième locomotive.

La troisième et dernière fois…

Enfin, en 1907, Siemens réalise, toujours pour la ligne de Seebach à Wettingen, une locomotive du type A1A-A1A, à six essieux dont quatre sont entraînés par des moteurs à courant monophasé de 165 kW chacun. Les ingénieurs prévoient l’espace nécessaire pour installer six moteurs, et en faire donc une CC, la puissance totale escomptée devant alors être de l’ordre de 1 000 kW. Nous n’avons, malheureusement, pas d’illustration de cette locomotive.

Mais les chemins de fer suisses, bien que la ligne soit en service régulier depuis une année et demie, refusent de s’engager financièrement dans la poursuite des essais, estimant que la traction électrique coûte plus cher que la traction vapeur. Découragée, la firme Oerlikon en reste là, perdant tous ses investissements. Les installations électriques de la ligne sont démontées, et la traction vapeur fait son « come back ». Pourtant la compagnie suisse du Berne-Lötschberg-Simplon, dès 1907, construit sa grande ligne d’accès au Simplon et l’électrifie immédiatement en triphasé. Ce sera le succès. Les Chemins de Fer Fédéraux seront bien obligés de suivre le mouvement !

Caractéristiques techniques de la locomotive BB N°1 essayée entre Berthoud et Thoune.

Type : BB

Moteurs : deux

Courant : 750 V triphasé 40 Hz

Transmission : bielles

Masse : 29 t

Longueur : 7,8 m

Vitesse : 18/36 km/h

Avec Yves Machefert-Tassin : le triphasé dans le monde.

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) et 1990 pour le tome II, sous la signature de Yves Machefert-Tassin, Jean Woimant et Fernand Nouvion est très recommandée pour se replonger dans les passionnantes aventures du triphasé. Nous reprenons les lignes déjà écrites, sur ce site, dans l’article consacré au triphasé italien.

Cet ouvrage nous promène dans le tunnel du Simplon, dès 1906, mais aussi aux États-Unis, pour les essais du « Great Northern » américain et sa ligne du tunnel de La Cascade. Cette incroyable ligne traverse les montagnes Rocheuses. Elle est 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 l’écrit Yves Machefert-Tassin dans son fameux style très personnel, 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 ». De même, en Espagne, il y eut du triphasé sur la ligne de Nacimento à Gador-Almeria pour laquelle la firme suisse Sécheron livra encore des locomotives très modernes en 1963.

Yves Machefert-Tassin n’oublie 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. Il n’oublie pas, non plus, la ligne brésilienne du Corcovado à Rio-de-Janeiro toujours en activité depuis 1884 et électrifiée en 1910.

On pourra aussi se souvenir des motrices à crémaillère du canal de Panama entre 1912 et 1965 et 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 sa caténaire double. Tous ces articles peuvent être facilement consultés en tapant, sur « Google » directement « Lamming » plus le nom d’un des terminus de la ligne qui vous intéresse.

Mais n’oublions pas, non plus, que l’Espagne fut un des hauts lieux du triphasé, comme nous le rappelle Juan-Manuel Grijalvo, qui nous fait l’honneur d’être un des lecteurs les plus fidèles de ce site. Par exemple :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Nacimiento_(Almer%C3%ADa)

https://es.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9rgal#Ferrocarril

En effet, il y eut du triphasé sur diverses lignes notamment dans la province d’Almeria pour laquelle la firme suisse Sécheron a fourni, en 1963, des locomotives très modernes et performantes

https://trenesytiempos.blogspot.com/2014/11/las-efimeras-y-olvidadas-trifasicas-21.html

Pour finir, une belle carte ferroviaire suisse de l’époque.