Le métro parisien a failli connaitre une électrification avec troisième rail et caténaire et pantographes. C’est un fait peu connu, et ce système a bien été essayé sur la ligne 12 dite « Nord-Sud ». Mais un tout aussi curieux système a été pratiqué par le métro de Londres et on peut toujours observer, avec un étonnement fondé, ses voies à quatre files de rails. Nous avons déjà fait paraître un article sur ce métro de Londres (ouvrir « Google » et taper « lamming londres » pour le retrouver rapidement et facilement). Nous restons incurablement fascinés par ce métro à quatre rails et nous proposons un petit retour sur cette particularité qui est certes logique en théorie mais assez surprenante en réalité, et nous proposons aussi un rapide coup d’œil sur ce qui s’est passé sous les voûtes des tunnels et stations de la ligne « Nord-Sud » parisienne.
Sous sa forme dite du « deux fois 500 volts », cette technique a marqué l’histoire de la traction électrique. Et les lecteurs de ce site, en allant à Londres par Eurostar, ne manqueront pas de prendre le métro de la capitale britannique pour découvrir ou redécouvrir un système d’alimentation qui ne demande pas moins de quatre rails par voie, au sol, deux pour le roulement des trains, et deux autres pour une raison qui vaut son pesant de mystère et de charme à la manière, comme habitude, comme cela se fait outre-Manche.
Une vieille histoire d’une chose bien ancienne, pour commencer.
Pour être ancien, il l’est, ce métro de Londres et la ville mérite le titre très envié de première ville du monde desservie par un métropolitain, bien avant les autres capitales. Et, en outre, ce chemin de fer l’était vraiment en ce sens qu’il marchait à la vapeur, soignant ainsi les poumons avec des inhalations efficaces…. et faisant la fortune des blanchisseurs et des teinturiers, vu les couleurs données aux habits.
Charles Pearson est l’inventeur du chemin de fer métropolitain, et a l’idée de faire creuser la première ligne urbaine souterraine du monde au début des années 1860. La ligne de Paddington à Farringdon est ouverte en 1863 sur une courte distance de 6 km environ, et sous l’un des axes les plus chargés de la capitale anglaise, alors la plus grande ville du monde. Le succès est tel, malgré la fumée et la vapeur que les locomotives exhalent à cœur joie, que d’autres lignes suivent, et on peut dire qu’en 1880, à une époque où l’ensemble des grandes villes du monde en sont encore à des transports de type médiéval avec des chevaux et des voitures, Londres a déjà un véritable réseau moderne de chemins de fer métropolitains. L’électrification de ce réseau est amorcée à partir de 1906, apportant le mode de traction définitif que réclame ce type de chemin de fer.
Deux types de chemins de fer souterrains : le « Tube », et l’autre.
Ne les confondons pas : le chemin de fer souterrain de Londres est constitué de deux types différents. Le plus ancien, construit près du sol par chantier à ciel ouvert puis recouvert, a des tunnels à voie double et un matériel roulant au gabarit proche de celui des chemins de fer classiques, et le plus récent, construit à grande profondeur, a été creusé avec des tunnels à voie unique et un matériel à gabarit restreint de forme circulaire, donnant des voitures de forme cylindrique et un plafond bas, ce qui lui a valu le surnom de « tube » de la part des Londoniens. Mais les deux systèmes ont en commun de venir à la surface du sol en s’éloignant du centre de la ville et de gagner des villes de banlieue à l’air libre, ou sur des viaducs.
Le type le plus ancien a été construit entre 1863 et les années 1880, par des compagnies privées, et comprend une ligne circulaire, ou « Circular Line », autour du centre de Londres, donnant des correspondances avec un grand nombre d’autres lignes. Ce sont ces lignes-là qui furent d’abord exploitées en traction vapeur, avant l’électrification intégrale entreprise à partir de 1906. Par contre le premier forage du « tube » commença en 1890, et avant 1914, un grand nombre de lignes, déjà, se ramifie sous Londres. L’ensemble des lignes fut regroupé en 1933, formant un seul réseau public, et l’on pensa, à l’époque, que le besoin de lignes nouvelles ne se faisait plus sentir.
Malgré ses extravagances électriques, aujourd’hui encore le réseau de Londres est un des plus étendus du monde, occupant une vaste surface, avec 5 de ses lignes atteignant des villes situées à environ 25 km du centre de la capitale – chose qui, pour la région parisienne, par exemple, reste encore du domaine du projet ou du début de réalisation. Le réseau londonien actuel comprend plus de 420 km de lignes en voie normale de 1435 mm, avec 273 stations, plus de 4000 véhicules, et il transporte plus de 760 millions de voyageurs par an.
La première ligne du « tube » inaugure aussi la traction électrique.
Ouvrons la « Revue Générale des Chemins de Fer » (RGCF) de l’époque. En 1891, cette (toujours magnifique) revue décrit la première électrification d’une ligne du métro de Londres : c’est la ligne du « City & South London Railway » qui relie directement, sur 6200 mètres, les quartiers d’affaires très actifs de la rive droite avec les abords du pont de Londres où se trouvent plusieurs gares. Reliant King William Street Station à Stockwell, la ligne ne dessert que quatre stations intermédiaires, et elle est parcourue par un train toutes les six minutes. Les trains eux-mêmes sont très curieux : ils ont deux ou trois voitures de forme cylindrique, sans fenêtres, sinon de très petites fentes vitrées juste au-dessus du dossier des banquettes pour lire les noms des stations. Les voitures sont équipées intérieurement de deux banquettes longitudinales, les voyageurs étant assis face à face de part et d’autre de l’allée centrale.
C’est bien le premier « tube » et le tunnel est au diamètre, très restreint, de 3, 20 m de diamètre intérieur, ce qui, une fois la voie posée, ne laisse qu’une hauteur utile d’environ 2,50 m et une hauteur de 2 m sous plafond dans les voitures qui sont longues de 9 m et ne contiennent que 34 voyageurs. Des petites motrices à deux essieux remorquent des trains de trois voitures et ont deux « dynamos », comme le dit la RGCF en termes d’époque, à enroulement par série donnant chacune 50 ch à 310 tours.
Tout ce que la RGCF dit du système d’alimentation est qu’il y a « un troisième rail conducteur et central » . Notons que ce rail central, s’il est relativement rare sur les chemins de fer réels, s’inscrit dans la plus pure tradition des trains-jouets électriques qui apparaîtront vers 1900 et la maintiendront jusqu’aux années 1960.
Le courant de traction est décrit par la RGCF comme du continu, à la tension de 500 volts, et avec une intensité de 150 ampères. L’article est signé par deux grands noms de l’histoire des chemins de fer français : Eugène Sartiaux, chef des services électriques, et Maurice Cossman, ingénieur en chef des services techniques,tous deux de la compagnie du Nord. Maurice Cossman étudiera la signalisation et s’intéressera à la théorie des enclenchements pour lesquels il publiera un système de notation, et deviendra aussi un spécialiste des études économiques de lignes ferroviaires.
Pour ces deux éminents auteurs, le rail central est interrompu sur les appareils de voie. Les appareils de voie sont, d’ailleurs, peu nombreux, et fort loin des complications de tracé des chemins de fer britanniques à propos desquelles les auteurs de la RGCF, avec une élégance et une clarté très d’époque, indiquent que si c’était le cas sur cette première ligne, « la continuité du conducteur ferait exception, et l’interruption deviendrait la règle ».
Notons que le rail central est situé au dessous du plan de roulement des rails, ce qui ne facilite pas les choses pour le franchissement des appareils de voie : des rampes placées de part et d’autre de l’appareil de voie relèvent le frotteur pour le faire passer par-dessus le rail de roulement qu’il rencontre.
C’est la première ligne de chemin de fer exploitée en traction électrique, ceci d’une manière commerciale, et avec des techniques désormais au point. Mais… et le « deux fois » ?
Alors : le « deux fois plus», ou plutôt le « deux fois moins » ?
Ouvrons l’ouvrage magistral « Histoire de la traction électrique » paru aux Editions La Vie du Rail. Il est écrit par Yves Machefert-Tassin, Fernand Nouvion, et Jean Woimant, il est paru en 1980 pour le tome 1 et en 1986 pour le tome 2. Yves Machefert-Tassin, que nous avons très bien connu, et dont la passion pour l’histoire de la traction électrique et la compétence étaient bien reconnues, décrit le « City & South London », conçu par les ingénieurs Gresthead et Hopkinson, comme étant équipé d’un captage sur deux rails, un central, et un latéral, à +250 et – 250 volts.
Les locomotives fonctionnent, toujours d’après Yves Machefert-Tassin, sous 500 volts, et elles dérivent d’une locomotive exposée par Siemens à Londres en 1881, la firme allemande fournissant d’ailleurs deux des quinze locomotives engagées sur la ligne, les treize autres étant fournies par Mather & Platt, une entreprise de Manchester. Une de ces locomotives a été préservée et est visible au « London Transport Museum ».
Les moteurs utilisent la technique ultérieurement appelée « gearless », c’est-à-dire avec des induits des moteurs formant partie intégrante des essieux, donc se passant de toute démultiplication ou transmission par engrenages. Ceci fait que ces locomotives ont une masse non suspendue tellement conséquente, avec 9,4 tonnes, qu’elles lézardent, paraît-il, les façades des maisons situées au dessus de la ligne !
Elles ont pour originalité un freinage continu à air comprimé, mais sans compresseur, jugé trop compliqué : on « gonfle » les réservoirs des locomotives à chaque arrêt en extrémité de ligne…
Quatre égalent cinq.
La ligne est alimentée par des câbles, ou « feeders » (on disait « nourrice » à l’époque) à la tension de 1000 volts, celle-ci provenant de génératrices en série à +1000 ou -1000 volts. On a donc bien du « deux fois moins » et deux fois de suite, entre les génératrices et les moteurs de traction. Ce système sera plus connu, par la suite, sous le nom de « Système à cinq fils du City & South London », puisque l’on aura un ensemble qui s’équilibre, par le jeu des séries, à des tensions de 500 volts aux bornes de l’ensemble des machines tournantes.
Mais revenons à la description donnée par Yves Machefert Tassin qui indique bien un captage sur deux rails, un central et un latéral, à +250 et à -250 volts respectivement. Cette description supposerait que, le rail latéral étant à +250 volts et le rail central à -250 volts, il y ait un neutre constitué par les rails de roulement et les trains, ce qui porte le nombre de rails existant sur la voie au nombre de quatre.
Or les schémas de la RGCF représentent une voie à trois rails, et le texte de la RGCF le confirme, mais nous pensons que Yves Machefert-Tassin a, lui aussi, tout à fait raison. Alors : qui croire ?
La solution de l’énigme vient du fait que, d’après l’ouvrage « The great book of trains » (ouvrage écrit par Brian Hollingsworth et Arthur Cook, paru aux éditions Salamander en 1987), la ligne aurait bien été équipée d’un système à rail conducteur central jusqu’en 1920, et, ensuite, aurait été équipée du système à quatre files de rails du métro londonien cette année-là. On est donc conduit à penser que ce premier métro de Londres aurait fonctionné en 500 v continu «entier » par rail conducteur central, avant de passer à un 500, « écrémé » et adouci par les vertus du « deux fois moins ».
Notons que, par la suite, le réseau du « tube » londonien poussera la tension jusqu’à +350 et -350 volts, donnant une différence de potentiel de 700 volts, ce qui est le cas actuellement. L’expert Jürgen Wax-Ebeling, qui nous fait l’honneur de nous lire, nous fait remarquer que les tramways anglais avaient une tension de 440 volts, ce qui est toujours le cas à Calcutta.
Méfiez-vous des imitations.
C’est ce que disaient les publicités de jadis… Tout ce qui est à quatre rails n’est pas du « deux fois » à Londres : les lignes d’extension du Metropolitan et du District Railway, par exemple, utilisent bien quatre rails, mais les rails de roulement ne sont pas le neutre d’un 500 v en « deux fois » : le rail latéral apporte directement le courant 500 volts et le rail central assure son retour. Les rails de roulement sont totalement hors circuit et ne servent qu’au roulement. Ce système est présenté comme limitant les courants vagabonds. Il n’est plus utilisé aujourd’hui.
Le « Nord – Sud » du métro de Paris aurait pu avoir, lui aussi quatre files de rails.
En janvier 1912, la RGCF consacre un important article à la toute nouvelle ligne du métro, dite le « Nord –Sud ». C’est une ligne « privée », indépendante de la « Compagnie du Métropolitain de Paris » (CMP), et elle a pour handicap un profil très accidenté. Aujourd’hui, c’est la ligne 12 de la RATP, et elle fut rachetée et intégrée au réseau du métro parisien en 1930.
Les ingénieurs du « Nord-Sud » ont cherché à s’affranchir des inconvénients (notamment les effets destructeurs dus à l’électrolyse) inhérents à la circulation de forts courants dans les rails conducteurs de retour, et ils rêvent de pouvoir utiliser une tension plus élevée que le 600 volts imposé par les normes de l’époque. Ils ont certainement à l’esprit une solution comme celle du « tube » londonien qui généralise sur ses lignes son système à quatre files de rails permettant de doubler la mise tout en restant dans la légalité. Ils franchissent le Rubicon et osent le 1200 volts, mais le quatrième rail londonien sera, à Paris, un fil aérien.
Le « Nord – Sud » a recours à une distribution à trois fils comportant deux lignes spéciales de prises de courant, l’une aérienne, l’autre par troisième rail et la ligne des voies de roulement forme le fil neutre. L’une des motrices, la motrice de tête par exemple, recueille le courant sur l’un des conducteurs, la différence de potentiel entre le conducteur et le rail étant de 600 volts, et l’autre motrice prend également, entre le second conducteur et les rails de roulement, un courant à la tension de 600 volts.
La différence totale de potentiel utilisé par le train entre les deux lignes de prise de courant est donc de 1.200 volts, sans qu’en aucun point des voitures, la tension d’un conducteur, (par rapport è la terre), ne dépasse 600 volts : ce qui respecte à la lettre les normes prescrivant une tension de 600 volts.
La RGCF justifie le système : « La partie du rail de roulement comprise entre la motrice de tête et la motrice de queue, sert de conducteur de liaison et est, seule sur toute la voie, le siège d’un courant, en supposant. bien entendu, les puissances absorbées par les deux motrices rigoureusement égales. Le courant de traction est alors réparti également entre les deux ponts (+ 600 volts et 0, 0 et – 600 volts). (L’absence, ou à peu près, de courant de retour à. la station dans les rails de roulement est une condition des plus importantes qui jointe à l’élévation du potentiel entre les deux rails de traction permet d’augmenter le rayon d’action des sous-stations). »
Quant au renoncement à quatre files de rails au sol, la RGCF explique aussi :
« Dans ce système de distribution, les deux conducteurs ne peuvent pas être mis tous les deux au niveau du sol; car, si l’un d’eux était mis à l’extérieur de la voie, le second devrait être placé dans l’axe entre les deux rails de roulement, mais il en résulterait une trop grande proximité avec la masse des moteurs et, dans les croisements, son trop grand rapprochement avec les rails obliques de jonction des voies, rendrait cette disposition impossible. On ne peut également envisager, pour des raisons de gabarit et d’encombrement, et aussi de difficultés d’aiguillages, l’installation de deux fils aériens tendus au-dessus des trains. Ces fils forcément peu éloignés l’un de l’autre, avec une différence de potentiel de 1.200 volts, devraient être sectionnés à chaque jonction au croisement de voies, ce qui serait une trop grande complication. D’où la disposition consistant à mettre en haut, à la voûte du souterrain, l’un des conducteurs de fraction et de constituer le second conducteur par un rail latéral isolé (troisième rail), au niveau des rails de roulement. »
Voilà qui est chose dite, et le métro de Paris conservera partout sa voie à trois files de rails. En ce qui concerne le « Nord – Sud », le fil aérien présent donc une différence de potentiel de 600 volts par rapport aux rails de roulement et de 1.200 volts, et aussi de 600 volts par rapport au rail latéral. En ce qui concerne le fil aérien, il est en cuivre, et sa section est seulement de l50 mm2. Il est alimenté, de distance en distance, par des prises faites sur un feeder spécial (ou « nourrice ») régnant d’un bout à l’autre du souterrain: le fil est sectionné en tronçons compris entre les milieux de deux stations voisines. Le système aurait été abandonné peu après l’intégration du « Nord – Sud » au réseau du Métropolitain. Seul, aujourd’hui, le métro de Londres persiste à utiliser ce système à quatre files de rails avec un neutre sur les rails de roulement. Pour les amateurs de curiosités électriques – mais si, il y en a… – un voyage à Londres ne sera pas décevant.
Un « double pont », donc ?
En conclusion, nous tenons à remercier l’ingénieur Eric Bettega qui, à l’indulgente lecture de cet article, nous rappelle que, en France, dans les Alpes nous avons connu deux versions de ce que l’on doit appeler un « double pont » donc, selon les termes même du grand ingénieur suisse que fut René Thury, pionnier de la traction électrique en courant continu : le tramway de Grenoble à Chapareillan sous +600v en courant continu et -600v en courant continu, et bien entendu le chemin de fer de Saint-Georges-de-Commiers à La Mure ou « SGLM » sous +1200v en courant continu et -1200v en courant continu. Mais dans les deux cas avec lignes de contact aériennes.
Vous devez être connecté pour poster un commentaire.