C’est une vieille histoire. Voici où elle en est au lendemain de la Seconde Guerre mondiale. Depuis longtemps, la composition des trains occupe la pensée des fonctionnaires et ces cheminots chargés de la sécurité sur la circulation du réseau ferré français, ceci dès le Second Empire déjà, et notamment en ce qui concerne les trains de marchandises. Il s’agit bien de l’art de doser en finesse pour éviter l’irréparable et les réseaux de l’époque sont submergés par ce que le grand historien et professeur en Sorbonne François Caron appellera « le choc de l’imprévu ». On improvise beaucoup pour faire face à une demande de transport totalement imprévue.
Les lois de la physique ferroviaire commencent à se faire connaître d’une manière brutale dès le Second empire. On sait que, pour remorquer un train, une locomotive doit fournir un certain effort de traction, qui varie avec la charge du train, sa vitesse et le profil de la ligne. A vitesse constante, l’effort de la machine est utilisé à vaincre les résistances de roulement des véhicules et de la machine, la résistance du mécanisme de la machine et la résistance de l’air, enfin la pesanteur dans les rampes et le frottement de passage dans les courbes. Pour les trains de marchandises, ces données interviennent d’une manière très forte et influent sur bien des facteurs, comme la composition.
Au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, la résistance mécanique d’un wagon de chemin de fer est de l’ordre de quelques kilogrammes par tonne selon les documents SNCF, avec des organes de roulement en bon état (boîtes d’essieux notamment) ce qui est très bas par rapport à ce qui se fait sur une route. Cette valeur oscille autour de 3 à 4 kilogrammes pour les voitures à voyageurs et pour les wagons ayant un bon roulement. En palier et en alignement, l’effort à fournir pour la remorque d’un véhicule pesant est donc très faible, mais si l’on tient compte des rampes et des pentes, cet effort varie dans des proportions très fortes, pouvant devenir le double, par rapport au palier, pour une simple rampe de quelques millimètres par mètre.
Connaître les charges admises pour chaque locomotive et chaque ligne.
Une locomotive permet de remorquer, sur un profil déterminé et à une vitesse donnée, une charge théorique, qui est la charge correspondant à l’effort de traction maximal de la machine, charge indiquée par le constructeur. Le chiffre intéressant n’est d’ailleurs pas la charge offerte en un point déterminé du parcours, mais celle qui correspond aux plus grandes difficultés que le mécanicien rencontre sur l’ensemble d’un parcours. Au total, les cheminots savent, lorsqu’ils mettent en route un train, qu’ils ne doivent pas dépasser une charge déterminée pour un type de machine donné. Ils trouvent les renseignements utiles dans des « tableaux de charge », qui indiquent le chiffre admissible pour chaque type de machine et pour chaque section de ligne.
Dans la détermination de la charge offerte, on se réserve une certaine marge de sécurité, permettant de dépasser, au moins pour les trains de voyageurs, la charge normale autorisée et l’on dit qu’il y a « surcharge» lorsqu’il y a dépassement de cette charge offerte. Les règlements des réseaux définissent, dans chaque cas, les limites de surcharge autorisées et subordonnent parfois l’existence de ces surcharges à l’acceptation par le mécanicien.
La possibilité de dépasser légèrement la charge offerte présente un grand intérêt pour les trains de voyageurs, parce qu’elle permet de faire face à un mouvement exceptionnel en ajoutant une ou deux voitures au train qui est à limite de charge, et en évitant la mise en marche onéreuse d’un train supplémentaire. Les services d’exploitation doivent cependant rester prudents en la matière, car les surcharges se traduisent fréquemment par des pertes de temps et des retards. Par ailleurs, une limite absolue est imposée aux surcharges du fait de l’adhérence de la machine. On sait, en effet, que l’effort fourni par une locomotive est limité, en fin de cause, par le poids reposant sur les essieux moteurs et au delà d’un certain chiffre, la machine patine, quelle que soit sa puissance, le résultat étant que l’effort moteur devient insuffisant pour faire avancer le train, et la détresse assortie d’une demande de secours est inévitable.
La charge du train, à une vitesse et sur un profil déterminés, ne doit pas non plus dépasser une autre limite conditionnée par la force des attelages et qu’on appelle « la limite de résistance des attelages ». Cet élément doit entrer en ligne de compte dans la détermination de la charge maxima admise pour un train sur une section de ligne déterminée. Compte tenu des améliorations apportées progressivement à la résistance des attelages, cette limite n’intervient, surtout pour les trains de voyageurs, que dans le cas des lignes à profil difficile.
Le renfort des trains lourds sur les lignes accidentées.
Les trains sont normalement remorqués par une seule machine mais peuvent, exceptionnellement, recevoir un renfort, au moyen d’une ou plusieurs autres machines placées en tête ou en queue. Les trains de voyageurs sont parfois remorqués en double traction sur des lignes à profil difficile, présentant des rampes supérieures à 20 ou 25 pour mille, et sur lesquelles l’emploi d’une seule machine ne permettrait pas de composer des trains d’importance normale. Le renfort peut être même donné en queue, lorsque la limite de résistance des attelages l’exige. En dehors du cas de profil difficile, la double traction est peu utilisée pour les trains de voyageurs, car elle conduit à prévoir des limitations de vitesse. On n’y a guère recours que pour permettre l’adjonction à un train omnibus de voyageurs d’une machine regagnant son dépôt ou allant prendre un service sur la ligne, pour éviter un parcours haut-le-pied ou une circulation de plus sur la ligne.
La machine de renfort : plutôt pour les trains de marchandises.
L’emploi des machines de renfort est, par contre, plus fréquent pour les trains de marchandises et se pratique dans les deux cas suivants. En premier lieu, le renfort se pratique sur les lignes dont le profil présente, sur une partie du parcours, des difficultés telles qu’une machine ne suffit plus pour la remorque d’un train de composition normale plutôt que de réduire la composition du train sur cette partie du parcours on a alors intérêt à adopter de bout en bout une charge uniforme, en donnant le renfort sur la partie difficile. En deuxième lieu, le renfort se pratique sur les lignes présentant des difficultés particulières de profil, et notamment lorsqu’il y a lieu de tenir compte de la limite de résistance des attelages, le renfort est de règle. Il est en général prévu par l’arrière à la montée, les deux machine étant alors attelées en tête lors du retour à la descente.
La machine de renfort à l’arrière (ou dite « en pousse ») peut être attelée ou non. Elle est attelée sur les lignes à profils dits « en dents de scie », ce qui permet difficilement au mécanicien de la locomotive de renfort de maintenir une poussée constante et un contact permanent par les tampons. Elle n’est pas attelée dans le cas d’un renfort ponctuel, pour une rampe continue, au sommet de laquelle la locomotive de renfort laisse le train continuer sans elle, et regagne son dépôt d’attache en sens inverse en bas de la rampe.
La composition des trains : les approches du problème.
Les règles de composition des trains de marchandises peuvent être classées suivant des considérations analogues à celles des trains de voyageurs reposant d’abord sur des questions de sécurité (vitesse maximale, freinage, etc).
Le freinage des trains représente, de très loin, la sujétion la plus importante de la composition des trains de marchandises est le respect des règles permettant d’assurer le freinage d’arrêt et le freinage de dérive. Pour les trains de marchandises, une donnée importante est la longueur du train. Si la longueur des trains de voyageurs est limitée par celle des quais et se trouve toujours constante tous les jours car les rames sont composées d’une manière permanente à longueur d’année, la longueur des trains de marchandises varie d’un train à l’autre et d’une journée à l’autre et elle est limitée par les dimensions des voies de garage et des faisceaux des gares. Elle est, d’autre part, limitée par des considérations de signalisation.
Pour simplifier le travail des gares, on fixe généralement, non pas la longueur maximale, mais le nombre maximum de véhicules ou le nombre maximum d’essieux. On introduit alors des conventions et on compte par exemple pour 1,5 ou 2 unités les wagons à bogies En Europe, dans les années 1950, la majorité des installations comporte des voies d’une longueur variant de 600 à 800 ou 900 m, ce qui conduit, suivant les cas, à limiter le nombre des véhicules à 60, 70 ou 80 wagons. Ces limitations sont applicables à l’ensemble d’un même réseau ou sur certaines lignes seulement.
La charge du train compte aussi pour les trains de marchandises. De même que pour les trains de voyageurs, la charge du train doit rester dans les limites de la charge offerte par la machine, compte tenu, le cas échéant, des réductions temporaires apportées en raison des intempéries. Elle doit également, notamment sur les lignes à profil difficile, rester dans les limites de la résistance des attelages.
La nature des véhicules a son importance. En général, les trains de marchandises admettent dans leur composition la totalité des véhicules, sauf évidemment certains wagons de service qui ne sont autorisés à circuler sur les voies principales qu’avec des précautions particulières.
L’ordre des véhicules compte beaucoup aussi, car, contrairement aux trains de voyageurs, les wagons de marchandises « prennent le train » et peuvent le quitter en cours de route, même si cette pratique existe de moins en moins. Elle est très importante jadis, à une époque où le chemin de fer transporte tout et partout, et enlève ou remet des wagons dans chaque gare au prix de nombreuses manœuvres. En ce qui concerne l’ordre des véhicules, les gares doivent d’abord
tenir compte de certaines prescriptions concernant la position des wagons transportant des matières dangereuses et « infectes » selon les termes d’époque (on dirait aujourd’hui polluantes). Les gares doivent, en outre, composer les trains pour répondre au mieux aux besoins du service.
L’ordre des wagons dans un train de marchandises : la quadrature du cercle.
Voici comment les gares opèrent en général pour le classement des trains omnibus et des trains directs à partir de la fin du XIXe siècle.
Commençons par les trains omnibus de marchandises : ils peuvent être des trains de détail pour l’enlèvement ou la remise des marchandises de détail dans les gares, ou des trains de route pour l’enlèvement ou la remise des wagons complets. Les uns et les autres sont classés de manière à faciliter le service des manœuvres dans les gares.
Dans le cas le plus général où le même train assure le service de détail et le service de route, les trains peuvent être composés de la manière suivante : éventuellement, en tête, certains wagons que les règlements des Réseaux prescrivent de classer ainsi, puis, ensuite, les wagons complets de route à laisser dans les gares et qui sont classés dans l’ordre géographique, c’est-à-dire dans l’ordre successif des gares rencontrées, y compris ceux qui sont destinés à la gare terminus, et puis les wagons de détail (collecteurs, wagons de groupages, etc.), et enfin, sans classement, les wagons destinés aux gares situées au delà de la gare terminus du train.
En ce qui concerne les wagons à prendre dans les gares, ils sont, autant que possible, classés eux-mêmes dans le même ordre et, dans l’exécution des manœuvres au passage, on s’efforce de maintenir constamment le train en bon état de classement pour les gares suivantes. Il est parfois difficile de respecter intégralement cette disposition, qui peut entraîner des manœuvres compliquées, mais on s’efforce de s’en rapprocher le plus possible.
Ensuite, les trains directs : ils posent moins de problèmes. Ils sont parfois composés d’une ou plusieurs « tranches », à destination soit d’une gare locale, soit d’un triage. Lorsque le train a plusieurs « tranches », celles-ci sont généralement classées dans l’ordre géographique des gares à desservir, aucun classement n’étant fait à l’intérieur de chaque « tranche ». Si le train manœuvre en cours de route pour prendre ou pour laisser des « tranches », on s’efforce de maintenir quand même la composition géographique du train.
Certains trains directs de lots peuvent comprendre en tête des wagons dits « hors lot » comme le fourgon de tête, les wagons de bestiaux, les wagons à acheminement déterminé, etc., qui ne font pas partie du lot et qui sont placés dans le train direct uniquement pour profiter d’un acheminement rapide.
Le cas des trains de messageries.
Apparus plus récemment et du fait de la concurrence routière, ces trains sont, si l’on peut dire, les aristocrate du monde des marchandises, et se signalent par leur vitesse, et l’utilisation de locomotives mixtes performantes quand ce ne sont pas des locomotives de vitesse pour trains de voyageurs selon les disponibilités du service. On limite la longueur des trains de messageries pour qu’elle reste constamment adaptée aux possibilités des installations et la limitation est généralement traduite en nombre de wagons. Le chiffre toujours adopté en France au lendemain de la Seconde Guerre mondiale pour le nombre des véhicules est de 40, par suite des sujétions de freinage. Les trains de messageries sont, en effet, freinés comme les trains de voyageurs et l’on ne peut augmenter trop le nombre des véhicules sans risquer des réactions excessives et des ruptures d’attelages. Signalons, enfin, que ne peuvent être admis dans les trains de messageries que les véhicules incorporables dans les trains de vitesse, c’est-à-dire les couverts « GV » (grande vitesse) équipés des organes de roulement et de freinage adéquats.
La vitesse des trains de marchandises.
Le mécanicien qui conduit un train doit, évidemment, « faire l’heure », c’est-à-dire circuler conformément à l’horaire qui lui est fixé. Il est donc conduit, notamment en cas de retard, à dépasser les vitesses moyennes prévues (pas les vitesses limites !), mais sa vitesse maxima doit constamment respecter un certain nombre de vitesses limites règlementaires et impératives. Pour chaque type de machine, il existe une vitesse limite, qui est notamment fonction du mécanisme et du diamètre des roues, cette vitesse étant indiquée par le constructeur et fixée par les ingénieurs qui l’ont conçue à la demande du réseau.
Pour chaque section de ligne, il existe une vitesse limite propre à la section, et qui dépend du tracé de la ligne, du nombre et du rayon des courbes, et de son état d’entretien. Pour certaines machines et sur certaines sections de ligne, il existe des vitesses imites lorsque, en raison de sa rigidité ou de son poids, la machine ne peut pas circuler en vitesse entre deux gares, ce qui a été le cas des locomotives à cinq essieux moteurs sur les difficiles lignes du Massif-Central, par exemple, avec les 150 du « PO ». C’est le cas, par exemple, des lignes où les ouvrages ne sont pas suffisamment renforcés, où le travelage de la voie est insuffisamment serré pour permettre la libre circulation des machines lourdes. En outre, certaines machines, à égalité de poids, sont plus offensives que les autres pour la voie, comme les machines pour trains de marchandises type 240, 242T, 151, 151T.
Mais la vitesse limite des trains dépend aussi de la composition de ces trains, avec la nature des véhicules, les règles d’homogénéité, de freinage. En outre, sur les fortes pentes, des vitesses imites sont prévues pour éviter les emballements des trains de marchandises dont le poids peut, rapidement, faire se détériorer les choses : les accidents par emballement de trains de marchandises trop lourds sont fréquents dans l’histoire des chemins de fer au XIXe siècle, notamment sur les pentes à 25 ou 30 pour mille des lignes de montagne. Aussi, les vitesses limites interviennent quand la traction n’est pas assurée dans des conditions normales, comme dans le cas de renfort, le cas de machine circulant cheminée en amère, et ces autres cas d’intempéries qui pénalisent surtout les trains de marchandises. Enfin, en certains points singuliers de la voie, comme des courbes prononcées, des aiguilles à aborder à vitesse réduite, les mécaniciens sont tenus de respecter certaines limitations de vitesse et, au moindre oubli, c’est le déraillement assuré.
Règles d’homogénéité de la composition des trains de voyageurs.
Toujours dans les années qui suivent la Libération, un arrêté ministériel prévoit la classification des véhicules susceptibles d’être incorporés dans les trains de voyageurs en types différents, ceci dans le but de ne réunir dans un même train que ceux dont les caractéristiques (poids, longueur, nombre d’essieux, empattement) sont suffisamment voisines pour assurer dans de bonnes conditions l’homogénéité du train.
La classification adoptée à ce titre est la suivante :
– Type très lourd (caractérisé par le marquage « TLo » porté par le véhicule)
– Type lourd (caractérisé par le marquage « Lo » porté par le véhicule)
– Type moyen (caractérisé par le marquage « Mo » porté par le véhicule)
– Type léger (caractérisé par le marquage « Le » porté par le véhicule)
– Type très léger (caractérisé par le marquage « TLe »porté par le véhicule).
Ces marques sont dites « marques d’homogénéité » et sont apposées sur les bouts des caisses.
Les règles de l’homogénéité
L’arrêté énonce des règles d’homogénéité concernant la composition des trains de voyageurs. Ces règles précisent notamment, ce qui suit:
a) Les trains de voyageurs dont la vitesse de marche peut dépasser 100 km/h ne peuvent pas comprendre dans leur composition des véhicules des types « Le » et « TLe». En outre, ne peuvent entrer simultanément dans la composition de ces trains que les véhicules « TLo » et « Lo », ou « Lo » et « Mo ». Les véhicules de même type doivent être groupés toutes les fois qu’aucune nécessité de service ne s’y oppose. Si certaines circonstances accidentelles conduisent à incorporer dans un de ces trains, sur un parcours déterminé, des véhicules ne répondant pas à ces conditions, la vitesse de marche ne doit pas dépasser, sur ce parcours, soit la vitesse de 100 km/h si la composition du train répond, par ailleurs, aux conditions du paragaphe b ci-dessous, soit, dans le cas contraire, celle de 90 km/h s’il s’agit d’un train desservant toutes les stations du parcours, ou celle de 80 km/h s’il s’agit d’un autre train.
b) Ne peuvent entrer simultanément dans la composition des trains de voyageurs dont la vitesse de marche peut, à un moment quelconque, dépasser soit 90 km/h s’il s’agit de trains desservant toutes les stations de leur parcours, soit 50 km/h pour les autres trains, que des véhicules appartenant à un même groupe de trois types voisins, savoir: « TLo, Lo Mo », « Lo, Mo, Le », « Mo, Le, TLe ».
Il est toutefois possible d’ajouter à la composition de ces trains des véhicules n’appartenant pas au groupe qui le constitue, mais à condition de les classer en tête s‘ils sont de type plus lourd, en queue s’ils sont de type plus léger que ceux du groupe. Dans tous les cas où, sur un parcours déterminé, la composition du train n’est pas conforme aux dispositions qui précèdent, la vitesse de marche ne doit pas dépasser 90 km/h s’il s’agit d’un train desservant toutes les stations de son parcours, ou 50 km/h s’il s’agit d’un autre train. Les véhicules porteurs des marques d’homogénéité sont tous les véhicules « Grande Vitesse » et les véhicules « Petite Vitesse » porteurs de l’étoile à 6 branches.
Utilisation des voitures et des fourgons à bagages.
Les voitures et les fourgons entrant dans la composition des trains de voyageurs doivent, en dehors des règles précitées, satisfaire à certaines autres conditions qui ont été édictées dans le but d’adapter au mieux l’utilisation du matériel aux nécessités du trafic. Les voitures ont, à cet effet, été classées en trois catégories d’utilisation suivant la nature des trains auxquels elles sont normalement destinées : le matériel pour trains rapides, le matériel pour trains express et directs à grand parcours, le matériel pour trains directs à petit parcours et omnibus.
En outre, les voitures et fourgons constituant les trains de voyageurs sont, dans toute la mesure où on le peut, constitués en « rames permanentes » (on dirait aujourd’hui « non modulables »), c’est-à-dire composées de véhicules de types le plus voisins possible, nominativement désignés, dans un état d’entretien comparable et affectés à un même roulement pendant toute la durée d’un service. Ceci est réalisé dans le but d’assurer le service dans les meilleures conditions de sécurité et d’aspect des rames tout en réduisant les dépenses d’entretien du matériel, de réduire les manœuvres imposées à l’Exploitation, et de réaliser l’homogénéité du matériel au double point de vue construction et entretien. Les voitures et les fourgons à bagages sont, en principe, rattachés à des gares gérantes qui ont pour mission de maintenir la composition des rames dont elles sont chargées.
Pour les lecteurs de ce site que ce problème (et son histoire) de la composition des trains intéresse, il y a très peu d’ouvrages disponibles, notamment anciens et d’occasion. Toutefois les livres « L’exploitation technique du chemin de fer – l’organisation du transport » de Jean Tuja, ou aussi « Le matériel roulant des chemins de fer français » de Maurice Bailleul parus en 1945 et 1948 chez Léon Eyrolles peuvent se trouver. Ils sont très intéressants et très complets, permettent de faire de l’histoire, et nous ont permis d’écrire cet article.