Captage du courant
Le captage du courant pour l'alimentation des locomotives électriques utilisées dans les chemins de fer se fait aujourd'hui principalement de deux façons :
- par fil de contact aérien, supporté par une caténaire ;
- par rail conducteur (troisième rail).
Dans les deux cas il s'agit d'alimentation monophasée avec retour du courant de traction par la voie et le sol. Des dispositifs d'alimentation triphasés avec 3 fils de contact ont également existé au début du XXe siècle.
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Fil de contact aérien
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Ce dispositif est le plus répandu. Il autorise des tensions de caténaire élevées (jusqu'à 25000 V) ce qui permet de transmettre une puissance importante en limitant la section du fil conducteur et en augmentant l'espacement entre sous-stations d'alimentation.
La pose d'un fil d'alimentation (feeder) parallèle à la caténaire et présentant une tension de - 25 000 V par rapport au sol, permet de doubler la puissance transmise sur une distance donnée, en portant la tension de transport du courant à 50 000 V tout en restant compatible avec le matériel 25 kV. (technique dite du « 2 x 25 000 »).
Le captage du courant s'effectue par un pantographe muni d'un archet. La distance entre le fil de contact et le plan de roulement doit être aussi constante que possible, particulièrement à grande vitesse. La construction de la caténaire, faite d'un fil de contact soutenu par un fil porteur via des pendules de longueurs variables, permet d'obtenir une horizontalité parfaite du fil de contact. Les trains à grande vitesse, d'autre part, sont équipés de pantographes à double suspension.
Néanmoins, le frottement de l'archet sur le fil de contact génère une onde qui se propage de part et d'autre du point de contact. Pour une tension normale du fil de contact, cette onde se propage à moins de 500 km/h. Au-delà de cette vitesse, le pantographe rattrape l'onde et le fil de contact se décolle de l'archet. Il est possible de différer le phénomène en augmentant la tension du fil, ce qui augmente la vitesse de propagation de l'onde. Mais il est évident que cela pose le problème de la résistance mécanique de la caténaire.
Rail conducteur
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Le troisième rail est en général limité à 750 V, ce qui n'autorise que des puissances modestes. On le trouve sur des réseaux où circule du matériel léger à petit gabarit, comme le métro parisien, certaines lignes de la banlieue de Londres, ou certaines lignes à voie métrique (le train jaune, ligne Saint-Gervais-Vallorcine).
Le captage du courant se fait par des frotteurs, ou patins, qui viennent s'appuyer sur le rail conducteur.
Sur la photo, on aperçoit le rail conducteur à droite des deux rails de roulement. Il est surélevé par des blocs de ciment, qui assurent l'isolation électrique. Le rail conducteur est interrompu au niveau du passage à niveau, et ses extrémités sont munies de planches de protection. En pratique, plusieurs frotteurs sont répartis le long des trains, de façon à ce qu'il n'y ait pas d'interruption de l'alimentation électrique.
On remarquera que le troisième rail est légèrement courbé vers le bas à son extrémité, de façon à faciliter l'application du frotteur.
Cas particulier d'Eurostar
Les trains Eurostar qui doivent être compatibles avec l'alimentation par caténaire et par troisième rail, sont équipés de pantographes et de patins pour troisième rail, ainsi que des transformateurs pour chaque type de courant.
Voir aussi
Caténaire | Pantographe | Locomotive électrique