Le Tramway 2°)
Technologie
La voie est le plus souvent encastrée dans la chaussée, et, en tel cas, fait appel à des rails à gorge comprenant une ornière destinée à accueillir le boudin des roues des véhicules y circulant.
Jadis, on faisait le plus souvent appel à une pose classique des rails sur traverses en bois traité et semelles, autour desquels on posait les pavés de la chaussée (ou que l'on noyait dans l’asphalte ou le béton), mais avec le temps, des méthodes plus perfectionnées ont été élaborées.
Certains réseaux, comme ceux d’Amsterdam, en Hollande, ont recours à des rails dont la gorge est remplie d'un polymère élastique qui permet d’éviter que les roues étroites des bicyclettes s’y prennent et causent des accidents. Le polymère est facilement écrasé par les roues des tramways beaucoup plus lourds.
Avec la généralisation des sites propres, on assiste à un abandon des rails à gorge, qui ne sont plus guère utilisés qu'aux endroits où la voie doit être noyée dans la chaussée et au niveau des aiguillages, croisements ou courbes prononcées qui nécessitent des contre-rail, le rail à gorge se révélant alors moins onéreux que la pose d’un troisième rail. Le tram-train nécessite des 41GP.
Du fait de l’exiguïté de l’espace urbain où le tramway évolue le plus souvent, la voie comprend souvent des courbes très prononcées de faible rayon pouvant descendre jusqu'à un minimum de 17,5 mètres et même 15 mêtres dans les dépôts, sur un réseau en voie normale. Les réseaux en voie étroite permettent des rayons de courbure encore plus petits. Le matériel roulant est conçu pour pouvoir négocier ces courbes grâce à des bogies pouvant tourner sur un angle très ample.
Du fait de la faible vitesse de circulation des tramways et de leur poids minime (comparativement à du matériel ferroviaire dit lourd), les aiguillages peuvent être beaucoup moins élaborés et peuvent ne comporter qu'une lame mobile (dans les peignes des dépôts notamment). Lorsque qu'ils sont établis sur des rails à gorge, ils peuvent en outre ne pas comprendre de contre-rail au droit du cœur, la gorge faisant office de contre-rail. Dans ce cas la bavette est rechargée pour garantir la cote de protection du cœur.
À l’origine actionnés manuellement au moyen d’un levier pointu, les aiguillages les plus utilisés ont rapidement été automatisés au moyen d’un solénoïde commandé par l’appel de courant sur une section isolée de la caténaire (actionnement de l’aiguillage ou non si le tramway tractionne en franchissant la section). Cependant, ils peuvent toujours être actionnés manuellement en cas de panne à l'aide d'un "sabre", appelé "pince" à Bruxelles ou clé d'aiguille à la SNCV.
Dans le but de diminuer les nuisances sonores dues au passage des roues sur les lacunes des cœurs d’aiguillage, la surface du rail est souvent abaissée ponctuellement pour que la roue ne porte sur la voie que par son boudin.
En France c'est l'ornière du rail à gorge qui est relevée afin de surélever les roues du tramway. Ce type de cœurs dit à "ornières porteuses" est choisi généralement pour les traversées obliques à faible tangente. Pour les branchements, le transfert de poids se fait de manière classique comme pour les appareils en rail Vignole.
À l’origine, les tramways étaient hippomobiles. Ces véhicules étaient d’ailleurs déraillables, le cocher menant ses chevaux dans une direction presque perpendiculaire à la voie, ce qui lui permettait de s’approcher du trottoir pour y embarquer des passagers. Le réenraillement se faisait ensuite tout seul, le cocher menant son tramway vers l’axe de la voie.
La traction à vapeur fut parfois employée, soit au moyen de petites locomotives dont l’embiellage était le plus souvent dissimulé afin de ne pas effrayer les chevaux, soit au moyen de tramways autonomes munis d’une machine à vapeur.
Dans le but d’éliminer les nuisances causées par les fumées et la vapeur, la traction à l'air comprimé eut également droit de cité. Louis Mékarski proposa avec un certain succès la motorisation à air comprimé. Chaque motrice se rechargeait en air comprimé à une station spécifique en bout de ligne. La première mise en exploitation eut lieu en 1876 à Nantes et jusqu'en 1910, plusieurs réseaux utilisèrent ce système très écologique.
Mais toutes ces technologies s’effacèrent après que la démonstration éclatante de l’électrification par Frank J. Sprague du réseau de tramways de Richmond (Virginie), eut prouvé, dès 1887, que la traction électrique était le moyen idéal de propulsion des tramways.
D’abord contrôlée par des couplages série/parallèle assortis de shuntages divers, le contrôle de la traction électrique fut rapidement assuré par des semi-conducteurs de puissance, dès que leur fiabilité fut suffisante pour offrir un service à haute disponibilité.
On citera quelques trains-trams à propulsion essence ou diesel. La ville d’Ottawa (Canada) exploite notamment depuis 2001 une ligne de train léger dénommée O-Train au moyen de 3 rames diesel de 72t « Talent BR643 DMU » (Bombardier), à titre de projet-pilote sur 8 kilomètres (5 stations), avant la mise en construction de 2 lignes complètes. La terminologie ferroviaire n'étant pas une science exacte, les tramways classiques sont également appelés « trains légers » par ce réseau (voir ce site).
La ville de Lausanne (Suisse) exploite une ligne de tramways bimode, le TSOL (Tramway du Sud-Ouest Lausannois), munis d’un moteur auxiliaire diesel permettant une exploitation minimale en cas de rupture d’alimentation électrique, ainsi que les évolutions au dépôt qui est dépourvu de ligne de contact. En fait, malgré le nom de tramway, c'est plutôt un métro léger, et est aujourd'hui appelé ligne M1 dans le plan des transports publics lausannois.
On notera également quelques tramways à accumulateurs.
Le freinage fut longtemps assuré par un frein à vis avec ou sans racagnac manipulé par le cocher, puis le machiniste et le wattman (ou garde-moteur). Le poids et les vitesses augmentant, il fut rapidement décidé de faire appel au frein pneumatique, alimenté par un compresseur muni d'un réservoir tampon ou au frein électrique rhéostatique et enfin aux patins magnétiques. La plupart des tramways des années 30 à 60 utilisent un frein direct, avec ou sans frein automatique. Le frein automatique sert en cas de rupture d'attelage en immobilisant la motrice et les remorques automatiquement. Avec l'apparition de l'électromécanique et de l'électronique, le frein à air laisse progressivement sa place aux freins électriques. Certains tramways circulant sur des lignes à profil abrupt ont été équipés de freins électriques, soit rhéostatique, soit à récupération (d'énergie), permettant de descendre de longue rampes sans échauffer dangereusement les freins. Le freinage par récupération est de plus en plus utilisé, permettant des économies d'énergie non négligeables. Les tramways modernes n'utilisent plus d'air pour le freinage.
Les motrices PCC firent, dès la fin des années 30, grand usage de freins électriques, ce qui permit de s’affranchir du compresseur.
Un nouveau système prometteur est en cours d'expérimentation : le stockage d'énergie dans des super condensateurs, permettant d'améliorer considérablement le bilan énergétique, voire de franchir des portions dépourvues d'alimentation (électrique) aérienne, de façon moins onéreuse qu'avec des batteries d'accumulateurs, ou avec l'APS utilisée par la ville de Bordeaux.
La conception des tramways vécut une révolution au cours des années 1930 quand, en 1931, une conférence réunissant plusieurs présidents de compagnies de tramways américaines, l'Electric Railway Presidents Conference Committee élabora les spécifications du tramway PCC, le but étant d’offrir aux voyageurs un moyen de transport confortable susceptible de les détourner de l’automobile.
Avec la généralisation de l'électronique de puissance, cette technologie n'est plus produite aujourd'hui, mais de nombreuses rames PCC restent utilisées dans le monde.
Tramway TPDS à la station Pont de Puteaux
Si les réseaux de tramways utilisent actuellement l'énergie électrique produite par les grands producteurs nationaux, ce n'était pas le cas à la fin du XIXe ou au début du XXe siècle.
À cette époque, les compagnies produisaient elles-mêmes leur électricité, et revendaient l'éventuel surplus à des abonnés locaux.
Certains des premiers tramways électriques étaient alimentés par des batteries placées sous la caisse ou dans les banquettes des voyageurs. Cela permettait d'éviter de créer de coûteuses et inesthétiques lignes aériennes, mais impliquait de fréquentes recharges, limitant l'autonomie du véhicule. De plus, les batteries dégagaient des vapeurs acides peu appréciées par les voyageurs...
Le premier tramway électrique était alimenté par un chariot courant sur deux fils aériens, et relié au tramway par un câble flexible. Cette méthode fut nommée troller (du mot anglais trawl, signifiant chalut), ce qui donna le mot trolley. Cette méthode n'était pas entièrement satisfaisante, le chariot ayant trop souvent tendance à dérailler.
Puis fut développée la perche terminée par une roulette à gorge dans laquelle venait s’encastrer le fil d’alimentation. Certains réseaux ont éventuellement substitué un frotteur à la roulette.
L’adoption de la perche a forcé les réseaux à recourir au retour du courant de traction par les rails, ce qui introduisit plusieurs inconvénients. Les courants vagabonds entraînent la corrosion galvanique des rails et souvent de structures métalliques à proximité (tuyaux, structures de viaduc, etc.), ainsi que des interférences avec une éventuelle signalisation par circuits de voie. Le danger d’électrocution pour les occupants du tramway lors d’un déraillement, ce dernier voyant ses parties métalliques normalement mises à la masse portées au potentiel de la ligne d’alimentation, ce qui exposait les occupants à l’électrocution s'ils devaient poser simultanément un pied sur la chaussée (à la terre) et l'autre sur une partie métallique du tramway sous tension (normalement à la terre).
La perche nécessite l’utilisation d’aiguillages aux bifurcations.
D’autres réseaux européens ont adopté l’archet, qui permet de se passer d’aiguillages sur les fils aériens.
Les réseaux les plus modernes ont, quant à eux, adopté le pantographe. On notera qu'il est difficile de faire cohabiter des tramways avec pantographes et avec perche, le réseau californien de MUNI (San-Francisco) en ayant fait la douloureuse découverte lors de la mise en service de motrices modernes au début des années 1980. Toutefois, les villes de Bruxelles (ligne de Tervuren, lorsqu'elle fonctionne comme ligne musée, en plus de son exploitation normale) et Lisbonne ont réussi la mixité perche / pantographe, sans soucis notables.
Dans le cas où cohabitent tramways et trolleybus, il est nécessaire de soigneusement isoler les fils du trolleybus, le retour du courant se faisant par cette voie.
L'alimentation aérienne pose un problème esthétique et pour le passage des convois exceptionnels, il fut à divers moments proposé divers systèmes censés permettre de se passer du fil aérien.
On notera les divers systèmes de tramways à plots (Diatto, Dolter et Claret-Vuilleumier), où des contacts au ras de la chaussée permettaient à un rail de contact monté sous la caisse d’alimenter le tramway, le circuit électrique n’étant fermé, en principe, qu’au moment du passage du tramway sur le plot. Cela était effectué soit au moyen de relais, de contacteurs mobiles, ou d’un champ magnétique émis par le tramway (qui avait aussi l’avantage de nettoyer la chaussée de tout débris métallique, mais l’inconvénient de provoquer des courts-circuits)... Ces systèmes expérimentés à Paris furent gravement endommagés lors de la crue de la Seine en 1910, et le remplacement de l'alimentation électrique fut effectuée par la pose d'une ligne aérienne, autorisée provisoirement... qui dura jusqu'à la suppression du réseau parisien dans les années 1930 !
Cette méthode fut oubliée pendant près d’un siècle suite à l’invention du caniveau souterrain. L'alimentation par le sol utilisée à Bordeaux au début du XXIe siècle s'inspire d'un de ces systèmes (relais alimentant le rail de contact par section, en fonction de l'avancement du tramway situé immédiatement au-dessus).
Les villes de Paris, Lille, Bordeaux, Nice, Bruxelles, Londres, New York et de Washington ont été munies de tramways à caniveau.
Ce système permettait d'amener l’alimentation sous le niveau de la chaussée, dans un caniveau situé soit au centre de la voie, soit à côté de l'un des deux rails. Le courant était capté par une « charrue » suspendue sous le tramway. Dans le cas du caniveau latéral, cette charrue pouvait se déplacer d’un côté à l’autre du tramway.
Comme elle captait le courant par deux conducteurs situés à l'intérieur du caniveau, cela présentait l'avantage de supprimer les courants vagabonds. Mais la complexité de sa construction ne justifiait son utilisation qu’aux endroits où c’était absolument indispensable, principalement par souci de préserver les centres historiques des villes de la concentration de poteaux et de lignes aériennes peu esthétiques, trouvait-on.
Le caniveau devant couper le rail aux croisements et aux aiguillages, cela engendrait une usure supplémentaire à ces endroits, et un bruit accru.
À Bruxelles il existait en plusieurs endroits des croisements de deux lignes à caniveaux de technologie différente car exploitées par des concessionnaires différents. Des défauts dans le système d'un exploitant comme par exemple la magnétisation des charrues du fait des métaux employés et du frottement contre les rails de contact avaient pour conséquence que ce type de charrue ramassait des débris métalliques, qui tombaient dans le caniveau du concurrent aux croisements. Cela a donné lieu à des « guerres de caniveau » qui obligèrent les exploitants à affecter un agent à chaque croisement pour y placer des planches sur leurs caniveaux lors du passage des trams du concurrent. La suppression de la traction électrique par caniveaux souterrains à Bruxelles date du 5 décembre 1942.
Par ailleurs, l’utilisation du caniveau était très contraignante. En effet, la charrue ne pouvait être déployée ou retirée qu'au droit des trappes. Ainsi, lors d'un défaut du caniveau à un endroit de la ligne, il fallait déployer un fil aérien sur l'ensemble de la section en caniveau si on ne voulait pas interrompre le service durant la réparation.
La rigidité d'exploitation de ce système, les contraintes qu'elle engendrait et la lourdeur de sa maintenance entraînèrent sa suppression dans les quelques villes qui s'en étaient dotées.
Si les premiers réseaux de tramways n'avaient pas nécessairement de signalisation, et fonctionnaient en respectant les horaires officiels de circulation ou en utilisant le système des batons-pilotes sur les sections à voie unique (également utilisés par les chemins de fer), tel n'est pas le cas des tramways modernes, qui disposent d'une signalisation spécifique pour assurer leur protection dans les traversées de carrefour, éviter des accidents ferroviaires ou faciliter leur régulation.
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