Caténaire
Une ligne aérienne de traction électrique est appelée:
- ligne de contact lorsqu'elle ne comporte qu'un ou deux fils de contact (F.C.) ;
- caténaire lorsqu'elle est constituée d'un ou de deux fils de contact suspendu(s) par des pendules à un ou deux porteur(s), la tension mécanique du (ou des) conducteur(s) pouvant être maintenue constante (régularisation) ou non.
L'ensemble est constitué de conducteur en cuivre, destiné à l'alimentation des trains électriques.
Du fait de son poids, un fil tendu entre deux points ne peut pas suivre une ligne droite. Il suit une courbe qu'on appelle une chaînette (en forme de cosinus hyperbolique).
Le captage du courant aux vitesses élevées (dès 60 km/h) nécessite un fil de contact parfaitement horizontal. Aux vitesses classiques, des irrégularités se traduiraient par des chocs répétés entraînant rapidement une rupture du fil de contact. À grande vitesse, la continuité du contact pantographe-caténaire ne serait plus assurée.
Caténaire_1,5_kV_01.jpg
La solution consiste à suspendre le fil de contact, rainuré longitudinalement à cet effet, à un fil porteur par l'intermédiaire de pendules de longueurs variables, suivant le même principe que les ponts suspendus. L'ensemble est tendu par un contrepoids qui exerce une traction équilibrée sur les deux fils.
Le positionnement latéral du fil de contact est généralement assuré par des bras de rappel, fixés aux poteaux de support de la caténaire.
L'ensemble est sous tension et soutenu par des consoles isolées des poteaux support par des isolateurs en verre (2 pour les lignées alimentées en 1 500 V, 4 pour le 25 kV).
La structure de la caténaire dépend profondément de la tension d'alimentation. Il existe en France deux principaux types d'alimentation électrique par caténaire :
- 1 500 V à courant continu : déployé lors du début de l'électrication du réseau ferroviaire, les courants importants qui circulent dans la caténaire nécessitent des cables plus nombreux et de section plus importante, c'est une caténaire plus compliquée à mettre en œuvre et nécessitant ces points d'alimentation (sous-stations électriques) distantes de 10 à 15 km. ce type de caténaire est essentiellement utilisée sur les réseaux Sud-est et Sud-ouest (à Paris : départ des lignes Gare de Lyon, Gare d'Austerlitz, Gare Montparnasse, RER ligne C).
Caténaire_25kV_simplifiée01.jpg
- 25 kV alternatif monophasé 50 Hz : cette alimentation sous une tension plus élevée est celle qui est dorénavant utilisée sur le réseau ferré français. Elle est plus simple à mettre en œuvre, ne nécessite des sous-stations électriques espacées que de 50 à 70 km, voire plus avec le 2 x 25000 V et celles-ci sont plus simples (pas besoin de redresser le courant ni de le lisser). Il s'ensuit un coût kilométrique largement inférieur à celui de la caténaire 1 500 V. En revanche, les sous-stations doivent être séparées par une zone neutre (le sectionnement), en raison des légères différences de phase existantes entre chaque sous-station, qui engendreraient des circulations de courant réactif important en cas de connexion. Les réseaux 25 kV au départ de Paris se trouvent Gare du Nord, de l'Est et Saint-Lazare. Toutes les lignes nouvelles sont alimentées en 25 kV.
- La caténaire « midi » est un cas à part. C'est une alimentation en 1 500 V continu, mais sa structure est très différente de la caténaire 1 500 V classique. Les bras de rappel latéraux n'existent pas: seule la tension du fil de contact ainsi qu'un positionnement judicieux des points de fixation du fil porteur, permettent au fil de contact de suivre l'axe de la voie. C'est dans les virages que cette caténaire prend son aspect le plus insolite car son axe est alors proche de l'horizontale tandis que les autres caténaires restent verticales.
Vue de dessus, le fil de contact d'une caténaire ne forme pas une ligne droite, mais un zig-zag. Cette disposition est destinée à éviter l'usure ponctuelle de l'archet du pantographe.
La hauteur d'une ligne aérienne de traction électrique doit répondre aux conditions suivantes :
- être inferieure ou égale à 6,50 m à -20°C pour respecter le débattement maximal des pantographes,
- être superieure à 6,00 m à +50°C à la traversée des voies ouvertes à la circulation publique,
- sous les ouvrages d'art, être égale ou supérieur à 4,55 m à +50°C en 1500 V ou 4,64 m à +50°C en 25 kV,
- en voie courante, au droit des supports, les valeurs sont sauf cas particulier de 5,08 m sur LGV et 5,50 m sur les autres voies.
Pour des raisons d'exploitation et de maintenance, la caténaire est découpée en cantons électriques isolés par des dispositifs de coupure particuliers franchissables par les pantographes.
Dans les gares de triage et les dépôts où la vitesse est toujours réduite, la caténaire se limite à sa plus simple expression: un simple fil de contact.
A noter:
- Certaine lignes sont électrifiées par troisième rail : Grande-Bretagne, Ligne Saint-Gervais-Vallorcine ;
- D'autres lignes sont électrifiées par plots : tramway de Bordeaux ;
- Caténaire est un nom féminin.