Infrastructure • Électrification • Caténaire • Architecture de la caténaire

Note : à usage exclusivement didactique. Cette page n’est qu’un outil de documentation et n’a aucun effet juridique. Elle ne remplace pas la page officielle de la société exploitante, du fabricant ou des institutions officielles. Elle ne peut pas être utilisée pour la formation du personnel, qui relève de la responsabilité des institutions et des entreprises agréées.

Architecture de la caténaire

La caténaire ferroviaire est un ensemble technique complexe qui comporte en gros ces éléments fondamentaux :

• les poteaux (en poutrelle acier, en béton) ou des portiques en assemblage d’acier ;
• les consoles et bras stabilisateurs ;
• le câble porteur ;
• le fil de contact.
• Appareillages pour maintenir une bonne tension mécanique.

À cela s’ajoute plusieurs variantes :

• les portiques souples (une caténaire présente dans les grandes gares et composée de nombreux câbles porteur) ;
• la caténaire rigide, ou le fil de contact est remplacé par un élément rigide ;

Les poteaux

Munis d’un bonne fondation, ces poteaux présentent différentes architecture selon les pays et les réseaux. Tous les choix sont possibles et relèvent de motivations diverses. Nous trouverons généralement en Europe :

• les poteaux en treillis métallique ;
• les poteaux en poutrelles « H » ;
• les poteaux en béton armé.

La photo ci-dessous représente les trois types le plus souvent rencontrés. De gauche à droite : Espagne, Belgique, Autriche.

De nombreux réseaux ont adopté les poteaux indépendants de part et d’autre de la voie, quelle que soit leur architecture. A gauche la conception autrichienne, à droite celle de l’Allemagne :

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Les portiques
Quelques pays ont opté pour portiques complets, comme ici aux Pays-Bas (à gauche) et en Belgique (à droite) :

Le concept de portique devient indispensable lorsqu’il y a une zone comportant plusieurs appareils de voie et qu’un dégagement total est obligatoire, comme le montrent ces deux clichés :

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Bras et consoles

Il s’agit des bras et supports de l’ensemble des câbles. Cet ensemble doit se trouver en dehors du gabarit des trains et du pantographe de captage de l’énergie :

• la console supporte l’ensemble des câbles (porteur, pendules et fil de contact) ;
• le bras de rappel maintient le fil de contact dans son axe, tant horizontal que vertical, au moyen d’une pince.

Cet ensemble est isolé des poteaux par… des isolateurs. Consoles et bras sont arrimés soit directement sur un poteau soit, parfois sur une poutre transversale couvrant les deux voies, comme c’est le cas sur la photo ci-dessous. Les isolateurs sont bien visibles :

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Câbles porteurs

Les caténaires les plus simples sont de type « tramway » : le fil de contact est directement accroché à des poteaux ou par des câbles support simples aux façades des immeubles. Le problème de la caténaire tramway tient à la flèche qu’il présente, obligeant de le supporter tous les 25 à 30m, sans compter la traction que supporte directement le fil de contact.

En outre, la température constitue un paramètre prépondérant. Soumis à des températures plus élevées, les fils de contact sont soumis à la dilatation, et la flèche augmentera encore davantage.

Dans un environnement ferroviaire, ces paramètres sont pénalisants. Outre qu’il faudrait trop de poteaux, il ne peut pas y avoir de flèche vu les vitesses pratiquées. On a alors rapidement opté, dans le cas des caténaires simples, pour un câble porteur qui supporte lui-même la flèche, permettant de rallonger la distance entre poteaux à 50-60m :

Ce câbles porteur est munis de pendules qui supportent le ou les fils de contact à une hauteur constante au-dessus des rails, sans flèche. Cette hauteur est garantie par un système de tendeurs mécaniques qui sera évoqué plus en détail au point suivant.

Cependant, le déplacement longitudinal des fils de contact lors de leur contraction ou de leur dilation provoque une inclinaison des pendules dans l’un ou l’autre sens, par rapport à leur position verticale à température normale. Il en résulte que le plan de contact présente des ondulations dont l’amplitude peut atteindre 10 à 12cm.

Or cela est inacceptable en pleine voie au-delà des 80-90km/h. On a donc créer la caténaire dite « compound » à double porteur : on a toujours un porteur principal mais un porteur auxiliaire est suspendu au porteur principal. Les deux porteurs ne sont pas régularisés de sorte qu’ils sont toujours suspendus de manière fixe l’un par rapport à l’autre. Dès lors, les pendules restent toujours verticaux, et le porteur auxiliaire ne présentera pas d’ondulation en cas de températures extrêmes.

Cette caténaire est principalement installée en Belgique et en France.

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Le fil de contact

Le fil de contact lui-même est constituée d’une section circulaire de cuivre comportant 2 rainures longitudinales pour sa fixation. Une « pince » permet d’agripper ce fil et de le maintenir par un système de consoles à hauteur réglementaire par rapport aux rails. Ces consoles sont fixées sur des poteaux métalliques disposés de part et d’autre de la voie tous les 50 à 60m environ (variable selon les pays).

Maintenir une bonne tension mécanique

Quelle que soit la tension, un bon contact doit toujours être assuré entre le pantographe et la caténaire. Le soulèvement soudain du fil de contact peut occasionner un décollement du pantographe et déclencher une mise en sécurité, c’est-à-dire l’arrêt du train. À l’inverse l’abaissement localisé du fil de contact peut constituer un « point dur » qui peut donner lieu à une usure importante tant sur les archets du pantographe que sur le fil de contact lui-même.

D’un point de vue mécanique, il importe que les fils de contact soient suspendus dans la manière la plus plane possible et soient tendus sous une tension mécanique suffisante pour présenter de bonnes propriétés dynamiques et ainsi garantir un bon contact avec le pantographe, même aux vitesses les plus élevées.

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