Par GB, FP, BC, PM. Le 30 JUIN 2025.
Préambule.
Ce dossier aborde uniquement le sujet de la hauteur de la caténaire, pantographe et la signalisation correspondante. Les différents types de caténaires ainsi que les poteaux seront traités dans d’autres dossiers Docrail.
Ligne de contact.
L’alimentation par ligne aérienne se fait au moyen de la ligne de contact placée au-dessus et dans l’axe de la voie. Le pantographe comporte une semelle de contact appelé ‘’archet’’, ce dernier est muni de bandes d’usure qui sont en contact avec la caténaire.
Pour assurer une bonne prise de courant, le couple ligne de contact pantographe doit toujours rester en contact. :
-La caténaire ne doit pas présenter de dénivellations importantes et brusques. Le changement de niveau doit être effectué par des pentes douces.
-L’archet doit toujours suivre les variations de hauteur du fil de contact. Pour assurer un contact parfait l’archet exerce une pression sur la ligne de contact.
-9 bars à l’arrêt en continu.
-7 bars à l’arrêt en monophasé.
La pression augmente avec la vitesse.
Tout décollement de l’archet entraine une coupure en charge qui amorce des arcs et occasionne des avaries à la ligne et aux semelles des archets.
La caténaire, comme tout métal, se dilate sous l’action de la chaleur. Sa longueur augmente ou diminue suivant que la température s’élève ou s’abaisse.
Pour obtenir un plan de contact permettant une bonne captation, il faut donner aux conducteurs constituant le fil de contact une certaine tension. Le soulèvement par le pantographe doit être ferme et régulier, donc la ligne de contact doit être souple lorsque que le fil de contact se soulève de façon régulière au passage du pantographe. Elle ne doit pas comporter de point dur, l’archet rebondirait entrainant une usure anormale du fil de contact.
La tension du fil varie en fonction de la température et de la portée moyenne (écartement entre deux poteaux).
Gabarit.
Le gabarit du matériel roulant est la limite des dimensions du profil des véhicules admis à circuler sur une ligne. Il est dénommé gabarit rigide, sa hauteur varie suivant le gabarit de la ligne de 4,32 m à 4,65m.
Le gabarit d’isolement, il est supérieur au précédent. Il limite la zone à l’intérieur de laquelle on ne doit trouver aucune partie d’installation constituant au point de vue électrique une masse.
Le fil de contact doit donc se trouver à une hauteur minimale de :
-En courant continu de 4,47 à 4,80 m.
-En monophasé de 4,59 à 4,92m.
Hauteur du fil de contact par rapport au rail.
La hauteur est mesurée dans l’axe de la voie perpendiculairement au plan de roulement. La hauteur est fixée à 5,50 m en voie courante.
Pour tenir compte de la flèche par suite de l’augmentation de la température, la hauteur minimale est fixée à Température normale de 15°c à :
-5,80 m, suspension simple ou ‘’fil tramway’’ (voie de service, de garage, de faisceau…).
-5.75 m, pour les caténaires en ligne.
-6 m dans les dépôts pour éviter tous incidents.
-5,08 m sur Ligne à Grande Vitesse. Sur LGV cette hauteur est constante du fait de l’absence de passages à niveau. Ce gabarit est pris en compte dès la construction des tunnels et passages supérieurs.
La hauteur maximale des caténaires est fixée par la levée maximale du pantographe soit 6,50m.
Pantographe.
Le pantographe, fixé sur la toiture de la machine, il est conçu de façon à rester en contact avec la ligne aérienne quelle que soit la dénivellation de la caténaire et la vitesse. Il permet l’alimentation des circuits haute tension de l’engin moteur.
Il se présente sous deux types :
-Sous forme de pentagone.
-Sous forme de demi-pentagone.
Quelque soit sa forme, le principe de fonctionnement et la constitution sont identiques.
Il est composé :
-D’un bâti fixé sur la toiture de l’engin moteur, isolé de celle-ci par des isolateurs.
-D’un cadre articulé en acier comportant une semelle de contact.
-D’une semelle de contact ou archet sur laquelle sont fixées des bandes d’usure de différents types selon le type de courant (continu ou monophasé). La semelle de contact doit toujours être horizontale.
-Les articulations comportent un shunt pour éviter la soudure des roulements sous l’effet du courant.
Il est levé avec de l’air comprimé et abaissé à l’aide de ressorts.
Un ressort, placé dans le servomoteur pneumatique agit sur une bielle à boutonnière qui interdit la rotation de l’arbre de commande du pantographe.
L’air comprimé admis dans le servomoteur comprime le ressort de descente. L’arbre de commande se trouve libéré et sous l’action des ressorts de montée, le pantographe monte. La pression sur la caténaire est obtenue grâce à la tension des ressorts de montée et ceci quelle que soit la hauteur du fil de contact. Le réglage de la pression ressorts se fait par un système vis écrou.
Pour baisser le pantographe il suffit d’évacuer l’air comprimé du servomoteur. Sous la pression du ressort de descente la bielle à boutonnière entraine la rotation du bras de commande, donc la descente du pantographe.
Pour éviter les décollements du pantographe dus aux irrégularités du fil de contact et aux mouvements de caisse, l’archet est monté sur un dispositif souple.
Variations de hauteur de la caténaire.
Les lignes ont été construites bien avant les électrifications. Dans de nombreux cas il est difficile de respecter la hauteur de 5,75m, principalement au franchissement des passages supérieurs et dans les tunnels. La solution retenue est d’abaisser la caténaire au minimum. Dans certains cas, cela ne suffit pas il faut donc baisser le niveau de la voie ou de détruire l’ouvrage et le reconstruire au gabarit électrique.
Passages supérieurs (ponts) et tunnels.
Sous les passages supérieurs, la hauteur de 5,75m ne peut pas toujours être observée : une prescription ministérielle autorise une dérogation en respectant les distances d’isolement suffisantes avec le gabarit de chargement. Cela conduit à prendre comme côte minimum la côte de 4,60m; cette côte doit être maintenue sous l’ouvrage et aussi entre les portées adjacentes.
La variation de hauteur se fait par une pente douce pour éviter que le pantographe ne bute ou ne décolle de la caténaire.
Au raccordement avec la hauteur normale (5,75m) la pente est de :
-3 mm par mètre en caténaire normale, 5mm par mètre pour les voies de service.
-2 mm par mètre en caténaire renforcée (caténaire continu).
Au long de la rampe la pente est de :
-6 mm par mètre en caténaire normale, 4 mm par mètre en caténaire renforcée et 10 mm par mètre pour les voies de service.
Tous les passages supérieurs accessibles au public ou au personnel sont équipés d’un auvent de protection horizontal ou vertical, quelle que soit la distance au-dessus des éléments sous tension. Une plaque »danger électrique » est fixée sur le auvent.
Lorsque la hauteur du fil de contact est inférieure à 5m, un repérage spécial est peint sur les poteaux caténaire et sur les entrées des tunnels et ponts. Bande bleue de hauteur 11 cm avec liseré blanc de 2 cm de hauteur peinte à une hauteur de 2m sur la face côté voie des supports caténaires.
Signaux ‘’Eclair’’.
Pour signaler :
-Les zones de stationnement normal des locomotives à vapeur.
-Certains tunnels et passage supérieurs.
Lorsque la hauteur de la caténaire est inférieure à 5,50m on utilise le signal ‘’éclair’’.
Ce signal se présente sous deux types :
-Un éclair visible uniquement de jour.
Un signal éclair éclairé visible de jour et de nuit.
Passage à Niveau ou PN.
A l’inverse dans le cas du franchissement du PN, la caténaire est surélevée pour permettre le passage des véhicules routiers. La hauteur minimale de la caténaire au niveau du passage à niveau est de 6 m. pour tenir compte des variations de hauteur causées par les variations de températures la hauteur est réglée ente 6,10 m et 6,30 m à la température de 15 °C pour tenir compte de la flèche à 50°C.
Dans la mesure du possible et suivant les installations, pour éviter les variations importantes de la hauteur du fil de contact, le relèvement de la caténaire est diminué en plaçant un support (poteau caténaire) le plus près possible du PN ou en utilisant une portée réduite pour diminuer l’abaissement du fait de la dilatation du fil.
La variation de hauteur de la caténaire se fait par une pente douce identique à celle des passages supérieurs.
Lorsque le plan de contact est au moins égal à 6 m de hauteur à la traversée de la chaussée, un signal obstacle rectangulaire portant l’inscription haute tension hauteur limite 4,80 m est fixé sur le support de signalisation routière. Signal implanté à 150 m du PN.
Lorsque le plan de contact ne peut être à 6 m, installation de part et d’autre du PN d’un dispositif particulier de sécurité pour éviter le franchissement par un ensemble routier incompatible avec la hauteur du fil
Il est constitué :
-D’un portique de protection avec poutres peintes de bandes alternées blanches et rouges.
-D’une signalisation routière appropriée.
Signal visite de pantographes.
Pour permette aux agents autorisés (agents de conduite et agents des ateliers) la visite des pantographes sous caténaire continue, la hauteur du plan de contact doit être de 6 m minimum. Dans certaines gares et dépôts, des zones sont prévues à cet effet.
Elles sont signalées par des pancartes blanches inscriptions rouges :
-Aux extrémités de la zone de visite : Sur la face avant : Au-delà caténaire à 6 m.
Sur la face arrière : Au-delà caténaire à moins de 6 m.
-dans le cas de montage au centre de la zone de visite : sur les deux faces : jusqu’à X m caténaire à 6 m.
Cette autorisation de visite des pantographes depuis la toiture a été supprimée en 1986. Mais de nombreuses pancartes sont encore visibles.
