Quand la France tourne le dos au courant alternatif avant de s'y convertir

Le courant continu à 1500 V a été défini comme tension d’alimentation de référence par un décret de 1920. Pourtant, celui-ci ne présentait pas le meilleur bilan coût – efficacité : sous-stations plus nombreuses, section de cuivre du fil d’alimentation augmentée, moindres performances par rapport au courant alternatif, qui avait été notamment adopté par le Midi (12000 V - 16 2/3 Hz), et donc un coût plus élevé. Aussi, les premières électrifications du réseau français ne pouvaient concerner que quelques lignes à fort trafic.

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Ile sur Tet - 27 juin 2010 - La ligne de Perpignan à Villefranche de Conflent, quoique réélectrifiée en 1971, a conservé certains de ses supports caténaire d'origine Midi. © X. Vuillermoz

Si les lignes du Midi furent rapidement ré-électrifiées en 1500 V (seule Perpignan – Villefranche devra attendre 1971), les électrifications par 3ème rail en 750 V continu de l’Ouest Etat subsistèrent des décennies, puisque la conversion fut opérée entre 1965 et 1979. En revanche, la section Paris – Orly fut convertie par le PO dans le cadre de l’opération Paris – Vierzon.

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Artix - 13 mars 1987 - La caténaire Midi 1500 V présente la particularité de l'espacement des supports plus long qu'une caténaire unifiée, et de l'inclinaison dans les courbes de la suspension du fil de contact. © J.P. Vergez-Larrouy

Les avantages du courant alternatif ne furent réexaminés que tardivement : le 7 juin 1944, l’essai d’une tension de 25000 V à la fréquence de 50 Hz fut adopté sur la section Aix les Bains – La Roche sur Foron. Cependant, les engins moteurs devaient conserver des moteurs à courant continu, équipés de redresseurs à ignitrons. Par conséquent, il fallait inéluctablement recourir à des locomotives bicourants. La Haute Savoie servit de terrain d’apprentissage avant de lancer la grande opération de l’artère Nord-Est pour les besoins miniers et sidérurgiques, ouvrant ensuite la voie au développement massif du courant alternatif.

En 2013, 10000 des 16000 km de lignes électrifiées du réseau français étaient sous caténaire 25000 V. La question de la conversion des lignes sous 1500 V continu peut alors se poser : en 2005, l’audit du professeur Rivier sur l’état des infrastructures ferroviaires françaises avait mis le sujet dans la balance.

25000 V - 50 Hz : le nouveau standard français

Pour une électrification nouvelle, le 25000 V est aujourd’hui retenu presque systématiquement. Les dernières progressions du 1500 V ont concerné Vierzon – Bourges en 1997, par ramification à l’axe Paris – Toulouse et pour utiliser les matériels monocourants (BB9200, BB7200, Z5300, Z7300) alors appelés à y circuler et Saint Etienne – Firminy en 2005, du fait de la courte distance en prolongation de la ligne Givors – Saint Etienne électrifiée en 1958. Enfin, en 2012, le tram-train de l’Ouest Lyonnais adopta lui aussi le 1500 V, mais pour d’autres raisons : présence d’installations prééexistantes datant de 1958 de Lyon Saint Paul à Charbonnières, mais optimisation par rapport à une tension de base de 750 V, interopérabilité – potentielle – avec l’urbain oblige.

Dès lors, la question de la migration des lignes sous 1500 V en 25000 V peut être posée, d’autant que les lignes Midi parviennent à un stade d’obsolescence avancé, et alors même que les matériels monocourants 1500 V sont en voie de régression : les Z7300 et BB7200, formant le gros des troupes, devrait disparaître dans la décennie à venir. L’effectif des B81500, les AGC « petits bimodes » Diesel – 1500 V pourrait être considéré comme un obstacle, mais contournable par le jeu d’échanges avec des Régions disposant d’installations sous 1500 V plus récentes.

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La Roche sur Foron - 17 février 1980 - La CC 20001, alias la Grand'Mère, fut la première machine bicourant pour la Haute Savoie où se situait le premier point de contact avec le 1500 V. © J.P. Lescat

Si une caténaire 25000 V coûte 4 à 6 fois moins cher qu’une caténaire 1500 V, certains impératifs peuvent renchérir l’opération de conversion : le gabarit électrique est plus généreux donc plus contraignant pour les tunnels ; la compatibilité électromagnétique, avec les postes d’aiguillages ou encore les circuits de voie pour la signalisation ; l’amélioration de la connexion au réseau électrique de RTE, si possible au moins en 90 kV afin de bénéficier d’une puissance compatible avec une meilleure exploitation ferroviaire (performance des sillons, gains de temps) : autant d’éléments qui peuvent renchérir le coût complet de la réélectrification.

Par conséquent, une telle décision ne peut avoir d’effets que dans la durée, avec une transition longue non seulement pour gérer les investissements, mais aussi préserver la cohésion de l’exploitation du réseau, notamment au travers de la généralisation des engins bicourants sur les secteurs à migrer.

Cette migration peut être anticipée dans le cadre de la maintenance du réseau, en prédisposant les caténaires 1500 V pour une évolution en monophasé. Le contournement de Tours est électrifié en 1500 V avec une caténaire prévue pour du 25000 V, dont le basculement est prévu dans le cadre de la LGV SEA. Le pas d’implantation des supports caténaires sous 1500 V « unifié » est le même qu’en 25000 V, soit 63 m, ce qui n’est pas le cas des caténaires Midi avec un pas d’implantation de 90 m. En outre, les zones les plus complexes à migrer sont évidemment les zones de gares. Seule expérience française à ce jour, la gare de Dole, conçue initialement comme « commutable », les voies pouvant être alternativement alimentées en 1500 V ou en 25000 V aux origines de l’électrification, basculée en 25000 V exclusif en 1992.

Une conversion programmée en 2014

A partir du mois de mai 2014 commenceront les opérations de conversion de la section Bellegarde – Genève en 25000 V, visant de multiples objectifs :

  • être compatible avec le projet de RER genevois – CEVA – en évitant un matériel tricourant 1500 V – 15000 V 16 2/3 Hz – 25000 V 50 Hz ;
  • éliminer un isolat de caténaire 1500 V en territoire suisse ;
  • éliminer des transitions 1500 V – 25000 V complexes dans le secteur de Bellegarde : la section de séparation de Longeray, en direction d’Annemasse, se situe en rampe de 18 pour mille, tandis qu’une courte section commutable a été installée en sortie de la gare de Bellegarde pour les TGV transitant par la ligne du Haut Bugey.

transportrail vous propose un dossier spécifique sur cette opération.

Des opportunités ponctuelles

Au-delà, les réflexions réapparaissent sporadiquement au sud de Bordeaux, pour renouveler les équipements d’origine Midi. Ce pourrait être aussi l’occasion de relever la vitesse de la section Bordeaux – Dax à 220 km/h, temporisant le besoin d’une ligne nouvelle vers la frontière espagnole.

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Talence - 29 novembre 2013 - Les ogives Midi, caractéristiques des électrifications de cette compagnie, qui 80 ans plus tard, s'avèrent à bout de souffle : la question du renouvellement finira par se poser et mettra peut-être dans la balance une réélectrification... © transportrail

Néanmoins, des opérations d’ampleur plus modeste pourraient s’avérer pertinentes : on pensera par exemple à la zone de Marseille avec la perspective de la section et de la gare souterraine destinée à désaturer la gare Saint Charles et améliorer la liaison vers Nice, qui nécessiterait un double changement d’alimentation sur quelques centaines de mètres entre la fin de la LGV Méditerranée et l’entrée de la nouvelle section en tunnel.

La réélectrification en 25000 V de la gare Saint Charles supprimerait en outre la transition entre les deux tensions à l’est de la gare de Marseille – Blancarde et serait compatible avec une future électrification de la section Marseille – Aix en Provence en 25000 V, mais aussi de la ligne de la Côte Bleue : la section L’Estaque – Fos sur Mer serait électrifiée ex-nihilo tandis que la réélectrification de Fos – Miramas améliorerait les performances de l’infrastructure desservant le complexe portuaire de Fos. Pour les trains transitant par l’artère PLM via le tunnel de la Nerthe, une section de séparation serait alors créée au nord de l’Estaque.

A plus longue échéance encore, en Savoie, l’hypothèse de la liaison Transalpine pourrait justifier une réflexion sur la conversion de la section entre Chambéry et l’entrée du tunnel de base sous les Alpes afin d’éviter de multiples opérations de changement de tension, d’autant que l’axe Lyon – Chambéry est déjà sous 25 kV. Par cohérence, il apparaîtrait pertinent de convertir également la section Aix – Chambéry, afin d’éliminer l’isolat résiduel de 1500 V sur le sillon alpin.