Mémoire de PFE final -...

Juin 2011

Raphaël DAVID Spécialité Génie Electrique – Option Energie INSA de Strasbourg

Projet de Fin d’Etudes du 31 janvier au 17 juin 2011

RESEAU FERRE DE FRANCE -Direction Régionale Bourgogne

Franche-Comté - Service Commercial et Gestion du Réseau La City - 2, rue Gabriel Plançon - 25 042 Besançon Cedex

Tuteurs RFF : Monsieur Antoine LATOUCHE, chef du service commercial et gestion du réseau

Monsieur Fabrice CHARLET, chargé de maintenance

Tuteur INSA de Strasbourg : Docteur Guy STURTZER, Maître de conférences en Génie Electrique

Mémoire de PFE

Maintenance des Installations Fixes de Traction Electrique

de Bourgogne Franche‐Comté

Raphaël DAVID – Mémoire de PFE

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Remerciements

Je tiens à remercier tout particulièrement :

• M. Antoine LATOUCHE, tuteur en entreprise et chef du service commercial et gestion du réseau RFF, pour son accueil, son soutien et son suivi qui m’ont permis de mener ce projet à bien ;

• M. Fabrice CHARLET, tuteur et chargé de maintenance RFF, pour son accompagnement et ses conseils avisés sur ce projet tout au long du stage ainsi que pour l’organisation de rencontres avec les spécialistes ;

• M. Guy STURTZER, maître de conférence en Génie Electrique, pour son suivi régulier du travail effectué en entreprise ;

• M. David O’CONNOR, chargé de maintenance RFF, pour sa disponibilité et pour m’avoir conseillé et fait bénéficier de sa connaissance du réseau ;

• M. Jacky LAURENT, agent de maîtrise d’ouvrage RFF, pour m’avoir fait partager sa connaissance inépuisable des techniques ferroviaires ;

• M. Gwenaël MENGUY, chargé du Système d’Information Géographique, pour sa réalisation cartographique et pour m’avoir aidé à prendre en main les bases de données ;

• M. Dominique BOTTON, chargé de projet LGV Rhin‐Rhône, pour m’avoir renseigné sur les problèmes de la ligne de la Bresse ;

• M. Elie CARPENTIER, chef du service IFTE à la direction Infrastructure de RFF, pour le temps qu’il m’a accordé sur la politique de maintenance des IFTE et pour m’avoir fait bénéficier de son expertise à ce sujet ;

• MM. Laurent BEDON et Bruno CHAUVOT de la Délégation Infrastructure Régionale SNCF, pour le temps qu’ils m’ont accordé à plusieurs reprises et pour m’avoir aidé à réunir les éléments de maintenance régionale et permis de rencontrer les Infrapole et Unité de Production ;

• M. Lionel JACQUES, spécialiste caténaire à l’Infrapole SNCF Dijon, pour le temps qu’il m’a accordé et les informations qu’il m’a fournies sur l’état du réseau et ses problématiques ;

• M. Jean‐Louis QUILLARD, spécialiste caténaire au pole régional d’ingénierie SNCF, pour le temps accordé et le partage des connaissances sur les caténaires et ses problématiques ;

• MM. Philippe BONHOMME, Fernand FONSECA et Jean‐Paul FER de l’Unité de Production SES SNCF de l’Yonne, pour m’avoir accordé du temps pour présenter les problématiques caténaire sur leur secteur.


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Fiche d’objectifs

Dans le cadre de la prise en main des problématiques diverses concernant les Installations Fixes de Traction Electrique (IFTE) de son réseau ferroviaire, Réseau Ferré de France (RFF) souhaite réaliser un programme des actions de maintenance à réaliser sur les quinze prochaines années en Bourgogne Franche‐Comté. Pour ce Projet de Fin d’Etudes, RFF a fixé quatre objectifs principaux :

1. Effectuer un recensement des différents constituants de l’installation à l’aide des bases de données. Une cartographie des IFTE sera réalisée;

2. Faire l’état des lieux des différents composants et besoins de maintenance en relation avec les experts RFF et SNCF ;

3. Sur la base de cet état des lieux, un programme de maintenance sur 15 ans pourra être proposé ;

4. Enfin ce projet devra permettre de déterminer les limites du système 1500V en terme d’utilisation.

Résumé

En Bourgogne Franche‐Comté, le réseau ferré, constitué de lignes anciennes comme de plus récentes, se trouve confronté à un large panel de problématiques de maintenance de ses installations de traction électrique. Ce projet fait le point sur la consistance du réseau régional et sur les différents besoins de maintenance rencontrés par les établissements. Ces besoins sont retranscrits dans le cadre de la politique nationale de maintenance. Enfin, ce projet revient sur une ligne particulière dont les besoins de maintenance sont forts : La Bresse. Si le projet est régional, ses conclusions sont le reflet d’une problématique nationale. Abstract : In Bourgogne and FrancheComte, the rail network, consisting of old and new lines, is facing a wide range of issues of maintenance of its electric installations. This project provides a view on the consistency of the regional network and the various maintenance needs met by establishments. These needs are transcribed in the context of national policy for maintenance. Finally, this project returns on a particular line which maintenance needs are high: The Bresse line. If the project is regional, its conclusions reflect a national problem.


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Sommaire

Remerciements ....................................................................................................................................................2 Fiche d’objectifs ...................................................................................................................................................3 Résumé....................................................................................................................................................................3 Sommaire ...............................................................................................................................................................4 I. Introduction.................................................................................................................................................7 1. Présentation de Réseau Ferré de France ...................................................................................7 a. Historique ...........................................................................................................................................7 b. Missions...............................................................................................................................................7 c. Organisation ......................................................................................................................................8 d. Répartition des missions entre les entreprises du réseau ferré.................................9

2. La direction régionale Bourgogne Franche‐Comté ............................................................ 10 a. La Direction Centrale (Paris)................................................................................................... 10 b. Les directions régionales .......................................................................................................... 10 c. La direction régionale Bourgogne Franche‐Comté........................................................ 10

3. Le Service Commercial et Gestion du Réseau (SCR) .......................................................... 13 d. Activités ............................................................................................................................................ 13 e. Organisation ................................................................................................................................... 13 f. L’équipe maintenance ................................................................................................................ 14 g. Relations régionales avec la SNCF......................................................................................... 14

4. Contexte du stage .............................................................................................................................. 15 5. Déroulement du projet ................................................................................................................... 15

II. Présentation des Installations Fixes de Traction Electrique.............................................. 17 1. Historique de l’électrification ferroviaire............................................................................... 17 2. Généralités de l’électrification en France ............................................................................... 18 a. Modes d’électrifications............................................................................................................. 18 b. Le système à courant continu 1500V................................................................................... 20 c. Le système à courant alternatif 25000V ............................................................................ 20 d. Jonction entre les deux systèmes d’électrification......................................................... 21 e. Le système à courant alternatif 2 x 25000V ..................................................................... 21

3. Constitution des IFTE...................................................................................................................... 22 a. Constitution .................................................................................................................................... 22

4. Les EALE................................................................................................................................................ 23 a. Sous‐stations .................................................................................................................................. 23 b. Postes de traction......................................................................................................................... 24 c. Protections et automatismes................................................................................................... 25 d. Télésignalisation........................................................................................................................... 25

5. Les ITE.................................................................................................................................................... 25 a. Constitution schématique des caténaires.......................................................................... 25 b. Les poteaux (ou supports)........................................................................................................ 27 c. Les conducteurs de la caténaire............................................................................................. 27 d. Circuit de retour du courant de traction (RCT)............................................................... 28

6. Pilotage des sous‐stations ............................................................................................................. 29 III. La politique de maintenance des IFTE..................................................................................... 31 1. Politique de maintenance .............................................................................................................. 31 a. Les moyens financiers ................................................................................................................ 31

2. Réalisation de la maintenance..................................................................................................... 33 a. Types de maintenance................................................................................................................ 33


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b. Conditions de réalisation .......................................................................................................... 35 IV. Consistance du réseau régional .................................................................................................. 38

a. Sources de données..................................................................................................................... 38 b. Identification des besoins......................................................................................................... 38 c. Recensement .................................................................................................................................. 40 d. Carte des IFTE en Bourgogne Franche‐Comté................................................................. 41

V. Maintenance régionale des IFTE ..................................................................................................... 45 1. Problématiques de maintenance les plus courantes ......................................................... 45 a. Fils de contact ................................................................................................................................ 46 b. Les poteaux ..................................................................................................................................... 49 c. L’armement..................................................................................................................................... 53 d. Le circuit de retour du courant de traction (RCT) ......................................................... 54 e. Les EALE........................................................................................................................................... 55

1. Urgence 1 (Les plus manœuvrés ou impactant le plus de trafics): .................................. 55 2. Secondaire : .............................................................................................................................................. 56 1. Urgence 1 :................................................................................................................................................. 56 2. Secondaire : .............................................................................................................................................. 56

f. Divers................................................................................................................................................. 56 2. Renforcement 1500V – Etude de la ligne de la Bresse...................................................... 58 a. Situation initiale............................................................................................................................ 58 b. Etudes sur la ligne de la Bresse.............................................................................................. 59 c. Simulations – Etude personnelle........................................................................................... 62 d. Solutions envisageables pour renforcer la ligne............................................................. 74

VI. Synthèse générale ............................................................................................................................. 76 1. Recensement de l’état du réseau................................................................................................ 76 2. Opérations de maintenance IFTE............................................................................................... 76 3. Renforcement de la ligne de la Bresse ..................................................................................... 78 4. Conclusion ............................................................................................................................................ 79

Glossaire .............................................................................................................................................................. 80 Bibliographie ..................................................................................................................................................... 83 Documents de formation ......................................................................................................................... 83 Politique de maintenance :...................................................................................................................... 83 Bases de données :...................................................................................................................................... 84 Renforcement des caténaires : .............................................................................................................. 84 Divers : ............................................................................................................................................................. 84

Table des figures .............................................................................................................................................. 82 Annexes............................................................................................................Erreur ! Signet non défini. Références........................................................................................................................................................... 85 1

1 Les numéros rencontrés tout au long du document correspondent aux notes de fin renseignant sur les sources de données utilisées.


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1. Introduction


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I. Introduction

Le Projet de Fin d’Études « Maintenance des Installations Fixes de Traction Electrique (IFTE)» s’est déroulé du 31 janvier au 17 juin 2011 au sein de la direction régionale de Bourgogne Franche‐Comté de Réseau Ferré de France (RFF). Il a été effectué au sein de l’équipe maintenance du service commercial et gestion du réseau (SCR) sous la direction de Monsieur Antoine LATOUCHE.

1. Présentation de Réseau Ferré de France

Réseau Ferré de France est un Etablissement Public Industriel et Commercial (EPIC) créé en 1997. Propriétaire, maitre d’ouvrage et gestionnaire des infrastructures ferroviaires, RFF a pour objet l’aménagement, le développement, la cohérence et la mise en valeur du réseau ferré national. Parmi ses principales missions figurent l’exploitation et l’entretien du réseau : La gestion du trafic ainsi que le fonctionnement et l’entretien du réseau sont assurés par la SNCF pour le compte de RFF. La SNCF est rémunérée par RFF qui fixe les objectifs et les principes de chaque mission dans la convention de gestion de l’infrastructure (CGI).

a. Historique 13 février 1997 : loi 97‐135 portant sur la création de Réseau Ferré de France en vue du renouveau du transport ferroviaire français. A cette date, RFF devient propriétaire et gestionnaire des infrastructures ferroviaires de l'Etat gérées jusque là par la SNCF. En contrepartie, RFF reprend la dette ferroviaire de l'opérateur.

22 janvier 1998 : RFF et l'Etat signe la convention de financement. 7 novembre 2000 : signature de la convention de financement de la LGV Est européenne, première opération d'envergure réalisée par RFF, maître d'ouvrage

2003 : RFF se voit confier la mission d'assurer la répartition des capacités (organisation des circulations ferroviaires)

2006 : RFF est autorisé à recourir aux Partenariats Public‐Privé. 3 novembre 2008 : Signature du contrat de performance avec l’Etat, suite au Grenelle de l’Environnement. Ce contrat prévoit l’investissement de 13 milliards d’euros entre 2008 et 2015 pour rénover 6400 km de voies et près de 2500 appareils de voies.

11 décembre 2011 : Mise en service de la ligne grande vitesse Rhin‐Rhône.

b. Missions Réseau Ferré de France se voit confier cinq missions principales :

Exploiter et entretenir le réseau : La gestion du trafic ainsi que le fonctionnement et l’entretien du réseau sont assurés par la SNCF pour le compte de RFF. La SNCF est rémunérée par RFF qui fixe les objectifs et les principes de chaque mission.


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Répartir les capacités : L’organisation des circulations ferroviaires, c’est‐à‐dire la répartition des capacités, relève de la responsabilité de RFF depuis 2003. Les enjeux sont de trois ordres : améliorer la rentabilité des sillons*, satisfaire à la fois la demande des différents types de transport – grandes lignes, régional, fret – et garantir un accès équitable au réseau transeuropéen de fret ferroviaire.

Aménager et développer le réseau : RFF est responsable de la conception, de la programmation, du financement et de la réalisation des investissements sur le réseau ferré national (maintenance lourde, amélioration du réseau existant, construction de lignes nouvelles). Il aménage et développe le réseau ferroviaire national dans une double perspective : celle du service public de transport et celle du développement durable.

Gérer le patrimoine : RFF est propriétaire de la majeure partie du patrimoine ferroviaire, soit près de 103.000 hectares de terrains. Acteur du développement local, il accompagne les collectivités dans la définition de leurs projets et dans le choix des opérateurs.

Gérer la dette : RFF gère une dette de 27,4 milliards d’euros. Afin d’assurer le service de cette dette et le financement de ses investissements, il opère sur les marchés financiers.

c. Organisation Réseau Ferré de France est composé actuellement de :

1 200 collaborateurs ‐ dont 80% de cadres ‐, qui sont des acteurs au niveau du pilotage, du management de projet et des études socio‐économiques et financières. Ce chiffre progresse continuellement dans le cadre de l’élargissement des missions confiées à RFF.

12 directions régionales

4.64 milliards d’euros de chiffre d’affaires en 2010 (4.4 milliards en 2009) 3.2 milliards d’euros d’investissement en 2010 (dont 1.7 milliards dédiés à la rénovation du réseau existant).

Figure 1 : Investissements RFF entre 2007 et 2009


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d. Répartition des missions entre les entreprises du réseau ferré Les acteurs RFF et SNCF sont liés par la convention de gestion de l’Infrastructure. La convention de gestion de l’infrastructure décrit l’ensemble des dispositions pour l'exécution et la rémunération des missions assurées par la SNCF pour le compte et selon les objectifs et principes de gestion définis par RFF :

La gestion du trafic et des circulations sur le réseau ferré national Le fonctionnement et l’entretien des installations techniques La sécurité de ce réseau

Acteurs sur le « Réseau en service commercial » :

Le Gestionnaire d’Infrastructure (GI) : RFF Le Gestionnaire d’Infrastructure Délégué (GID) : SNCF

o Exploitant: DCF (Direction des Circulations Ferroviaires), la loi impose un service de la SNCF indépendant

o Entretien: GIDEntretien, la loi ne désigne pas de service particulier de la SNCF Les Entreprises Ferroviaires (EF) dont la SNCF

Acteurs pour la « réalisation d’une opération » :

Un (ou des) Maître(s) d’Ouvrage (MOA) o RFF o SNCF (gares et connexions) o Autres ( CG, …) Un (ou des) Maître(s) d’Œuvre (MOE):

o Sur périmètre de MOA RFF o Sur périmètre de MOA SNCF (gares et connexions) o Sur périmètre de MOA Autres CSPS, Organismes Qualifiés agréés Les entreprises réalisant les travaux

Figure 2 : Répartition des missions entre RFF et SNCF


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2. La direction régionale Bourgogne FrancheComté

RFF est composé d’une direction centrale située à Paris et 12 directions régionales (DR).

a. La Direction Centrale (Paris) L'organisation générale de l'entreprise d'articule autour de cinq pôles. Avec Hubert du Mesnil, Président Directeur Général, les cinq responsables de pôles forment la direction générale de l'entreprise et constituent son comité exécutif. Par ailleurs quatre directions du siège, à caractère fonctionnel sont directement rattachées au président. Les 5 pôles sont : 1. Le pôle Infrastructure et Exploitation, composé notamment de la direction

rénovation du réseau dans lequel se trouve le service IFTE. Ce pôle prend les directives de maintenance des IFTE et définit les politiques de renouvellement des installations au niveau national.

2. Le pôle Développement et Investissement 3. Le pôle Clients et Services 4. Le pôle Finances et Achats 5. Le pôle Gouvernance, Affaires Juridiques et systèmes d’information

b. Les directions régionales Les directions régionales ont 5 grandes missions : 1. L’exploitation et l’entretien du réseau

Chaque direction régionale instaure et développe un dialogue avec les collectivités territoriales, en concertation avec la SNCF, le but recherché étant de maintenir et de développer le niveau de performance du réseau sur le territoire national et régional.

2. La gestion des capacités du réseau 3. La gestion active du patrimoine 4. Les relations entre le domaine ferroviaire et son

environnement 5. La modernisation et le développement du

réseau

Figure 3 : Carte des 12 directions régionales

c. La direction régionale Bourgogne FrancheComté La DR BFC est située au 2ème étage dans l’immeuble La City, à Besançon. (25). Elle a pour champ d’action la totalité des 2 régions administratives Bourgogne et Franche‐Comté en dehors de la ligne Grande Vitesse Paris‐Marseille.


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Figure 4 : Immeuble La City Direction régionale Bourgogne FrancheComté

Le réseau régional représente 2573 km de voie dont 1460km électrifiés environ (530km en 1 500V, 920km en 25 000V et 10km en 15 000V). En raison de la construction de la ligne grande vitesse (LGV) Rhin‐Rhône reliant Dijon à Mulhouse, une direction d’opération LGV est située à Besançon. Elle est située dans le même bâtiment que la direction régionale BFC (au 1er étage). En tout, l’antenne régionale BFC compte 74 salariés. Un projet est en cours pour déplacer la direction régionale à Dijon (21) et se rapprocher ainsi du nœud ferroviaire de Dijon et des directions SNCF. Ce projet est à l’origine de mouvements sociaux internes, dont une grève le 25 mars 2011, la première de l’histoire de RFF pour une raison interne. Le projet de relocalisation prévoit un déplacement pour le quatrième trimestre 2012.


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Figure 5 : Organigramme de la DR Bourgogne FrancheComté

Abdelkrim AMOURA Directeur Régional

Martine AUREAU* Assistante de direction

Anne PETIT* Responsable environnement

Antoine HANTZ* Chargé de mission environnement

Florence VUILLERMOZ Apprentie (alternance)

Valérie LEPINAY* Responsable de communication

Mickaël KREMER*, Estelle NILSSON*, Catherine LE LAY

Chargés de communication

* Mis à disposition de la mission LGV RR BE en tant que de besoin

Direction d’opération LGV Rhin-Rhône Branche Est

Xavier GRUZ Directeur d’opération

Rattaché au Pôle Développement et Investissements

/ situé en équipe région

SSeerrvviiccee AAmméénnaaggeemmeenntt eett PPaattrriimmooiinnee

Thomas HELBERT

Chef de service

Patricia RUFFONI Rachel BARBIER

Assistantes

Emilie CONTENT Angélique DODANE

Chargées de valorisation

Rachel BARBIER Assistante

SSeerrvviiccee CCoommmmeerrcciiaall eett ggeessttiioonn dduu RRéésseeaauu

Antoine LATOUCHE-HALLE

Chef de service

David O’CONNOR Chargé de mission

maintenance Fabrice CHARLET

Chargé de maintenance

Céline FIEUX Responsable

Exploitation/Commercial

Maurice LANNOY Chargé de mission exploitation

Fabrice DIDIER

Gestionnaire capacité Amont

Christian-François SCHMITTChargé de mission ITE

(Installations Terminales Embranchées)

Nadège PETIJEAN

Responsable prospective et

SSeerrvviiccee ddeess PPrroojjeettss dd’’IInnvveessttiisssseemmeenntt

Pascal GUILLAUME

Chef de service

Élodie NICOLARDOT Gestionnaire d’opérations

Romain CHERRIER Isabelle VRIELYNCK Bertrand ALLAERT Laure DELBARRE Chargés de projets

Francine APFFEL (CDD)

Assistante

MMiissssiioonn LLGGVV RRhhiinn--RRhhôônnee

BBrraanncchhee OOuueesstt eett SSuudd

Laurent BANLIN

Chef de mission

Gaëlle THEVENIN Assistantes

Dominique BOTTON

Chargé de projets

Raphaël LEFEVRE Chargé de mission énergies

renouvelables

SSeerrvviiccee AAddmmiinniissttrraattiiff eett FFiinnaanncciieerr

René-Paul SIMON*

Chef de service

Stéphanie CLER-MOUILLON*

Laëtitia DESSENT Aurélie BILLOD (CDD)

Assistantes Isabelle CHRISTEN Responsable des

études économiques et socio-économiques

Nazaré ROSA* Responsable marchés

et contrats Youssef SABRI*,

Violaine HERTER* , Bertille MALAÜS

(CDD) Chargées de marchés

et contrats

Florence DUSSAUSSAY*

Acheteur Isabelle HEILMER*,

Aurélie SCHREINER*, Béatrice BOUCHE*

Comptables Philippe PARROT,

Rui Oscar PEREIRA * Contrôleur de gestion Valérie LECOULTRE*

Documentation, qualité

Sébastien ARTZNER* Assistant technique Gwénaël MENGUY Chargé de mission

SIG

Isabelle CHRISTEN* Chargée d’études

socio-économiques


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3. Le Service Commercial et Gestion du Réseau (SCR)

Le SCR compte actuellement 11 personnes (dont 1 AMO). Les activités du service s’étendent en permanence de par l’augmentation des missions RFF en général mais aussi par le portage de plusieurs gros projets pilotes (OFP, émergence…). De ce fait, les effectifs vont en grandissant pour un objectif espéré de près de 30 personnes à terme.

a. Activités Le service commercial et gestion du réseau (SCR) est au centre d’activités majeures pour RFF, notamment:

• Des missions : La Maintenance et l’exploitation du réseau L’allocation de capacité (sillons et travaux) et le développement commercial

• Des contrats : Le contrat de performance avec l’Etat La convention de gestion de l’infrastructure

• Des projets : La rénovation du réseau et le déploiement des salles CCR Le cadencement et la planification régionale L’équipe exploitation commerciale

b. Organisation Le SCR est divisé en 3 équipes : Exploitation commerciale, Maintenance et Prospective et évolutions du réseau.

Chef de service

Unité MaintenanceUnité Commercial - Exploitation Unité Prospective et évolution du réseau

1 Assistante spécialisée1 Chargé de mission Sécurité - Sûreté - SGS


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c. L’équipe maintenance Elle se compose actuellement de 3 personnes, dont 2 permanentes :

David O’ CONNOR, chargé de maintenance (spécialiste voie) Fabrice CHARLET, chargé de maintenance (spécialiste caténaire – partie ITE), arrivé en octobre 2010.

Jacky LAURENT, agent de maîtrise d’ouvrage en contrat de 2 ans, retraité de la SNCF Infrastructure (spécialiste voie – Ouvrages d’Art et Ouvrages de Terre)

Les spécialités sont les domaines de prédilection dans lesquels les agents ont une grande expérience mais ne constitue en rien leur mission principale. Les agents sont polyvalents et peuvent intervenir dans tous les domaines. Dans cette équipe, je suis placé sous la tutelle mutuelle de Fabrice CHARLET et Antoine LATOUCHE.

d. Relations régionales avec la SNCF L’unité maintenance a des relations privilégiées avec certains interlocuteurs du GID SNCF. Ces interlocuteurs m’ont fourni les renseignements sur les besoins de maintenance de la Bourgogne Franche‐Comté. Voici la liste des interlocuteurs SNCF rencontrés :

• La DIR : Délégation Infrastructure Régionale. Elle fait l’interface entre la SNCF et RFF. Elle réunit les demandes et besoins en maintenance des différents services et les transmet à RFF. Inversement, RFF définit des actions répercutées par la DIR sur les services concernés.

• Le PRI : Pôle régional d’ingénierie. Il réalise les études techniques sur des projets locaux (besoins de renforcement, …)

• L’Infrapôle. Il réalise la maintenance des installations : définit la politique régionale de maintenance, les besoins de maintenance sur les installations, etc

Il est à noter que la SNCF est découpée en régions non administratives, pour des raisons historiques, sa division est antérieure à la création des régions françaises. Ainsi, la Bourgogne Franche‐Comté dépend de 4 régions SNCF (Dijon, Strasbourg, Clermont‐Ferrand et Paris‐Sud‐Est).


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4. Contexte du stage

Un arrachement de caténaire à Aubagne en haute saison touristique (le 17 août 2008), allié à d’autres évènements de cette nature sur la période 2007‐2008, a déclenché un diagnostic et un rapport national sur les « pantographes – caténaires ». Cet épisode avait mis en évidence la connaissance parfois incomplète du patrimoine des caténaires par RFF. Ses visions sur l’état des IFTE notamment sont à éclaircir. L’étude des dossiers et opérations de maintenance proposées par la SNCF sont alors compliquées. Le SCR de Bourgogne Franche‐Comté est région pilote pour le projet « émergence ». Actuellement, lorsque RFF doit émettre un avis sur un dossier, il n’a pas toujours les connaissances, ni le suivi pour le faire. L’émergence consiste à se resituer très en amont dans l’expression du besoin pour partager avec le GID le montage du dossier. Ainsi, les dossiers élaborés conjointement avec les acteurs concernés seront validés en meilleure connaissance de cause. Mon PFE s’inscrit notamment dans ce cadre de spécialisation de RFF. Ma mission devra permettre d’avoir une vue plus complète sur le réseau électrifié actuel, de consigner l’état du réseau et de prévoir les opérations de maintenance sur 15 ans.

5. Déroulement du projet

Le but de ce projet de fin d’études est d’éclairer le service commercial et gestion du réseau sur les actions de maintenance à effectuer sur les IFTE de Bourgogne Franche‐Comté. Ma mission consiste dans un premier temps à rassembler les données correspondant au patrimoine IFTE régional. A cet effet, une base de données plus complète possible rassemblant les lignes électrifiées et leurs composants sera établie. Cette base de données constituera une base de travail pour les chargés de maintenance RFF. Sur la base de ces données, une carte du réseau ferré électrifié sera établie. Dans un second temps, ces données seront exploitées en relation avec la politique de maintenance RFF et les propositions de la SNCF pour établir un planning prévisionnel de maintenance sur 15 ans. Nous verrons que l’accès aux données sur l’état du réseau constitue un problème d’envergure pour RFF à l’heure actuelle et ralentit l’établissement du programme de maintenance. Des solutions à ce problème de données sont en cours au niveau national entre RFF et SNCF. En dernier lieu, ce stage sera l’occasion d’étudier la problématique d’échauffement de caténaire rencontré sur les lignes 1500V les plus fréquentées et d’étudier la proposition de renforcement de la SNCF sur la ligne de la Bresse (Dijon – Bourg‐en‐Bresse).


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2. Présentation des Installations Fixes de Traction Electrique


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II. Présentation des Installations Fixes de Traction Electrique

1. Historique de l’électrification ferroviaire

• 21 fév. 1804 :Première circulation d’une locomotive à vapeur sur rails en Angleterre.

• 1837 : Première ligne de voyageurs en France (Paris – St Germain en Laye).

• Fin du 19ème siècle : Premiers essais d’utilisation de l’énergie électrique en Europe et aux Etats‐Unis. A cette époque le choix se pose entre 2 solutions :

1. La traction autonome par un combustible embarqué : moteur à explosion, diesel, turbines à gaz qui ne nécessite comme infrastructure que des stations d’approvisionnement

2. La traction électrique qui nécessite une infrastructure de distribution répartie le long des lignes ferroviaires par caténaire ou 3ème rail.

L’électrification apparaît comme une solution alternative viable économiquement. Les moteurs électriques ont un rendement très supérieurs (contre 5% pour les moteurs thermiques de l’époque), un couple au démarrage important, permettent l’utilisation en tunnel ou sous‐terrain sans pollution, présentent un confort de conduite nettement amélioré, des économies d’entretien du matériel moteur…

• 1900 : Premières électrifications dans les métros des grandes villes par 3ème rail 600 ou 750V continu (Paris, New‐York) et en montagne.

• 1910 : Premières alimentations par caténaire

• 1920 : Harmonisation des tensions. Adoption en France du courant continu 1500V pour les électrifications futures. En courant continu, l’adoption d’une tension plus élevée s’avérait alors défavorable pour la réalisation des moteurs de traction série et, de plus, l’emploi du courant monophasé à la fréquence industrielle de 50Hz n’était pas techniquement viable.1

• Années 1930 : Tests et développements du « système » 25kV 50Hz en Europe.

• 7 juin 1944 : Erreur historique dans l’électrification ferroviaire française : décision est prise de réserver le courant continu (1,5kV) pour les électrifications lourdes et l’alternatif (20/25kV) pour les électrifications les plus légères. 2

• Années 1950 : ‐ Reconstruction d’une grande partie du réseau (dont beaucoup de 1500Vcc). ‐ Tests des premières lignes 25kV 50Hz dans les Alpes.

• A partir de 1954 : Généralisation progressive du 25000V alternatif.

• 1981 : Première utilisation du 2 x 25000V en France (portions sur la LGV Sud‐Est). Alimentation par une caténaire 25000V et un feeder en opposition de phase. Solution adoptée pour la plupart des électrifications nouvelles.


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2. Généralités de l’électrification en France

a. Modes d’électrifications Les lignes électrifiées représentent sensiblement la moitié du réseau ferré national (15500 km environ sur 32000 km au total) pour 85 à 90% du trafic. 2 modes d’électrification principaux existent en France : le 1500Vcc (6000km environ) développé avant1955et le 25 kV 50Hz (9000km environ) utilisé depuis. Il existe de manière anecdotique des portions de 15000V 16Hz 2/3 (10km près de Pontarlier) utilisés dans les pays germaniques, de 750V 3ème rail (115km) et de 3000V (7km près des frontières italienne et espagnole). Le trafic ferroviaire tracté par des engins électriques consomme en France quelques 8,2 TWH par an pour un montant proche de 500M€ (3ème consommateur national après Cogema et Alcan). (Chiffres 2007).3

Figure 6 : Chiffres d’électrification du réseau selon la décennie


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Figure 7 : Carte de l’électrification du RFN


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b. Le système à courant continu 1500V C’est une décision ministérielle de 1920 qui a imposé en France le courant continu à moyenne tension de 1500V. A l’époque, une tension plus élevée n’est pas envisageable. Le continu présente certains avantages par rapport au courant alternatif du réseau électrique général.

Les moteurs à courant continu présentent de meilleures performances : plus robustes, moins lourds, efforts au démarrage importants, capacité de surcharge exceptionnelle, fonctionnement possible à basse fréquence (mais pas 50Hz).

Le courant continu peut être produit de façon aisée à partir du réseau 50Hz. Pas de transformateurs dans les locomotives

Le système comporte en revanche de nombreux inconvénients :

Une caténaire lourde et coûteuse afin de limiter les échauffements et chutes de tension exagérée liées au courant élevé (jusqu’à 5000A).

Des sous‐stations d’alimentation rapprochées (12km en moyenne) pour garder une tension proche des tensions nominales des machines (pour développer toute leur puissance) et pour limiter les échauffements qui dégradent les caractéristiques mécaniques de la ligne.

Un circuit de retour courant renforcé et isolé du sol pour limiter les phénomènes d’électrolyse.

Ce système atteint ses limites dès les années 1950 par l’augmentation du trafic et de la puissance des locomotives.

c. Le système à courant alternatif 25000V Le système 25kV alternatif présente de nombreux avantages :

Espacement des sous‐stations (50‐60km) Pas de groupe redresseur en sous‐stations Maintenance moins coûteuse Plus de possibilité d‘évolution de puissance

En revanche, le courant alternatif monophasé génère des problèmes de déséquilibre sur le réseau RTE, des phénomènes d’induction sur les réseaux télécoms et câbles voisins, des distances d’isolement supérieures et la nécessité de créer des sections de séparation de phase entre 2 secteurs alimentés par des sous‐stations différentes. Un comparatif des 2 modes d’électrification est donné en annexe 1. Sur la figure 6, on peut remarquer que l’électrification du réseau s’est largement inversée en faveur du 25kV alternatif à partir des années 1950. Le 1500V continu est cependant resté très présent sur les lignes historiques, générant d’importants problèmes d’exploitation et de maintenance. La ré‐électrification de ces lignes en 25000V est une question actuelle qui ne semble pas économiquement justifiée. Elle sera évoquée ultérieurement dans la partie « Renforcement des lignes 1500V ».


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d. Jonction entre les deux systèmes d’électrification Les problèmes de jonction entre ces deux systèmes d'électrification ont été, à l'origine, résolus par l'équipement de « gares commutables », donnant la possibilité d'alimenter les caténaires soit en courant continu, soit en courant alternatif. Par la suite, l'utilisation d’engins moteurs bi‐courants a permis d'éviter les installations complexes de ces gares de jonction, et de se limiter à une zone appelée « section de séparation », franchie avec le pantographe abaissé.

e. Le système à courant alternatif 2 x 25000V Afin d’optimiser le coût des électrifications en courant alternatif (ou courant industriel), il a été recherché, compte tenu du coût des ouvrages et notamment des lignes THT, du fait de l’obligation du respect des normes de déséquilibre, un accroissement de l’espacement des sous‐stations en profitant au mieux des lignes existantes de RTE. Il a donc été conçu en 1980 un système d’électrification dit 2 x 25 kV où l’énergie de traction est distribuée en 50 kV entre caténaires et feeder mais pour les mobiles l’énergie de traction, captée entre caténaires et les rails, est toujours consommée sous 25 kV (Cf. schéma de principe).

Figure 8 : Schéma de principe du 2 x 25 000V

Ces dispositions permettent un espacement accru des sous‐stations tout en améliorant le profil longitudinal de tension sur le secteur moyennant l’installation en ligne d’un feeder et d’autotransformateurs qui injectent, en des lieux judicieusement choisis, de l’énergie entre caténaire et rails. A la sous‐station, un transformateur à point milieu et des équipements de protections supplémentaires sont nécessaires. Ces dispositions entraînent un surcoût de 20 à 30 % de l’électrification en contre partie d’un espacement des sous‐stations multiplié par 1,8 à 2 au maximum. En outre, elles minimisent de façon importante les perturbations injectées sur le réseau RTE et surtout sur les circuits télécommunications avoisinants : environ 4 fois moins que le système 1 x 25 kV (symétrisation par rapport au rail du transport de l’énergie). L’intensité du courant de retour traction écoulé par les rails est également très nettement inférieure à celle du courant de retour en électrification 1 x 25 kV.4


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Par ces multiples avantages, et le fait qu’aucune modification ne soit nécessaire sur le matériel moteur, le système 2 x 25000V est adopté dans toutes les électrifications nouvelles.

3. Constitution des IFTE

a. Constitution Les Installations Fixes de Traction Electrique regroupent 2 ensembles :

Les EALE (Equipements d’Alimentation des Lignes Electrifiées) qui regroupent les sous‐stations et les postes électriques en ligne.

Les ITE (Installations de Traction Electrique) qui sont constituées par la caténaire, son ensemble de fixation : caténaire + armement + poteaux et le circuit de retour traction (Rail + Connexions)

Figure 9 : Division des IFTE

Figure 10 : Cheminement du courant dans les IFTE


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4. Les EALE5

Les EALE concernent toutes les installations de puissance concernant la transformation, le redressement éventuel, la protection et les départs des lignes électriques.

a. Sousstations Chaque sous‐station comporte :

Un poste haute tension. Un poste de traction qui est composé d’un (ou des) groupe(s) transformateur dit groupe de traction (GT).

Des départs tractions (disjoncteurs, interrupteurs).

Un portique de distribution de courant de traction vers les caténaires.

Figure 11 : Description d'une sousstation Les S/ST sont télécommandées depuis un central sous‐station. Il est également possible d’effectuer des manœuvres en mode local.

Comptages

Transformateur

Protections HT

Jeux de barres HT

Protection transformateur

Protection jeu de barres 25 kV CA

Jeux de barres 25 kV CA

Protection redresseur

Redresseur (+ filtre éventuel)

Protection jeu de barres 1,5 kV CC

Jeux de barres 1,5 kV CC

Protections départs 25 kV CA

Caténaires

En 1,5 kV CC En 25 kV CA

Protections départs 1, 5 kV CC

Caténaires

Protections HT

Jeux de barres HT

Protection transformateur

Transformateur

Ligne(s) HT

Figure 12 : Constitution schématique d'une sousstation non secourue

• En 1,5kV, les sous‐stations sont rapprochées (10km) et beaucoup moins puissantes (environ 5MW) qu’en 25 000V. Le courant appelé est théoriquement identique sur les 3 phases de par l’utilisation d’un redresseur triphasé. Ces sous‐stations sont


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généralement placées sur des lignes HTA (63 kV en général). On peut interconnecter les sous‐stations en 1500V continu.

• En 25kV, les sous‐stations ne comportent pas de groupe redresseur. De par l’écartement des sous‐stations, le nombre de circulations par secteur est plus important et la puissance installée également (environ 30 à 60 MVA). Le réseau étant sollicité sur 2 phases, un déséquilibre se crée. Les sous‐stations doivent donc être installées sur des réseaux de forte puissance capable de délivrer le courant appelé et de limiter ce déséquilibre.

Les sous‐stations n’étant pas nécessairement connectées aux mêmes phases du réseau RTE, les sous‐stations 25kV ne peuvent pas être interconnectées entre elles (différence de phase). On place alors des sections de séparation de phase franchies courant coupé par les locomotives.

• Les sous‐stations peuvent être fiabilisées et/ou secourues. Une sous‐station fiabilisée comporte plusieurs groupes de traction, l’un pouvant remplacer l’autre en cas de maintenance ou de défaut.

Une sous‐station secourue comporte 2 lignes d’alimentation RTE pour fiabiliser l’approvisionnement électrique en cas de défaut ou maintenance de RTE ou RFF.

Les nouvelles sous‐stations sur LGV sont secourues et fiabilisées. Les anciennes sous‐stations qui n’en sont pas équipées, présentent en revanche un risque d’effacement (c’est‐à‐dire qu’elles ne délivrent plus de tension mais assurent la continuité électrique). Dans ce cas, l’incident provoque de lourds problèmes électriques sur le secteur (Puissance appelée importante sur les sous‐stations voisines, chutes de tension, échauffements…)

b. Postes de traction En ligne, on trouve des postes électriques permettant le sectionnement, la mise en parallèle ou l’injection.

Appellations Définitions Poste de sous‐station

(ST) Poste comprenant des interrupteurs de sous‐station en 25000 V, des

interrupteurs ou des sectionneurs têtes de câble en 1500 V, situé dans une sous‐station ‐(ou hors de celle‐ci et dans ce cas réuni à celle‐ci par des

feeders) Poste de sectionnement

(S) Poste comprenant un ou plusieurs disjoncteurs ou interrupteurs assurant

la continuité électrique à la limite de secteurs contigus Poste de sous‐sectionnement

(SS) Poste comprenant un ou plusieurs interrupteurs de ligne, situé à la limite

de sous‐secteurs. Poste de mise en parallèle

(P) Poste comprenant un ou plusieurs disjoncteurs ou interrupteurs assurant la mise en parallèle entre secteurs ou sous‐secteurs de voies différentes.

Poste de ligne (L)

Poste comprenant un ou plusieurs interrupteurs ou sectionneurs télécommandés situés entre sections élémentaires contiguës d’un même

secteur ou sous‐secteur. Poste d'alimentation

(A) Poste comprenant un ou plusieurs disjoncteurs ou interrupteurs assurant l'alimentation de secteurs ou sous‐secteurs de caténaires secondaires.

Poste d'injection (J)

Poste comprenant un autotransformateur, n'assurant pas la continuité ni la mise en parallèle (2x25000V seulement).


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c. Protections et automatismes Les protections désignent les fonctions qui assurent l’intégrité des installations. Elles ont pour but de contrôler des valeurs électriques et de faire déclencher les disjoncteurs en cas de dépassement de ces dernières dangereuses pour la sécurité des biens ou des personnes. Les automaticités désignent les différents manœuvres d’appareils qui s’effectuent automatiquement suite à un événement (déclenchement protection, manœuvre).

d. Télésignalisation La télésignalisation (TSS) est une information envoyée au RSS depuis l’installation au moyen de la télécommande pour l’informer d’un événement.

5. Les ITE

Les ITE concernent tout le circuit de traction électrique à partir de la sous‐station jusqu’à la locomotive. Les ITE peuvent être regroupées en 4 catégories : 1. les supports (ou poteaux), 2. les conducteurs électriques (fil de contact, câbles porteurs + feeders éventuels), 3. l’armement : ensemble des composants qui tiennent la caténaire aux supports 4. le circuit de retour traction : il est constitué des rails, connexions et feeder qui

véhiculent le courant depuis la locomotive vers la sous‐station)

a. Constitution schématique des caténaires Sur la figure suivante, les 2 cas de caténaires les plus fréquents sont représentés

Figure 13 : Représentation des caténaires 1.5kV et 25kV


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Figure 14 : Constitution d’une caténaire 1.5kV (à gauche) et 25kV (à droite)

1500V La caténaire 1500V est une caténaire beaucoup plus « lourde ». Les puissances appelées par les engins de traction (de 3 à 8MW maximum) génèrent des courants particulièrement élevés. Pour limiter les échauffements et les chutes de tension en ligne liées à ces courants (ΔU=Rcat.I), on augmente la section cuivre pour diminuer la résistance linéique (Rcat) de la caténaire.

Les supports doivent résister à des poids de câbles supérieurs auxquels peuvent s’ajouter des feeder (câbles sous tension pour augmenter la section de cuivre).

Le fil de contact est doublé (comme l’archet du pantographe) pour augmenter la surface de contact pantographe‐caténaire.

L’armement, comme en 25000V, doit être allégé au maximum pour limiter le choc lié au passage du pantographe à pleine vitesse (appelé point dur). Ce choc peut générer des pertes de matière liées au choc mais aussi au soulèvement du pantographe qui engendre un arc électrique. Le phénomène est encore plus accentué de par les courants élevés.

Le rail est isolé du sol en 1500V pour des problèmes de corrosion. Le courant élevé en 1500V pose des problèmes de tension rail‐sol et demande des connexions résistantes.

25 000V La caténaire 25000V est beaucoup plus légère. On notera l’effet inductif des tensions alternatives sur les installations voisines, notamment télécom.


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b. Les poteaux (ou supports) Les poteaux supportent les contraintes mécaniques radiales importantes dues au poids des câbles tendus et aux efforts dynamiques En limite de canton de pose (voir Fil de Contact), ils doivent supporter le poids supplémentaire des appareils tendeurs et des élingues d’ancrage. Ces supports sont renforcés par un ancrage au sol lié au poteau par un ou 2 hauban(s) d’ancrage (barre métallique). On retrouve 3 types de poteaux : 1. Les supports indépendants composés d’un poteau simple (en béton, en métal à

treillis ou en métal à profilé H) 2. Les portiques rigides composés de 2 poteaux fixés entre eux par une poutre

métallique au‐dessus des voies 3. Les portiques souples composés de 2 poteaux reliés entre eux par un câble tendu au‐

dessus des voies Tous les poteaux sont constitués d’un massif en béton qui assure la fondation. Les

poteaux en métal ont à leur base un dé en béton protégeant le pied de la corrosion.

c. Les conducteurs de la caténaire On retrouve différents types de caténaires en fonction de la tension, de la circulation, de l’espacement entre les sous‐stations, etc. En 1500V, la caténaire est en général constituée d’un porteur principal, d’un porteur auxiliaire et de 2 fils de contact. En 25000V, on retrouve un porteur et un fil de contact. Les différents types de caténaires sont donnés en annexe. Les conducteurs constitutifs de la caténaire doivent assurer à la fois la continuité mécanique et électrique du plan de contact. La caténaire doit assurer un contact permanent avec le pantographe, même à pleine vitesse, et ne transmettre à celui‐ci que de petits mouvements verticaux. Continuité mécanique :

Hauteur constante du plan de contact Solutions :

• Utilisation de câbles porteurs et de pendules. Le(s) câble(s) porteur(s) subi(t)(ssent) une flèche due à son poids sur une portée. Le fil de contact est lié au porteur via des pendules. Ce type d’accroche assure une horizontalité du plan de contact

• Relèvement ou abaissement progressif sur de longues distances (pente limitée entre 1.5 et 3‰) avant un obstacle type tunnel, pont ou PN par exemple.

Répartition homogène de l’usure du pantographe pour éviter les échauffements et rainures

Solution : Désaxement horizontal de la caténaire au droit des supports(+/‐ 200mm)


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Position géométrique constante quelque soit la température. Solution : Régularisation de la caténaire. Chaque tir de caténaire est tendu sur une distance de 1200 à 1500m par des appareils tendeurs. Ces contrepoids montent ou descendent selon la température et assurent une tension constante dans la caténaire.

Figure 15 : Régularisation de la caténaire

Les fils de contact peuvent se dilater ou contracter librement grâce à la rainure qui assure un glissement du fil dans le pendule.

Figure 16 : Profil des fils de Contact

Continuité électrique

Entre 2 tirs : A la limite des cantons de pose, les 2 fils de contact se suivent sur une ou 2 portées et sont connectés entre eux. Le pantographe touche les 2 fils. Il s’agit de la zone commune.

d. Circuit de retour du courant de traction (RCT) En traction électrique ferroviaire, le retour du courant à la sous‐station depuis la locomotive s’effectue principalement par les rails de roulement. 1500V Le courant continu en 1500V génère des problèmes d’électrolyse des structures métalliques (canalisations avoisinantes) d’autant plus forts que le courant est important. Pour éviter ce phénomène, le rail est isolé du sol. La résistance du rail générant une hausse de tension U=Rrail.I, il faut alors veiller à ce que la tension rail‐sol ne soit pas dangereuse. La signalisation ferroviaire utilise également le rail pour véhiculer ses courants alternatifs de détection des trains. Aux jonctions entre 2 rails, un joint isolant est placé. Lorsque la roue fait contact entre 2 rails, le courant de signalisation passe.


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Pour assurer une continuité du courant continu et stopper le courant alternatif, on place des connexions inductives. Celles‐ci doivent être dimensionnées pour laisser passer les courants très importants en 1500V (jusqu’à 5000A). 25000V En 25000V, les problèmes de retour traction sont moins importants. Il n’y a pas d’électrolyse et le rail peut être relié au sol. Inversement, la signalisation est continue et on place des connexions capacitives.

6. Pilotage des sousstations

Les sous‐stations et les divers appareillages (disjoncteurs, interrupteurs…) sont pilotés à distance par un régulateur dans un central sous‐station (CSS). Ce régulateur assure la consignation des caténaires pour les diverses interventions, la gestion des anomalies, l’appel des équipes d’intervention en cas de défaut… Les appareils peuvent également être contrôlés localement. Le CSS de Bourgogne Franche‐Comté se situe à Dijon.


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3. La politique de maintenance des IFTE


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III. La politique de maintenance des IFTE

La maintenance caténaire est l'ensemble des activités techniques, administratives et de management à réaliser pour rétablir les installations de traction électrique dans des conditions données de sûreté de fonctionnement, de façon à accomplir les fonctions requises, qui peuvent être un service demandé ou une obligation technique. La sûreté de fonctionnement est caractérisée par trois notions :

fiabilité; maintenabilité; disponibilité.

Le patrimoine caténaire est composé d’un très grand nombre de composants différents qui subissent une usure électrique mais aussi mécanique au fil du temps. La problématique de la maintenance caténaire est de concilier :

Le maintien permanent de la capacité opérationnelle Les difficultés d’intervention combinant la mise à disposition de la voie et des installations électriques en hauteur nécessitant des outillages et engins adaptés ainsi que des procédures complexes

Elle doit intégrer par ailleurs le grand nombre de composants et l’hétérogénéité de leur âge.6 Les règles et procédures de la maintenance IFTE s’inscrivent dans le cadre des règles et des normes servant généralement de référence pour exécuter la maintenance d’un bien durable (en particulier normes X60‐000, 60‐010 et 60‐020).7

1. Politique de maintenance

Dans le cadre de la convention de gestion de l’Infrastructure, RFF fixe les objectifs de la maintenance du réseau ferré et accorde les plages horaires de travaux pour réaliser l’entretien. Le GID (SNCF) met en œuvre les moyens techniques et humains pour réaliser ces objectifs. 2 volets sont à distinguer dans la maintenance :

l’entretien qui comprend la remise en état des installations dont l’état n’est pas satisfaisant (cf réalisation de la maintenance)

le renouvellement (ou régénération) qui comprend le remplacement massif de pièces sur une zone donnée.

a. Les moyens financiers Les moyens financiers pour la maintenance se répartissent entre 4 ensembles : Entretien :

L’entretien courant prévu dans la CGI. Ce montant s’élevait à 194.9 M€ (EALE+ caténaires) en 2007.


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Régénération : Les OLN : Opérations Localisées Nationales (Montant <150 000€). Opérations d’Envergure décidées à l’initiative de la SNCF dans le cadre de la CGI.

Les OGE : Opérations de Grand Entretien (Montant >150 000€). Ces opérations ont été créées afin de permettre de rattraper le retard pris dans le renouvellement du réseau (remplacements massifs de pièces, opération de peinture importante…)

Les TIIF :Travaux d’Investissement sur Installations Fixes. Dans le cadre de la CGI, RFF a adopté la politique du « plancher continu » pour la maintenance IFTE. Il s’agit de réserver un montant identique chaque année à la maintenance caténaire pour le maintenir en moyenne dans son état actuel (à mi‐vie). L’ordre de grandeur de cette somme est de 40M€ pour les caténaires et 10‐12M€ pour les EALE.8 Ci‐dessous, le tableau des dépenses prévues en régénération en 2006 pour la période 2006‐2010. Les chiffres réels ont légèrement varié à la hausse. Année 2006 2007 2008 2009 2010

FC 23.00 23,60 24,90 24,40 24,00 CAT 8.40 11,20 11,20 12,00 12,00 EALE 7.00 8,90 9.20 9,40 9.20

Dont lignes TGV 1,00 2,00 1,70 1,50 2,00 Dont lignes 1à 6 37.30 41,50 43,40 43,50 42,20 Dont lignes 7 à 9 0,10 0,20 0,20 0,50 0,50 Total programme 38.40 43,70 45,30 45.50 45,20 Transfert 1.50 0,40 1,10

Total général 39.90 44,10 45,30 45,50 46,30 Les montants de régénération ont été jugés insuffisants par 2 rapports. 1. L’audit RIVIER. Cet audit réalisé par l’EPFL de Lausanne sur l’état du réseau ferré

français met en avant le manque d’investissements important en renouvellement : « La valeur actuelle des installations ferroviaires de traction électrique est estimée à environ 7.3 milliards d’euros, dont environ 4 à 5 milliards € pour les 14500km de lignes ferroviaires avec caténaires et 2 à 3 milliards d’euros pour les 510 sous‐stations, 3900 postes et 18 centraux sous‐stations. La valeur à neuf des caténaires est d’environ 7 milliards €. Avec une durée de vie technique entre 50 et 70 ans pour les caténaires, le taux d’amortissement nécessaire serait d’environ 1.9% et donc le montant annuel de régénération d’environ 120 millions €. En réalité, il ne s’élève qu’à 40 millions€. … La valeur à neuf des EALE est de 6 milliards €, et la valeur actuelle est de 2.8 milliards €. Avec une durée de vie légèrement inférieure à celle des caténaires, le montant annuel de régénération, nécessaire à une durée de vie résiduelle constante, serait d’environ 100 millions €. La valeur effective n’est que de 11 millions €…


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Cet écart entre les montants disponibles et les montants nécessaires laisse fortement craindre que l’état des installations soit en dégradation constante. »9 2. Le diagnostic national pantographe‐caténaire. Ce diagnostic a été réalisé en 2008

suite à plusieurs incidents caténaires. Le montant des régénérations par OGE y est présenté comme insuffisant.

« Le montant des OGE du système caténaire est de 10M€ par an en 2009 et 2010.A partir des besoins exprimés par les établissements[…], du diagnostic[…] et des éléments fournis […] ce sont donc 27 M€ par an qui sont nécessaires pour assurer le maintien du patrimoine caténaire »10

2. Réalisation de la maintenance

Dans la majorité des cas, une défaillance IFTE entraîne une impossibilité de circuler, contrairement à d’autres spécialités (voie par exemple) qui peuvent accepter des conditions de circulation dégradées pour certaines avaries. La maintenance des IFTE est donc critique pour l’exploitation.

a. Types de maintenance11 La maintenance peut être préventive, corrective ou améliorative. La maintenance préventive La maintenance préventive a pour objet de réduire la probabilité de défaillance ou de dégradation des installations. Elle comprend différentes opérations :

1. La surveillance, qui permet de détecter les signes précurseurs d’avarie. 2. L’entretien qui garantit une disponibilité des Installations et allonge la durée de

vie de certains matériels. Les vérifications techniques et entretien (VTE) en font partie.

3. Les Interventions, qui rétablissent une sûreté de fonctionnement jusqu’à l’intervention programmée suivante. Les Révisions Périodiques (RP) en font partie.

La maintenance préventive est déclenchée de manière systématique, conditionnelle ou prévisionnelle.

1. Maintenance Préventive Systématique : Elle est déclenchée suivant un échéancier établi à partir de périodicités prenant en compte la sollicitation des installations et leur environnement.

Pour cela, les lignes sont classées selon le nombre de pantographes et la vitesse (cf figure suivante):


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Figure 17 : Classement des lignes en fonction de la sollicitation

Suivant la catégorie de la ligne, des périodicités de principe sont données pour la maintenance. Il appartient toutefois aux régions de les adapter localement sur proposition des Etablissements Les périodicités de principe de la surveillance, les VTE et les RP sont données en annexes. Les Révisions Périodiques caténaires ont lieu tous les 8‐10‐12 ans en BFC en fonction de la catégorie de la ligne selon la DIR. Elles consistent en un changement massif des pièces considérées comme consommables. Une prospection a lieu 3 ans avant afin de détecter les opérations à effectuer.

2. Maintenance préventive conditionnelle : Elle est subordonnée au franchissement d’un seuil prédéterminé ou une dégradation perceptible par l’agent caténaire de l’état d’un composant. Des référentiels sont utilisés pour aider l’agent à décider de la nécessité d’intervenir. On recense 4 niveaux d’état dans les référentiels :

o La valeur d’objectif (VO), qui est la valeur à atteindre lors d’une remise en état. o La valeur sans intervention (SI), qui par usure ou déréglage, n’atteint plus la

valeur souhaitée, sans nécessiter d’intervention toutefois. o La valeur d’alerte (VA), qui est une valeur qui nécessite une intervention, sans

toutefois présenter de risque pour la sûreté de fonctionnement. o La valeur d’intervention (VI), qui présente un risque pour la sûreté de

fonctionnement et nécessite une intervention.

3. Maintenance préventive prévisionnelle : Elle est subordonnée à l’analyse de l’évolution de la dégradation d’un équipement. Elle permet la programmation d’intervention à long terme. Le remplacement de fil de contact, par exemple, est prévisible par suivi de sa section de cuivre et le nombre d’usures localisées.


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La maintenance corrective La maintenance corrective, qui a pour objet de rétablir rapidement les meilleures conditions possibles d’exploitation après une dégradation liée à une défaillance des IFTE. La maintenance améliorative La maintenance améliorative a pour objet d’améliorer la sûreté de fonctionnement par adoption de montages nouveaux ou remplacement par du matériel présentant des performances supérieures.

Remarque : Le REX est la principale source de maintenance améliorative

Evaluation des besoins de maintenance : Le dirigeant de proximité (en unité de production SNCF) prépare les besoins de production de l’exercice suivant en maintenance préventive, à l’aide des examens d’enregistrements, des compte‐rendu de tournée, et du Planning Annuel de Maintenance (PAM).12

b. Conditions de réalisation Personnel : Pour réaliser la maintenance caténaire, la SNCF dispose de 2360 agents (chiffre 2009) au niveau national. Des équipes d’astreinte 24h/24 7j/7 regroupant 400 spécialistes sont prêtes à intervenir rapidement sur l’ensemble du réseau. En Bourgogne Franche‐Comté, on dénombre entre 50 et 60 agents en EALE et 180 à 200 agents en caténaire. Les agents sont répartis en équipes opérationnelles sur des secteurs de 100km environ.

Maintenance des IFTE

Maintenance préventive

Maintenance corrective

Maintenance améliorative

Systématique : o Surveillance : (Examens, tournées d’environnement, d’enregistrement…) o Entretien o Intervention

Prévisionnelle :Evolution prévisible.

Exemple : Fil de

Contact

Conditionnelle : o Détection d’une

défaillance o Référentiels donnent

les critères de cotation :

VO, SI, VA, VI

Suite à un incident. Remise en état :

o Provisoire o Définitive REX possible

o Améliorer la sûreté de fonctionnement

o Baisse des coûts


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Matériel : La SNCF dispose de moyens d’intervention spécialisés : Trains dérouleurs de câbles, trains 4 axes, trains lorriques, Autorails à Plateforme Maintenance Caténaire (APMC), Engins Maintenance Caténaire (EMC)…

Figure 18 : Engins de maintenance caténaire Plages travaux : Depuis quelques années, un plan de massification des travaux est mis en place par RFF. Auparavant, une part importante des opérations de maintenance était exécutée dans le cadre de « blancs travaux » n’excédant pas 1h50. Compte‐tenu des délais nécessaires aux procédures de sécurité, à l’acheminement des moyens mécanisés, le temps d’intervention « efficace » est souvent inférieur à 1h30, et cela constitue un facteur essentiel de renchérissement du coût des travaux.13 La massification des travaux consiste à prévoir des plages travaux plus longues (2x3h par exemple) permettant de regrouper un maximum d’interventions caténaires lourdes dans une plage calendaire limitée. Au sein du SCR, les demandes de travaux validées par l’équipe maintenance sont transmises à l’exploitation commerciale qui donne ces plages travaux.


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4. Consistance du réseau régional


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IV. Consistance du réseau régional

Avant de recenser les diverses problématiques liées à la caténaire en BFC, l’unité maintenance RFF a émis le souhait d’avoir une base de données permettant de visualiser ses installations de manière globale. La première partie de ce projet a donc consisté à réunir les éléments constitutifs des IFTE dans une base de données aussi exhaustive que possible.

a. Sources de données RFF est en plein développement d’outils logiciels permettant de maîtriser les données du réseau ferré. Leur développement étant en cours, certains logiciels étaient méconnus du SCR au début de mon stage (Fabrice DIDIER, un collaborateur du SCR a toutefois fait la liste des logiciels disponibles en mai). Une recherche a été effectuée afin d’identifier des sources de données dans les applications, l’intranet et les documents partagés. J’ai identifié 2 sources de données principales correspondant aux besoins exprimés.

• RESEAU est une base de données de grande envergure partagée entre RFF et SNCF regroupant les données de voies, d’ouvrage d’art, de signalisation, de caténaires, d’exploitation et de patrimoine. On y retrouve le découpage des lignes qui a pu être utilisé pour établir la liste des lignes électrifiées en fonction de la tension et du mode d’entretien.

• ARMEN (Application de Recensement Multi‐spécialité des Equipements Nomenclaturés) est une application partagée SNCF et RFF orientée sur les équipements utilisés sur les lignes.

On y retrouve la plupart des constituants des IFTE.

b. Identification des besoins

• Le premier besoin est d’établir une carte de l’électrification du réseau. Cette carte nécessite les tensions, les sous‐stations, le découpage en secteurs d’alimentation des sous‐stations. Cette notion se rapporte au découpage électrique.

• Le deuxième besoin est la connaissance de la consistance du réseau pour localiser les biens et planifier au mieux les actions de maintenance sur le réseau. Les composants les plus critiques en terme de maintenance ont été indiqués pour leur porter une attention plus particulière. Ces composants ont été identifiés grâce au diagnostic national pantographe‐caténaire.

Ce travail d’identification a donné lieu à un diagramme hiérarchisé. (cf page suivante)


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Figure 19 : Identification des besoins pour la base de donnée

Ligne :N°, PKd, PKf

Sous‐station :Pk, Id, Tension

Caténaire :( trié par N° tir ou PKd, PKf)

Composants Secteur 25 000V :(trié par type et mode d’entretien)

Disjoncteur :Type, Date, Etat, …

Transformateur : Type, Date, Etat…

Zone alimentée par la S‐St: Pkd, Pkf

Sectionnement électrique

Bras de rappel

Suspension porteur

Section élémentaire

1 500V :(trié par type et mode d’entretien)

Bras de rappel

Pendule

Pendules

Connexions

Fil de contact (date de pose, état, section, remplacement)

Pièce d’attache à crochet

Poteaux :Type, date, état…

Section de séparation de phases

Isolateurs de section

Connexions

Fil de contact (date de pose, état (section restante), date de remplacement prévue)

Section de séparation de tensions

Notion de découpage électrique

Notion de maintenance mécanique

Sectionneur

Automatismes de protection

Redresseur

Equipements de télécommande et télé‐conduite


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Ce diagramme sera utilisé pour ordonner les bases de données. Cette identification des besoins a permis de faire apparaître les informations nécessaires au recensement.

c. Recensement Pour des raisons pratiques, ce recensement se fait sous Microsoft ACCESS, logiciel spécialisé dans le traitement de bases de données. A partir de ces besoins, 22 tables ont été générées :

Figure 20 : Recensement actuel du réseau

Les tables sont nommées en fonction de leur appartenance aux ITE (cat) ou aux EALE. En fin de nom, la source des données est citée. L’absence d’espace ou de caractères spéciaux permet au cartographe de manipuler les bases dans son logiciel. Les tables « Lignes découpées par entretien » qui donnent la catégorie de maintenance et « Lignes découpées par tension » sont « faites maison ». Une partie des tables a été générée à partir des tables existantes sur le réseau de l’entreprise. Les tables importées peuvent être mises à jour. En effet, le format des tables initiales a été conservé afin de permettre au chargé de maintenance d’importer la nouvelle base de données dans la table existante (en suivant la méthode d’importation décrite en annexe). Des requêtes peuvent être utilisées à partir des bases de données pour réorganiser selon le besoin. Par exemple, une requête a pu être faite sur la table « EALE Installations de Traction » pour tirer toutes les sous‐stations et postes de mise en parallèle de la ligne de la Bresse. (cf Etude de la Bresse dans la partie Renforcement des lignes 1500V). Analyse des lacunes de ces bases :

• Bases vides : Un certain nombre de bases importées d’Armen sont vides et ne peuvent donc pas être exploitées. C’est notamment le cas des bases suivantes : Baguettes, Equipements tendeur, griffes, feeder.


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• Champs vides dans la base : Certains champs n’ont pas été complétés dans les bases en fonction des régions SNCF concernées. Ainsi, on retrouve par exemple les informations relatives au type d’installations de traction dans la région de Dijon alors que ce champ n’est pas renseigné dans l’Yonne (région PSE). Certains champs sont vides dans toutes les régions.

• Aucune distinction n’est faite entre le 25000V et le 2x25000V. Les champs ont été distingués dans ma base par recoupement de données. Il peut y avoir des omissions.

• Erreurs dans les bases importées : Des erreurs ont été détectées dans les bases de données ARMEN et RESEAU. Ceci laisse supposer que d’autres erreurs se trouvent dans les bases (PK, ligne, etc…)

Les données utilisées pour la carte ont été vérifiées et semblent correctes d’après les recoupements effectués (schémas d’alimentation, consignes bleues, comparaison entre bases de données). Les erreurs détectées ont été transmises au cartographe qui répercute les demandes au gestionnaire. La liste des erreurs est donnée en annexe.

• Etat des composants : Les bases sont qualitatives et ne recensent pas l’état des composants ni la maintenance effectuée. Si elles permettent de donner la consistance du réseau, elles ne peuvent pas être utilisées pour avoir un aperçu de l’état du réseau.

L’idée initiale du stage était de s’appuyer sur cette base de données pour connaître les composants les plus dégradés et prioriser les actions en fonction de leur état et de la criticité des composants. Nous verrons plus loin que les données sur l’état des composants n’étant pas centralisées au sein même des régions et étant très différentes de la mise en forme des bases de données, leur utilisation n’est pas envisageable pour établir un programme de maintenance.

d. Carte des IFTE en Bourgogne FrancheComté Une carte est beaucoup plus claire que n’importe quelle donnée et permet de visualiser globalement la répartition des IFTE dans la région. A la demande du SCR et à partir de la base de données réalisée, le cartographe Gwenaël MENGUY a conçu une carte de l’électrification. Le cahier des charges demande de faire apparaître les éléments suivants sur la carte :

Les lignes électrifiées, bleu pour le 1500V, orange pour le 25000V et mauve pour le 15 000V, et en grisé pour les lignes non‐électrifiées ;

Les sous‐stations avec leur nom et leur PK d’implantation ; Les sections de séparation de phases et de tension (pour délimiter les secteurs d’alimentation des sous‐stations) avec leur nom et leur PK d’implantation ;

Le numéro de ligne ; Le nombre de voies ; Les villes principales si elles ne gênent pas la lisibilité.


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Construction de la carte : Les tables « Lignes découpées par tension » , « sous‐stations » et « zones neutres » ont été utilisées pour l’établissement de la carte. Les zones neutres sont des installations de signalisation indiquant la présence d’une section de séparation. Elles ont été utilisées car plus pratiques pour l’élaboration de la carte. Une distinction a été apportée entre le 25000V et le 2 x 25000V (trait plus épais et plus foncé). Les bases de données ARMEN et RESEAU ne recensant pas cette composante, il est possible que certaines portions ne soient pas exactes. Le nombre de voies n’étant pas disponible dans ma base de données, le cartographe a dû faire des croisements avec ses bases de données et mises en transparence des couches. Le rendu étant peu clair pour une composante secondaire dans la thématique électrification, le nombre de voies a été abandonné. Il serait toutefois possible de rajouter cette composante rapidement si nécessaire. Analyse de la carte Cette carte fait clairement apparaître que les lignes de Franche‐Comté sont toutes électrifiées en 25000V (sauf quelques km près de Dôle et St Amour), tandis que les lignes classiques de Bourgogne sont principalement en 1500V : lignes PLM, la Bresse et Dijon‐Dôle‐Champvans. En tout, les lignes 1500V représentent environ 530km des 1460km du réseau BFC. Les problèmes de maintenance étant beaucoup plus importants en 1500V, nous verrons que la Bourgogne sera plus touchée par les problèmes de maintenance. Ceux‐ci touchent principalement PLM (369 km en Bourgogne électrifiés en 1949). La Bresse (115km en BFC électrifiés en 1969) pose, quant à elle, des problèmes de capacité.


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5. Maintenance régionale des IFTE


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V. Maintenance régionale des IFTE

1. Problématiques de maintenance les plus courantes

Le rapport national de l’audit RIVIER conclut que les IFTE françaises sont dans un état général correct. Ce rapport note toutefois que, si l’entretien courant est bien réalisé, le renouvellement de certains types d’éléments, comme la peinture des poteaux, sont délaissés, donnant lieu à une dégradation progressive du patrimoine. « Les caténaires sont en général en bon état. Quelques problèmes de sous‐dimensionnement sont apparus sur la ligne à grande vitesse LN1 (Paris–Lyon) suite à l’élévation des vitesses de 270 à 300 km/h ainsi que sur certaines sections du réseau classique équipées d’un ancien type de caténaire et où circulent des TGV en unités multiples. Une proportion significative des mâts de caténaires présente par contre des signes inquiétants de corrosion, la mise en peinture des mâts n’étant plus pratiquée en temps opportun. Les sous‐stations sont en général en bon état ; certains éléments liés aux bâtiments arrivent toutefois en fin de vie et devront être remplacés. »xiv Causes de rupture caténaires : Les causes de rupture de caténaire peuvent être classées en 4 familles :

Les causes diverses : Ce sont les avaries les plus fréquentes qui ont principalement pour origine des actes de malveillance (jets de pierre, tirs à la carabine (sur isolateurs en céramique par exemple), vols de cuivre, chutes d’objets, manifestation de tiers (chute de ligne EDF par exemple)..)

Les causes intempéries : Avaries d’origine climatique (foudre détruisant les isolateurs, givre ou verglas gênant le captage du courant sur le fil de contact, vent provoquant des ruptures de matériel ou des chutes d’arbre…)

Les causes matériel et traction : Non respect d’une signalisation « Baissez panto » ou « Coupez courant » entrainant un court‐circuit et une fusion de conducteurs, défaut de maintenance sur un pantographe entraînant un enfourchement de caténaire…

Les causes infrastructure Avaries ayant pour origine des défaillances mécaniques ou électriques de matériels caténaires, défauts de maintenance ou erreurs commises lors de travaux… Cette partie s’applique à recenser les problématiques globales les plus courantes rencontrées sur le patrimoine caténaire :


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Pour établir la liste des problèmes rencontrés en région, divers types d’information ont été recoupés :

o Les documents de formation RFF qui recoupent les différents problèmes de maintenance

o Les rapports et diagnostics : Audit RIVIER, Diagnostic national pantographe‐caténaire… qui déterminent les problématiques des politiques de maintenance

o Les rencontres avec les spécialistes SNCF en région : DIR SNCF (Laurent BEDON et Bruno CHAUVOT), PRI (Jean‐Louis QUILLARD), Infrapole (Lionel JACQUES), Unité de Production (Philippe BONHOMME, Fernand FONSECA, Jean‐Paul FER)

o La rencontre avec le siège RFF (Elie CARPENTIER) Globalement, les problèmes évoqués par les différents interlocuteurs rencontrés font apparaître les mêmes causes principales de problème que les éléments rapportés dans les documents de formation, l’audit et le diagnostic national pantographe‐caténaire.

a. Fils de contact Avec près de 25M€ par an, les remplacements de fils de contact représentent près de la moitié des dépenses IFTE et 2/3 des dépenses caténaires en régénération. La maîtrise des opérations et des coûts sur les fils de contact est donc fondamentale à la fois sur le remplacement mais aussi sur les améliorations à apporter. Si le suivi du fil de contact est le mieux maîtrisé (usure relativement uniforme ‐hors points d’usure – prévisible et mesurable), les fils 1500V nécessitent quelques améliorations pour augmenter leur durée de vie. L’usure des fils de contact est un phénomène beaucoup plus important en 1 500V qu’en 25 000V. L’usure des fils de contact et des barres de frottements est à la fois d’origine électrique et mécanique :

• « L’usure électrique est provoquée par un captage défectueux, surtout en 1500V du fait des fortes intensités appelées qui engendrent des arcs électriques. Ces fortes intensités provoquent des échauffements que le GID se doit de maîtriser pour éviter des problèmes de vieillissement prématuré de la caténaire et des ruptures de fil de contact

• L’usure mécanique, due au simple frottement et aux chocs de l’archet sur le fil de contact, dépend de la nature des matériaux en contact, de leur état de surface, de la pression d’application, de la vitesse de l’engin et parfois du lubrifiant utilisé. » xv

1500V 25000V Usure Importante Faible Durée de vie 6 mois à 20 ans (moy :6‐15ans) Plus longue (>40‐50ans) Pathologies Déformation, surface dégradée, fusion localisée, recuit,

allongement… Critère de remplacement Usure >30% ou nombre de baguettes > 15/fil et /tir Causes d’usure • Echauffements,

• Arcs électriques (si plan de contact non linéaire),

• Mauvais appui du pantographe,

• Graissage insuffisant…

• Frottements, • Arcs électriques (si mauvaise linéarité plan de contact)


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Conditions de remplacement : Pour déterminer la section du câble, un autorail muni de capteurs laser mesure l’épaisseur du fil tous les 20 cm. La section et les dates de remplacement sont calculées par le logiciel Catalyse. Ce logiciel effectue le calcul de 2 dates de renouvellement : un calcul d’après les critères « normaux » avec pose de baguettes localisées et un calcul économique. NB : Critères de remplacement. Le remplacement d’un tir est décidé si sa section est inférieure à la limite admissible (70% de la section neuve) ou si le nombre de baguettes de renfort dépasse le nombre autorisé (15 par tir et par fil). Durée de vie : En 1500V, la durée de vie peut varier de 6 mois à plus de 20 ans. (6 à 15 ans en moyenne en BFC). En 25 000V, la durée de vie est beaucoup plus longue; certains tirs n’ont jamais été remplacés depuis l’électrification de la ligne. Sur LGV, elle est estimée à 40‐50 ans. Pathologies xvi : Ci‐dessous sont reportés les 5 types de défauts principaux :

DÉFORMATION SURFACE DÉGRADÉE

FUSION RECUIT

…Et l’allongement du fil. Causes d’usure : L’usure peut être globale (frottements mécaniques réguliers au cours du temps sur la surface de contact) ou locale (point d’usure).

Causes d’usure Solutions Echauffements • Augmenter la section cuivre,

• Postes de mise en parallèle Arc électrique. (Provoque l’arrachement de matière). Eviter points durs qui soulèvent le pantographe à son passage

• Bras de rappel allégés • Connexions sans spires. • Flèche intentionnelle (adopté sur LGV)

Mauvais contact • Augmenter tension mécanique • 1500V :Sectionnement mécanique : tendre le porteur évite l’accent circonflexe qui soulève un des 2 fils

Surface dégradée (dus aux passages de pantographes en cuivre‐acier encore présents sur les lignes 1500V)

• Pantographes carbone • Graissage (périodicité donnée en annexe)


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Problèmes rencontrés en BFC

• Usure globale : Sous‐dimensionnement : Du fait des augmentations des puissances appelées par les engins de traction, de nombreuses lignes 1500V se retrouvent en sous‐dimensionnement. Des renforcements de section par feeder sont à prévoir sur PLM (33km entre Aisy et Macon, et 20km entre PK 199 et 219 (Yonne). La Bresse est sujette à un sous‐dimensionnement global qui fait l’objet d’une étude. Les résultats sont attendus en juin 2011. La partie 1500V de la ligne 850000 est sous‐dimensionnée et donne lieu à une restriction de capacité.

L’unité de production de l’Yonne souligne que cette situation la conduit à utiliser une grande part de ses ressources temporelles et opérationnelles sur le seul remplacement des tirs. Des PMP Hors Service sur PLM (PK103,176,180,207,219) induisent une répartition du courant sur une section plus faible (une seule voie).

Un graissage insuffisant des fils de contact peut également conduire à l’usure accélérée. Une panne de graisseuse dans l’Yonne (6 mois d’immobilisation en 2008) allié aux aléas de programmation entraînent des périodicités de graissage plus longues que prévu.

• Usure locale : Les usures locales sont dues à des défauts du plan de contact. En 1500V, le courant important génère des usures plus fortes en cas de défaut. Celles‐ci induisent des poses de baguettes (95% des baguettes sont posées sur des caténaires 1500V en France). Une fois le nombre de baguettes dépassé (15/tir et par fil), le tir doit être remplacé. Faute d’opérations pour réparer ces défauts, les poses de baguettes et les remplacements fréquents de tirs caténaires (40k€ le tir en 2006 en moyenne) risquent d’occuper une grande part des opérations caténaires.

Les causes principales remontées par les spécialistes sont :

L’armement : Points durs causés par les bras de rappel, les connexions avec spires… Ce surpoids crée un choc au passage du pantographe.

La géométrie du plan de contact. Un mauvais réglage peut entraîner un soulèvement local (d’où un arc électrique)

L’ « accent circonflexe » du porteur auxiliaire (1500V). Si le porteur n’est pas assez tendu, le porteur auxiliaire fera une flèche importante entre 2 pendules ronds notamment en cas de chaleur. Dans ce cas de figure, les 2 pendules étriers soutenant chacun un fil de contact différent ne seront pas à la même hauteur, créant un soulèvement local d’un fil de contact. La conséquence est l’usure locale importante d’un des 2 fils de contact (le courant transite par une surface plus petite).


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Figure 21 : Caténaire normale et/ou renforcée 1500V. La solution consiste à retendre le porteur et à créer des sectionnements mécaniques (ancrage du porteur auxiliaire à chaque canton de pose). Cette amélioration est demandée sur PLM sud (déjà effectué sur PLM Nord).

Les connexions avec les feeders ou le rail sont lieu de transit de courant et d’échauffement. A ce sujet, l’Infrapole de la Nièvre demande une fiabilisation de ses têtes de feeder Alcatel par des 3M.

Divers :

Elingues : Un programme de remplacement des élingues acier (pièce supportant le porteur au niveau de l’ancrage) par des élingues inox a eu lieu ces dernières années. Toutefois, un manque de fiabilité de celles‐ci nécessite leur remplacement. Le nombre d’élingues restantes est estimée à 8‐10 sur le secteur PLM de l’UP Yonne (PK 137‐220).

Budgets différents en pose de baguette ou renouvellement de tir : Sur le cas présenté sur le logiciel Catalyse par Lionel JACQUES lors de ma visite, le calcul économique donnait une date de remplacement en 2013 contre 2016 pour le cas classique. En effet, il serait parfois plus économique de remplacer directement un tir plutôt que de poser des baguettes et encore quelques unes 6 mois après et se rendre compte après que le nombre de baguettes est dépassé, impliquant un changement de tir.

b. Les poteaux Les poteaux érigés actuellement sont tous en acier profilé H galvanisés à chaud. Le profilé H supporte bien les contraintes radiales et la galvanisation à chaud préserve le poteau de toute corrosion pendant plus de 40 ans (plus dans les zones non polluées). Cette technique permet aux poteaux récents de ne nécessiter aucune maintenance. Les lignes de BFC comportent toutefois de très nombreux poteaux anciens. Leur réfection passe presque toujours en budget renouvellement et nécessite donc des décisions de la part de RFF. 4 types de problèmes concernant les poteaux ont été recensés dans la région La corrosion : Les poteaux de PLM ne sont pas galvanisés. Faute d’un entretien régulier, ces poteaux présentent des signes de corrosion importants sur tout le parcours en BFC.

Procédé ACQPA :Pour protéger ces poteaux de la corrosion, des mises en peinture régulières doivent être pratiquées. Depuis l’application de la note interne SNCF (IN 1903), le personnel doit être certifié ACQPA (Association pour la Certification et la Qualification en Peinture Anticorrosion), nécessitant l’appel d’entreprises extérieures. La mise en peinture d’un poteau est estimée à 300€ pour un H (10 UO), 900€ pour un treillis (30UO).

Soféisation : Un test d’une nouvelle méthode anticorrosion a été réalisé sur PLM en 2007 (entre Les Laumes‐Alésia et Blaisy‐Bas): la soféisation (développé par la société SOFRAP). Ce système ne nécessite pas le retrait des parties rouillées (hormis les feuillets) et emprisonne la protection initiale ou le métal oxydé dans un vernis. Un retour d’expérience est à effectuer sur cette méthode.


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L’Infrapole de Dijon a défini en 2000 un schéma directeur de réfection peinture des supports donnant un cycle de 26 ans. (Schéma directeur en annexe). Ce cycle correspond à un allongement des durées conseillées (12 ans par les professionnels, 18 ans évoqués par la SNCF, chiffres à vérifier) pour étaler les budgets et les moyens opérationnels. Malgré cela, Lionel JACQUES affirme que la moitié des opérations prévues sont réalisées. A ce rythme, les dégradations irréversibles sont à prévoir. Le diagnostic pantographe‐caténaires préconise à ce sujet des actions avant « des désordres irrémédiables ». Une décision est donc à prendre de la part de RFF sur le sujet des cycles de peinture et les budgets associés doivent être fixés à long terme. L’UP de l’Yonne demande également une réfection des poteaux de manière linéaire pour limiter les temps et coûts d’intervention. Des poteaux inclinés (de près de 10°) ont été relevés aux alentours du PK 215 de PLM.

Défauts des poteaux sous le béton. Le poteau pris dans le béton peut présenter une corrosion importante indétectable à l’œil nu et donc un risque pour la tenue du poteau. Aucune solution finie n’existe à ce jour. Toutefois, des tests sont en cours sur des méthodes de détection. Méthode d’investigation des défauts : La SNCF a fait appel à l’entreprise CETIM pour réaliser une veille technologique sur les moyens de contrôler les éventuelles corrosions à la base des poteaux. Ce rapport fait ressortir 2 méthodes principales : méthode par ondes guidées et par ultrasons multibonds. Les ondes guidées fonctionnent très bien sur la surface extérieure mais sont fortement atténuées par le béton, ce qui le rend inefficace. La méthode par ultrasons multibonds est fonctionnelle et portable (utilisable sur site). Son utilisation n’est toutefois pas fonctionnelle sur les tiges d’ancrage de supports à platine.

Figure 22 : Principe de la méthode par ultrasons multibonds (extrait CETIM)

Cette technique prometteuse fait l’objet de tests d’utilisation sur le réseau.


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Les dés en béton Les dés en béton protègent la base du poteau de la corrosion. Ces dés sont enduits d’un goudron réalisant une liaison souple et étanche entre les 2 parties rigides (béton et poteau). Le diagnostic pantographe‐caténaire indique que la durée de vie du poteau est fortement tributaire de l’état du pied de support. En effet, ce lieu est soumis aux plus fortes contraintes mécaniques mais également aux corrosions les plus importantes (écoulement et stagnation d’eau). En Bourgogne‐Franche‐Comté, on retrouve des problèmes à plusieurs endroits :

Ligne 871000‐880000 (électrifiée en 1993), des malfaçons impliquent un mauvais état général des dés. Un procès a aboutit à la condamnation de l’entreprise à verser 198000€ à RFF. Cette somme devrait donc logiquement être réservée aux réparations des dés. Les réparations totales sont estimées à 600000€ par Lionel JACQUES.

Une décision de RFF est attendue sur le remplacement de tous les dés ou seulement les plus abîmés.

Ligne 852000 : Un schéma directeur de remplacement de 105 dés sur 3 ans et un autre de 200 dés en 10 ans ont été établis par l’Infrapole BFC (en annexe).

PLM (830000) : De nombreux dés fissurés ou éclatés ont été observés dans l’Yonne (Autour du Pk215). Certains dés laissent des ferrures apparentes pouvant conduire à la corrosion du pied du poteau. Les dés ont en revanche été refaits dans la région de Dijon (après PK 220). Les massifs béton sont également en mauvais état sans toutefois faire apparaître les ferrures, ni présenter de signes inquiétants pour la fondation.

Figure 23 : Dé éclaté avec ferrure apparente Le coût de remplacement d’un dé est estimé à 330€ par l’Infrapole BFC et 500€ par l’étude sur les besoin de traitement des structures métalliques des IFTE. Poteaux béton Les poteaux béton sont un problème propre à PLM en Bourgogne. Ce type de poteau a été choisi après la seconde guerre mondiale de par la pénurie de métal. Ce poteau ne nécessite aucune maintenance en dés de support ou peinture anticorrosion. Les inconvénients majeurs de ce type de poteau sont sa tendance à casser en cas de fragilité et sa faible faculté à encaisser des contraintes en torsion (comme le surpoids de la caténaire en cas de chute du poteau voisin). Ces problèmes ont engendré des chutes en série de poteau béton dans les années antérieures.

Politique : Des opérations de remplacement des poteaux abîmés ont eu lieu depuis 2000. 2 poteaux « bloqueurs » tous les km ont été placés pour limiter les conséquences des chutes en série. L’Infrapole a établi un schéma directeur, donné en annexe, de remplacement des 2200 poteaux encore présents sur 50 ans (2057). Les décisions d’effectuer ces travaux sont prises chaque année par RFF.


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Le diagnostic pantographe‐caténaire préconise le remplacement de tous les poteaux à moyen terme. Elie Carpentier (Direction RFF) demande quant à lui une étude de la part de la direction régionale sur les moyens de détecter les fragilités des poteaux béton et la possibilité de prévoir leur durée de vie afin d’aider à la décision. Cette étude devra donner une date butoir au remplacement des poteaux. Pour lui, ce sujet fait clairement partie du sujet de l’émergence et demande une étude conjointe RFF‐SNCF. Il est favorable à une prise de décision claire et à long terme sur ce sujet à l’issue de l’étude.

Moyens de détection Une étude doit être menée à ce sujet par la direction régionale. L’expérience de l’Infrapole montre que les poteaux éclatés ou fissurés ont une durée de vie réduite et prévisible. En revanche, le début de dégénérescence d’un poteau sain semble pour lui impossible à prévoir.

Interventions La SNCF maîtrise la technique de remplacement des poteaux béton. Après avoir retiré l’armement et tenir la caténaire sur un engin travaux, elle coupe le poteau à sa base, en conservant la fondation, perce 4 trous pour tige filetées et place un poteau H à platine. L’opération sur poteau simple en ligne coûte environ 10000€ et dure 1‐2h. Les poteaux d’ancrage et en courbe sont toutefois plus coûteux.

Figure 24 : Poteau à platine

Portiques rigides et souples

Les portiques rigides sont constitués d’une poutre centrale rigide mise à la terre fixée entre les 2 poteaux. Leur mise en peinture nécessite une consignation caténaire et n’est pas toujours effectuée faute de consignation. La gare de Dijon est soumise à ce problème et pose des problèmes importants de corrosion.

Les portiques souples sont constitués de câbles sous tension tendus entre les 2 poteaux sur plusieurs voies. L’état des isolateurs et des câbles porteurs est donc fondamental. En effet, une rupture peut engendrer l’arrêt des circulations sur plusieurs voies dans certaines gares. Si cet incident est rare, il est nécessaire de s’en prémunir par des vérifications d’état fréquentes (préconisé par le diagnostic).


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Problèmes Solutions Poteaux concernés Corrosion du poteau • Mise en peinture régulière

• Protection de la base du poteau (dés + goudron)

Supports peints à treillis et H

Dés en béton Diagnostiquer et recenser les dés abîmés (avec ou sans ferrures apparentes)

Poteaux à treillis ou H

Poteaux béton Remplacer tout à moyen terme

Poteaux béton

Portiques rigides Dégager des plages travaux et consignation pour peindre la poutre centrale

Portiques souples Surveiller l’état

c. L’armement L’armement caténaire a pour fonction de maintenir le fil de contact aux positions souhaitées. Il est fixé sur les poteaux. L’armement comporte un grand nombre de composants sollicités différemment. Les pièces les plus sensibles à l’usure sont celles qui bougent. Les pièces cataloguées comme les plus sensibles par le diagnostic sont les suivantes :

En 25000V : o Bras de rappel o Connexions o Pièces d’attache à crochet (dans certaines zones seulement) o Appareil tendeur à treuil o Sectionneur rotatif o Isolateurs de section o Isolateurs céramiques

En 1500V : o Bras de rappel

Politique : Afin de limiter les coûts d’intervention, les pièces sont entretenues et remplacées massivement lors des révisions périodiques pour tenir jusqu’à la prochaine RP. Une part importante du remplacement des pièces est laissé à l’appréciation des opérateurs faute de référentiel précis. Le diagnostic préconise à ce sujet l’établissement de référentiels et de moyens de mesure objectifs. La direction RFF va dans ce sens et prévoit avec la SNCF l’étude de moyens de mesure plus objectifs afin d’harmoniser l’appréciation de l’état de l’armement. Ceci permettrait de créer une base de données partagée entre RFF et SNCF. Le problème de cotation vient du fait que les pièces sont nombreuses avec des comportements et des durées de vies très différentes. Le sujet devrait avancer en juin 2011 suite à des réunions entre les 2 entreprises.


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Problématiques relevées : Les isolateurs céramiques sont sujets à des actes de malveillance, notamment en région urbaine. Des demandes d’amélioration du plan de contact par les éléments d’armement ont lieu afin de limiter les usures localisées en 1500V et le coût de maintenance.

o Bras de rappel : La région de l’Yonne et de Dijon demandent la mise en place de bras de rappel allégés afin de limiter les points d’usure du fil de contact et permettre des économies à long terme.

o Connexions : Les connexions antérieures (servant à répartir le courant dans tous les conducteurs) étaient à spires (pour permettre le glissement du fil de contact en fonction de la température). Ces connexions forment des points durs à éliminer pour les mêmes raisons.

o Sectionnements mécaniques : Les problèmes d’accents circonflexes du porteur induisant des usures localisées du fil de contact peuvent être résolus par la mise en place de sectionnements mécaniques sur la partie non traitée de PLM (Partie sud) (cf fil de contact).

d. Le circuit de retour du courant de traction (RCT) Le circuit de retour traction est un élément à part entière dans le circuit électrique caténaire. En 1500V notamment, son dimensionnement doit être suffisant pour faire transiter les courants très importants. Les interventions sur RCT nécessitent des moyens importants puisqu’elles touchent au rail (plus coûteux) et à plusieurs domaines (voie, signalisation, …) Plusieurs problèmes ont été relevés en BFC concernant le RCT : Sur PLM entre les PK 199 et 219, un rapport de visite SNCF a mis en évidence l’état non satisfaisant du RCT. Les liaisons 185mm² nécessitent un remplacement par des liaisons 240mm². De même, les plaques soudées actuelles devraient être remplacées par des plaques Dubuis d’après ce rapport. Ce même rapport recommande une étude sur la nécessité de changer les CI 1000 par des CI 1400 (Le chiffre indique le courant admissible en moyenne sur 10 minutes). Sur PLM, la DIR a transmis une demande de remplacement des câbles à gaine coton. Des renforcements sont également demandés sur PLM entre Aisy et Macon en accord avec le renforcement caténaire et sur 850000 pour augmenter la capacité. Sur la Bresse, des renforcements du RCT sont à prévoir en accord avec le renforcement choisi sur la ligne. Les premières conclusions de l’étude menée font apparaître le remplacement à prévoir des CI 1000 par des CI 1400. Un bilan récapitulatif des alimentations caténaires et du retour traction est fourni en annexe.


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e. Les EALE Les EALE assurent à la fois la fiabilité d’approvisionnement en énergie et la sûreté de fonctionnement. En 1500V, on retrouve des problèmes plus importants dus aux problèmes de capacité et aux échauffements mais également à l’âge de ces installations plus anciennes en moyenne que le 25000V. Le diagnostic pantographe‐caténaire indique que les problèmes les plus récurrents concernent d’une part l’obsolescence des composants (télécommande, protection, automatismes…). Les pièces de rechange ne sont plus fabriquées et donnent lieu à des difficultés de maintenance des appareils. Le manque de fiabilité des interrupteurs et disjoncteurs dans l’huile (respectivement 20% et 60% du patrimoine national) est également soulevé, en plus de son coût d’entretien plus élevé. Des remplacements par appareils à coupure dans le gaz (SF6) sont à prévoir de manière progressive dans le budget renouvellement. D’autre part, des sous‐dimensionnement de certains groupes traction apparaissent face aux demandes croissantes, notamment en 1500V. Enfin, le rapport indique que des adaptations des sections de séparation face aux nouveaux trafics multipantos sont à prévoir. L’Infrapole de la Nièvre demande de tels aménagements sur la ligne 750000. Différents types problèmes de maintenance ont été remontés en région :

5 Postes de Mise en Parallèle (PMP) sont effacés sur PLM dans l’Yonne aux PK 103, 176, 180, 207 et 219. Les conséquences sur l’usure des fils de contact et les échauffements sont importantes. La réparation est à prévoir.

La région de Strasbourg remonte le remplacement à prévoir des interrupteurs T50 en 25kV de la sous‐station d’Héricourt (ligne 852000) pour 2012.

Diverses maintenances amélioratives sont demandées : • Amélioration des sections de séparation (750000) suite à de nombreux

franchissements par des trafics qui n’ont pas respecté la signalisation « coupez courant ». Ceci devrait également permettre de résoudre le problème de fragilités des isolateurs en place.

• L’UP SES de l’Yonne demande la motorisation de 2 interrupteurs sur PLM aux poteaux 217‐3 et 217‐8. Actuellement, les manœuvres se font à 5km. Ces améliorations devraient permettre de réduire les temps nécessaires pour la coupure et pour les interventions à la fois pour l’équipe de l’Yonne et pour l’équipe de Dijon (limite de région au PK 219.9). Un Dossier d’Initialisation a déjà été fait dans ce sens il y a quelques années.

• L’infrapole Dijon demande des remplacements de sectionneurs par des interrupteurs télécommandés afin de réduire les zones et donc le nombre de trafics impactés par les consignations caténaires. Ceci devrait permettre d’agrandir les plages travaux.

1. Urgence 1 (Les plus manœuvrés ou impactant le plus de trafics): • S15‐169 (futur 5345/167) • S121 • S151


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2. Secondaire : • S316‐13 • S0‐26 • S7C‐3N (futur s5533/5503) • 108 • 20

Le même Infrapole demande la télécommande d’interrupteurs existants

1. Urgence 1 : • I201 • I204 • SI5B207 • SI4B216 • SI123151

2. Secondaire : • I314‐472 • I314‐52

De même que ce qui a été constaté par le diagnostic, les sous‐stations rencontrent des problèmes d’approvisionnement en pièces de rechange, des problèmes de fiabilité des appareils anciens et en terme de puissance appelées. Les autres problèmes sont indiqués en annexe.

La région Nièvre fait part de problèmes importants du système informatique SURECA du CSS, mais il semble que ce problème n’incombe pas à la région RFF BFC.

Enfin, sur l’étude de la Bresse : Lionel JACQUES regrette qu’un effacement de sous‐station et ses conséquences sur le système caténaire ne soient pas pris en compte dans l’étude en cours. Toutefois, Elie CARPENTIER ne voit pas d’intérêt à prendre en compte ce problème puisque la probabilité d’effacement est faible (une toutes les quelques années) et place les IFTE en conditions dégradées donc en limitation de trafic. De plus, des sous‐stations mobiles (transportables par la route) sont disponibles en remplacement en cas d’effacement prolongé). Le coût de fiabilisation est bien trop élevé pour une occurrence aussi faible selon lui.

f. Divers En dehors des problèmes affectant le matériel caténaire, d’autres problèmes concernant les méthodes et les conditions d’intervention ont été relevées. Politique :

• Sommes affectées à la régénération : Les conclusions des rapports d’audit, de diagnostic et des experts rencontrés sont unanimes : les sommes affectées à la régénération sont insuffisantes pour permettre la conservation de l’état du patrimoine.


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La politique de plancher continu, sensée permettre de conserver le réseau dans un état global de mi‐vie donne des moyens financiers insuffisants pour la réaliser. Le rapport d’audit RIVIER estime que cette somme devrait être multipliée par 2 ou 3 en ITE et par 10 en EALE.

• Le diagnostic pantographes‐caténaires, tout comme Elie CARPENTIER,

considèrent que les référentiels de cotation de l’état des composants et les mesures automatisées doivent être améliorés pour permettre aux opérateurs de juger objectivement l’état du réseau et fournir une vue globale plus précise des interventions à programmer. De plus une base de données pour la cotation des points (géographiques) caténaire particuliers est en cours pour accentuer la maintenance sur ces lieux stratégiques.

• Création d’une base de données sur l’état du réseau : Des réunions entre RFF et SNCF devraient permettre de trouver un accord national pour partager les données caténaires. Ces données devront être regroupées par le GID qui fait actuellement remonter les données visiblement regroupées au niveau des établissements et non pas à un niveau national.

Conditions d’intervention en BFC • L’Infrapole de Dijon juge les pas entre révisions périodiques trop

longs. L’absence d’intervention prévue entre ces pas (seulement de la surveillance) peut conduire au maintien de composants dégradés sur plusieurs années.

• L’UP SES de l’Yonne juge ses temps d’intervention trop courts pour intervenir. Les plages travaux de 1h50 (réduites à moins de 1h30 de travail effectif après consignation et acheminement) réduisent sensiblement l’efficacité du travail effectué. Ce problème est accentué lors des travaux de nuit.

• De plus, l’UP demande la création de certaines plages travaux réservées aux seuls travaux caténaire. En effet, les plages travaux actuelles sont utilisées par tous les services qui avancent à des vitesses différentes sur des travaux divergents.

• Enfin, l’UP Yonne demande la création d’accès 4 axes supplémentaires pour intervenir plus rapidement et réduire ses temps d’acheminements (coût de l’accès estimé à 15k€ l’unité)

• L’Infrapole Nièvre demande des élagages et entretien de végétation en bord de voie pour réduire ses disjonctions et rupture caténaire suite aux chutes d’arbre.

Sécurisation des câbles Durant ce PFE, le directeur général France de la société de sécurisation contre le vol SmartWater a été rencontré. Celui‐ci est venu présenter une méthode innovante de lutte contre le vol par marquage chimique indélébile des biens. Des négociations sont en cours avec la SNCF pour appliquer sa méthode sur le réseau. Si celles‐ci aboutissent, la région BFC serait région pilote pour expérimenter ce procédé qui permet à la fois une dissuasion avant les vols mais aussi une traçabilité des coupables après le vol par les résidus chimiques facilement détectables par les forces de l’ordre (visibles sous lampes UV). Cette méthode peut sécuriser à la fois les sous‐stations et les câbles du réseau. Plus d’informations sur la méthode sont données en annexe.


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2. Renforcement 1500V – Etude de la ligne de la Bresse

a. Situation initiale La ligne de la Bresse (860000 puis 880000) reliant Dijon à Bourg‐en‐Bresse puis Ambérieu‐en‐Bugey est un axe marchandise majeur entre Paris et l’Italie. Elle a été électrifiée en 1969. A cette époque, le principe des locomotives bi‐courant n’existait pas. Pour passer d’un type d’électrification à l’autre, on changeait de locomotive dans des gares commutables (qui alimentait la gare soit en 1500V, soit en 25000V). Pour permettre aux locomotives de continuer leur route depuis Paris, le choix a donc été fait d’alimenter la ligne en 1500V. En 1969 (avant le premier choc pétrolier), le trafic était constitué en grand nombre de train diesel et l’électrification a été dimensionnée à l’économie avec une sous‐station tous les 15km (2 fois moins que sur PLM) et une caténaire de type « normal » (porteur bronze 116mm², porteur auxiliaire cuivre 104mm², et 2 fils de contact 107mm²). Aujourd’hui, l’augmentation du nombre de locomotives électriques plus puissantes donne déjà lieu à une limite de capacité liée aux IFTE. Des restrictions de trafic sont en cours (espacement des trains) et limitation de vitesse à 70km/h en raison des échauffements. Pour lever ces restrictions, SNCF Infra préconise les opérations suivantes (mail de la DIR du 17 décembre 2009):

1. Renforcement caténaire : o renforcement par feeder (33 000 m) o remplacement des appareils d’interruption au droit des sous stations o renforcement des barres d’alimentation

ordre de grandeur 5 M€

2. Amélioration du plan de contact caténaire : o création de sectionnements mécaniques à lame d’air

ordre de grandeur 3 M€ (actuellement financé en OGE en 2008, 2009, 2010 mais non repris à partir de 2011 ...) donc 1 M€ à financer

3. Mise en conformité du retour courant traction : Les CdV sont des ITE équipés de CI de faible capacité et le découpage des zones n’est pas conforme au niveau des sous stations)

o option mise en conformité du RCT en conservant les anciens ITE (et donc les JIC) implique de redécouper et de créer 75 CdV ITE de plus qu’actuellement (et donc autant de JIC)

o ordre de grandeur 12 M€ ou option nettement plus intéressante, régénération des CdV ITE actuels par des CdV UM71 (sans JIC donc)

ordre de grandeur 15/20 M€

4. Sous stations traction : Le programme de régénération suit son cours, sur les 7 sous stations, 5 sont régénérées avec des groupes traction de 7 MW Les 2 sous stations restantes sont en cours : La roncières (1,8 M€) en cours de réa et Mervans (1,4M€) en phase PRO


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En cas de relèvement de vitesse à 160km/h, SNCF Infra préconise le passage en caténaire renforcée en lieu et place du point 1. En parallèle des préconisations SNCF, des études sont en cours sur le renforcement de la Bresse pour 3 raisons :

L’arrivée de la LGV Rhin‐Rhône va réorganiser et renforcer le trafic sur la région Les prévisions de trafic faisaient état de hausses sur les prochaines années Pour alléger PLM en vue de travaux, la Bresse représente un bon itinéraire alternatif. La Bresse devrait donc être en mesure d’accepter ce surplus de trafic.

b. Etudes sur la ligne de la Bresse Station de mesure d’échauffement de Navilly Durant une opération de maintenance du 7/04 au 19/04/2008 sur PLM, les trains FRET de nuit ont été détournés sur la Bresse. Une station permettant la mesure permanente des température des câbles, des courants dans les conducteurs, de la température ambiante et de la vitesse et direction du vent ont été installés par IGTE (Ingénierie SNCF). Les conclusions de cette étude montrent 3 résultats :

o En période de transit, la puissance et le trafic mesurés ont augmenté fortement. Aucun échauffement important n’a été relevé en raison des restrictions en place.

o En situation normale, hors transfert de FRET, la majorité des trains circulant sur la Bresse n’échauffent pas la caténaire. Quelques trafics seulement ont provoqué un échauffement important (+41K). Les échauffements les plus importants relevés ont lieu lors des périodes sans restriction.

o Par faible vent, la courbe de montée en température est plus rapide que la descente. Ceci peut provoquer un effet cumulatif pouvant atteindre ou dépasser la limite de 80°C de la caténaire en cas de trafics fret qui se suivent.

Le rapport conclut qu’une température ambiante de 25°C ajouté à une élévation de 10°C due à l’ensoleillement et un échauffement de 41,2K donne déjà une température de 76,2°C et que des températures supérieures auraient donc pu être constatées sans restriction. Ce rapport met donc en évidence la pleine utilité des restrictions en période de forts trafics. Toutefois, le rapport ne démontre pas la nécessité des restrictions dans le cas normal, ni en hiver. Elie CARPENTIER met d’ailleurs en évidence que ces conditions ne se réunissent que très rarement. En effet, le trafic important a lieu de nuit, c’estàdire en période plus froide et sans ensoleillement. Les conditions du cas présenté ne se réunissent qu’en été, de jour et lors de trafic perturbé. On peut donc légitimement s’interroger sur la nécessité de ces restrictions en permanence. Rapport ministériel – Etudes EGIS RAIL 2006 Un rapport ministériel en 2006 a étudié les itinéraires possibles la branche sud de la LGV Rhin‐Rhône et notamment le passage de trains sur des lignes existantes. La ligne de la Bresse a été concernée par cette étude menée par EGIS Rail.


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Nous pourrons donc nous appuyer sur leurs conclusions. Cependant, les prévisions de trafic étant beaucoup plus faibles à l’heure actuelle que lors de l’étude, certains scénarii ne sont plus d’actualité. 3 options ont été analysées :

l’augmentation de vitesse à 220 km/h sur la ligne. L’étude a déterminé que l’augmentation des vitesses à 220km/h nécessite des aménagements lourds, notamment en terme des tracé, pour augmenter les rayons de courbes et réduire les pentes. Ce scénario ne semble plus être à l’ordre du jour.

L’amélioration de la robustesse (il s’agit de sa disposition à limiter les conséquences d’incidents techniques sur l’exploitation). L’amélioration envisagée par l’étude ne tient pas compte des IFTE.

l’amélioration de la capacité (pour permettre d’augmenter le trafic, notamment fret). L’étude a conclu que le dimensionnement des sous‐stations est suffisant pour des évolutions à moyen terme.xvii

Actuellement, la ligne écoule une trentaine de trains fret par sens et par jour. Sans prendre en compte les restrictions liées aux limitations de capacité aux extrémités de ligne, à l’alimentation électrique et aux passages à niveaux, il est estimé une capacité maximale théorique de 90 trains par jour et par sens sur la ligne actuelle (soit autant que PLM).xviii Nous nous intéresserons à la seule partie électrique pour augmenter la capacité. Divers scénarii ont été simulés pour augmenter la capacité à des maxima de 200 à 280 trains par sens et par jour.xix Ce cas étudié impliquerait bien sûr des aménagements capacitaires autres que sur IFTE. Les simulations, effectuées par le logiciel SIMALIM I de EGIS Rail, montrent que si les sous‐stations sont relativement peu chargées par rapport à leur puissance nominale, leur espacement implique d’importantes chutes de tension, incompatibles avec les évolutions de trafic futures. Ce rapport dit que les seuls ajouts de feeder pour augmenter la section cuivre ne suffiront très probablement pas. Des points d’injection supplémentaires semblent nécessaires.xx Les solutions nouvelles comme le 2x1500V ou les systèmes à accumulation d’énergie n’ont pas été retenus en raison de leur état expérimental et seules les cas classiques d’ajouts de sous‐stations ont été retenus. L’étude du dossier ministériel a envisagé 3 scénarii sur l’alimentation électrique.xxi 1. Scénario A : Ajout de 2 sous‐stations hors région BFC et feeder. D’après ce scénario,

les périodicités peuvent atteindre 200 sillons par jour et par sens. 2. Scénario B : Ajout de 5 sous‐stations dont une en BFC et ajouts de feeder: 880000 PK

418,998 pour passer à 250 sillons par jour et par sens. 3. Scénario C : Doublement des sous‐stations sur toute la ligne et renforcement (11

sous‐stations supplémentaires). PK 325, 342, 359, 375, 389, 404, 419, (483, 499, 44 et 60 hors BFC) pour passer à 280 sillons par jour et par sens.

Ces trafics maximaux demandent des aménagements supplémentaires aux IFTE pour être atteints (signalisation, PN, …) Les aménagements proposés demandent à la fois des coûts de pose de feeder et de remplacement de CI, mais aussi des coûts très importants pour les sous‐stations


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(Acquisition de terrains, Transformateur, redresseur, groupe traction, raccordement RTE…). Ces aménagements lourds ne semblent plus justifiés dans le contexte actuel. En effet, le trafic des trains constatés sur la ligne 860000 est en nette diminution sur les 10 dernières années avec cependant une augmentation des tonnages remorqués. On compte ainsi un trafic constaté d’environ 17,5 trains fret par jour dans les 2 sens contre 60 en 2004 et des tonnages fret de 1040t en moyenne contre 960t en 2004.

Figure 25 : Extrait du trafic réel constaté en 2010 sur la Bresse (Source : Base Trafic 2010) Renforcement Etudes INGEROP 2011 Les conclusions finale de cette étude seront connues courant juin 2011. En l’attente de ces résultats, INGEROP a déjà fait part de certains pointsxxii.

o Les sous‐stations paraissent bien dimensionnées en moyenne pour le trafic actuel. Toutefois, la puissance intégrée sur 10 min ne permet pas de vérifier si des pointes de courant dépassent les spécifications des constructeurs d’engin de traction.

Sous-station

Puissance installée

Puissance 10 min sur

trafic actuel Année de

construction Année de

régénération

Pk sur la

ligne Interdistance

Perrigny 1x6000kW 4385 kW - - 318 15.9 km Aiserey 1x6000kW 4438 kW 1969 2001 333.9 16.7 km

La Roncière 1x6000kW 4891 kW 1969 2009 350.6 16.3 km Navilly 1x6000kW 3826 kW 1969 2004 366.9 15.1 km

Mervans 1x5000kW 4603 kW 1969 2010 382 14.6 km St Usuge 1x6000kW 6066 kW 1969 2005 396.6 14.9 km

Frontenanud 1x6000kW 4403 kW 1969 2006 411.5 14.8 km St Amour 1x6000kW 5097 kW 1969 2000 475.5 14.6 km

Beny 1x7300kW - 1969 1997 490.1 15.3 km Les Cadalles 2x3000kW - 1953 - 36.03 15.6 km Le Paireux 1x6000kW - - - 51.7 14.7 km

Bettant 2x5000kW - - - 66.4 14.7 km o Leurs simulations sur le trafic 2020 font apparaître des faibles sous‐

dimensionnements de nuit entre 00h et 02h sur les sous‐stations de La Roncière, Navilly, Mervans, St Usuge et Frontenaud.

o La caténaire de type normal possède un grand nombre de feeders placés de manière dispersée et « aléatoire ». La répartition est donnée en annexe.


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c. Simulations – Etude personnelle Pour confirmer les résultats des études et avoir une vue globale sur l’ensemble de la ligne, RFF a demandé d’étudier le système caténaire 1500V de cette ligne et d’en déterminer les limites en terme d’utilisation. Ceci permettra de mettre en évidence les sous‐dimensionnements locaux qui fixent des limites capacitaires. Cette partie s’affaire donc à étudier les performances de la ligne, principalement les chutes de tension. Les chutes de tension sont le produit du courant par la résistance électrique de la caténaire : ΔU = R.I. Cette chute de tension est donc d’autant plus importante que le courant consommé est grand et la section (qui fixe la résistance linéique) est petite. Aucun logiciel de simulation électrique n’étant disponible au sein de la direction régionale, il a été décidé de réaliser les simulations sur Microsoft Excel®. Hypothèses

o Position des infrastructures : Les différents EALE (sous‐stations et poste de mise en parallèle) utiles au dimensionnement en énergie ont été retranscris sur le parcours simulé. Voir annexe

o Section cuivre des caténaires et du circuit RCT. Les différents renforcements et la section cuivre équivalente ont été resitués dans la simulation afin de représenter la caténaire exacte. Voir annexe.

o Trafic : Le trafic envisagé pour la simulation est celui de 2012. Les grilles horaires montrent que le trafic maximal a lieu de nuit entre 0h et 2h (trafic fret). On comptabilise 7 trains par sens et par heure dans le cas péjorant. L’espacement le plus faible est de 3 à 5 min. Ce cas péjorant sera retenu pour l’étude.

o Vitesse : La vitesse maximale sur la ligne est de 140 km/h jusqu’à Mervans, puis 130 km/h. Une portion est limitée à 120 km/h près de Saint‐Amour. Les trains fret circulent aux alentours de 100 km/h maximum, et 70 km/h pour les plus de 1400t. A ce rythme, les sous‐stations sont franchies toutes les 9 à 15 min, ce qui laisse prévoir la présence de 2 trains par sens et par secteur au maximum.

o Déclivité : Les déclivités de la ligne ont été prises en compte dans le modèle établi. Celle‐ci a été reportée en tant que déclivité moyenne sur la portion (précision 1km).

o Tonnage remorqué par les trains fret. Pour représenter la consommation des trains en temps réel, le poids du train est représenté ainsi que sa vitesse et la rampe franchie.

o Précision : Afin d’alléger le tableau, une précision au km près a été choisie. Ceci limitera bien‐sûr l’exactitude des résultats.

o Modèle électrique : La caténaire 1500V étant parcourue par du courant continu, seuls les phénomènes résistifs seront représentés dans les chutes de tension.

Modèles

o Dans tous les modèles, les sous‐stations sont considérées comme des sources de tension parfaites. La tension nominale retenue est de 1750V.

o Les locomotives sont considérées comme des consommatrices de courant parfaites.


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o Les caténaires sont considérées comme purement résistives. Les résistances indiquées sont la résistance équivalente de la caténaire depuis le nœud ou la sous‐station précédente. Il s’agit de la résistivité intégrée sur la distance.

o Sur la section considérée, la tension disponible au niveau du pantographe est la plus basse lorsque les trains se croisent. Ainsi, si on garantit un niveau de tension minimal dans ce cas, on le garantira dans tous les autres cas. Cette remarque permet de simplifier considérablement l’étude : considérer tous les croisements de train revient à considérer une seule circulation deux fois plus lourde. Cette simplification devrait prendre en compte une section caténaire 2 fois plus élevée car les trains circulent sur 2 voies séparées. Or, cette section caténaire élevée ne permettrait pas de voir l’effet des PMP. Nous considérerons donc une circulation lourde sur une voie en rappelant que ce cas est très péjorant.

Modèle tout parallèle Ce premier cas théorique considère une mise en parallèle permanente des 2 voies (dans la réalité, cela empêcherait la consignation d’une voie uniquement). Le courant se répartit dans ce modèle sur une section cuivre plus grande. Le modèle électrique est donné ci‐dessous à gauche.

Figure 26 :Modèle électrique tout parallèle

Les résistances de caténaires et de circuit RCT étant en parallèle, nous les additionnerons. Le modèle simplifié est donné ci‐dessus à droite. Calcul de la tension au pantographe : Vloco = V1‐(R1+Rrct1).I1 = V2‐(R2+Rrct2).I2 Ici, I1 et I2 sont des inconnues. I est connu, il s’agit du courant tiré par la locomotive. I = I1 + I2. Or, le courant se répartit en fonction de la résistance rencontrée : (R1+Rrct1).I1 = (R2+Rrct2).I2 => I2= (R1+Rrct1).I1/(R2+Rrct2). =>I = (1+(R1+Rrct1)/(R2+Rrct2)).I1 =>I1= I / (1+(R1+Rrct1)/(R2+Rrct2)) =>Vloco = V1I.((R1+Rrct1)/ (1+(R1+Rrct1)/(R2+Rrct2))) Ce modèle donne une parabole dont le point minimal est situé à mi‐distance entre les 2 sous‐stations.


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Figure 27 : Tension au pantographe en fonction du PK sur la Bresse.

Modèle (théorique) tout parallèle, courant constant Modèle avec postes de mise en parallèle Le modèle tout parallèle est perfectible. En réalité, les caténaires et rails des 2 voies sont reliées électriquement tous les 3 à 4 km en moyenne. Les sections cuivre rencontrées par le courant sont alors plus faibles jusqu’au poste de mise en parallèle. On rencontre 2 cas sur la ligne de la Bresse :

Secteur avec un seul poste de mise en parallèle : C’est le cas de La Roncière (PK350) à Navilly (PK 367) et Navilly (PK 367) à Mervans (PK 382)

Secteur avec 3 postes de mise en parallèle : C’est le cas partout ailleurs. Comme pour le modèle tout parallèle, on regroupera les caténaires et le circuit RCT en tant que résistances séries. 1. Modèle 1 seul PMP : On distingue 2 cas : Cas 1 : La locomotive est située entre la sous‐station de début de secteur et le PMP. Cas 2 : La locomotive est située entre le PMP et la sous‐station de fin de secteur. Cas 1 : Le cas analysé est celui d’une locomotive sur la voie 1. Le courant passe par la voie 1 seulement et rencontre une résistance Rv1. Il rencontre une résistance Rv1’ jusqu’au PMP. Le courant est considéré comme uniformément réparti sur les 2 voies après le PMP.

Figure 28 : Modèle électrique 1 PMP, cas 1


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Les noms des résistances sont données par leur nom de voie (1 ou 2) puis par leur position (1 : avant le 1er PMP, 2 entre le 1er et le 2eme PMP…). Rtot est la résistance de 2 voies en parallèle. On prendra le nom de Rtot4 et non Rtot2 car le cas 2 correspondra au 4ème cas des modèles 3PMP. Le « prime » est réservé pour la résistance rencontrée APRES la locomotive (à droite). En considérant que les tensions des sous‐stations sont équivalentes, on peut ramener (Rv21+Rv21’) en parallèle à Rtot4. On peut donc ramener ce cas au cas très simple des 2 résistances du modèle tout parallèle. Ici en revanche R2 est la résistance équivalente Rv11’ + (Rtot4//(Rv21+Rv21’)). => R2=Rv11’ + (Rtot4.(Rv21+Rv21’))/(Rtot4+Rv21+Rv21’) =>R2 = (Rv11’.(Rtot4+Rv21+Rv21’) + Rtot4.(Rv21+Rv21’))/(Rtot4+Rv21+Rv21’) On retrouve l’équation du modèle tout parallèle : Vloco = V1‐I.(Rv11)/ (1+Rv11/R2) =>Vloco=V1 (I.Rv11) / (1+ (Rv11.(Rtot4+Rv21+Rv21’)) / (Rv11’.(Rtot4+Rv21+Rv21’)+Rtot4.(Rv21+Rv21’))) L’équation sur la voie 2 s’obtient par inversion des Rv11 par Rv21 et Rv11’ par Rv21’ Cas 2 : La locomotive est située entre le PMP et la deuxième sousstation. Ce cas est le miroir du cas 1.

Figure 29 :Modèle électrique 1 PMP, Cas 2

On remplacera ici dans la formule : o Rtot4 par Rtot1 o Rv11 par Rv14’ ; Rv11’ par Rv14 o Rv21 par Rv24’ ; Rv21’ par Rv24

=>Vloco=V1 (I.Rv14’)/ (1+ (Rv14’.(Rtot1+Rv24’+Rv24)) / (Rv14.(Rtot1+Rv24’+Rv24)+Rtot1.(Rv24’+Rv24))) L’équation sur la voie 2 s’obtient par inversion des Rv14 par Rv24 et Rv14’ par Rv24’.


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Avec 1 seul PMP, on constate que la tension fait une parabole avec un relèvement au niveau du PMP.

Figure 30 : Tension au pantographe en fonction du PK sur la portion Navilly – Mervans

Modèle électrique 1 PMP, courant constant Modèle 3 PMP Dans le cas de 3 PMP par secteur, on retrouve 4 cas possibles : Cas 1 : La locomotive est entre la sous‐station de début de secteur et le 1er PMP Cas 2 : La locomotive est entre le 1er PMP et le 2ème PMP Cas 3 : La locomotive est entre le 2ème PMP et le 3ème PMP Cas 4 : La locomotive est entre le 3ème PMP et la sous‐station de fin de secteur Les cas 1 et 4 sont similaires respectivement aux cas 1 et 2 du modèle 1 PMP. Dans le cas 1 : Rtot4 est cependant remplacé par Rtot2+Rtot3+Rtot4 Dans le cas 4, Rtot1 est remplacé par Rtot1+Rtot2+Rtot3 Cas 2 :

Figure 31 : Modèle électrique 3 PMP, cas 2 Le courant I dans la locomotive est la somme des courants passant par Rv12 et Rv12’. La part du courant passant par la voie 2 pour alimenter la locomotive est faible. Pour simplifier les calculs, on considérera que (Rv22+Rv22’) est parallèle à Rtot3. Cette


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hypothèse est justifiée par le fait que les distances entre PMP sont relativement identiques et les sections cuivre relativement semblables.

Figure 32 : Modèle électrique 3 PMP, cas 2 simplifié

Ce modèle se ramène au cas très classique de 2 résistances vu dans les modèles précédents. Ici R1 = Rtot1 + Rv12 R2 = Rv12’ + Rtot4 + Rtot3.(Rv22+Rv22’)/(Rtot3+Rv22+Rv22’) =>Vloco = V – I.(Rtot1+Rv12) / (1+(Rtot1+Rv12)/(Rv12’+Rtot4+(Rtot3.(Rv22+Rv22’))/(Rtot3+Rv22+Rv22’))) Cas 3 : Le cas 3 est un cas miroir du cas 2. On remplacera Rv12 par Rv13’, Rv12’ par Rv13, Rv22 par Rv23’ Rv22’ par Rv23, Rtot1 par Rtot4 et Rtot2 par Rtot3. Au final : =>Vloco = V – I.(Rtot4+Rv13’) / (1+(Rtot4+Rv13’)/(Rv13+Rtot1+(Rtot2.(Rv23+Rv23’))/(Rtot2+Rv23+Rv23’))) Avec 3 PMP, on peut voir que la tension sur un secteur décrit une parabole avec 3 relèvements. Résultats : Simulation sur Excel En tenant compte du nombre de PMP secteur par secteur sur la ligne, nous pouvons appliquer les modèles adéquats pour simuler le comportement de la ligne. Le courant consommé est fixé à 4000A dans un premier temps (6MW).

La position des PMP est donnée en annexe. La résistance linéique est donnée par la formule r = ρ/S avec ρ = 18,8 . 10‐9 Ω.m pour du cuivre dur. La résistance linéique du rail est fixée à 0.015 Ohm/km par voie (0.0075 en parallèle.

La section cuivre en fonction du PK est donnée en annexe. On considèrera un fil de contact à mi‐usure, soit 15% de section en moins.

Les résistances sont sommées sur chaque zone, le pas de calcul étant de 1km. Les PK de la ligne sont mis bout à bout. En réalité, un changement de numéro de ligne a lieu à Saint‐Amour : Le PK 424.9 deviendrait 474.

La courbe finale est la suivante :


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Figure 33 : Tension en ligne sur la Bresse


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Analyse des résultats En dessous d’un certain seuil, les tensions sont jugées trop faibles pour les engins moteurs. Ceux‐ci disjonctent automatiquement afin de se protéger. Les tensions minimales à respecter en ligne sont fixées entre 1100V et 1150V par la plupart des documents et des études et à 1000V par le rapport ministériel qui cite STI Energie.

• Sur ce modèle, on peut voir que les 2 secteurs possédant un seul PMP (La Roncière ‐> Navilly ‐> Mervans) sont les plus sensibles aux chutes de tension.

Une simulation effectuée avec un ajout de 4 PMP situés à midistance des PMP existants (aux PK 355 ; PK 363 ; PK 371 ; et PK 378) montre que la tension dans ces 2 secteurs pourrait être considérablement rehaussée. Les valeurs les plus faibles relevées sont alors de 1180V et 1220V, ce qui est acceptable.

Tension en ligne après renforcement 3 PMP partout - Simulation

1000,00

1100,00

1200,00

1300,00

1400,00

1500,00

1600,00

1700,00

1800,00

319

323

327

331

335

339

343

347

351

356

360

365

369

374

378

382,0

638

739

039

439

840

240

641

041

441

842

242

643

043

4

437,2

5

PK

Tens

ion

(V)

Voie 1Voie 2

Figure 34 : Simulation avec ajout de 4 PMP aux zones critiques

La comparaison avec le modèle tout parallèle, qui correspond à une infinité de PMP par secteur, montre que les chutes de tension sont relativement identiques. On peut en conclure qu’un nombre supérieur à 3PMP par secteur ne se justifie pas.

• Le secteur Aiserey ‐> La Roncière est également limite puisque la tension chute à 1147V. Les 3 secteurs évoqués ci‐dessus ne possèdent pas de feeder de renforcement, ce qui explique leur sensibilité aux chutes de tension.

Ce modèle permet de cerner les faiblesses électriques de la ligne mais ne tient cependant pas compte des différences de sollicitation en fonction des rampes et des vitesses de circulation.


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Amélioration du modèle : Prise en compte des consommations Les trains les plus lourds circulant sur la ligne sont des trains fret de 1800T à 2400T estimés à l’horizon 2020. D’après Dominique Botton, le trafic se dirige vers une augmentation des tonnages remorqués, mais pas du nombre de trains. L’augmentation des tonnages influe directement sur la consommation et donc sur les chutes de tension. Ce paramètre va être pris en compte.

o D’après le document performances des engins de traction, la résistance mécanique à l’avancement des trains spécialisés lourds vautxxiii :

F = 0.87 + 0.01V + 0.000183 V² daN/tonne. V est la vitesse en km/h. =>F = 8.7 + 0.1V + 0.00183V² en N/tonne.

o Le même document fixe le rendement électrique‐mécanique des engins moteurs entre pantographe et jante à 0,85.

Si l’on considère que la puissance mécanique vaut P=F.V (F en N et V en m/s), alors on peut trouver la puissance électrique consommée par le train. Pélec = Pméca/0,85 =>Pélec = Masse.( 8.7 + 0.1Vkm/h + 0.00183Vkm/h²).(Vkm/h/3.6)/0.85 en W.

o Il reste à associer l’action de la rampe sur l’avancement du train:

Figure 35 : Action du poids sur l’avancement en côte

Sur l’axe des rails x, le poids exerce également une action Px=Masse.g.sin(alpha). Dans le monde ferroviaire, les rampes sont exprimées en ‰ avec le rapport sin(alpha) = rampe en ‰/1000. =>Px=Masse.g.rampe.Vm/s/1000 avec Masse en Kg ici. =>Px=Masse.g.rampe.Vkm/h/3.6 avec masse en T. En tout, la puissance électrique consommée peut donc être estimée à : Pélec=masse.((8.7+0.1Vkm/h + 0.00183Vkm/h² + 9,81.rampe).(Vkm/h/3.6)/0.85 La masse est en kg, la rampe en ‰ et la puissance en W.


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Puissance électrique consommée par la motrice sur le plat en fonction de la vitesse

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

Vitesse (Km/h)

Puis

sanc

e (k

W)

2400t2000t1800t1500t1100t

Figure 36 : Courbes de puissances consommées par les trains fret sur le plat

Vérification du modèle :

o Le constructeur de la locomotive BB 26000 donne une puissance maximale à la jante de 5.6MW. Cette puissance permet de remorquer un train fret de 2050t à 80km/h sur une côte de 8,8 ‰.xxiv

Notre modèle donne une puissance électrique de 6.42MW électrique, soit 5.46MW à la jante (en ajoutant la masse de la locomotive). L’écart relatif entre les mesures et le calcul est de 2,5 %.

o Pour la locomotive BB27000 d’une puissance à la jante de 4167kW, la capacité de traction annoncée est de 1800t à 60km/h en rampe de 10 ‰.

Le modèle présenté donne une puissance de 3.76MW. L’écart relatif est de 9.7 %. Les valeurs sont sensiblement proches des mesures. Le modèle semble donc cohérent. Simulation sur la ligne de la Bresse Les valeurs de consommation instantanée ont été appliquées sur la ligne de la Bresse pour confirmer l’utilité des renforcements. Hypothèses : ‐ Les trains Fret de plus de 1400t sont limités à 70km/h. On prendra alors cette vitesse comme limite. ‐ Les rampes ont été intégrées dans la table de calcul par pas de 1km. Voici le profil en long :

Figure 37 : Profil en long de la Bresse

Profil en long approximé par PK de la Bresse

-80

-60

-40

-20

0

20

40

317

322

326

329,8

133

3,9 338

341,9

634

535

035

4

358,7

136

336

737

237

638

138

538

9

392,3

7

396,6

440

140

440

841

2

416,6

342

042

442

843

243

644

0

PK

Alti

tude

(réf

éren

ce D

ijon)

Série1


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Sur chaque pas de 1km, la puissance a été calculée en fonction de la masse du train Fret. Le train de 2400t à 70km/h est toujours plus péjorant qu’un train de 1100t à 100km/h. Le calcul des consommations électriques a été basé sur le cas d’un croisement de 2 trains fret 2400t sur le secteur. Cas 1 : Croisement de 2 trains fret sur le secteur. Pour cela, on prend 2 fois la valeur moyenne de la consommation des 5 types de trains fret (1100t (100km/h),1500t, 1800t, 200t, 2400t). Ce cas ne pose aucun problème. Globalement, la tension ne descend pas en dessous de 1200V. Le croisement des trains lancés à leur vitesse de croisière n’est pas problématique en terme de chutes de tension. Cependant, certains secteurs restent sensibles aux pointes de courant :

Navilly (366) – Mervans (382) : une portion à 10 ‰ pas de feeder et un seul PMP. Mervans (382) ‐ St‐Usuge (396) : Nombreuses portions à 8 ‰ et peu de feeder. St‐Usuge (396) – Frontenaud (411) : Nombreuses portions entre 8 et 12 ‰.

Cas 2 : Croisement de 2 trains 2400t sur le secteur. On prend 2 fois la consommation moyenne du train 2400t sur le secteur. Ce cas est beaucoup plus problématique. La tension chute en dessous des 1100V, considérés comme critiques par la plupart des sources.

Figure 38 : Tension en ligne en cas de croisement de 2 trains fret 2400t.

Tension en ligne avec circulation moyenne de 2 trains 2400t (Courant fonction des rampes)

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

319

323

327

331

335

339

343

347

351

356

360

365

369

374

378

382,0

638

739

039

439

840

240

641

041

441

842

242

643

043

4

437,2

5

PK

Tens

ion

(V)

Voie 1Voie 2


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Analyse La prise en compte des déclivités de la ligne permet de constater que les besoins en renforcement ne sont pas nécessairement rencontrés dans les zones les moins renforcées mais dans les zones les plus en côte.

o Le secteur La Roncière (350) – Navilly (366) étant très plat, les tensions restent hautes et le renforcement ne semble plus prioritaire d’après ce modèle.

o Le problème du secteur Navilly (366) – Mervans (382) est confirmé. Ce secteur cumule les problèmes de rampes fortes avec une section cuivre peu importante et un seul PMP.

o Le secteur Mervans (382) – St Usuge (396) est à renforcer. Ce secteur comprend de fortes rampes et une faible section cuivre. La tension simulée y est très faible.

o Le secteur St Usuge (396) ‐ Frontenaud (411) est à renforcer en raison des fortes rampes (PK 403 à 406).

o Le secteur Frontenaud (411) – St Amour (476, chgt de PK (426)) est soumis à de fortes rampes. Les PK 413 à 423 ne sont pas renforcés.

Priorité : Une politique est à définir : 3 actions peuvent être envisagées pour rehausser la tension des zones problématiques. Ces 3 actions peuvent se compléter.

o La pose de 2 PMP sur le secteur Navilly – Mervans ne semble pas avoir été envisagée. Les simulations montrent pourtant des performances équivalentes aux poses de feeder (+150V).

o La zone 33km entre les PK 366 et 390 est prioritaire en terme de renforcement.

Celui‐ci a été préconisé par la DIR et le rapport ministériel. Toutefois le renforcement de la seule voie 1 par du 262mm² envisagé par le rapport ministériel laisse une tension faible voie 2 aux PK 375 à 378 (1100V) en absence de PMP. En effet, l’absence de PMP ne permet pas la répartition du courant donc ce feeder est inactif sur la voie opposée. L’ajout de feeder 262mm² sur la voie 1 en complément de l’ajout de PMP se justifie en revanche pleinement.

o Le passage en caténaire normale renforcée (par simple changement des fils de

contact 107mm² par du 150mm²) préconisé par le diagnostic pantographe‐caténaire permet de placer la totalité de la ligne au‐dessus de 1100V dans la simulation. L’amélioration est de 50 V en moyenne. Le surcoût du remplacement du fil de contact est estimé à 5% seulement par le diagnostic. Cette solution est envisageable à long terme par une politique de remplacement de tous les fils de contact usagés par du 150mm².


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d. Solutions envisageables pour renforcer la ligne En conclusion, l’augmentation de la capacité de la ligne en alimentation électrique peut être effectuée de différentes manières :

Renforcement de la caténaire par feeder et adaptation du RCT. Il s’agit du renforcement « classique » préconisé par les études en cours.

Ajout de postes de mise en parallèle. Ceux‐ci permettent la répartition du courant sur les 2 voies et donc l’augmentation fictive de la section cuivre. Un nombre infini de PMP semble toutefois inutile d’après les simulations (3 km minimum).

Passage de la caténaire normale en caténaire normale‐renforcée. Cette opération est mise en avant par le diagnostic pantographe‐caténaire. Ce renforcement nécessite le seul changement des fils de contact. L’opération peut être envisagée lors des renouvellements de fils endommagés pour un surcoût de 5 % seulement.

Ajouts de sous‐stations pour réduire l’espacement entre sous‐station et donc les chutes de tension et augmenter la puissance disponible. Cette solution est très onéreuse.

Ajouts ou remplacement de groupes traction pour augmenter la puissance. Mise en place du système 2x1500V. Ce système ajoute des points d’injection de courant en ligne et augmente la tension vue des sous‐stations. Le système ‐1500V réduit également fortement le courant dans le circuit RCT. D’un coût beaucoup plus modeste que des sous‐stations et utilisable de façon modulaire, ce système semble pleinement envisageable en renforcement de la Bresse si les essais sont concluants.

Système de récupération d’énergie. Ces systèmes permettent le stockage en bordure de voie d’énergie rendue par les circulations en pente ou au freinage pour les redistribuer. Ils stabilisent la tension, limitent les chutes de tension et augmentent le rendement. Les systèmes actuels (supercapacité, roue inertielle) ne sont toutefois pas rentables sur le RFN. En effet, ils sont prévus pour des circulations rapprochées, peu puissantes et freinant régulièrement (type métro). Ces systèmes pourraient s’ajouter en complément de systèmes existants (comme le 2x1500V) s’ils étaient appliqués.

Passage au 3000V ou 2x3000V. Les tensions 3000V adoptées en Italie ou Belgique ont des capacités électriques beaucoup plus importantes. Le courant 2 fois moins important crée beaucoup moins de chutes de tension et d’échauffements (4 fois moins : RI²). L’adaptation est relativement simple : systèmes d’alimentation et de protection à changer. La caténaire peut rester en place. Toutefois, cela nécessite le changement de toutes les locomotives françaises pour passer sur le parcours.

Passage au 25000V ou 2x25000V : Il pose des problèmes à la fois techniques, opérationnels, financiers et politiques (arrêt de la ligne pendant des mois). Il induirait des travaux sur les sous‐stations mais également sur toutes les caténaires et la signalisation. Les isolateurs étant plus grands, le gabarit insuffisant impliquerait des réfections de ponts et tunnels. Des dispositifs d’atténuation des perturbations électromagnétiques seraient également à placer. Cependant, à long terme, ce changement créerait des économies de maintenance très importantes. La question est de connaître la date de retour sur investissement.


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6. Synthèse générale


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VI. Synthèse générale

1. Recensement de l’état du réseau

Si la connaissance du réseau par RFF s’améliore constamment par la création de bases de données comme RESEAU ou ARMEN, ces bases ne permettent pas de connaître les besoins de maintenance caténaire du RFN. Ces données sont plus complètes dans d’autres domaines (voie par exemple). Les besoins de maintenance sont actuellement exprimés par les établissements de maintenance sur la base d’un estimatif de l’état et des actions à effectuer par l’agent caténaire. 2 problèmes se posent :

o les actions de maintenance en fonction de l’état ne sont pas diffusables car protégées par la propriété intellectuelle SNCF

o Ces données ne semblent pas regroupées dans des bases régionales ou nationales Dans le but de maîtriser au mieux les actions et effectuer les actions par priorité, il semble nécessaire d’établir une base de données reprenant l’ensemble des composants et partagée avec le GID. Cette base nécessite à la fois un regroupement des données et des méthodes de cotation objective de l’état. Pour établir cette base, des référentiels donnant des critères objectifs alliés à des instruments de mesure permettant la cotation des éléments doivent se généraliser. Cette demande, préconisée par tous les rapports, est en cours d’avancement entre les 2 entreprises.

2. Opérations de maintenance IFTE

Politique de maintenance : o Les différents rapports et acteurs rencontrés ne voient pas de problèmes

particuliers dans le cadre de la CGI. Ce sont les problématiques qui sortent de ce cadre fixe qui posent plus de problèmes : la régénération et la maintenance améliorative qui attendent des décisions de RFF.

Le sujet d’émergence entamé par la DR BFC est fondamental dans la prise en compte des problématiques naissantes et doit permettre de rapprocher les 2 acteurs SNCF et RFF pour des décisions communes.

o Le rapport RIVIER évoque des montants en régénération du plancher continu insuffisant : Un patrimoine de 8 milliards d’euros estimés en valeur actuelle (dont 1/3 pour les EALE) et d’une durée de vie de quelques années à quelques décennies (50‐70 ans) selon les composants ne peut pas être entretenu pour 50M€ par an (hors OGE).

Elie Carpentier, rencontré au siège, est conscient de ce problème. Il compte agir dans le sens d’une augmentation du renouvellement avant de se retrouver confronté à une situation dégradée. Il est prêt à soutenir des demandes proposées par la région si celles‐ci sont justifiées. L’émergence agit dans ce sens.


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Problématiques régionales Les problèmes évoqués dans les rapports nationaux ont été largement retrouvés dans les demandes des établissements de maintenance. Un aperçu de la répartition des lignes montre en effet que le réseau régional est d’une composition relativement proche de la moyenne nationale (40% de lignes 1500V, 40% de 25000V et 20% de LGV contre une moyenne nationale respectivement de 41% ; 51% et 8%).

o Les fils de contact : ceux‐ci s’usent très vite en 1500V. Pour réduire l’usure globale, la section cuivre doit être suffisante. En région, des renforcements de section sont demandés sur la ligne 830000 (ligne Paris‐Lyon‐Méditerranée ou PLM) côté nord, ainsi que sur la 850000 et sur une grande partie de la 860000 (Ligne de la Bresse). Des remises en état de 5 PMP sur PLM sont demandées.

o Pour réduire l’usure locale, le plan de contact doit être parfait en évitant les points durs. Des allègements de bras de rappel et des connexions ont été étudiés. La campagne de remplacement, commencée sur PLM nord, est loin d’être terminé.

o Les poteaux : L’âge élevé des poteaux sur les lignes 1500V (jusqu’à 60ans) nécessitent des opérations de régénération. 1) Les poteaux peints nécessitent des remises en peinture régulières

demandés par la SNCF (périodicité à fixer définitivement et à financer). Une étude est à réaliser à ce sujet.

2) Le siège RFF demande à la région une étude sur les poteaux béton fixant définitivement une politique et une date butoir de remplacement.

3) Les dés béton à la base des poteaux sont à régénérer sur PLM nord et sur la 871000. Ces composants influent fortement sur la durée de vie du poteau.

o L’armement caténaire est constitué d’un grand nombre de composants aux durées de vies différentes qui fixent le fil aux poteaux. Des référentiels et des moyens de mesure permettant la cotation de ces pièces doivent être établis. En région, les établissements demandent principalement 3 maintenances amélioratives en 1500V : l’allègement des bras de rappel et des connexions pour limiter les points durs, et les sectionnements mécaniques du porteur auxiliaire, ceci en vue de limiter l’effet « accent circonflexe » et donc les usures localisées du fil de contact.

o Le circuit de retour traction (rail et conducteurs) permet le retour du courant de traction vers la sous‐station. On relève des sous‐dimensionnement créant des chutes de tension et des problèmes avec les circuits de voie en 1500V. Sur PLM et la Bresse, des renforcements sont à prévoir pour remise aux normes.

o Les Equipements d’Alimentation des Lignes Electriques (EALE) permettent la fourniture et la protection de l’énergie électrique. Diverses régénérations sont prévues pour fiabiliser le matériel. De nombreux composants obsolètes posent des problèmes d’approvisionnement en pièces de rechange. Les PMP hors service depuis des années de PLM doivent être réparés. Des maintenances amélioratives sont demandées sur plusieurs lignes : Sur 750000, des améliorations des sections de séparation sont à étudier. Enfin des demandes de commandes d’interrupteurs à distance et remplacements de sectionneurs par des interrupteurs sont à étudier afin de diminuer les temps de consignation et ainsi d’augmenter les temps effectifs de travail des équipes et donc augmenter la production.


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o Les causes diverses : Une amélioration générale et une maîtrise des interventions sur IFTE en région s’accompagne des moyens financiers mais également opérationnels. Les établissements font part de temps d’intervention (1h50) trop courts avec des distances d’acheminement de train de travaux trop long (50km). Ces plages travaux trop courtes ne sont pas compatibles avec la massification et la coactivité des chantiers voie et caténaire notamment, faute de plages plus importantes, des interventions plus ciblées par activité seraient plus efficaces. Enfin, des accès supplémentaires pour les engins légers d’intervention type « 4 axes » sont à ajouter dans le but de réduire les temps d’acheminement.

3. Renforcement de la ligne de la Bresse

Les études menées sur la Bresse prévoyaient des hausses de circulation, notamment Fret. Les tendances des circulations réelles de ces dernières années font état de baisses de trafic. La nécessité de renforcer certaines zones évoquée par les études ne se justifie donc plus totalement. La ligne est apte à faire circuler les trafics actuels mais reste d’un dimensionnement sensible aux augmentations de trafics et situations perturbées. Les restrictions de trafics se justifient dans les périodes de forts trafics. Dans les autres cas, les conditions à réunir pour provoquer des échauffements sont nombreuses et peu fréquentes. Elles ne semblent donc pas justifiées en temps normal.

o Des renforcements sont préconisés par les bureaux d’études sur la ligne. Les renforcements à effectuer doivent être focalisés en priorité sur les secteurs compris entre Navilly (366) et St‐Usuge (390). Ces renforcements sont à accompagner d’actions sur le circuit RCT.

o 2 PMP seraient à ajouter sur le secteur Navilly‐Mervans d’après les simulations pour rendre efficaces les renforcements par feeder.

o Le remplacement des fils de contact 107mm² par des fils 150mm² préconisés par le diagnostic permettent de rehausser la tension en ligne et limiter les échauffements à moindre coût (+5% de coût de pose).

o La ligne de la Bresse semble idéale pour accueillir d’autres moyens de renforcements innovants tels que le 2x1500V. Ces systèmes doivent toutefois être validés.

Le siège RFF demande également qu’une station de mesure identique à celle de Navilly soit installée à l’année sur la Bresse pour confirmer la nécessité de ces renforcements.


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4. Conclusion

En plus de l’entretien courant, de nombreuses actions doivent être entreprises en renouvellement afin d’éviter des dégradations irréversibles. Ces actions nécessitent des moyens de décisions pour donner une ligne d’action fixe dans le temps. De par la diversité de ses lignes, la Bourgogne Franche‐Comté présente un large panel de problématiques en IFTE. Si la région est touchée par les problématiques nationales générales en IFTE, c’est dû à sa composition hétérogène proche de la moyenne, la Bourgogne Franche‐Comté, déjà précurseur dans le projet d’émergence, annonce sa volonté d’être région pilote sur la maintenance caténaire (comme les réfections de poteaux), dont les conclusions pourront être reprises comme ligne d’action nationale.


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Glossaire

• BFC : Bourgogne Franche‐Comté. Le champ d’action de la direction régionale RFF s’étend sur ces 2 régions administratives voisines.

Elle n’est pas à confondre avec la région de BFC SNCF qui se limite à la Bourgogne Franche‐Comté hors Yonne, Nièvre et Territoire de Belfort.

• Capacité d’une ligne ferroviaire : Nombre de trains que cette ligne est capable de faire circuler durant une période donnée.

• Caténaire : Ensemble des équipements supportant un fil en cuivre tendu au dessus de la voie alimentant la machine en courant électrique (1 500 V ou 25 000 V) par l’intermédiaire du pantographe.

• Canton de pose : Espacement entre deux appareils tendeurs dans lequel le fil de contact de la caténaire est tendu d’un seul morceau.

• CI : Connexion Inductive. Bobine servant de filtre passe‐bas entre 2 rails séparés par un joint isolant. Le courant de retour traction en électrification continue y transite tandis que le courant de signalisation (alternatif) est stoppé. Lors du passage d’un train, la roue fait contact électrique entre les 2 rails et le courant de signalisation passe. La position du train est alors détectée.

• CSS : Central sous‐station. Centre de pilotage à distance des installations électriques (disjoncteurs, interrupteurs…). En BFC, il se trouve à Dijon.

• CGI : Convention de Gestion de l’Infrastructure. Ensemble des dispositions pour l’exécution et la rémunération des missions réalisées par la SNCF pour RFF.

• EALE : Equipements d’Alimentation des Lignes Electrifiées. Sous‐ensemble des IFTE : Il s’agit de tous les éléments d’alimentation et de coupure électrique : sous‐station, poste de traction,…

• EF : Entreprise Ferroviaire. Entreprise privée ou publique dont l’activité principale est le transport par chemin de fer et qui doit assurer obligatoirement la traction. La SNCF est la principale EF sur le RFN.

• EPIC : Etablissement Public Industriel et Commercial. RFF et SNCF sont des EPIC.

• FC : Fil de Contact. Partie de la caténaire en contact direct avec le pantographe des locomotives électriques. En 1500V, ce fil est doublé en général.

• Gabarit : Encombrement maximal du train ou du wagon.

• GI : Gestionnaire d’Infrastructure : Tout organisme ou toute entreprise, RFF pour le Réseau Ferré National, chargé(e) notamment de l’établissement, de l’entretien, du développement et de la facturation de l’infrastructure ferroviaire.

• GID : Gestionnaire d’Infrastructure Délégué ‐ La SNCF en général.


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• IFTE : Installations Fixes de Traction Electrique. Ce sont toutes les installations qui se rattachent à la traction électrique des locomotives : caténaires, sous‐stations, équipements divers. Cela regroupe les EALE+ITE.

• ITE : Installations de Traction Electrique. Sous‐ensemble des IFTE : Il s’agit de tous les éléments se rattachant à la caténaire : Fil de contact, porteur, poteaux, …

• LGV : Ligne Grande Vitesse (V>220km/h).

• Pantographe : Bras mécanique articulé situé au‐dessus de la locomotive et servant à capter le courant électrique.

• PK : Point Kilométrique. Il s’agit du repère pour se situer sur une ligne.

• PLM : Ligne Paris‐Lyon‐Méditerranée. Axe classique ferroviaire fondamental du RFN (dont 370km en Bourgogne).

• PMP : Poste de Mise en parallèle. Relie les caténaires et les RCT des plusieurs voies entre eux pour répartir le courant sur une section cuivre plus grande.

• Portée : Espacement entre 2 poteaux caténaire.

• RCT : Retour du courant de traction. Circuit électrique par lequel transite le courant de traction qui revient vers la sous‐station. Il s’agit essentiellement du rail.

• RFF : Réseau Ferré de France. EPIC propriétaire et gestionnaire du Réseau Ferré National.

• RFN : Réseau Ferré National.

• RTE : Réseau de Transport d’Electricité : Gestionnaire d’Infrastructure Français en Electricité.

• SCR : Service Commercial et Gestion du Réseau. Service en charge de la maintenance, l’exploitation du réseau, l’allocation de capacité (sillons et travaux) et le développement commercial.

• SNCF : Société Nationale des Chemins de fer Français. Gestionnaire d’Infrastructure Délégué d’une part et entreprise ferroviaire d’autre part. Propriétaire et exploitant historique du RFN.

• Sous‐station : Poste de transformation et de distribution du courant électrique à la caténaire. Elle réalise l’interface entre le réseau haute tension RTE et le réseau caténaire.

• Tir = Canton de pose


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Table des figures

Figure 1 : Investissements RFF entre 2007 et 2009............................................................................8 Figure 2 : Répartition des missions entre RFF et SNCF......................................................................9 Figure 3 : Carte des 12 directions régionales ...................................................................................... 10 Figure 4 : Immeuble La City ‐ Direction régionale Bourgogne Franche‐Comté.................... 11 Figure 5 : Organigramme de la DR Bourgogne Franche‐Comté .................................................. 12 Figure 6 : Chiffres d’électrification du réseau selon la décennie................................................. 18 Figure 7 : Carte de l’électrification du RFN.......................................................................................... 19 Figure 8 : Schéma de principe du 2 x 25 000V.................................................................................... 21 Figure 9 : Division des IFTE......................................................................................................................... 22 Figure 10 : Cheminement du courant dans les IFTE......................................................................... 22 Figure 11 : Description d'une sous‐station........................................................................................... 23 Figure 12 : Constitution schématique d'une sous‐station non secourue ................................ 23 Figure 13 : Représentation des caténaires 1.5kV et 25kV ............................................................. 25 Figure 14 : Constitution d’une caténaire 1.5kV (à gauche) et 25kV (à droite) ..................... 26 Figure 15 : Régularisation de la caténaire ............................................................................................ 28 Figure 16 : Profil des fils de Contact ........................................................................................................ 28 Figure 17 : Classement des lignes en fonction de la sollicitation................................................ 34 Figure 18 : Engins de maintenance caténaire ................................................................................ 36 Figure 19 : Identification des besoins pour la base de donnée................................................... 39 Figure 20 : Recensement actuel du réseau ........................................................................................... 40 Figure 21 : Caténaire normale et/ou renforcée 1500V.................................................................. 49 Figure 22 : Principe de la méthode par ultrasons multibonds (extrait CETIM)................... 50 Figure 23 : Dé éclaté avec ferrure apparente ...................................................................................... 51 Figure 24 : Poteau à platine......................................................................................................................... 52 Figure 25 : Extrait du trafic réel constaté en 2010 sur la Bresse (Source : Base Trafic 2010)..................................................................................................................................................................... 61 Figure 26 :Modèle électrique tout parallèle ......................................................................................... 63 Figure 27 : Tension au pantographe en fonction du PK sur la Bresse. Modèle (théorique) tout parallèle, courant constant................................................................................................................. 64 Figure 28 : Modèle électrique 1 PMP, cas 1 .......................................................................................... 64 Figure 29 :Modèle électrique 1 PMP, Cas 2........................................................................................... 65 Figure 30 : Tension au pantographe en fonction du PK sur la portion Navilly – Mervans Modèle électrique 1 PMP, courant constant......................................................................................... 66 Figure 31 : Modèle électrique 3 PMP, cas 2 .......................................................................................... 66 Figure 32 : Modèle électrique 3 PMP, cas 2 simplifié....................................................................... 67 Figure 33 : Tension en ligne sur la Bresse ............................................................................................ 68 Figure 34 : Simulation avec ajout de 4 PMP aux zones critiques ................................................ 69 Figure 35 : Action du poids sur l’avancement en côte ..................................................................... 70 Figure 36 : Courbes de puissances consommées par les trains fret sur le plat .................... 71 Figure 37 : Profil en long de la Bresse .................................................................................................... 71 Figure 38 : Tension en ligne en cas de croisement de 2 trains fret 2400t. ............................. 72


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Bibliographie

Documents de formation

• Module courants forts, Synthèse technique et fonctionnelle – Formation ferroviaire Perfectionnement métier, édition A, 01/12/2006, document Sigma Formation, RFF.

• Installations Fixes de Traction Electrique, Partie EALE, Synthèse technique et fonctionnelle, Formation à la maintenance des équipements du RFN, Gérard MADELENAT, édition A, 04/09/2009, Document RFF.

• Installations Fixes de Traction Electrique, Partie ITE, Synthèse technique et fonctionnelle, Formation à la maintenance des équipements du RFN, J. BUENAVENTES, J. ESCUDERO, J‐F. MERIC, édition A, 20/11/2009, Document RFF.

• L’alimentation électrique Traction, Edition 2 du 15/01/2004, Document interne Systra, RFF

• Le système d’alimentation électrique, Edition 3 du 06/11/2006, Document interne Systra, RFF

• Exposé sur l’alimentation électrique, Formation RFF, Alain MAISON, Laurent DUPUIS

• Les caténaires, Edition 3 du 20/09/2006, Document interne Systra, RFF

• Maintenance des IFTE, Maintenance caténaire, Jean‐François MERIC, Jean ESCUDERO, SIGMA FORMATION

• Maintenance des IFTE, Maintenance des EALE, Jean‐François MERIC, Jean ESCUDERO, SIGMA FORMATION

Politique de maintenance :

• Convention CDM 08‐030 de mandat de maîtrise d’ouvrage et de missions de maîtrise d’œuvre entre RFF et la SNCF pour l’étude et la réalisation en 2008,2009 et 2010 de l’ensemble d’opérations de renouvellement des « Installations fixes de Traction Électrique » (IFTE).

• Diagnostic national « Pantographe – Caténaires », RAPPORT DEFINITIF SUR L’ETAT ET LA POLITIQUE DE MAINTENANCE DES CATENAIRES, 25 novembre 2008

• Introduction à la maintenance du réseau ferré. Première partie : « descriptions ». Version 1.03. Daniel Lévi, 6 septembre 2004.

• Audit sur l’état du réseau ferré national français, 7 septembre 2005, version 1.2, Professeurs RIVIER et PUTALLAZ, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL).


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Bases de données :

• Base de données RESEAU_01_01_2011, base de données interne annuelle récapitulant secteur par secteur les caractéristiques de la ligne (généralité, exploitation, sécurité, électrification, signalisation, voie…).

• Bases de données mensuelles RESEAU et application RESEAU_Consultation.

• Base de données ARMEN : Application de Recensement Multi‐spécialité des Equipements Nomenclaturés. BD partagée entre SNCF et RFF.

Renforcement des caténaires :

• Une nouvelle structure d’alimentation des caténaires 1500V : le système 2x1500V, Ph. LADOUX, F. ALVAREZ, H. CARON, G. JOSSE, J‐P. PERRET, Revue Générale des Chemins de Fer, Vol. 151, Juin 2006

• Note de Synthèse : Projet autotransformateur électronique pour Renforcement des IFTE 1,5kV, Direction de l’Ingénierie SNCF.

• La thermographie traque les défauts des caténaires…à120km/h, Marie‐Line ZANI, revue Mesures 780, p. 40 à 42, Décembre 2005

• Traction Electrique, deuxième édition entièrement revue et augmentée, Presses polytechniques et universitaires romandes, J‐M Allenbach, Pierre Chapas, Michel Comte, Roger Kaller, 2008

• Performance des engins de traction, Principaux paramètres, Consommation d’énergie, H. MORIZUR, Session de Présentation des Techniques du Matériel, 1996

• Site Rail 21 : http://florent.brisou.pagesperso‐orange.fr/Intro.htm (Ingénieur Alstom)

Divers :

• Dossier Ministériel Branche sur de la LGV Rhin‐Rhône, Dossier 2 : Les études sur le réseau existant, Document RFF

• Missions GID, présentation interne RFF

• Mission du SCR au 15 novembre 2010, A. LATOUCHE, présentation interne RFF.

• Lexique Ferroviaire, éd. 1 du 16/02/04, glossaire interne RFF.

• Moyens d’investigation de l’état des pieds de support de caténaire, rapport CETIM CET 0034445 du 14 décembre 2009. Veille technologique et tests réalisés pour SNCF.

• Numéros spéciaux Alimentation Electrique 1ère et 2ème partie, N° 94 et 97, Revue Générale des Chemins de Fer, Avril et Juillet‐Août 2001

• Etudes sur le besoin de traitement des structures métalliques des Installations Fixes de Traction Electrique – SNCF. Responsable projet : Cédric KALONJI, MATIS TECHNOLOGIES

• E‐rapport de visite sur site, Etude de l’alimentation électrique de la ligne de la Bresse, L. DUPUIS, INGEROP, novembre 2010.


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Références

1 Numéros spéciaux Alimentation Electrique 1ère et 2ème partie, N° 94 et 97, Revue Générale des Chemins de Fer, Avril et Juillet‐Août 2001

2 Idem 3 Synthèse courants forts niveau 3, Formation RFF 4 Idem

5 Synthèse technique et fonctionnelle, Partie EALE

6 Diagnostic national Pantographe‐Caténaire, p19

7 Maintenance des IFTE, Maintenance caténaire, Jean‐François MERIC, Jean ESCUDERO, SIGMA FORMATION


9 Audit RIVIER


11 Synthèse technique et fonctionnelle, partie ITE, pages 46 à 76 12 Synthèse technique et fonctionnelle, partie ITE, page 96 13 Synthèse technique et fonctionnelle, partie ITE, page 83 xiv Audit RIVIER xv Numéro spécial Alimentation Electrique 2ème partie, N° 97, Revue Générale des Chemins de Fer, Juillet‐Août 2001, page 20. xvi Synthèse technique et fonctionnelle, partie ITE, page 96 xvii Dossier ministériel Branche Sud, Etudes sur le réseau existant, page 109 xviii Dossier ministériel Branche Sud, Etudes sur le réseau existant, page 107, dernier paragraphe xix Dossier ministériel Branche Sud, Etudes sur le réseau existant, pages 146‐147 xx Dossier ministériel Branche Sud, Etudes sur le réseau existant, page 858 xxi Dossier ministériel Branche Sud, Etudes sur le réseau existant, pages 867‐868

xxii E‐rapport de visite sur site, Etude de l’alimentation électrique de la ligne de la Bresse, L. DUPUIS, INGEROP, nov.2010, xxiii Performance des engins de traction, p.9 xxiv Site Rail 21 : http://florent.brisou.pagesperso‐orange.fr/Intro.htm (Ingénieur Alstom)

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