Électrification du réseau ferré en France

Une 2D2, l’une des premières séries de machines électriques utilisées pour les lignes nouvellement électrifiées en 1 500 V CC.

L’électrification des grandes artères vers le Sud a été motivée principalement pour des raisons d’exploitation. Les machines à vapeur étaient moins puissantes que les machines électriques et la baisse de la pression atmosphérique en montagne aggravait le problème.

Lancée d’abord sur le Paris-Orléans puis entre Paris et le Mans et enfin après la Seconde Guerre mondiale entre Paris et Lyon. Ces lignes électrifiées ont été le terrain des 2D2 l’une des premières grandes séries de locomotives électrique des chemins de fer français. Leur vitesse maximale était de 130 puis 140 km/h.

Des BB 12000, utilisées dans le Nord juste après l’électrification

Alors que toutes les régions du Nord et de l’Est de la France sont un bassin d’industrie lourde, l’électrification des lignes a été empêchée pour des raisons stratégiques, idée complètement erronée car, à cette époque, les contingences de la traction vapeur nécessitait de maintenir les trois quarts des locomotives dans des dépôts très sensibles aux bombardements aériens.

Sitôt la guerre finie et à la suite des expérimentations menées dans les Alpes, l’électrification en 25 kV alternatif du Nord et de l’Est de la France, en particulier de la transversale Lille - Thionville, a été décidée.

Pour répondre aux besoins de nouvelles machines aptes au 25 kV alternatif la SNCF s’est équipée en BB 16000 et BB 16500.

Pour faire arriver le TGV dans certaines villes, des électrifications sont menées au bout de lignes TGV. La Bretagne a été électrifiée pour l’arrivée du TGV Atlantique, les lignes des Alpes pour les TGV des Neiges et des lignes des Vosges pour l’arrivée du TGV Est.

Le TGV n’est pas la seule raison de l’électrification de lignes. La desserte périurbaine a motivé certaines électrifications comme Saint-Étienne – Firminy ou Cannes – Grasse ou encore Tournan – Coulommiers.

Oissel-Elbeuf a permis des liaisons diamétrales centrées sur la gare de Rouen-Rive-Droite (très saturée) sans matériel bi-mode de Yvetot à Elbeuf-Saint-Aubin par un complément d'électrification de 12 % seulement.

Enfin pour le transit des trains de marchandises tracté par des locomotives électriques certaines électrifications ont été mises en place, dans le cadre d'un vrai maillage, comme la ligne Monterolier - Motteville (pour contourner Rouen) ou Tours - Vierzon - Saincaize (Électrification Nantes - Lyon).

À noter que le renouvellement du parc voyageurs nécessaire pour améliorer l'attractivité ou pour remplacer le parc Corail, par des rames bi-mode, abaisse le taux de rentabilité des opérations à venir (voir Côte d'Opale ci-dessous)[5].

Liaison Caen - Rennes

Saint-Lô à Dol-de-Bretagne

En projet.

Côte d'Opale

L’électrification de Rang-du-Fliers à Amiens offrirait un nouvel itinéraire entièrement électrifié du Tunnel sous la Manche à Paris pour les trains de marchandises. L’électrification de la Ligne de Coudekerque-Branche aux Fontinettes a été réalisée en 2014.

Liaison Alès - Nîmes

Liaison Saint-Germain-en-Laye - Achères

Ce projet fait partie des travaux prévues dans la création de la ligne du T13 Express

Liaison Amiens - Reims - Châlons-en-Champagne

Liaison Roanne - Saint-Étienne

Liaison Carpentras - Avignon

Liaison Aix-en-Provence - Marseille

Liaison Clermont-Ferrand - Neussargues-Moissac

Liaison Paris - Mulhouse

Paris - Nogent-sur-Seine est totalement mis en service depuis 2022 ; la section suivante, en l'occurrence jusqu'à Troyes, est programmée[6].

Liaison Nevers - Chagny

Cette tension a été la première à se généraliser sur le réseau, à la suite de l'obligation faite en 1920 par le ministère des Travaux publics aux compagnies de l'utiliser, sur conseil de l'ingénieur Hippolyte Parodi. Elle a été choisie parce qu'à l'époque la technologie des moteurs à courant continu était mieux maîtrisée et que les militaires voulaient conserver la possibilité de repasser au troisième rail (la ligne de Culoz à Modane (frontière) était d'ailleurs équipée d'un troisième rail avant d'être rééquipée en caténaire).

Toutes les lignes des Pyrénées ont été électrifiées très tôt, la traction vapeur s'accommodant mal de la baisse de pression atmosphérique en altitude, tandis que les barrages hydro-électriques se développaient. Depuis, avec un trafic squelettique, les autorails ont entrainé la désélectrification de la majorité des impasses montagnardes eû égard aux coûts de régénération et de maintenance des systèmes.

Il y a deux types de caténaire pour ce courant : la caténaire Midi reconnaissable à son système d'accroche unique sans bras de rappel sur le fil de contact et sans tendeurs automatiques et la caténaire polygonale qui comporte en général quatre fils (deux fils de contacts, un porteur principal et un porteur auxiliaire) en raison des intensités élevées appelées par les trains sous cette tension.

Cette alimentation a l'inconvénient d'exiger une caténaire lourde et des sous-stations d'alimentation très rapprochées (8 kilomètres à 20 kilomètres) donc des lignes électriques RTE en haute tension nouvelles en milieu rural (la « rive droite du Rhône » a nécessité, en 1977, un déploiement de pylônes sur une distance équivalente à la longueur de ligne électrifiée). Ce système, impose, d'autre part, une limitation de la vitesse à 270 km/h en théorie[7].

En contrepartie, elle permet un raccordement à des réseaux de distribution de faible puissance (Corbeil-Malesherbes), un freinage à récupération d'énergie relativement simple (obligatoire en mode souterrain dense comme St Mandé-Nanterre sur le RER A afin d'éviter une réfrigération onéreuse), un dimensionnement des ouvrages d'art moins coûteux (jusqu'à un mètre de diamètre de moins en tunnel), des distances d'approche plus faibles pour les voyageurs sur les quais hauts ainsi que l'absence de toute section de séparation de phase.

De plus, avec les engins bi-courant, disposition obligatoire pour les nouveaux acquis en France, il n'est pas nécessaire d'avoir des gares commutables 25 kV/3 kV en frontière comme Quévy[8] en Belgique, le "1500 V" permettant une connexion pratique entre les 2 systèmes comme à Vintimille en Italie.

Mis en place à partir des années 1950, quand l’électronique de puissance en courant alternatif a fait suffisamment de progrès. Sous cette tension la caténaire peut être plus légère et réduite à un seul fil de contact parfois sans fil porteur.

Les sous-stations d’alimentation peuvent être beaucoup plus espacées (environ 70 kilomètres). Ce système d’électrification est devenu la référence en France (comme beaucoup d’autres pays du monde) et toutes les nouvelles électrifications se font sous ce courant sauf cas particuliers.

C’est une légère amélioration de l’alimentation en 25 kV qui permet d’espacer davantage les sous-stations (jusqu’à 100 kilomètres), donc un raccordement direct sur le réseau de transport RTE très fiable et, parfois, sans adjonction de pylônes, limitant de ce fait les complications dues à une enquête environnementale. L’électricité est transportée par un feeder à 25 kV en opposition de phase avec la caténaire. Des autotransformateurs à intervalles réguliers permettent d'alimenter la caténaire depuis le feeder. Le courant est ainsi principalement transporté sous une tension de 50 kV et par un câble de résistance électrique inférieure à celle du rail ce qui diminue les pertes et surtout les fortes intensités du courant de retour traction. Il a commencé par être utilisé sur les LGV et est utilisé pour les nouvelles électrifications. Ce système, obligatoire avec des raccordements des sous-stations aux lignes à haute tension de 225 kV (très coûteux), permet de diviser par deux leur nombre. Il a été mis en œuvre pour la première fois en janvier 1914 au départ de New-York vers New Haven et Hartford[9].

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  Une caténaire 1 500 V
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  Caténaire 25 kV entre Plaisir et Dreux
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  Une caténaire 2 x 25 kV entre Paris et Caen

12 kV 16⅔ Hz alternatif

Cette tension a été utilisée par la Compagnie du Midi jusqu'à 1920, quand l'autorité militaire a imposé la ré-électrification du réseau en 1500 V continu, du fait que ce système aurait permis de faire circuler les locomotives de l'ennemi de l'époque (l'Allemagne avec la Deutsche Reichsbahn, équipée de locomotives 15 kV 16 ²⁄₃ Hz )[10]. Seule la ligne Perpignan - Villefranche-de-Conflent a conservé cette tension jusqu'au début des années 1970, quand la traction électrique, faute d'engins, a été abandonnée au profit de la traction thermique, mais les installations conservées ont été converties au 1500 V lors de l'électrification Narbonne - Portbou.

850 V continu, troisième rail

Ce type d'alimentation est utilisé sur la ligne de Cerdagne.

800 V continu, troisième rail

Cette tension d'alimentation est utilisée sur la ligne de Saint-Gervais-les-Bains-Le Fayet à Vallorcine (frontière), ainsi que sur la ligne Martigny - Chatelard (aujourd'hui TMR Mont Blanc Express).

750 V continu, troisième rail

C'est le type d'alimentation qui a été utilisé, avant ré-électrification, sur les réseaux banlieue Saint-Lazare vers le 25 kV et Invalides vers le 1500V (RER C).

600 V continu, troisième rail

Ce type d'alimentation fut utilisé à partir de 1900 par la compagnie du P.O. (Paris - Orléans) entre la Gare d'Orsay et la Gare d'Austerlitz puis vers Juvisy.