Électrification du réseau ferré en France

L'électrification du réseau ferré en France est un processus toujours en cours d’équipement des lignes de chemin de fer en installations fixes permettant la traction électrique, principalement en 25 kV alternatif ou en 1 500 V continu. Environ 55 % du réseau ferré français en service est électrifié. L'électrification des lignes secondaires étant très coûteuse, des solutions partielles ou bien alternatives sont donc recherchées ou en combinant les deux, dont le train à hydrogène, hybride ou doté de batteries ou utilisant des biocarburants (liquide ou gazeux).

Le réseau aujourd'hui

Près de 16 000 kilomètres de lignes ferroviaires sont électrifiées en France, principalement sur le réseau ferré national avec 15 687 kilomètres, dont 5 863 kilomètres en 1 500 V continu, 9 968 kilomètres en 25 kV alternatif (dont 1 884 kilomètres de LGV), et 126 kilomètres par d'autres systèmes.

La partie électrifiée du réseau ferré inclut la plupart des radiales de l'étoile de Legrand (aux exceptions notables des lignes Paris-Granville et de certaines portions de la Ligne de Paris-Est à Mulhouse ) qui concentrent la plupart du trafic ferroviaire en France.

Quelques liaisons transversales sont également électrifiées en raison de leur trafic. Ces liaisons sont : l'axe Lille - Thionville, l'axe Luxembourg - Dijon, l'axe Strasbourg - Dijon, l'axe Bordeaux - Montpellier et l'axe Le Havre - Amiens. La liaison transversale Nantes - Lyon est en cours d'équipement mais l'électrification est arrêtée à Saincaize car l'itinéraire à électrifier au-delà de cet axe n'a pas encore été désigné.

Quelques lignes ont été électrifiées pour simplifier l'exploitation des services périurbains comme l'ensemble des lignes de l'Île-de-France, ou la ligne de Cannes à Grasse.

Historique

Commencée dès le début du XX^e siècle l’électrification du réseau répondait à des objectifs divers : améliorer la souplesse de l’exploitation en réduisant la maintenance (pour les lignes de banlieue et les axes très fréquentés), permettre d’utiliser du matériel plus puissant (lignes de montagne), profiter de la production d’électricité des barrages ou réduire la pollution et le bruit généré par les trains.

On peut distinguer quatre grandes phases :

• 1900-1920 : la phase de tâtonnement : plusieurs systèmes (caténaire ou troisième rail, continu ou alternatif) sont testés ;
• 1920-1945 : équipement de certaines lignes de montagne et d’axes importants en 1 500 V continu par caténaire, imposé par les contraintes militaires pour pouvoir repasser au troisième rail, moins vulnérable, si nécessaire ;
• 1945-1960 : expérimentation poussée de la caténaire 25 kV 50 Hz à fréquence industrielle dans les Alpes et poursuite de certaines électrifications en 1 500 V ;
• 1960-… : poursuite de l'électrification en 25 kV alternatif sauf quelques cas particuliers comme la zone de Perpignan électrifiée dans les années 1980 en 1 500 V ;
• à partir de 1980 : électrifications pour permettre au TGV de desservir certaines zones.

Géographiquement, l’ex-réseau de la compagnie du Midi et les grands axes reliant Paris au sud ont été équipés en 1 500 V tandis que les lignes des Alpes (à l’exception de la ligne de Culoz à Modane) et la moitié Nord du pays sont plutôt électrifiées en 25 kV comme toutes les lignes à grande vitesse de France.

Électrification des grandes artères vers le Sud en 1 500 V

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.

La transformation a été 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 électriques des chemins de fer français. Leur vitesse maximale était de 130 puis 140 km/h.

Électrification des artères industrielles du Nord et de l’Est

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.

Antennes complémentaires et maillage

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. L'équipement de la relation en direction des Sables d'Olonne a permis de gommer la perte de fréquentation de 20 % dans l'hôtellerie de la station balnéaire à la suite de l'arrêt de l'expérimentation de la remorque de rames TGV par locomotives diésel. De même, la relation Paris-Troyes a été inscrite dans le cadre de la participation de la région Champagne-Ardenne au financement de la LGV-EE.

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 Montérolier - Motteville (pour contourner Rouen) ou Tours - Vierzon - Saincaize (Électrification Nantes - Lyon).

Toutefois, l'ouverture aux nouveaux entrants, opérateurs fret ferroviaires, qui ne peuvent bénéficier de relais traction, oblige ceux-ci à effectuer le trajet de bout en bout en traction diésel y compris sur de très longs parcours électrifiés. Cela nuit à l'approche d'un taux de rentabilité acceptable pour de nouvelles électrifications.

A noter que le maillage entre 2 zones 1,5 kV ne peut s'opérer en 25 kV que pour une distance minimale d'environ une centaine de kilomètres comme sur Tours-Vierzon.

Électrifications à venir

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).

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.

Liaison Nevers - Chagny

Caractéristiques techniques

1 500 V

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 et, même, 1100 km pour l'électrification Paris-Lyon dans les années 50, une époque où le réseau de transport d'électricité était moins développé). Ce système, impose, d'autre part, une limitation de la vitesse à 270 km/h en théorie.

En contrepartie, elle permet un raccordement à des réseaux de distribution de faible puissance (Corbeil-Malesherbes, le Technicentre de Granville pour la maintenance et le préconditionnement, en 2015), 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 en Belgique, le "1500 V" permettant une connexion pratique entre les 2 systèmes comme à Vintimille en Italie.

Autre avantage peu connu, l'alimentation des sous-stations en courant triphasé a permis, en 1937 sur Paris-Le Mans, le déploiement d'un réseau 3200v avec feeders croisés et commutation "normal-secours" pour l'alimentation de la signalisation et notamment pour les mécanismes de manoeuvre d'aiguille autrement que sur batteries 110v très coûteuses ni sans avoir recours à des commandes complexes en "décalé ou en cascade", par ailleurs, chronophages.

25 kV

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.

2 × 25 kV

C’est une amélioration notable 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’énergie est transportée par un feeder à 25 kV en opposition de phase avec la caténaire qui assure la fonction de 2^e conducteur du circuit électrique. Des autotransformateurs raccordés, à intervalles réguliers, à ces pôles ainsi qu'au rail, afin d'assurer le circuit de retour du courant de traction des engins qui ne supportent qu'une tension de 25kV. 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 de ce courant de retour traction. Il a commencé par être utilisé sur les LGV et est utilisé pour les nouvelles électrifications. Ce système, qui exige le raccordement des sous-stations à des lignes de transport à haute tension de minimum 225 kV (donc d'un équipement très coûteux), permet de diviser par deux leur nombre et, par voie de conséquence, les sections de séparation de phase ("Coupez-courant"). Ceci est bénéfique car ces dites sections exigent d'être implantées en palier (ni rampe ni pente). Il a été mis en œuvre pour la première fois en janvier 1914 au départ de New-York vers New Haven et Hartford.

Autres systèmes

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 ). 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.

750 V continu, ligne aérienne de contact (caténaire)

Cette disposition a été adoptée sur le réseau ferré national, sur la ligne de Bondy à Aulnay sous Bois (958 000), exploitée en système Tram-Train, au niveau de la bifurcation, afin de faciliter l'accès au domaine purement "Tramway" en direction de l'hôpital de Montfermeil. De même, sur le tram-train Nantes-Châteaubriant, le parcours urbain, bien que situé entièrement sur plateforme du réseau ferré national, le 750v y permet le croisement à niveau avec la ligne de tramway urbain sans artifices coûteux.

Chronologie de l'électrification du réseau ferré en France

Les premières électrifications ont concerné les transports urbains et les trains de mine. La première traction électrique d'un train en France s'est déroulée fin novembre 1893 sur la section allant du tunnel de Montmartre (372 m) à celui de la Béraudière (200 m), tous deux à Saint-Étienne, pour le transport du charbon. L'exploitation a duré de 1894 à 1896. La locomotive étant alimentée par accumulateurs, il ne s'agit pas à proprement parler d'une électrification de ligne. Il faudra pour cela attendre 1900 et l'électrification des lignes de banlieue au départ des gares parisiennes des Invalides et du quai d'Orsay.

Le tableau suivant établit la chronologie des opérations concernant l'électrification des lignes du réseau ferré en France. Il s'agit :

• essentiellement de la mise en service (à distinguer de la mise sous tension) d'installations électriques (catenaires par exemple) permettant la circulation de trains électriques ;
• des opérations de réélectrification, c'est-à-dire de modification substantielle de systèmes d'alimentation en électricité (changement de système, de courant, etc) ;
• des opérations de désélectrification, c'est-à-dire de la mise hors service d'installations électriques permettant la circulation de trains électriques ;
• des fermetures de ligne entrainant la fin de l'exploitation de trains électriques.

Avant 1940

1940 - 1959

1960 - 1979

1980 - 1999

2000 - 2019

Depuis 2020

Électrifications en cours

Projets d'électrification

Notes et références

Annexes

Articles connexes

• Système d'électrification ferroviaire
• Électrification du réseau ferré au Luxembourg
• Électrification du réseau ferré en Allemagne (de)
• Électrification du réseau ferré en Autriche (de)
• Électrification du réseau ferré en Grande-Bretagne (en)
• Électrification du réseau ferré en Belgique (nl)
• Électrification du réseau ferré aux Pays-Bas (nl)
• Électrification du réseau ferré en Suisse (de)

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