Si vous disposez d'ouvrages ou d'articles de référence ou si vous connaissez des sites web de qualité traitant du thème abordé ici, merci de compléter l'article en donnant lesréférences utiles à savérifiabilité et en les liant à la section « Notes et références ».
Apparu dans la première moitié duXIXe siècle avec larévolution industrielle, le chemin de fer connaît un développement spectaculaire en Europe et en Amérique, jouant un rôle essentiel dans les domaines économiques et militaires et améliorant considérablement les déplacements. Son usage se répand ensuite au monde entier tant pour le trafic de voyageurs que pour le commerce.
Lematériel roulant et les procédures d'exploitation du chemin de fer font le plus souvent appel à une l'intervention humaine, même si le développement de l'automatisation limite de plus en plus le rôle de l'Homme à une supervision.
Parmétonymie, « chemin de fer » désigne aussi lessociétés exploitantes, souvent appelées autrefois « compagnies ». Les employés du chemin de fer sont appelés « cheminots ».
Le matériel roulant circule communément en convois, appelétrains ourames. Les convois sont composés dewagons pour les marchandises ou devoitures pour les passagers (en particulier lavoiture-bar), et sont tractés par des machines à vapeurlocomotives, à essence, Diesel ou électriques à caténaires, batteries ou piles à combustible. Il peut également s'agir derames autotractées, c'est-à-dire incluant leur propre système de traction.
L'humain est au centre des systèmes ferroviaires couramment rencontrés, que ce soit pour laconduite des trains, l'orientation des convois vers leur destination, lasécurisation des voyageurs ou marchandises transportées. Le travail de l'humain est encadré par des procédures.
Très tôt, on a légiféré sur le chemin de fer. En France, la loi du[3] pose les bases de la Police du Chemin de Fer[4]. Depuis, de nouvelles lois et de nombreux règlements sont venus la compléter, en ce qui concerne la sécurité, l'organisation et le service public.
The Rocket, la machine de Stephenson, construite en 1829.
Le chemin de fer s'est vraiment développé lors duboom ferroviaire des années 1840 mais de très nombreuses innovations avaient eu lieu au cours des siècles précédents.
L'un des premiers exemples de chemin guidé est celui dudiolkos, un système permettant aux bateaux de franchir l'isthme deCorinthe en Grèce, construit auVIe siècle av. J.-C. Des chariots tirés par des bêtes de somme circulaient sur des blocs de pierre entaillés. Ce chemin guidé a fonctionné jusqu'auIer siècle.
Sur les sections difficiles desvoies romaines (en montagne, aux abords des ponts), les roues des chariots étaient guidées par des pierres entaillées en profondes ornières.
La réapparition des transports guidés est attestée enEurope aux alentours de 1550[5], pour des voies minières. Celles-ci utilisaient des rails de bois. La première voie ferrée a été établie auRoyaume-Uni au début duXVIIe siècle, principalement pour le transport ducharbon d'une mine à un canal, d'où il pouvait être chargé sur des barges. On trouve des traces de ce genre de chemins de fer àBroseley dans leShropshire. Les rails étaient constitués de bois nu, les roues étaient munies de boudins, comme sur les véhicules ferroviaires actuels. En 1768, la compagnieCoalbrookdale eut l'idée de remplacer ses rails en bois par des rails en fonte moulée, pour limiter l'usure de la voie et transporter de plus lourdes charges.
Les rails de fer sont apparus au début duXVIIIe siècle. L'ingénieurWilliam Jessop conçut des rails prévus pour être utilisés avec des roues sans boudin : ils constituaient une sorte de cornière. Ces rails devaient être utilisés pour un projet dans le secteur deLoughborough,Leicestershire en 1789. En 1790 il était de ceux qui fondèrent une aciérie à Butterley, près deRipley, dans leDerbyshire, pour produire des rails (entre autres). Le premier chemin de fer ouvert au public a été leSurrey Iron Railway, ouvert en 1802 par Jessop[6]. Les convois étaient tractés par des chevaux.
Le roiLéopold Ier de Belgique, oncle de la reineVictoria du Royaume-Uni, favorise l'implantation des chemins de fer sur le continent : la première ligne de chemin de fer à vapeur exploitée par le secteur public de l'Europe continentale est mise en service le en Belgique, entre lagare de Bruxelles-Allée-Verte etMalines ; c'est aussi la première ligne à horaires fixes de convois composés de wagons comprenant trois classes. Les premières locomotives utilisées en Belgique sont fabriquées d'abord en Angleterre par les usines Stephenson, puis bientôt àLiège sur licence Stephenson. Comme on le voit sur la carte ci-contre, en 1896 il y a des chemins de fer dans toute l'Europe, mais la Belgique, ayant dépassé le Royaume-Uni, est le pays où la longueur du réseau ferré par unité de superficie est la plus élevée.
La première ligne aboutissant à Paris a été la ligne de Paris au Pecq ouverte en 1837[8]. La loi du 15 février 1838 décide la construction de neuf grandes lignes par l'État[9]. Mais une autre loi, celle du 11 juin 1842, tranche en faveur d'un financement privé[10]. L'expansion boursière desannées 1840 enAngleterre donne à ce pays la moitié des 9 500 kilomètres de rail européen en 1845, lors de l'épisode de la « railway mania ».
EnEurope et enAmérique du Nord, la période de plus grand développement du chemin de fer va de 1848 à 1914. L’enthousiasme ferroviaire de l'Allemagne fait que le pays compte vers 1870 près de vingt mille kilomètres de voies[11]. La France réduit une partie son retard sur sa rivale d'outre-Manche pour atteindre 15 600 km[12] de voies ferrées en 1870, contre 24 900 pour l'Angleterre[13].
Après laPremière Guerre mondiale, le chemin de fer continue à se développer, mais les lignes secondaires commencent à fermer, fortement concurrencées par le transport automobile.
Les projets ferroviaires nécessitent uneingénierie dont les rôles principaux sont celui du concepteur chargé des études de conception au cours des différents stades, dumaître d’œuvre de suivi de réalisation, de pilotage des opérations d’essais et mises en service et d'homologation. Tout ou partie de cette ingénierie peut être délégué par lemaître d'ouvrage à desconsultants extérieurs.
Roulement acier sur acier : la caractéristique fondamentale du chemin de fer est le roulementacier (roue) sur acier (rail) à faiblecoefficient d'adhérence, qui limite très sensiblement larésistance à l'avancement, mais augmente les distances defreinage. La faibleadhérence impose aussi des contraintes de tracé des lignes pour éviter les trop fortes rampes : tracé en fond de vallées, ouvrages d'art importants (tunnels,viaducs, etc.).
Transport guidé
c'est untransport guidé (par les rails) qui n'offre auxvéhicules qu'un seuldegré de liberté, en avant ou en arrière. Les changements devoie ne peuvent se faire qu'auxaiguillages, le dépassement n'est possible qu'en certains endroits d'une ligne (gares, évitements circulation) ou lorsqu'il a été prévu des installations permanentes de contre-sens (IPCS) ; la formation des trains nécessite des manœuvres complexes.
Circulation en convoi
les véhicules (wagons et voitures) ne circulent pas isolément comme sur la route, mais groupés en convoi, letrain, tracté par unelocomotive. Cela autorise une grande capacité de transport et limite la résistance à l'avancement. Cela impose pour la construction et les attelages des wagons et des voitures à voyageurs des normes minimum de résistance à la compression et à la traction.
Toutes ces caractéristiques induisent un système d'exploitation particulier, qui repose d'abord sur un système designalisation strict et sur l'établissement d'ungraphique de circulation. En contrepartie, elles limitent les dépenses d'énergie et procurent au chemin de fer un haut niveau desécurité.
Les systèmes ferroviaires nécessitent une infrastructure particulière appeléevoie ferrée. Les véhicules sont guidés par une ou plusieurs files derails fixés sur destraverses au moyen, en France, de tirefonds. Leballast est une couche drainante sur laquelle reposent les traverses. Il permet d'affiner la géométrie de la voie, par exemple pour créer undévers en courbe ainsi qu'absorber les vibrations lors du passage des trains. Les véhicules étant guidés par les rails, ils ne peuvent pas changer de direction sans utiliser une installation particulière. La plupart du temps il s'agit d'unaiguillage, manœuvré soit à pied d'œuvre soit d'unposte d'aiguillages.
Le matériel ferroviaire, du fait de sa technique de roulement, ne peut pas monter ou descendre de pente trop importante, ni effectuer de courbe trop prononcée. Pour s'adapter au terrain, la construction des lignes de chemin de fer a nécessité l'établissement d'ouvrages d'art :ponts,viaducs ettunnels. La voie peut aussi croiser la route à unpassage à niveau.
La distance entre les deux rails de roulement (cas le plus fréquent) est appeléeécartement. Elle est mesurée entre les faces internes du rail. L'écartement le plus communément répandu est celui de lavoie normale : 1,435 m (standardUIC). Au-delà, on parle devoie large, en dessous il s'agit devoie étroite.
Certains trains sont mus par de l'électricité et nécessitent des infrastructures spécifiques dès lors qu'ils ne fournissent pas eux-mêmes leur énergie. Dans la majorité des cas, cette alimentation en énergie se fait par unecaténaire suspendue au-dessus des voies, le train venantcapter le courant grâce à unpantographe ou une perche. Lesmétros et certains pays (Angleterre) utilisent untroisième rail latéral: le captage est alors assuré par des patins. D'autres systèmes utilisent un troisième rail central, par exemple le nouveautramway de Bordeaux.
Dès lors que deux trains peuvent circuler en même temps sur une ligne commune, il est nécessaire d'établir des règles de circulation afin de garantir la sécurité. Comme sur route, unesignalisation a été mise en place ainsi que des systèmes de prévention desrisques ferroviaires. Un de ces systèmes est lecantonnement (ou block-système), qui interdit à un train d'entrer sur une section de ligne où se trouve déjà un autre train.
Comme tout transport en commun, les trains ne s'arrêtent pas n'importe où. Les voyageurs prennent le train dans unegare pour descendre dans une autre, parfois après avoir eu à effectuer des correspondances.
Les marchandises sont chargées sur des wagons dans une gare defret ou sur unembranchement particulier. Elles changent de direction dans destriages. Les conteneurs sont chargés et déchargés à un terminal detransport combiné.
Les infrastructures ferroviaires nécessitent un entretien constant. Il s'agit d'opérations diversifiées, dont la nature dépend de la nature de la voie elle-même et des conditions dans lesquelles elle se trouve implantée :déneigement,Renouvellement Voie Ballast, inspection desouvrages d'art,désherbage, etc.
Les trains que l'on rencontre ont plusieurs structures. La première, la plus classique, est celle d'un convoi composé d'une (ou plusieurs)locomotive(s), devoitures dans le cas de trains de voyageurs ou bien dewagons. Dans le cas où la locomotive peut pousser la rame au lieu de la tirer, on dispose devoitures pilotes, dotées d'une cabine de conduite. En Belgique, desvoitures pilote M7 motorisées sont en cours d'homologation.
Les locomotives peuvent être de plusieurs types, selon leur source d'énergie. Anciennement, on trouvait deslocomotives à vapeur, brûlant du charbon ou du mazout. Actuellement, on trouve surtout deslocomotives diesel, mues par un moteur thermique, ainsi que deslocomotives électriques, alimentées par caténaire ou troisième rail.
Le second cas de figure est celui de convois indéformables comprenant à la fois éléments de traction et compartiments voyageurs appelésrames automotrices. Il existe enAllemagne des rames automotrices destinées aux marchandises. Une rame automotrice à traction diesel est appeléeautomoteur ouautorail, à l'exception notable desturbotrains.
Pour les manœuvres ou la traction de trains légers, on a recours à deslocotracteurs, électriques ou diesel. Alors qu'en France, on ne trouvera que des diesel, la Suisse dispose d'une majorité d'engins électriques.
Les services de l'entretien des voies utilisent desdraisines, de petits véhicules capables de déplacer une équipe sur son chantier. On trouvera également à l'entretien des voies une grande variété de matériels spécialisés : désherbeuses, raton-laveur, bourreuses, etc.
Une grande variété de systèmes de transport dérivant du principe de base du chemin de fer existent. Les points communs entre ces systèmes sont le roulement fer sur fer et le guidage. Les variantes se situent au niveau de la structure et du mode d'exploitation.
En zone urbaine, du fait de la multitude d'infrastructures et de la nécessité de transporter un nombre élevé de passagers, le recours à desmétros, reposant soit sur des infrastructures souterraines ouaériennes pour limiter l'espace occupé constitue une solution privilégiée par les grandes agglomérations. Ailleurs, des systèmes moins lourds ont été utilisés :VAL ouSkytrain.
Pour la desserte d'une métropole entière, le système duréseau express régional peut être utilisé. Il s'agit de mettre en place des axes permettant de transporter d'importantes quantités de voyageurs, souvent entre banlieue et centre urbain.
Letramway permet une desserte plus fine (des arrêts plus rapprochés) en s'insérant dans le tissu urbain. Cependant, sa capacité par ligne est bien moins élevée que celle des métros. Néanmoins, son coût nettement moins élevé permet, pour un même budget, de multiplier les lignes et donc les lieux desservis et ainsi de ne pas concentrer artificiellement les flux de voyageurs.
Par son principe de fonctionnement, un train ne peut pas gravir d'importantes déclivités. Pour compenser cela, les ingénieurs ont eu l'idée de placer un troisième axe sur lequel le convoi vient prendre appui. Il s'agit duchemin de fer à crémaillère.
Si les déclivités sont encore plus importantes, on a recours aufuniculaire. La traction est alors assurée par un câble. Dans certaines villes (San Francisco par exemple), il existe destramways à traction par câble qui permet de concentrer le moteur de traction en un seul point.
Letéléphérique peut être considéré comme un « funiculaire suspendu », dont la voie est constituée par un ou plusieurs câbles porteurs fixes. Cette installation ferroviaire à part entière était d'ailleurs appelée « funiculaire aérien » à ses débuts. Le dictionnaire Flammarion de 1982 définit le téléphérique comme un « type de chemin de fer dont les véhicules circulent sur des câbles aériens faisant office de rails ».
LaTélécabine sur voie, « systèmeSK (transport) » ou l'ancien systèmePoma 2000 de Laon : Ces systèmes légers sont constitués de cabines guidées, tractées par un ou plusieurs câbles.
Pour limiter l'espace occupé, certains ont pensé à desmonorails. Ce système est relativement peu utilisé pour le transport de voyageurs mais commun dans l'industrie dans sa version portante (rail au plafond).
À l'inverse, d'autres expérimentations portent (ou ont porté) sur destrains gravitationnels, mus par la pesanteur, à la manière des trains de parc d'attractions qui, une fois lancés, avancent grâce à leur propre inertie.
La maintenance des trains requiert un grand nombre d’équipements ainsi que des centres de dépôt et de maintenance ferroviaire, qui requièrent eux-mêmes d’être entretenus. Parmi ces équipements, l’on peut citer :
Machines à laver pour le nettoyage extérieur,
Aspirateurs pour le nettoyage intérieur,
Eau, électricité, et système de nettoyage des toilettes,
Écoulement des eaux et gestion des eaux usées,
Entrepôts dédiés à l’inspection du matériel roulant,
Appareils de levage,
Ateliers de maintenance (fraiseuse, perceuse, machine à outil coupant),
Ateliers d’essai électronique et pneumatique,
Matériel de traction et équipement de signalisation. Économie du transport ferroviaire
Les entreprises ferroviaires réalisent généralement deux types d’opérations de maintenance : des opérations planifiées afin de réparer les principaux systèmes, et des interventions mineures non planifiées sur du matériel endommagé (réparation de portes ou de vitres). Ces deux approches présentent cependant deux inconvénients majeurs : dans le premier cas, un risque avéré de réparation trop précoce des pièces, et dans le second cas, de fortes probabilités de retard des trains, provoquant le mécontentement des utilisateurs[14].
Transport collectif : le chemin de fer est par définition untransport collectif, dont l'exploitation et les horaires ont été dès l'origine très réglementés par l'État, pour lequel s'est imposé très vite la notion deservice public. D'autre part l'influence sur l'urbanisme est important car c'est un facteur essentiel de l'aménagement du territoire.
Transport intégré : les liens très étroits imposés par latechnique entre la voie et le matériel roulant ont conduit dans la très grande majorité des cas à desentreprises ferroviaires intégrées, c'est-à-dire maîtrisant simultanément la gestion du réseau et l'exploitation des trains. La politique de libéralisation en cours dans l'Union européenne vise à ouvrir laconcurrence entre les exploitants en confiant le réseau à desgestionnaires indépendants de ceux-ci. Il faut aussi assurer l'interopérabilité des réseaux.
Écoconception / Déconstruction : À partir des années 1990/2000, du début à la fin de la filière en passant par le traitement des ballasts ou traverses traitées à lacréosote, des préoccupations environnementales émergent dans le secteur industriel ferroviaire.
↑Ordonnance royale du 27 février 1824 autorisant MM. de Lur-Saluces et consorts, sous le titre de « Compagnie du chemin de fer », à établir une ligne« de la loire au Pont-de l'Âne, sur la rivière de Furens, par le territoire houiller de Saint-Étienne »numérisation sur Google Book
Adam J.P (1972),Instauration de la politique des chemins de fer en France (No. 14). Publication univ Rouen Havre.
Caron F (1997),Histoire des chemins de fer en France, 1883-1937Tome second.Innovation, 1(80), 11.
Cantone, L. (2011), TrainDy: the new Union Internationale des Chemins de Fer software for freight train interoperability. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F:Journal of Rail and Rapid Transit, 225(1), 57-70 (http://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1243/09544097JRRT347 résumé])
Dauzet P (1948),Le Siècle des chemins de fer en France : 1821-1938. Imprimeries Bellenand.
Dupouy G (1950),Perturbations de champ magnétique terrestre et de courants telluriques par les chemins de fer électrifiés. Ann. Geophys, 6, 18-50.
Alain Frerejean (2008),La Grande Aventure des chemins de fer. Flammarion.
Hutter R (1950).La Théorie économique et la Gestion commerciale des chemins de fer. Dunod.
Lalanne L (1863),Essai d’une théorie des réseaux de chemins de fer, fondée sur l’observation des faits et sur les lois primordiales qui président au groupement des populations. Comptes rendus des séances de l’Académie des sciences, 57(2), 206-210.
Lamalle U (1953),Histoire des chemins de fer belges. Office de publicité.
Numa G (2009).Réglementations et Concurrence dans les chemins de fer français 1823-1914 (thèse de doctorat, Paris-IX).
Perdonnet A (1858)Traité élémentaire des chemins de fer (Vol. 1). Langlois et Leclercq.
Perelman S (1986).Frontière d'efficacité et performance technique des chemins de fer. Annals of Public and Cooperative Economics, 57(4), 445-458.
Picard, A. (1885).Les Chemins de fer français : étude historique. Rothschild.
Ribeill G (1980).Le Personnel des compagnies de chemins de fer. Certes-ENPC.
Ribeill G (1993).La Révolution ferroviaire. La fonction des compagnies de chemins de fer en France (1823-1870)
Ribeill G (2008).Vers une Europe ferroviaire sans frontières techniques. Histoire de l'interopérabilité des chemins de fer européens ou les heurs et malheurs d'un enjeu majeur. 9e partie suite. Des années 1950 aux années 1960 : « l'Européanisation ferroviaire » en route. Chemins de fer, (510), 34-40.
Séguin M (1839).De l'influence des chemins de fer et de l'art de les tracer et de les construire par Seguin, aîné. Carilian-Goeury et V. Dalmont.
Troin J.F (1995).Rail et aménagement du territoire: des héritages aux nouveaux défis. Edisud.
Thévenez R, d'Hérouville M & Bleys É (1930).Législation des chemins de fer (vol. 1). Rousseau.
Vincenot H (1975).La Vie quotidienne dans les chemins de fer auXIXe siècle (vol. 74). Hachette.
Wexler P.J (1955).La Formation du vocabulaire des chemins de fer en France : 1778-1842. Droz.
Yvrande-Billon A (2002).Choix contractuels et performances : le cas des chemins de fer britanniques (thèse de doctorat, Paris-I).
.JPG)
.jpg)
