Le tramway : d’où vient son courant et comment il roule

Le tramway prend son courant à un fil suspendu au-dessus des voies, qu’on appelle la ligne aérienne de contact. Sur le toit, il a un capteur de courant qui touche le fil en permanence. Le courant traverse les moteurs et repart par les roues dans les rails, qui le ramènent. À Bratislava, le fil est alimenté en courant continu de 600 volts.

Les moteurs se trouvent dans les bogies, c’est-à-dire les châssis à roues sous la caisse, et entraînent les essieux par un engrenage. Une roue en acier roule sur un rail en acier avec peu de résistance, et les rails guident en même temps le tramway, qui n’a donc pas besoin de volant. Le premier tramway électrique en service public permanent a circulé à partir de 1881 près de Berlin ; avant, c’étaient des chevaux qui tiraient les voitures sur des rails en ville. À Bratislava, le tramway circule depuis 1895.

D’où le tramway tire son courant et comment il le change en mouvement

La ligne aérienne de contact est un fil tendu au-dessus de la voie et mis sous tension. Le tramway le touche avec le capteur de courant du toit, et le courant passe par l’équipement de commande jusqu’aux moteurs. Des moteurs, il continue par les roues dans les rails, puis par ceux-ci jusqu’à la sous-station qui alimente la ligne. Le circuit électrique se ferme ainsi sans second fil.

La plupart des réseaux de tramway ont le pôle positif dans le fil et le pôle négatif dans les rails. Un réseau branché ainsi abîme moins par corrosion les canalisations métalliques posées dans le sol le long de la voie. Bratislava utilise justement ce branchement, avec 600 volts en courant continu.

Le capteur de courant n’a pas toujours été le même. Sur les vieilles photos comme sur les maquettes, tu en trouveras trois sortes :

• La perche. Une longue tige sur le toit avec une roulette ou un frotteur à son extrémité. Un ressort la presse par-dessous contre le fil. Elle était typique des réseaux américains.
• L’archet en lyre. Un cadre en arc dont le bord supérieur s’appuie contre le fil. Il a été conçu en 1889 par Walter Reichel, collaborateur de Werner von Siemens, et il s’est vite répandu en Europe continentale.
• Le pantographe. Un cadre articulé repliable avec une large bande de frottement en haut. Il ne quitte presque jamais le fil, se lève et s’abaisse facilement, et la plupart des tramways en sont équipés aujourd’hui.

Le courant alimente les moteurs de traction, c’est-à-dire les moteurs électriques qui font avancer le véhicule. Chaque moteur entraîne en général un essieu par un engrenage qui réduit la vitesse de rotation du moteur et augmente la force aux roues. Les anciens tramways avaient des moteurs à courant continu d’environ 600 volts. À faible vitesse, ils donnent beaucoup de force, ce qui est justement utile au démarrage. Les véhicules récents ont des moteurs à courant alternatif, pour lesquels l’électronique adapte le courant de la ligne.

Pourquoi il roule sur des rails, comment il démarre et freine

Les rails apportent deux choses au tramway : une faible résistance au roulement et un guidage précis. Une roue en métal roule sur un rail en métal avec peu de résistance, plus facilement qu’une roue de charrette sur des pavés. Déjà avec les tramways à chevaux, cela voulait dire qu’un cheval tirait plus sur des rails que sur la route, et que le trajet était plus régulier.

Ce qui maintient le tramway sur le rail, c’est surtout la forme des roues. Leur surface de roulement est légèrement conique, si bien que l’essieu monté, c’est-à-dire deux roues sur un axe commun, revient de lui-même au centre de la voie. Le boudin, le rebord en saillie sur la face intérieure de la roue, n’intervient que lorsque cela ne suffit pas, par exemple dans une courbe serrée.

En ville, les rails sont posés au niveau de la chaussée, c’est pourquoi on utilise le rail à gorge. À côté du champignon du rail, il a une gorge où passe le boudin, et les voitures comme les piétons peuvent traverser la voie. Il a été inventé par l’inventeur français Alphonse Loubat en 1852. La gorge se remplit de gravier et de saleté et doit être nettoyée, sinon le tramway roule durement et la roue comme le rail peuvent s’abîmer. Pour un cycliste, c’est un endroit où la roue peut se coincer.

Le conducteur commande le démarrage et le freinage avec un manipulateur. Les anciens tramways avaient un levier pour la traction et un autre pour le frein ; les récents ont un seul manipulateur avec un dispositif de sécurité qui arrête le tramway quand le conducteur cesse de le tenir. Pour freiner, le tramway dispose de plusieurs systèmes :

• Le frein électrique. Au freinage, les moteurs passent en générateurs et retransforment le mouvement en courant. Celui-ci retourne dans la ligne ou se transforme en chaleur dans des résistances. Les freins à friction s’usent ainsi moins.
• Les freins à friction sur les roues. Ils arrêtent le tramway même lorsque le frein électrique fait défaut.
• Le frein sur rail. Des électroaimants suspendus au bogie juste au-dessus du rail sont attirés contre le rail et freinent par frottement directement sur lui. Il ne dépend pas de l’adhérence des roues sur le rail et aide donc aussi sur une voie mouillée. On l’utilise pour le freinage rapide et d’urgence.

Comment le tramway à chevaux est devenu le tramway électrique

Avant l’électricité, des chevaux tiraient les voitures sur des rails dans les rues. Ce tramway à chevaux a été introduit à New York en 1832, et de là il s’est étendu à d’autres villes américaines et européennes. Une voiture tirée par des chevaux sur rails transportait plus de monde, et plus en douceur, qu’un omnibus, c’est-à-dire un autobus à chevaux sans rails.

Les chevaux avaient toutefois leurs limites. Un cheval travaillait quatre à cinq heures par jour, si bien qu’une ligne avait besoin de jusqu’à dix chevaux à l’écurie pour une seule voiture. Il fallait les nourrir, les soigner et enlever leur fumier.

Le premier tramway électrique destiné à un service public permanent a été mis en service par la firme Siemens & Halske le 16 mai 1881 à Lichterfelde, près de Berlin. La ligne mesurait 2,4 kilomètres, et le courant de 180 volts passait par les rails eux-mêmes, un peu comme sur un train miniature actuel. Aux passages à niveau, les gens comme les chevaux recevaient donc des décharges électriques. Cette ligne n’a reçu une ligne aérienne qu’en 1891.

L’inventeur américain Frank J. Sprague, qui a perfectionné la perche, a largement contribué à la diffusion de l’alimentation par le haut. À partir de 1888, ses tramways circulaient à Richmond, aux États-Unis, y compris dans des côtes de plus de 10 pour cent. L’électricité a ensuite rapidement remplacé les chevaux, et dans les années 1890 les tramways à chevaux ont commencé à disparaître peu à peu aux États-Unis comme en Europe.

À Bratislava, le premier tramway avec des voyageurs est parti le 27 août 1895, à une époque où de nombreuses villes européennes roulaient encore avec le tramway à chevaux. Le courant de 550 volts était produit par une centrale à vapeur dans l’actuelle rue Pribinova. La ligne principale mesurait 3 125 mètres, comptait 12 arrêts, et le trajet durait 16 minutes. Le premier jour, 2 468 voyageurs ont pris le tramway.

Quoi observer sur une maquette de tramway historique

Une maquette de tramway historique montre les mêmes parties que le vrai véhicule, mais simplifiées. Lesquelles ta maquette possède et si certaines bougent, tu le sauras grâce à sa notice et à ses illustrations. En l’examinant, concentre-toi sur ces endroits :

• Le capteur de courant sur le toit. Sa forme t’indique quel système alimentait le modèle réel : une longue tige est une perche, un cadre en arc un archet en lyre et un cadre articulé repliable un pantographe. Avec une perche, regarde dans quelle direction elle pointe. Sur un vrai tramway, la perche était tirée derrière la voiture, pas devant, sinon elle quittait facilement le fil. Au terminus, on la retournait donc dans le nouveau sens de marche sur les voitures bidirectionnelles.
• Le bogie et les essieux. Compte les essieux sous la caisse. Les premiers tramways électriques étaient de petites voitures à quatre roues et deux essieux. Plus tard, elles ont été remplacées par des voitures plus lourdes à huit roues, qui transportaient beaucoup plus de monde et avaient en général leurs roues dans deux bogies pivotants. Sur un vrai tramway, les roues sont fixées sur l’essieu et le moteur fait tourner tout l’essieu.
• La cabine et les plateformes. Regarde si la maquette a un poste de conduite à une seule extrémité ou aux deux. Un tramway bidirectionnel, avec une commande aux deux bouts, peut simplement changer de sens au terminus, tandis qu’un tramway unidirectionnel fait demi-tour sur une boucle de retournement. Les deux types circulent à Bratislava.
• Les roues. Si les roues de la maquette ont un rebord en saillie, c’est le boudin. Compare de quel côté de la roue il se trouve : sur un vrai tramway, il est sur la face intérieure, entre les rails.

Si tu veux observer ces parties sur ta propre maquette, tu peux choisir la maquette en bois Tramway historique Rolife TG505 ou Tramway urbain classique ROKR LK801. Selon sa description dans la boutique, la maquette ROKR LK801 reproduit le tramway lisboète de la ligne 28 et possède un mécanisme à ressort qui la fait avancer. Selon les données de la boutique, les deux maquettes sont destinées aux 14 ans et plus.

Questions fréquentes