La traction électrique

En France, le PLM fit le choix de la traction électrique. La ligne Saint-Gervais-Vallorcine est donc pionnière ; elle servit en quelque sorte de laboratoire à taille réelle pour l’électrification des lignes de montagne. La ligne Suisse lui emboîta bien sûr le pas, de façon à permettre une certaine interpénétration des matériels.

Rail conducteur

L’alimentation sur toute la ligne française, ainsi qu’au départ sur la majeure partie de la ligne suisse, repose sur un rail latéral conducteur. Si cette technique est fréquemment utilisée dans des métros, elle est en revanche plus rare dans le cas de chemins de fer classiques. Les lignes du sud de l’Angleterre constituent toutefois une exception notable. En France, les deux seules lignes électrifiées par rail conducteur sont actuellement Saint-Gervais-Vallorcine et la ligne de Cerdagne (« train jaune » ou « Canari ») dans les Pyrénées. En Suisse, Martigny-Châtelard est la seule ligne à utiliser cette technique.

Justification : une plus grand résistance aux éléments naturels ?

L’alimentation par rail conducteur présente certains avantages pour une ligne de montagne. Tout d’abord, elle est plus robuste que la caténaire en cas d’arrachement. En effet, les vallées de Chamonix et du Trient sont sujettes au chutes de pierres et d’arbres, ainsi qu’aux avalanches. Le rail conducteur, situé au niveau du sol, est par nature moins sensible qu’une caténaire qui est en hauteur. De plus, si une caténaire se trouve arrachée en un point, c’est toute une section de fil de contact qu’il faut remplacer, sans parler des poteaux. En comparaison, le rail conducteur étant constitué de rails longs de quelques mètres, une réparation ponctuelle est possible dans la plupart des cas : la voie peut être remise en état bien plus rapidement.

En revanche, la caténaire présente beaucoup moins de dangers pour le public que le rail conducteur. C’est pour cette raison que le Martigny-Châtelard a progressivement étendu les zones électrifiées en caténaires, et notamment dans les gares (voir ci-dessous). Mais la caténaire a aussi un coût, notablement plus élevé que celui du rail conducteur. Il est possible que ce coût soit jugé prohibitif en France.

Au début, les ingénieurs craignaient que la formation de givre ou de verglas sur le rail conducteur au cours de l’hiver n’empêche une bonne prise du courant et ne risque ainsi de provoquer une dérive des trains privés de leur alimentation électrique. Aussi fut-il tout d’abord décidé de ne pas faire circuler de trains l’hiver. Mais par la suite, des essais montrèrent que le service d’hiver ne posait pas de problème technique en ce qui concerne le captage du courant. Ce fut l’une des raisons pour lesquelles la ligne put finalement être exploitée toute l’année.

Installation

Ce « troisième rail » électrique est situé au côté de la voie ; il est surélevé par rapport aux rails de roulement. Il peut être situé d’un côté ou de l’autre de la voie, car les véhicules sont équipés de frotteurs des deux côtés. Cela permet de l’éloigner au maximum des zones de passage pour des raisons de sécurité.

Le rail conducteur est interrompu aux passages à niveau, ainsi qu’à l’emplacement de certains appareils de voie. Cependant, on essaie de limiter au maximum les « lacunes » en utilisant les deux côtés à chaque fois que c’est possible.

En France, le rail conducteur était jusqu’en 2012 soutenu sur la plus grande partie du trajet par des plots en béton. Les supports d’origine avaient été remplacés par ces blocs béton récupérés lors de la dépose du rail conducteur sur la ligne de la Maurienne à la fin des années 1970.

À partir de l’automne 2012, des supports complètement nouveaux ont été installés sur les voies renouvelées. Sur une traverse en bois, un cavalier en métal est d’abord boulonné. Sur ce cavalier est posé un isolateur en matériau composite, qui maintient le rail : du côté intérieur via une glissière, du côté extérieur grâce à des boulons.

En Suisse, le rail est posé sur des isolateurs en céramique, eux-même fixés à un support en métal ou en béton.

Matière : acier ou aluminium ?

Le rail conducteur était à l’origine un rail standard en acier, et l’ensemble de la ligne française est toujours équipé selon ce principe. Néanmoins, après des essais entre Châtelard-Giétroz et Finhaut depuis 2019¹, le Martigny-Châtelard entreprend à partir de 2021 l’installation d’un nouveau rail conducteur en aluminium, à commencer par Vernayaz-Salvan à l’automne 2021. Tous les tronçons suisses à rail conducteur en seront équipés à la fin 2023.

Le nouveau rail conducteur en aluminium, d’une section de 5000 mm², présente une résistivité électrique trois fois inférieure au rail standard en acier. Cela réduit significativement les pertes par effet Joule et donc les chutes de tension en ligne. La compagnie limite ainsi les pertes d’énergie, et peut envisager de faire circuler des trains plus longs sans installer de sous-stations supplémentaires. La surface de frottement reste en acier afin de mieux résister à l’usure. Ce rail conducteur a été conçu sur mesure par l’entreprise autrichienne SPL Powerlines. Il est installé par portées maximales de 95 mètres, séparées par des joints de dilatation.²

Tension électrique d’alimentation et dangers

Le rail conducteur est alimenté en tension continue. Au départ, on choisit une tension de 600 V. À partir de 1958, date de livraison des nouvelles rames Z 600 en France, la tension fut relevée à 800 V, avec une tolérance comprise entre 750 V et 850 V. Le matériel d’origine conservé fut adapté à cette nouvelle tension.

Étant données les tensions utilisées, le risque d’électrocution est évident en cas de contact. C’est pourquoi des planches de protection en bois ou en matières plastique sont mises en place sur le rail conducteur à proximité des gares : elles sont destinées à éviter un contact accidentel avec le rail en cas de chute. De plus, aux abords des gares, le rail conducteur est toujours posé du côté de la voie le plus éloigné du public, de façon à limiter les risques.

En outre, des panneaux de mise en garde rappellent les dangers liés au rail électrifié. Ceux-ci sont notamment installés dans les gares, car les passagers doivent toujours gagner leur quai par des passages à niveau, ce qui les force et passer dangereusement près du rail conducteur. En effet, il n’existe pas de passage souterrain. De même, les intersections des routes et des chemins de randonnée se fait souvent à niveau, d’où un réel besoin d’information.

En Suisse, le rail conducteur a été pointé du doigt par l’Office fédéral des transports au début des années 2000. En conséquence, il a été progressivement remplacé par des caténaires dans les gares (voir ci-dessous). Début 2014, il a été déposé à Finhaut, qui était la dernière gare suisse à en être équipée. Néanmoins il subsiste, entre les gares, sur 45 % du parcours.

Sections à caténaire en Suisse

Dès l’origine de la ligne suisse, la section Martigny-Vernayaz était alimentée par caténaire. Aussi, tout le parc de matériel suisse est-il équipé de pantographes pour la captation du courant. Le reste de la ligne était alimentée par rail conducteur, comme en France. La tension présente dans la caténaire est la même que celle du rail conducteur, actuellement 800 V courant continu.

À partir des années 1990, des sections supplémentaires ont été converties à la caténaire grâce à des financements du canton du Valais :

• Salvan - Le Trétien en 1990-91,
• Le Châtelaret - Le Châtelard-Frontière en 1994-96,
• extension du tronçon Salvan - Le Trétien (environ 200 m en amont du Trétien, 500 m en aval de Salvan) en 2010,
• plusieurs centaines de mètres autour de la gare de Finhaut en 2012,
• toutes les voies de service au Châtelard-Frontière, ainsi que la voie vers la France, jusqu’à la frontière, en 2013.

Les travaux des années 2010 ont été réalisés par l’entreprise Mauerhoffer & Zuber (désormais Kummler+Matter).

Aujourd’hui, la caténaire couvre 55 % de la ligne suisse, soit environ 10 km. Le rail conducteur a été déposé dans toutes les gares.

Les nouveaux véhicules Z 800 et Z 850/870 étant équipés de pantographes pour la caténaire, la remise-atelier du Fayet en France a elle aussi été équipée exclusivement de caténaires à la fin des années 2000. Cela a permis d’accroître la sécurité du personnel.

Alimentation en électricité

Au départ, le PLM exploita deux centrales électriques, situées à Servoz (lieu-dit les Gures) et aux Chavants (voir l’historique). La première alimentait directement le rail conducteur pour la section comprise entre le Fayet et Servoz. Le seconde fournissait l’énergie de la seconde partie de la ligne, là aussi par connexion directe sur le rail conducteur pour le tronçon jusqu’à Chamonix.

Les connexions des centrales étaient réalisées par l’intermédiaire d’un portique de distribution, situé devant l’usine, et qui reliait les câbles issus des alternateurs et redresseurs au rail conducteur.

Lorsque le prolongement au-delà de Chamonix fut décidé, on envisagea tout d’abord de construire une nouvelle centrale aux Tines. Mais pour des raisons environnementales, on préféra accroître la puissance des deux centrales existantes. Mais se posait alors un problème : on ne pouvait pas se contenter d’alimenter le rail conducteur en bas de la ligne car il y aurait eu des chutes de tension dans la partie haute. On décida alors d’installer un feeder, c’est à dire une ligne électrique qui achemine l’électricité sous une haute tension alternative (donc avec des pertes en ligne réduites) au-delà de Chamonix, où le courant est réinjecté dans le rail conducteur au moyen de sous-stations (voir ci-dessous).

Le feeder partait de l’usine des Chavants, et alimentait en 12 kV alternatif à 25 Hz, triphasé les deux sous-stations situées au-delà de Chamonix. Le courant était alors transformé en 600 V continu avant d’être injecté dans le rail conducteur.

Côté suisse, l’électricité est produite par une usine hydroélectrique située à Vernayaz. Comme en France, elle était au départ directement connectée au rail conducteur à Vernayaz ; de plus un feeder alimenté en courant continu longeait la voie, et était connectée au rail à Martigny, dans la section à crémaillère, à Salvan et au Châtelard.

En 1957, le feeder a été converti au courant alternatif triphasé. Ce courant, issu de l’usine électrique de Vernayaz, alimente trois sous-stations installées à Vernayaz (1 700 kW), Salvan (1 700 kW) et Finhaut (1 200 kW). En 2021, la construction d’une nouvelle sous-station réversible à Vernayaz est prévue. Cette sous-station permettra de récupérer l’énergie du freinage des trains.

En France, sans changer fondamentalement le principe de l’alimentation, on décida à la fin des années 1940 de simplifier les installations et de recourir à EDF pour la fourniture d’électricité (voir la modernisation des années 1950). L’alimentation de la ligne provient d’une unique centrale exploitée par EDF, située à Passy, et qui turbine les eaux de l’Arve qui sont prélevées aux Houches et amenées via une conduite forcée. Aujourd’hui, l’usine des Chavants a été détruite. Aux Gures, les bâtiments existent toujours ; ils appartiennent à EDF.

Depuis la modernisation, le feeder côté français alimente quatre sous-stations en 15 kV.

Sous-stations françaises

Les sous-stations reçoivent une haute tension alternative par le feeder, et produisent un courant continu qu’elles injectent dans le rail conducteur. Au départ, deux sous-stations ont été mises en service, pour chacun des deux tronçons construits au-delà de Chamonix :

• sous-station des Îles, entre la Joux et Argentière ;
• sous-station du Morzay, un peu avant la gare de Vallorcine en venant du Buet.

Ces deux sous-stations étaient alimentées par l’usine des Chavants.

Par la suite, la centrale de Passy, exploitée par EDF, supplanta les deux centrales d’origine PLM. Le rail conducteur n’est plus raccordé directement à un alternateur en aucun endroit, aussi le principe des sous-stations a-t-il été généralisé. Cependant, les deux sous-stations originelles ont été abandonnées, et de nouvelles sous-stations installées dans les halles à marchandises des gares. Les anciennes sous-stations PLM appartiennent aujourd’hui au Comité d’Entreprise de la SNCF, et sont devenues des centres de vacances.

Désormais, les cinq premières sous-stations (Chedde, les Gures, Servoz, les Houches, Chamonix) sont alimentées en 15 kV par le feeder à partir d’un groupe de transformation installé à Chedde. Ce groupe de transformation reçoit en entrée la tension de 42 kV 50 Hz issue de l’usine de Passy, qui sert également à l’alimentation de la gare du Fayet et de la voie normale. En haut de la ligne, deux autres sous-stations situées à Argentière et Vallorcine sont alimentées en 20 kV.

Super-capacité

Dans les années 2010, dans le cadre du cadencement des trains à la demi-heure entre les Houches et Vallorcine, l’alimentation électrique existante n’était plus suffisante. En effet, les stations étant rapprochées, les trains effectuent de nombreuses accélérations jusqu’à 40 ou 60 km/h, ce qui est consommateur d’énergie.

La première solution envisagée par Réseau Ferré de France (RFF, devenu depuis SNCF Réseau) consistait à implanter deux nouvelles sous-stations dans les secteurs des Bossons et des Tines. Le projet a cependant pris du retard en raison de difficultés de financement.

Finalement, c’est un système innovant et plus économique dit de « super-capacité » qui a été retenu. Une batterie géante installée aux Tines permet de fournir ponctuellement une intensité supplémentaire lorsqu’un train est en phase d’accélération. Ce système a été fourni par Adetel, une PME lyonnaise, et mis en place en 2015.

▸ Références bibliographiques

• Le cinquantenaire d’un bon alpiniste : le petit train le Fayet-Vallorcine
• La ligne de Chamonix et son matériel
• Les trains du Mont-Blanc, volume 1, le Chemin de fer de Saint-Gervais-le Fayet à Chamonix et à la Frontière Suisse
• ¹ Rapport de gestion 2019. Transports de Martigny et Régions, mai 2020.
• ² Renouvellement du 3e rail sur la ligne du Martigny-Châtelard. Communication TMR, 2021.