Rail - Définition

Introduction

Rails. De gauche à droite, type UIC 60, type Vignole, type Broca ou à gorge, type double champignon symétrique, et asymétrique

Rails type « Vignole »

Rail type « Double champignon », sur une voie ancienne peu utilisée

Rails type « Broca » (en ville, sur une ligne de tramway)

Un rail (ou lisse en québécois) est une barre d’acier profilée. Deux files parallèles de rails mis bout à bout forment une voie ferrée. Ils reposent alors généralement sur des traverses pour conserver un écartement constant.

Les rails servent à la fois de guide et de support de roulement pour les véhicules. Étant conducteurs électriques, ils peuvent aussi être utilisés pour la transmission de signaux (circuits de voie) et pour le retour des courants de traction et des auxiliaires du train (ligne train pour le chauffage et la climatisation sur les rames tractées).

Un système de transport fondé sur l’utilisation d’un seul rail est un monorail. Un (voire deux) rail(s) peut(peuvent) servir aussi à l’alimentation électrique (alimentation par troisième rail ou par troisième et quatrième rails).

Histoire

A Milan ou dans les docks de Londres, l'utilisation de bandes de roulements, composées de deux files parallèles de dalles en pierres ou de madriers de bois, a été une alternative au pavage complet des chaussées pour diminuer la résistance au roulement des chariots. Au départ les bandes étaient suffisamment larges pour qu'on puisse y maintenir manuellement les véhicules. Pour pouvoir utiliser des bandes plus fines, d'abord des solives en bois puis des rails en acier, il a fallu trouver un moyen de guidage du chariot sur ces rails. Au début du chemin de fer, le système actuel à rail saillant (edge-rails) a été en concurrence avec une technologie de voie à ornières ou rail plat (tramroad ou plateway). Dans ce dernier système, le guide latéral qui permet de s'assurer que la roue reste en position sur le rail n'est pas situé sur la jante mais sur le côté du rail. Le rail plat, plus près du sol et donc plus stable, était moins onéreux à poser et on espérait pouvoir y faire circuler les chariots routiers. Il a été notamment utilisé dans les mines du pays de Galles, mais l'usage a montré qu'il était beaucoup plus sujet à l'encrassement par les dépôts de boue et son usage a été abandonné.

Pose

Europe

La pose des rails se fait normalement avec des joints de dilatation, les rails, de 18 ou 36 m de long, coulissant librement dans les éclisses (pièces qui assurent la jonction de deux rails successifs). Dans ce cas la continuité électrique doit être assurée. De plus en plus se développe la technique dite des « barres longues » ou LRS (longs rails soudés), dans laquelle les coupons de rail de 80 m sont soudés en atelier en longueurs de 320 à 400 mètres. Ces barres sont posées sur de très grandes longueurs, sans limite réelle, les soudures nécessaires étant réalisées sur place. La dilatation est contrainte par le frottement des traverses sur le ballast. Cela suppose réunies certaines conditions de stabilité de la plate-forme et de rayon de courbure minimum. À l’extrémité des LRS sont installés des appareils de dilatation, ainsi qu'au droit de certains ouvrages d’art.

Le ballast est constitué de roches dures concassées (généralement, il s’agit de roches éruptives : granite, rhyolite, quartzite...) qui doivent résister à l’attrition, qui émousse les angles. L’épaisseur du ballast est fonction de la charge et de l’intensité du trafic, 30 cm sur ligne classique, 40 cm sur LGV.

Une voie ferrée traditionnelle est fixée sur des traverses en bois reposant sur un ballast fait de cailloux concassés à arêtes vives. La fixation se fait grâce à des tire-fonds ou des attaches élastiques.

Les traverses assurent la transmission de la charge au ballast, et le maintien de l’écartement et de l’inclinaison des rails. Le travelage, c’est-à-dire le nombre de traverses au kilomètre est variable, généralement de 1666 traverses/km à la SNCF. Les traverses peuvent être :

• en bois (généralement du chêne, mais on utilise aussi des bois exotiques durs, tels l'azobé, de durée de vie réduite (20 à 30 ans) mais faciles à mettre en œuvre) ;
• en acier (plus bruyantes, ne sont plus utilisées en France en pose neuve) ;
• en béton, de durée de vie importante (50 ans), il en existe de deux types : bibloc, reliées par une barre métallique, monobloc en béton précontraint. Les traverses en béton sont appelées des blochets.

Durant leur phase de préparation, les traverses en bois sont imbibées de créosote lors d'un passage en étuve. La créosote est un assemblage d'hydrocarbures utilisé dans la protection du bois.

La voie ferrée peut aussi être posée sans ballast, directement sur un lit de béton. C’est le cas du tunnel de Marseille sur la LGV Méditerranée, ainsi qu’en Allemagne de la ligne ICE entre Francfort et Cologne. Ce procédé réduit l’entretien mais coûte plus cher et ne permet pas de corriger facilement les défauts de géométrie.

Les croisements et changements de voies se font en général par des appareils de voie qui comprennent des aiguillages, des traversées (croisement de deux voies sans aiguilles mobiles) et des traversées jonctions simples ou doubles, autorisant le croisement de deux voies et l’aiguillage vers une ou deux directions. À l’époque de la vapeur il y eut des ponts tournants, valables surtout pour des véhicules de faible empattement.

Outre ses fonctions de roulement et de guidage, le rail a souvent une fonction de sécurité : il sert de circuit aux courants de signalisation, ce qui permet de mettre au rouge automatiquement un signal lorsqu’un véhicule court-circuite les deux rails. De plus, le rail constitue le circuit de retour du courant électrique de traction vers la sous-station d'alimentation.

Amérique du Nord

En Amérique du Nord, les crampons sont préférés aux tire-fonds, mais on peut trouver des attaches élastiques dans les endroits fortement sollicités, comme dans les aiguillages et les courbes prononcées.

Ci-dessus, on a un exemple des deux types de fixations dans un aiguillage; le rail du haut est la voie déviée, et est donc soumis à un effort supplémentaire, d’où les fixations élastiques (« Pandrol » dans le cas présent).

Les anticheminants servent à empêcher le déplacement longitudinal des rails dùs à l’expansion thermique des LRS, ou des efforts de traction ou de freinage du matériel roulant. On les trouvera surtout à proximité des joints de dilatation.