Voie ferrée

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Cet article concerne la voie ferrée au sens strict de deux files de rails. Pour les lignes de chemin de fer, voir ligne de chemin de fer.

Ne doit pas être confondu avec Via ferrata.

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Une voie ferrée est un chemin de roulement pour trains constitué de deux files de rails dont l'écartement est maintenu constant par une fixation sur des traverses, reposant elles-mêmes sur du ballast^[1].

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Le terme de voie ferrée apparait à partir du XVI^e siècle en Angleterre et désigne à l'époque l'agencement de deux rails de bois parallèles sur lesquels un cheval tracte une cargaison, ce qui augmente la vitesse du transport. En effet, les rails sont plats contrairement aux routes à l'époque cabossées, et le problème des virages et intersections ne se pose plus puisque le cheval et la cargaison suivent toujours le même chemin^[2]. La voie ferrée ne sert alors qu'au transport de fret.

À partir de 1820, les rails sont construits en fer et le bois disparait peu à peu de l'infrastructure, à l'exception des traverses.

Ce n'est qu'à partir de 1830 que les voies ferrées servent peu à peu au transport de voyageurs.

Voie ferrée - Composants, construction et maintenance, Pierre Chapas, ouvrage non sourcé, autoédité, 10 novembre 2012

Une voie en impasse se termine par un heurtoir (également appelé butoir).

Les changements de voies et d'itinéraires se font généralement par des appareils de voie sur une bifurcation : un train ne choisit pas sa direction, à de rares exceptions près. Les ponts-tournants sont utilisés pour la mise en garage des locomotives dans des rotondes.

Les voies sont classées en plusieurs grandes catégories, chacune sous-entendant une vitesse maximale et une charge à l'essieu. On distingue ainsi :

• les voies principales, qui sont affectées à la circulation des trains ;
• les voies de circulation, qui sont affectées à une desserte interne dans des grands complexes ferroviaires ;
• les voies de service, qui sont affectées aux manœuvres, qui peuvent être quelquefois d'anciennes voies principales déclassées ;
• les voies d'évitement, permettent à deux trains circulant en sens contraires sur une voie unique, de se croiser (voir l'exemple des funiculaires) ;
• les voies de garage, qui sont des voies de service affectées au stationnement du matériel roulant.

La distinction entre les voies de service et de garage n'est pas toujours évidente. Ces voies peuvent faire partie de réseaux plus globaux incluant le ferroutage dans le cadre de l'intermodalité des transports.

Les paramètres principaux qui caractérisent une voie ferrée sont :

• le type de rail utilisé (poids au mètre, longueur, section) ;
• le mode de fixation des rails aux traverses ;
• la longueur des rails (barres normales éclissées ou longs rails soudés) ;
• l'écartement des rails, et les tolérances admises ;
• le type et la densité des traverses (travelage), qui sont en bois, métal, ou béton ;
• le tracé en plan (rayons de courbure et dévers) ;
• le profil en long (pente ou rampe) ;
• le support (ballast ou béton)^[3] ;
• la charge admise par mètre linéaire courant ou à l'essieu ;
• la vitesse des trains (voie normale où à grande vitesse).
• Dans le cas des lignes ferroviaires à double voie, l'entraxe (distance séparant le point médian de chacune des voies). Sa valeur détermine la vitesse maximale à laquelle deux trains peuvent se croiser sans risque.

Il existe plusieurs normes d'écartement des rails :

• Voie normale ou standard, 1 435 mm : norme la plus répandue dans le monde (elle fut créée en Angleterre : 4 pieds, 8½ pouces), pour les trains et les tramways
• Voie de 1 067 mm : norme au Japon (sauf pour le Shinkansen), à Taïwan (sauf pour la ligne à grand vitesse), en Nouvelle-Zélande, dans le Queensland en Australie, en Afrique du Sud, en Indonésie et aux Philippines
• Voie métrique, 1 000 mm : souvent utilisée pour les chemins de fer de montagne et les anciens tramways à longue distance
• Voie étroite, écartement inférieur à 1 m (souvent 600 mm) : utilisé notamment dans les chemins de fer industriels (usine, carrière), ainsi que certains tramways
• Voie large :
  • 1 520/1 524 mm : (Russie et autres pays de la Communauté des États indépendants, Finlande et les Pays baltes),
  • 1 600 mm : (Irlande, Brésil, Victoria et Australie-Méridionale)
  • 1 668 mm : (Espagne et Portugal),
  • 1 676 mm : (Inde, Pakistan, Bangladesh, Sri Lanka, Argentine, Chili).

Le gestionnaire de la voie doit surveiller et veiller à assurer en toutes circonstances la sécurité et la régularité des circulations ainsi que, pour les lignes parcourues par des trains de voyageurs, le confort.

Pour ce faire, il doit s'assurer que l'état d'usure des différents constituants de la voie reste dans une fourchette acceptable en regard des sollicitations auxquelles ils sont soumis.

Lorsque survient une défaillance ponctuelle de l'un des constituants (par exemple une rupture de rail), celui-ci est remplacé ponctuellement. En revanche, lorsque l'état général d'un des constituants n'est plus satisfaisant et risque d'entraîner un nombre de réparations ponctuelles trop important, l'ensemble des constituants de ce type sera remplacé en totalité (par exemple, usure générale des traverses alors que les rails sont toujours bons, ou inversement). Cette opération s'appelle l'entretien de la voie.

Si tous les constituants de la voie apparaissent en fin de vie, la voie sera remplacée par une voie neuve, ballast, rails et traverses. C'est le renouvellement. En France, une telle opération de remplacement, lourde, s'appelle Renouvellement Voie Ballast (RVB)^[4].

L'état géométrique de la voie (dévers et profil en long) a une grande incidence sur le confort ressenti par les passagers, mais aussi, dans certains cas, vis-à-vis de la sécurité. Il doit donc être maintenu dans une fourchette acceptable en fonction du type de trains circulant sur la voie, avec circulation ou non de trains de voyageurs, et de la vitesse des trains les plus rapides sur le tronçon concerné.

La surveillance régulière et l'entretien doivent aussi porter sur l'ensemble des ouvrages d'art et des ouvrages de soutien comme les remblais ou tranchées ouvertes servant à l'établissement de la ligne.

Lorsque ces opérations d'entretien ne peuvent être menées à bien, une solution provisoire est appliquée en abaissant la vitesse autorisée sur la section en mauvais état, afin de continuer à garantir la sécurité.

Si l'absence d'entretien venait à persister, la seule solution, extrême, garantissant la sécurité est de fermer la ligne à tout trafic.

Le gestionnaire de la voie doit par ailleurs veiller également à ce que la végétation n'endommage pas la voie ni les équipements qui lui sont liés (installations de signalisation ou de traction électrique, par exemple), que des feuilles mortes ne s'accumulent pas sur les rails (car elles font obstacle à une bonne adhérence de la roue sur le rail, nuisant à l'accélération comme au freinage et entraînant, entre autres, des problèmes de régularité).

Pour ne pas polluer les nappes phréatiques (autour des zones de Vittel, Volvic ou Évian en France par exemple, exploitées pour leur eaux), les voies peuvent être désherbées thermiquement ou manuellement, au lieu d'épandre des pesticides désherbants.

• Concernant la flore, une étude^[5] récente (2012) portant sur la diversité taxonomique et fonctionnelle des communautés semi-naturelles de plantes prairiales trouvées le long de voies ferrées urbaines (sur 71 sites d'étude le long de deux voies de chemin de fer) ; Elle a conclu que les bords de chemins de fer offraient une certaine connectivité écologique, mais seulement pour certains groupes fonctionnels (« espèces modérément mobiles »). De plus, sur les sites étudiés par cette même étude ; « étonnamment, les bords de chemin de fer ne semblent pas jouer de rôle supplémentaire en matière de propagation d'espèces envahissantes, dont la présence était fortement liée à l'intensité d'urbanisation, sans être influencée par les ruptures spatiales des voies de chemins de fer »^[5]. Pour les plantes les plus communes des prairies, les voies ferrées peuvent donc bien jouer un rôle de corridor écologique dans les trames vertes urbaines. Les auteurs de l'étude recommandent aux gestionnaires du paysage d'inclure les chemins de fer dans les réseaux verts pour améliorer la connectivité biologique intra-urbaine.
  Une gestion adaptée et plus respectueuse de l'environnement permettrait de conférer aux abords de la voie ferrée un rôle encore plus important de corridor biologique, notamment en ville^[5].
• Par ailleurs, concernant la faune, divers dispositifs d'écoducs ont été testés et développés pour les reptiles et amphibiens, permettant de diminuer l'impact fragmentant de ces voies.
  C'est en effet le long des voies que des animaux tels qu'hérissons ou écureuils peuvent encore entrer en ville.
  Les voies qui traversent des canaux ou des autoroutes sont parfois empruntées (de nuit en général) par des grands mammifères tels que sangliers, renards ou chevreuils. Elle est dans ces cas parfois le seul moyen de le traverser (pour la partie de la faune locale qui en est capable, et qui peut à l'occasion transporter des spores ou propagules de champignons et plantes (zoochorie)).

• Schéma détaillé d'une voie ferrée

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