Comprendre le chemin de fer

La conduite d'un train

Une tâche simple?
Au premier coup d’œil, conduire un train est fort simple : une manette des gaz pour accélérer, une manette des freins pour arrêter. Même pas de volant à tourner!

Pour que cette simplicité évidente puisse devenir réalité, il faudrait faire disparaître les milliers de tonnes que les locomotives doivent tirer derrière. Et surtout, il faudrait faire disparaître ces milliers de tonnes qui les poussent lorsqu’on veut immobiliser le convoi.

Vous avez déjà certainement conduit un véhicule automobile avec une remorque chargée, attachée à l’arrière. Vous savez alors que les panneaux d’arrêt sont nettement plus difficiles à respecter. On appuie sur le frein, et on sent la masse qui pousse le véhicule. Si du sable se trouve sur la chaussée, les roues cessent de tourner et se mettent à glisser. À l’échelle d’un train, une remorque chargée à plein de terre à jardin ne représente même pas le poids d’une seule roue.

Les lois de la physique
Conduire un train, c'est faire la gestion des principes dynamiques présents. Et pamis ces principes, le plus important est celui de l’inertie. L’inertie se définit comme suit : tout corps persévère dans l'état de repos ou de mouvement uniforme en ligne droite dans lequel il se trouve, à moins que quelque force n'agisse sur lui, et ne le contraigne à changer d'état. Bref, un train immobile veut rester immobile. Et un train en mouvement, veut conserver son mouvement.

L’inertie empêche les wagons de rouler. À cause de cette force, les locomotives ont besoin de plusieurs milliers de forces de moteur pour faire bouger un train de 100 wagons chargés. Une locomotive moderne peut générer jusqu’à 4400 forces. Et ce n’est pas pour rien si on a besoin de deux, trois, voire quatre locomotives de cette puissance pour mettre un train en mouvement. Au fait, pourquoi ne fabrique-t-on pas des locomotives plus puissantes? Il en existe quelques-unes, mais un autre principe de physique, dont le mécanicien de locomotive doit tenir compte, est la friction. Pour faire bouger efficacement, sur le plan énergétique, une grande masse, on doit avoir le moins de friction possible. Le moins de perte en friction il y a, le moins de carburant (énergie) on aura besoin. Mais si on a une absence de friction, on a aussi une absence de traction! Pour un véhicule sur roue, aucune traction n’est possible sans friction. Lorsqu’on augmente la puissance des locomotives, sans augmenter leur poids, la friction entre les roues et le rail n’est plus suffisante pour maintenir la traction, et les roues de la locomotive se mettent à glisser. Deux locomotives de 4000 forces seront plus efficaces qu’une seule locomotive de 8000 forces.

On dit dans l’énoncé que l’inertie fait persévérer les wagons dans l’état où ils sont. Ils peuvent être arrêtés, mais ils peuvent aussi être en mouvement, à plus de 60 mi/h, par exemple. Bref, une fois en marche, à 60 mi/h, sur une voie sans pente, une seule locomotive de très petite puissance serait amplement suffisante pour maintenir la vitesse du train. Par contre, lorsque vient le temps d’immobiliser ce train, il faut enlever cette inertie au train. On doit transformer cette force en chaleur. Cette opération se fait au moyen des freins. Les freins, dont on en retrouve un exemplaire à chaque bogie, sont munis de sabots qui s’appuient sur la roue, et qui dissipent l’inertie en chaleur (ce qu’on appelle la friction), faisant perdre de la vitesse au train.

Pas assez, c’est comme trop
Là où tout le talent, et l’expérience du mécanicien de locomotive entre en ligne de compte, c’est lorsque vient le temps de jauger de la quantité de force, de traction ou de freinage, à utiliser.

Pas assez de force de traction, et le train ne bougera pas. Trop de force de traction, et les attelages vont se rompre. Si on demande à la locomotive une force accrue sur une longue période de temps, on risque de faire surchauffer, et brûler, les moteurs de traction (moteurs électriques). Les moteurs à courant alternatif sont moins sensibles à la surchauffe, mais ils peuvent tout de même subir des dommages. Un surplus de pouvoir peut aussi mener au glissement des roues (wheelslipping), ce qui entraînera une usure prématurée du rail (locomotive burn), et des tables de roulement des roues.

Lors du freinage, c’est un scénario identique qui se présente. Pas assez de force de freinage, et le train ne ralentira pas. Ou sa décélération ne sera pas suffisante pour immobiliser le train à temps. Une trop grande force de freinage risque de bloquer les roues, ce qui causera des méplats de roue. Un méplat de roue endommage le rail, et la table de roulement de la roue. Les freins sur les longs trains agissent avec un important délai, allant de quelques secondes à plusieurs minutes. Les freins fonctionnant avec de l’air, différents facteurs agissent sur la vitesse d’action des freins, à s’appliquer ou se relâcher : la longueur du train, la température ambiante, l’état général du système de freinage. Si l’action des freins se fait sentir avec du retard, vous devinez la suite : le mécanicien doit planifier ses manœuvres à l’avance.

Voyage de l’espace-temps
Comme la force d’inertie qui maintient le train à la vitesse à laquelle il voyage (n’oubliez pas que cette vitesse peut aussi être zéro mi/h), et que malgré l’immense force générée par le groupe de traction, l’accélération se fait toujours lentement. Les automobilistes expérimentés savent qu’une rapide rétrogradation des vitesses suivie d’un appui ferme sur l’accélérateur produit une rapide poussée du véhicule, qui peut aider à se sortir d’un pétrin en cas d’urgence. Avec un train, oubliez cette manœuvre! Même si les attelages tenaient bon, le poids du train ne permet pas ce genre d’accélération.

Côté freinage, il en va de même. Le temps de réaction du système de freinage, qui s’allonge avec la longueur du train, doit être pris en compte. Non seulement le mécanicien doit-il prévoir de ralentir le train suffisamment d’avance pour s’immobiliser à un signal d’arrêt, mais il doit aussi penser que les freins ne réagiront pas sur le champ. Et s’il ne doit que ralentir le train, il doit penser à relâcher les freins avant d’avoir atteint la nouvelle vitesse, faute de quoi, le train peut continuer à ralentir, ce qui le forcera à accélérer. Une manoeuvre qui n’est ni efficace, ni rentable, car elle occasionne de plus grandes dépenses de carburant.

Le mécanicien de locomotive vie dans un espace-temps différent de celui où se trouve son train. Le mécanicien doit se trouver mentalement plus loin sur le trajet que l’endroit où il se trouve physiquement. Il doit donc connaître le territoire sur lequel il opère son train. Les pentes. Les courbes. Les particularités de la voie.

Les montagnes russes
Depuis le début de cet article, on présume que le train circule sur un terrain plat. Ou encore, que lorsqu’il descend une pente, tout le train descend. Or, dans la vie, ces situations sont plutôt rares. Un train moyen de 100 wagons mesurera plus de deux kilomètres. Souvent, les locomotives seront dans une pente montante, alors que le derrière du train sera en train de descendre une pente. Certains territoires offrent même la « chance » d’avoir un train dont une partie monte, suivie d’un qui descend, suivie d’une autre qui monte, etc. Vous pouvez vous imaginer comment le mécanicien de locomotive se sent : s’il accélère trop, ou s’il freine trop, la force entre les deux parties allant en sens contraire verticalement risque de devenir si forte, que les attelages ne pourront pas résister, et céderont. Un attelage qui se rompt, ça arrive plus souvent qu’on pourrait le croire. Manœuvrer un train dans une montagne russe, c’est tout un défi. Aucun automobiliste, ni même camionneur ne peut s’imaginer être en train de descendre une forte pente alors que l’arrière du véhicule est toujours en train de monter.

Les à-côtés
En plus de l’expérience et la dextérité requises pour faire avancer et arrêter son train, le mécanicien de locomotive doit :

• Porter attention aux passages à niveau et siffler au moment requis
• Respecter les règlements d’exploitation ferroviaire comme l’utilisation de la cloche et des phares
• Respecter les instructions d’exploitation particulières de la compagnie
• Porter attention aux limites de vitesse permanente
• Porter attention aux limites de vitesse temporaire, qui ne sont pas affichées sur le bord de la voie ferrée, mais sur un papier qu’il a avec lui
• Porter attention aux signaux fixes
• Porter attention aux conditions de la voie, comme les ruptures de rail, les aiguillages mal orientés, les obstructions, les conditions météo, etc.
• Porter attention aux piétons qui marchent sur la voie, même si c’est interdit
• Porter attention aux mouvements inhabituels du train, qui pourrait laisser soupçonner un problème
• Etc.

Le mécanicien n’est pas seul à bord de la locomotive pour s’acquitter de ces tâches. Vrai. Mais même s’il y a une autre personne avec lui (un chef de train sur les trains de marchandises, un autre mécanicien de locomotive sur les trains de passagers), le mécanicien ne peut pas se défiler de ces responsabilités. Il doit donc conserver un œil vigilant sur tous les instruments et cadrans de son poste de commande, il doit vérifier la documentation relative à la marche de son train, et doit se concentrer sur les gestes à poser.

Alors, un train est-il plus facile à conduire parce qu’il n’y a pas de volant?