Ferro-Lyon

Les lignes A, B et D du métro de Lyon sont conçues pour faire circuler du matériel roulant sur pneumatiques alimenté électriquement par la voie. La voie est donc particulière et complexe. De plus, l’installation électrique du réseau a été innovante par la mise en place de dispositifs favorisant le freinage électrique par récupération d’énergie des trains avec une mutualisation optimisée entre les différentes lignes.

La voie

La voie pour la circulation des métros sur pneu, en dehors des systèmes VAL, est construite sur une base ferroviaire classique. Ainsi, on trouve deux rails ferroviaires, dits de sécurité, qui servent à guider le train sur les aiguillages par des roues métalliques à mentonnets. Ces roues métalliques ne sont normalement pas en contact avec les rails, mais en cas de crevaison, elle viennent reposer dessus pour reprendre le poids de la rame, ce qui lui permet de poursuivre sa route jusqu’au dépôt. Ces rails servent aussi au retour du courant électrique par le biais de frotteurs installés sur les bogies des rames. Côté extérieur de chacun des rails métalliques, est posé une piste de roulement elle aussi métallique pour les roues sur pneus. Ce sont ces roues et ces pistes qui supportent le poids du train en temps normal. Enfin, à l’extérieur des pistes se trouvent les barres métalliques surélevées. Sur ces barres viennent s’appuyer des roues horizontales de guidage. Ces barres sont isolées électriquement du reste de la voie servent aussi à l’alimentation électrique.

Les caractéristiques générales de pose des voies du métro lyonnais limitent les courbes à des rayons minimaux de 100 mètres. Les courbes sont raccordées aux alignements droits par des clothoïdes pour permettre une variation linéaire de la force centrifuge. Les courbes sont pourvus de devers ayant un maximum de 160 millimètres. En acceptant une insuffisance de devers équivalente à 135 millimètres, cela permet de franchir une courbe de 100 mètres de rayon à 50 km/h. Les début et fin de mise en devers sont de forme parabolique sur une quinzaine de mètres. Le profil en long se limite de manière standard à des pentes de 40 ‰ et exceptionnellement elles peuvent atteindre 65 ‰. En station et sur les stationnements d’arrière-gare, les pentes ne dépassent pas les 2 ‰. Les variations de pentes sont réalisées par des paraboles.

Selon ces principes généraux, le métro lyonnais a été équipé de deux types de voies légèrement différentes.

Pose classique

Les premiers tronçons du métro ont été équipés d’une voie de conception classique. La voie repose sur des traverses béton bibloc STEDEF espacées de 0,9 mètres calées par un béton de remplissage avec interposition d’un chausson et d’une semelle élastique. Les rails de sécurité sont des rails ferroviaires Vignole standards de 36 kilogrammes par mètre. Ils sont disposés à l’écartement standard, soit 1 435 millimètres entre les faces internes de leur champignon. Les chemins de roulement pneumatiques sont des profilés métalliques en acier laminés à chaud en I d’une longueur de 18 mètres soudé bout à bout. Leur masse est de 68 kilogrammes par mètre. Leur hauteur est de 140 millimètres et leur largeur de 230 millimètres. L’espacement d’axe à axe des pistes est de 1 998 millimètres. Les rails de sécurité et les pistes de roulement sont fixé aux traverses par une attache CIL comportant un crapaud isolant, une lame ressort et un boulon à came.

Les barres de guidage latéral sont des cornières à ailes inégales laminées à chaud en acier d’une longueur de 18 mètres soudées bout à bout. Leur masse est de 44 kilogrammes par mètre. Leur largeur est de 100 millimètres pour une hauteur de 150 millimètres. L’espace intérieur entre les barres de guidage est de 2 500 millimètres. Les barres sont fixées sur des isolateurs en polyester armé de fibres de verre. Les barres de guidage sont fixées aux isolateurs par des goujons Nelson.

Coupe de la voie classique sur traverses béton bibloc STEDEF. (Doc : SEMALY, revue Technica)

Dans les zones d’appareils de voie, ou susceptibles d’en recevoir, sur les premiers tronçons du métro, la voie est posée sur ballast. Les traverses sont alors en bois d’azobé espacées de 0,75 mètre. Une traverse sur quatre est support d’isolateurs. L’évolution des techniques de construction a fait disparaître cet usage dès la construction de la ligne D dans la seconde moitié des années 1980. La pose sur ballast reste toutefois employée au niveau des voies de raccordement des ateliers et dans les remisages où les circulations sont moins fréquentes et les vitesses plus faibles. Au niveau des ateliers, seules les rails de la voie ferroviaire permettant le guidage des rames sont implantés, noyés dans une dalle ou posés sur des colonnes pour les voies en fosse. Le déplacement des rames est alors assuré soit par un tracteur d’atelier ou, sur des distances limitées, par branchement de la rame sur des prises spécifiques alimentées en 750 volts.

Pose allégée

Le prolongement de la ligne B de Part-Dieu à Jean-Macé a été l’occasion de tester une pose plus légère. Les traverses béton bi-blocs sont remplacées par des traverses entièrement métalliques constituées de deux blochet en tôle pliée reliés par une entretoise. Ces traverses sont toujours calées dans le radier en béton avec interposition de chaussons élastiques. Ce montage permet de gagner une dizaine de centimètres sur l’épaisseur globale de la voie. En outre les profils de guidage sont des profilés en T de 36 kilogrammes par mètre, et les isolateurs les supportant sont fixés sur des pièces boulonnés sur des supports métalliques ancrés dans le radier. Ce type de pose a permis à l’époque une économie globale de 12 % sur la pose de la voie. Ceci grâce à la réduction du nombre de composants, leur standardisation, mais aussi par un gain de sur la hauteur de la voie qui permet de réduire très légèrement les travaux de génie civil. Cependant, ce type de pose n’a pas été reconduit sur les prolongements suivants, pour lesquels une pose classique a été préférée.

Coupe de la voie allégée SEMALY. (Doc : SEMALY, revue Technica)

Les appareils de voie

Les appareils de voie sur voies principales sont posés sur ballast et traverses en bois pour les premiers tronçons des lignes A et B. Pour la ligne D et les prolongements successifs des deux autres lignes, une pose sur béton a été préférée. Pour les appareils de voies au niveau des dépôts et ateliers, ils sont posés sur ballast et traverses en bois.

En ligne, les branchements et communications ont une tangente de 0,13 et des lames flexibles de 9,30 mètres de longueur. Ils sont munis d’un verrou d’immobilisation et sont commandé électriquement. Ceci permet leur franchissement sans limitation de vitesse en voie directe et entre 25 (pour les communications) et 30 km/h (pour les branchements) en voie déviée.

Dans les dépôts et ateliers, les branchements ont une tangente de 0,20 et des lames articulées de 3,50 mètres de longueur. Ils ne sont pas verrouillés. Dans tous les cas, leur vitesse de franchissement est de 25 km/h au maximum.

Enfin, sur la ligne A, il existe des appareils de dilatation de part et d’autre du pont Morand ainsi qu’au niveau de chacune de ses piles et côté Cusset du viaduc de franchissement du boulevard Laurent-Bonnevay.

L’alimentation électrique et la récupération d’énergie.

L’alimentation électrique des voies en 750 volts continu est assurée au niveau de chaque station au moyen de sous-stations qui redressent et abaissent la tension. Elles sont branchées sur un réseau interne moyenne tension alternatif 20 kV 50Hz lui-même relié au réseau général EDF.

Les sous-stations sont reliées aux rails de sécurité (neutre) et aux barres métalliques latérales de guidage (phase). En station, pour des raisons de sécurité, la barre métallique côté quai est isolée et l’alimentation des rames ne se fait que par la barre située à l’opposé.

Dès la conception du métro, l’infrastructure et le matériel roulant ont été conçus pour utiliser le freinage électrique par récupération. L’objectif étant de limiter au maximum la consommation de courant. Au début de l’exploitation, la récupération d’énergie ne s’effectuait que lorsqu’il y avait suffisamment de rames en phase d’accélération sur la même ligne pour absorber l’énergie produite par les rames ralentissant au même moment. Lorsque ce n’était pas le cas, les rames étaient freinées mécaniquement. Ces dispositions ne permettaient de récupérer que 17 % de l’énergie.

Au tournant des années 1980 il a donc été mis en place un onduleurs à la station Hôtel de Ville – Louis-Pradel, qui alimente à la fois la ligne A, mais aussi la partie la plus pentue de la ligne C, afin de pouvoir réinjecter le courant excédentaire dans le réseau alternatif moyenne tension. Ce dispositif a permis à l’époque de porter à 25 % la part d’énergie récupérée. À la mise en service de la ligne D, un onduleur a été installé à la station Sans-Souci permettant, là aussi, de réinjecter dans le réseau moyenne tension l’énergie excédentaire issue du freinage des rames de la ligne D. En 2015 l’ensemble de ces équipements est renouvelé et un dispositif plus complexe est mis en place à la station Debourg. Il s’agit à la fois d’un onduleur permettant de renvoyer l’énergie excédentaire issue du freinage aussi bien des métro de la ligne B du métro que de la ligne T1 du tramway dans le réseau moyenne tension, mais aussi d’une interconnexion électrique des alimentations des deux lignes dont les tensions sont légèrement différentes (le réseau de métro étant alimenté, pour des raison de compatibilité du matériel roulant, avec une tension de 750 volts sans pouvoir dépasser 800 volts au maximum, alors que le réseau de tramway est alimenté avec une tension à vide de 850 à 900 volts).