Comprendre le chemin de fer
La voie ferrée

Que serait un chemin de fer, sans chemin de fer? Sans voie ferrée? L’article sur les rails explique différents concepts sur un des éléments formant ce chemin, constitué de deux barres qui étaient de fer à l’origine. D’où le nom « chemin de fer ». Dans cet article, nous verrons tout ce qui a trait à la voie ferrée comme telle, ses composantes et son entretien.

L’origine.
L’idée d’un tracé guidant les roues d’un véhicule remonte à l’ère romaine. En creusant des sillons qui guidaient les roues des chariots, on constata qu’on pouvait transporter des charges beaucoup plus pesantes. De plus, les chevaux étaient des bêtes suffisamment intelligentes pour suivre d’eux-mêmes ces sillons sur le sol. La via romana était née. Cette voie allait s’étendre sur tout l’empire romain, soit presque toute l’Europe.

Lorsqu’arriva le 18e siècle, siècle des découvertes, on déduit rapidement que pour un maximum d’efficacité lors du déplacement de charges lourdes, il fallait réduire la friction à son minimum. Et pour réduire la friction entre une roue et la surface qui la soutient, il fallait que les deux soient le plus durs possible. On a donc commencé à construire des chemins de bois avec des chariots de bois pour les mines. Lorsque la science de la métallurgie se développa, on remplaça les roues de bois par des roues de fonte, puis, lorsque les coûts de production du fer baissèrent, on remplaça aussi les rails en bois par des rails en métal. Et voilà, nous avons notre voie, et elle est ferrée en plus! Le chemin de fer était né.

Nomenclature des voies ferrées mordernes


Nomenclature

Constitution.
Une voie ferrée est faite des éléments suivants :

Coupe emprise

Couche inférieure de la plate-forme
Il existe plusieurs techniques pour fabriquer la couche inférieure de la plate-forme. En fait, les ingénieurs doivent s’adapter à la composition du sol (friable, dur, rocailleux, sablonneux, etc.) et doivent aussi travailler dans le contexte le plus économique possible. La couche inférieure de la plate-forme doit subir les assauts de la nature (abrasion), et absorber adéquatement les vibrations du train sans se déformer. Les matériaux sont de nature diverse, mais ils ont un point en commun : ils doivent pouvoir être compactés très durement.

Couche supérieure de la plate-forme
Cette couche supportera le ballast. Cette couche est généralement constituée de pierre concassée d’un diamètre plus petit que le ballast. Cependant, cette couche ne doit pas devenir un contaminant pour le ballast. Elle est fortement compactée pour prévenir que le ballast y entre. Elle doit être le plus imperméable possible, et faciliter l’écoulement des eaux de pluie vers l’extérieur. Lorsqu’on regarde une voie ferrée en coupe, c’est souvent cette couche qui donne à l’ensemble l’aspect d’un trapèze. Les méthodes modernes de construction appliquent un géotextile sur le dessus de cette couche, afin de minimiser la croissance des plantes, et empêcher que le ballast soit contaminé par de la boue et des cailloux remontant à la surface. Cette membrane sert aussi à conserver la forme de la couche supérieure le plus longtemps possible.

 Ballast
Le ballast est certainement la couche la plus visible de la plate-forme de la voie. Ce sont de gros cailloux qu’on aperçoit sous les rails. En fait, cette couche, épaisse de quelques pouces seulement, remplis quatre fonctions cruciales au maintien de la voie ferrée en état de faire circuler des trains :

  • Elle transmet et distribue le poids du train à la plate-forme de façon égale et répartie;
  • Elle restreint les mouvements latéraux , horizontaux et verticaux de la voie, qui sont imposés par les forces dynamiques du train, sa charge, ainsi que le stress thermique des rails (expansion due à la chaleur et contraction due au froid);
  • Elle apporte un drainage adéquat;
  • Elle maintient la voie de niveau, ainsi que l’alignement des rails (via les traverses).

La pierre qui devra former le ballast est choisie en fonction de sa grosseur (grade), sa forme (angularité), son poids, sa résistance, sa durabilité, sa propreté et son coût.
Le ballast n’est pas toujours de la pierre sortie des carrières. Le ballast, s’il n'est pas trop contaminé par la végétation, la boue et les polluants peuvent être nettoyés puis réutilisés de nouveau. L'opération de nettoyage du ballast se fait souvent par une seule machine, une dégarnisseuse (undercutter). Cette machine peut soulever la voie ferrée, enlever le ballast, le nettoyer, remettre le ballast en place puis remettre la voie ferrée en position.
Sur une voie respectant les normes établies, le ballast ne doit pas recouvrir les traverses, ni être égal au sommet de ces dernières.
La dimension des pierres utilisées comme ballast varie selon la catégorie de la voie. Le plus petit ballast est composé de pierre de 3/8" à 1", alors que le plus gros ballast est composé de pierre allant de 1" à 2".
Au Québec, le CN possède une carrière de ballast à St-Cyrille, près de Drummondville (voir photo). Il en avait aussi une à Val-Brillant, près d’Amqui.

Traverse.
Les traverses (ties), qu'on appelle aussi dormants (sleepers), jouent le rôle le plus important dans la constitution de la voie ferrée (après les rails, bien sûr!), puisqu’elles :

  • maintiennent l’écartement de la voie entre les deux rails;
  • maintiennent la voie de niveau;
  • maintiennent l’alignement de la voie (tangente ou courbe);
  • distribuent la charge des rails vers le ballast.

Si une traverse ne peut pas remplir qu'une seule de ces fonctions, alors elle doit être considérée comme défectueuse.
Les traverses peuvent être faites de bois, d’acier ou de béton. Les traverses de bois sont de loin les plus répandues en raison de leur rapport qualité/prix.
Les essences de bois les plus utilisées sont : le chêne rouge, le chêne blanc, le pin à cône épineux, le frêne, l’hêtre et plusieurs essences à gomme. On peut aussi faire des traverses en pin et en sapin, mais ces dernières sont réservées à des usages particuliers, puisque ce sont des essences de bois mou.
Traverses usagees Les traverses sont traitées au créosote sous pression avant d’être mises en service. En plus de prévenir contre le pourrissement du bois, le créosote empêche les attaques de certains parasites, comme les termites et les champignons. Par contre, le créosote est maintenant reconnu comme un fort polluant. Pour cette raison, les chemins de fer ne donnent plus leurs vieilles traverses usagées. On les déchiquette sur place lors de leur enlèvement, puis les polluants sont neutralisés, et les copeaux sont ensuite brûlés. Au Canada, certaines usines produisent même de l’électricité avec des turbines alimentées par des copeaux provenant de l’industrie ferroviaire!

Les traverses peuvent subir plusieurs types d’avaries durant leur vie utile. Si une traverse présente une seule des avaries ci-dessous, on doit la considérer comme défectueuse. Les traverses peuvent :

  • Se casser;
  • Se fendre sur le sens de la longueur, ou être endommagé de la sorte, et ne plus pouvoir maintenir les crampons de voie en place;
  • Se détériorer et permettre à la selle sous le rail de bouger de plus d’un demi-pouce latéralement;
  • Être renfoncée sur plus de 40 % de l’épaisseur par la selle sous le rail;
  • Être coupée ou endommagée à moins de 12 pouces d’un rail par un boudin de roue, une pièce traînante ou un feu;
  • Pourrir au point tel qu’une partie de la traverse est lourdement endommagée.

Ajoutons à cette liste qu’une traverse qui ne supporte pas complètement le rail doit aussi être considérée comme défectueuse.
Les images suivantes illustrent les principales défectuosités retrouvées sur une traverse.

Traverse pourrie.

Lorsque le créosote n'est plus efficace, le bois commence à pourrir. Plus le sol et la région seront humides, plus le processus ira rapidement. Une traverse pourrie n'aura plus assez de rigidité pour accomplir ses fonctions.

Pourrite
Séparation partielle.

Une séparation partielle survient lorsque les fibres de la traverse se séparent. Les crampons de rail ne sont plus retenus par le bois de la traverse, et perdent toute leur utilité.

Separation partielle
Séparation complète.

La séparation complète a les mêmes inconvénients qu'une séparation partielle. Elle peut survenir à la suite d'une séparation partielle, ou peut survenir d'un seul coup, à la suite d'un impact.

Separation complete
Crampons relevés.

Sous le poids d'un train, la selle peut descendre dans la traverse. En relevant, la selle peut faire lever les crampons de rail. Une traverse qui n'a pas une densité fibreuse suffisante pour empêcher ce mouvement sera considérée comme défectueuse.

Crampon ressorti
Dommages par déraillement.

Lors d'un déraillement, les boudins des roues qui ne sont plus sur les rails peuvent endommager suffisamment les traverses pour que ces dernières ne soient plus capables de maintenir en place les rails.

Deraillement
Brûlure.

Les traverses peuvent être endommagées par le feu de plusieurs façons. Des morceaux de selle de frein se détachant du train, des produits chimiques qui réagissent avec le créosote (brûlure chimique) ou des feux de broussailles peuvent endommager le bois des traverses. Si la brûlure est profonde dans le bois, la traverse devra être remplacée.

Feu
Enfoncement de la selle.

Sous le passage répété des trains, les selles sous les rails finissent pas s'enfoncer dans les traverses. Lorsque la selle descend à plus de 40% de l'épaisseur de la traverse, celle-ci doit être retirée du service. Dans les courbes, un côté de la selle s'enfonce plus que l'autre.

Enfoncement semelle
Enfoncement de la selle.

Sur une voie tangente (en ligne droite), la selle s'enfonce généralement de manière égale dans le bois.

Enfoncement semelle
Bout brisé.

Comme le poid du train est transmis en un point précis de la traverse, il n'est pas rare de voir une rupture du bois à cet endroit. Dans ce cas, le bout extérieur de la traverse se relèvera. La traverse doit alors être changée.

Bout brise
Centre brisé.

Si le centre de la traverse est affaibli, il pourra céder sous le poids d'un train. la traverse va alors se rompre en deux en son centre.

Centre brise

Voici une photo montrant un rail enfoncé dans la traverse, avec comme résultat, la rupture de cette dernière.

Tie enfonce

 

Traverse eclisseLes joints dans les rails, qu'on appelle aussi éclisses, sont des endroits particulièrement faibles. Ils doivent être bien soutenus. L'éclisse doit reposer sur une traverse exempte de tout défaut, et cette traverse doit se situer dans une zone s'étendant à au plus 18 pouces de part et d'autre de l'éclisse pour les voies de catégorie 3 à 6, et au plus 24 pouces pour les voies de catégorie 1 et 2.

Joint

Sur la photo ci-haut, on voit un joint d'adaptation. Le calibre des rails n'est pas identique de chaque côté de l'éclisse. On peinture souvent l'éclisse en couleur, généralement en bleue, de façon à rapidement la reconnaître. Le dessus du rail est sans accident, alors que les bases ne sont pas à la même hauteur.

Nombre de traverses
Il est presque impossible de déterminer exactement le nombre de traverses requis pour une section de voie donnée, à moins d'avoir des données pour en déterminer le nombre. Il faut prendre en considération : le tonnage de la voie, les courbes, la catégorie de la voie, la construction des couches de la plate-forme et la durée de vie des traverses. Pour faire une approximation, disons que le nombre varie souvent aux alentours de 3000 traverses par mille de voie ferrée.

Durée de vie des traverses
La réponse à cette question est idem à la réponse ci-haute, sur le nombre de traverses. Il faut prendre en considération le trafic, le tonnage, les conditions météorologiques, et plusieurs autres facteurs. Certaines traverses ont une carrière de plus de 30 ans, alors que d'autres, comme celles des voies principales autour de Montréal, ne dépassent guère 5 ans.

Traverses en acier
Les traverses en acier ont une durée de vie beaucoup plus longues que les traverses en bois. Mais le coût d'achat et d'installation est aussi plus élevé. Ce qui en limite la propagation sur nos chemins de fer. Parce qu'elles sont nettement plus résistantes au pourrissement, on s'en sert dans des endroits très humides, et dans les courbes très serrées. Lorsque ces facteurs sont réunis, leur utilisation devient presque automatique.

Tie acier

Selles
Simple epaulementLes selles sont des plaques d'acier posées sous les rails, et sur les traverses. Les selles permettent de répartir le poid du rail sur les traverses. Les selles empêchent les rails de s'enfoncer dans les traverses. Les selles de rail sont de deux types : à épaulement simple, et à double épaulement. La figure ci-contre montre une selle à épaulement simple.

Le type de selle à épaulement double est le plus fréquent. Une des fonctions de la selle de rail est de maintenir le rail en place. Les trous servent à recevoir les crampons de rail. Il peut y en avoir jusqu'à huit, mais la plupart des selles ont quatre trous. Les encoches dans l'ourlet de la selle servent à laisser la place à la tête du crampon de rail.

Double epaulement

Crampon de rail
Symbole reconnu du rail, le crampon de rail sert à maintenir l'assemblage rail/selle/traverse en place. Sur certains chemins de fer, on utilise des tire-fonds (lag screws) à la place des crampons de rail. Il existe même des crampons de rail appelés des crampons en épingle, qui ressemblent à des épingles à cheveux. Ces crampons ne sont pas encore très répandus, mais offrent un rendement supérieur aux crampons réguliers, et même au tire-fond! Pour les traverses de béton ou d'acier, et parfois même sur les traverses en bois, on utilise des attaches qu'on appelle des clips, au lieu des crampons.

Contrairement à la croyance populaire, il n'est pas nécessaire de mettre un crampon de rail dans chaque trou de la selle. En fait, la loi au Canada exige que pour les voies de catégorie 3 à 6, il y ait au moins huit traverses sur dix qui soit munies de crampons. Sauf qu'une traverse qui n'est pas munie d'au moins un crampon peut voir sa selle se déplacer le long du rail, jusqu'à glisser à côté de la traverse.

CramponLes crampons ne sont pas mis au hasard non plus. Ils sont entrés dans la selle et la traverse selon un patron bien établi. La figure ci-contre montre le patron selon lequel les crampons de rail doivent être posés dans les traverses, pour les voies en alignement ou les courbes de moins de 4 degrés. Les crampons doivent être entrés au moyen d'un marteau pneumatique, ou à la main avec un marteau à crampons. Ils doivent être entrés verticalement (à un angle de 90 degrés avec la surface de la traverse). Le crampon ne doit pas être entré jusqu'à ce qu'il touche le rail, mais on doit laisser un espace de 1/8 de pouce entre la tête du crampon et la base du rail. La figure ci-bas illustre une façon incorrecte de mettre des crampons sur une voie ferrée. Cette méthode expose toujours les mêmes crampons aux forces latérales, ce qui augmente la fréquence de l'entretien de la voie sur ce tronçon.

Mauvais patron

Si la courbe est de plus de 4 degrés, on doit ajouter un crampon de plus par selle, selon le patron illustré par la figure ci-bas (les crampons additionnels sont représentés par des carrés).

Patron crampon

Anticheminants
Les anticheminants servent à prévenir le mouvement longitudinal des rails (running). Ce mouvement peut se produire sous l'effet d'un freinage d'urgence, suite à l'expansion ou la récession d'un rail, ou, plus fréquemment, sous les vibrations normales dues au trafic ferroviaire. Pour contrer ce mouvement indésirable, on pose des anticheminants. Le type le plus commun d'anticheminant est un crochet, qui vient agripper la base du rail. Installé de chaque côté de la traverse, le rail ne peut plus glisser et demeure en place.

Joint
Joint profilLes longs rails soudés sont traités dans la page sur les rails. Pour les autres types de rail, on doit relier l'extrémité de chaque bout de 39 pieds par un joint. Ce joint est simplement composé de deux plaques posées à la hauteur de l'âme du rail, de part et d'autre. Quatre écrous viennent maintenir les plaques en place. Les éclisses ont des trous longitudinaux qui permettent au rail de se déplacer légèrement lors des périodes d'expansion dues à la chaleur (certaines éclisses ne permettent aucun mouvement des rails. Ils sont alors considérés comme une soudure du point de vue des règlements). Les éclisses fissurées, cassées ou endommagées et permettant au rail de bouger verticalement sur des voies de catégorie 3 à 6, doivent être remplacées sur-le-champ. Faute de quoi, des mesures peuvent être prise, allant jusqu'à limiter la vitesse à 10 mi/h. Mis à part les voies de catégorie 1, les éclisses doivent avoir deux boulons sur chaque rail. Les boulons sont normalement sécurisés par une bague antiretour, qui prévient le desserrement du boulon. Pour qu'un boulon soit considéré comme serré, il doit y avoir au moins un tour complet de filet qui dépasse de ce dernier. Les écrous doivent être vissés en alternant le sens de l'écrou à chaque trou. On doit mettre un boulon vers l'intérieur du rail, puis vers l'extérieur, etc. La figure ci-bas illustre cet exemple.

Joint vu de haut

Comme un espace est laissé sur la plupart des joints pour permettre l'expansion des rails, il se produit un affaissement dû au martellement répété des roues sur le bout des rails. On nomme cette défectuosité un bout désaffleurant. Pour mesurer la défectuosité, on appose sur le rail une règle de 18 pouces au moins, afin de s'assurer d'être parallèle à la surface du rail. Puis, en regardant à un demi-pouce du bout de la règle, on mesure la distance séparant la règle du rail.

Bout desaffleurant

Le tableau suivant montre la tolérance pour chaque catégorie de voie.

Catégorie 1

1/4 de pouce

Catégorie 2

1/4 de pouce

Catégorie 3

3/16 de pouce

Catégorie 4

1/8 de pouce

Catégorie 5

1/8 de pouce

Catégorie 6

1/8 de pouce

Rails
Puis viennent les rails. Toute l'information sur les rails est disponible ici.

Assemblage
Le diagramme suivant résume l'assemblage entre les traverses, les selles de rail, soit en caoutchouc, soit en acier, les crampons de rail, les anticheminants et les rails.

Assemblage

Courbes.
CourbesLes voies ferrées ont la réputation d'être l'exemple le plus probant de l'expression que « le chemin le plus court entre deux points est la ligne droite ». Pourtant, les courbes sont omniprésentes sur les voies ferrées. Pour mesurer le degré de courbure d'une voie, on utilise un truc simple. Celui de l'arc et de la flèche. Pour faire ce calcul, il faut une corde. On marque le rail en un endroit. Puis, on mesure, une distance de 31 pieds, de part et d'autre du point précédemment marqué. On tend une corde, à l'intérieur de la courbe, entre les points qui sont éloignés de 62 pieds. On mesure la distance entre le centre de la corde et la marque sur le rail. On appelle cette distance la flèche. La longueur de la flèche en pouces correspondra approximativement au degré de courbure de la voie. Pour plus de précision, on peut refaire le calcul deux autres fois, en se servant des extrémités du premier arc comme point central du nouvel arc. À la fin, on fait une moyenne des trois flèches obtenues.

Mesure de l arc

Il n'existe pas réellement de règles en matière de construction de courbe concernant le degré qu'elles doivent avoir. Mais comme nous l'avons dit, le chemin le plus court entre deux points est la ligne droite. Depuis les débuts du chemin de fer au Canada, les promoteurs ont tenté de faire passer les rails là où le tracé imposerait le moins de courbes possible. Comme les courbes sont tout de même inévitables, on essaie de conserver le plus grand rayon de courbure possible. Les courbes imposent une force de friction supplémentaire, ce qui demande plus de pouvoir aux locomotives, et diminue le rendement du chemin de fer en entier. Augmentation de l'usure des rails, des locomotives, augmentation de la consommation de carburant, ralentissement du trafic. Bref, les courbes prononcées ne seront construites qu'en cas d'absolue nécessité.

Localisation du tracé de la voie.
Les modélistes débutants font souvent l'erreur de faire des réseaux spaghetti, où les voies passent n'importe où, sans raison apparente. Dans la réalité, l'emplacement des voies ferrées est déterminé par des facteurs très précis. D'abord, la raison économique. Les compagnies ferroviaires ne construisent pas des voies ferrées pour le plaisir. La nouvelle voie ferrée doit générer du trafic. Les chemins de fer tirent leurs revenus des marchandises qu'ils transportent. Pour être viable, une voie ferrée doit générer un trafic suffisant pour justifier sa construction, son entretien et son exploitation. Par exemple, un client veut se faire desservir par chemin de fer. Il prévoit générer trois wagons de bois par semaines. La ligne principale du chemin de fer passe à moins d'un kilomètre de là, mais une importante rivière large de 200 mètres sépare le client de la voie ferrée. Dans ce cas, il y a fort à parier que le chemin de fer ne construira pas un coûteux pont pour si peu de trafic. Si le même client générait plusieurs dizaines de wagons par semaine, le problème serait vu sous un angle de rentabilité et l'embranchement verrait probablement le jour.

Un autre exemple: la subdivision de Drummondville du CN est parsemée de courbes assez raides. Pourtant, elle se situe en plein milieu de la plaine du St-Laurent. Un tracé rectiligne aurait été plus efficace, mais au moment de construction, les ingénieurs ont décidé de relier entre eux les villages déjà existants, pour tirer profit du transport des passagers, de la poste et des marchandises. Le facteur économique l'a emporté sur le facteur géographique.

Chaque embranchement doit être justifié économiquement. Dans les années 1920 à 1950, le chemin de fer vivait son âge d'or. Les embranchements étaient partout, car depuis plus de 80 ans, on avait appris que les entreprises et leurs ouvriers (donc l'économie) se construisaient le long des emprises ferroviaires. La justification pour la construction d'une voie ferrée était souvent évidente. Aujourd'hui, alors que les camions sont devenus les maîtres du transport terrestre, les compagnies de chemin de fer ne se concentrent plus que sur la longue distance, laissant les petits marchés locaux aux plus petites compagnies, moins coûteuses à opérer. Les embranchements disparaissent à vue d'oeil, et le paysage québécois autrefois parsemé de rails voit de moins en moins d'entreprises desservies par le rail, alors que les routes subissent de plus en plus les assauts du camionnage. Les lois économiques du jeu ont changé, et les trains ne peuvent plus compétitionner dans la féroce bataille que livre le transport routier. Les tarifs établis et protégés par le gouvernement, c'est chose du passé. Nous sommes maintenant dans la libre entreprise.

Le contour géographique influence aussi grandement l'endroit où un chemin de fer va passer. Le col de Roger (Roger Pass) et du Cheval Ruant (Kicking Horse Pass) dans les Rocheuses canadiennes ont été exploité par le chemin de fer à cause de leur géographie permettant aux rails de passer les montagnes sans trop de difficulté. Les constructeurs ferroviaires vont opter pour longer les rivières, traverser les plaines et contourner les montagnes. Un long tunnel et un majestueux pont sont certes intéressants à voir pour l'amateur, mais du point de vue rentabilité, avec les dépenses de construction et d'entretien qu'ils demandent, ils ne sont pas des premiers choix pour les compagnies ferroviaires.

La concurrence influence aussi sur le tracé d'une voie ferrée. Mis à part les corridors très achalandés, il est assez rare de voir deux rails compétiteurs se suivent. Lorsqu'une région en province est desservie par un chemin de fer, les compétiteurs préféreront en desservir une autre. Ainsi, l'Abitibi et le Lac-St-Jean sont desservis par le CN, le CFMG dessert le Bas St-Laurent et la Gaspésie, le MMA se concentre sur la Montérégie et l'Estrie, le SLA sur le Centre du Québec, le QNSL sur le Nord du Québec et la Côte-Nord et le QGRY, sur la Rive-Nord du fleuve St-Laurent, et l'Outaouais. Bien entendu, des petites compagnies viennent se greffer à ces réseaux pour augmenter la desserte. Il n'y pas de monopole, et on fonctionne sur le principe du premier arrivé, premier servit. Plusieurs petites compagnies d'aujourd'hui, comme le MMA, le QGRY et le SLA sont nées de l'abandon de lignes qui n'étaient plus rentables pour les grosses compagnies comme le CP.

Catégorie de voie.
Les voies ferrées sont divisées en catégorie. Chaque catégorie de voie ferrée doit répondre à des critères bien précis. Les catégories de voie permettent aussi de faire circuler des trains plus pesants, et plus vites. Voici des critères qui vous permettront d'identifier chaque catégorie de voie.

Vitesse :

 

Trains marchandises

Trains voyageurs

Catégorie 1

10 mi/h

15 mi/h

Catégorie 2

25 mi/h

30 mi/h

Catégorie 3

40 mi/h

60 mi/h

Catégorie 4

60 mi/h

80 mi/h

Catégorie 5

80 mi/h

95 mi/h

Catégorie 6

110 mi/h

110 mi/h

Nombre de traverses non défectueuses obligatoires, par section de 39 pieds:

Catégorie 1

5 traverses

Catégorie 2

8 traverses

Catégorie 3

10 traverses

Catégorie 4

12 traverses

Catégorie 5

12 traverses

Catégorie 6

14 traverses

 

Écartement minimal et maximal permis entre les deux rails:

Écart minimal Écart maximal

Catégorie 1

4 pi 8 po

4 pi 10 po

Catégorie 2

4 pi 8 po

4 pi 9 po 3/4

Catégorie 3

4 pi 8 po

4 pi 9 po 3/4

Catégorie 4

4 pi 8 po

4 pi 9 po 1/2

Catégorie 5

4 pi 8 po

4 pi 9 po 1/2

Catégorie 6

4 pi 8 po

4 pi 9 po 1/4

Entretien et inspection
Du premier coup d'oeil, une voie semble être un simple assemblage de bouts de métal reposant sur des bout de bois, eux-mêmes soutenus par de la pierre concassée. Ce n'est pas faux, mais pour que ces bouts de métal et de bois puissent supporter un train de plus de 10 000 tonnes filant à 60 mi/h, ça demande un certain entretien!

Si les voies vous semblent frêles, prenez en compte qu'une section moyenne de 250 pieds est faite de 12 tonnes de rails, maintenues en place par 600 lb de crampons, reposant sur trois tonnes de selle. Cet assemblage est maintenu en place par 17 tonnes de traverses, déposées sur 130 tonnes de ballast. Une section de 250 pieds de voie pèse donc 162 tonnes, ou, si vous préférez, 3 408 tonnes (6.8 millions de lb) par mille de voie ferrée.

Le temps où Buster Keaton et Will E. Coyote nous amusaient en faisant des cascades en draisine est bien loin. Mais ces petits véhicules ferroviaires actionnés à bras à la manière d'une pompe à eau (d'où leur surnom de pompeux) ont été les premiers véhicules d'entretien de la voie. Les ouvriers étaient surnommés des gandy dancers. Outre l'installation de nouvelles voies, leurs tâches principales étaient de remettre en place les rails dans les courbes, qui avaient tendance à se déplacer avec le temps. Les méthodes de pose étaient moins sophistiquées qu'aujourd'hui! Pour parvenir à remettre une voie à sa place, les ouvriers se servaient d'un gandy (origine du mot inconnu), sorte de pieu en acier. Ils entraient le gandy sous le rail extérieur, puis, relevaient d'un coup le rail. Cette action de levier repoussait la voie vers l'intérieur de la courbe. Pour obtenir un alignement parfait, il fallait plusieurs ouvriers, parfaitement synchronisés. Pour s'aider dans ce synchronisme, les ouvriers poussaient en « huh! » en soulevant le rail. Les mouvements répétés et les « huh! » cadencés leur ont valu le nom de gandy dancer.

Puis, avec l'avancement des technologies, les draisines à bras furent remplacées par des draisines à moteur, et, aujourd'hui, par des camionnettes munies de roues pouvant aller sur la voie ferrée (pick-up Hi-Rail (highway-rail), ou véhicule rail-route).

Draisine Vehicule Hi-rail
Draisine Véhicule rail-route

Fréquence des inspections
Au Canada, la fréquence des inspections d'une voie ferrée est prescrite dans le Règlement de la sécurité en voie de Transport Canada. La fréquence d'inspection va comme suit:

  • Voie principale: Une fois par semaine à pied, ou dans un véhicule rail-route, pour les voies inspectées par un véhicule de contrôle de géométrie de la voie. Il doit y avoir au moins trois jours entre chaque inspection et un même contremaître ne peut inspecter le même tronçon de voie deux fois de suite. Pour les autres voies principales, c'est au besoin, sans qu'il n'y ait plus de trois jours entre chaque inspection. Pour toutes les voies principales, si la voie transporte un train voyageur ou a un tonnage de plus de 3 millions de tonnes brutes par an, la fréquence des inspections doit être aux deux jours.
  • Voie d'évitement: Pour les voies contrôlées par un véhicule de géométrie de la voie, l'inspection peut se faire depuis la voie principale adjacente, lorsque c'est possible. Mais à tous les 20 jours, on doit effectuer une inspection à pied, ou dans un véhicule rail-route. Pour les voies d'évitement qui ne sont pas contrôlées par un véhicule de géométrie de la voie, l'inspection doit se faire aux 20 jours, au moins.
  • Autre voie: Une inspection mensuelle est requise, avec au moins 20 jours entre chaque inspection.
  • Lorsqu'une voie est rarement utilisée (moins d'un train par semaine), on doit aussi procéder à une inspection avant le passage du convoi.
  • Les aiguillages et les traverses (diamond) doivent être inspectés à pied, une fois par mois.
  • Les voitures d'auscultation de la voie doivent être passées sur la voie pour procéder à un examen interne et externe du rail une fois par année pour les voies de catégorie 4 à 6.
  • Une inspection minutieuse doit avoir lieu après chaque incendie, inondation ou tempête sur ou à proximité de l'emprise ferroviaire.
  • Les relevés d'inspection doivent remplis la journée même de l'inspection, et remis sur demande, et sur-le-champ, à un inspecteur de Transport Canada.

Qu'est-ce qu'une inspection?
Lors d'une inspection à pied ou en véhicule rail-route, l'inspecteur, qui est souvent un contremaître de la voie, doit relever les anomalies suivantes:

  • Craquelures, cassures, fendillements, fissures ou toute autre anomalie du rail
  • Alignement de la voie
  • Usure des rails
  • Ballast contaminé par de la boue ou autre matière
  • État des traverses
  • Végétation envahissante, qui pourrait nuire au fonctionnement des signaux, des aiguillages, ou à l'exploitation de la voie
  • Risque d'incendie
  • Rail manquant ou sérieusement endommagé
  • Joints (boulons manquants, désalignement, etc.)
  • État des signaux
  • Ponts, superstructures
  • Tout autre facteur pouvant nuire à la sécurité des trains

Véhicule d'auscultation
Évidemment, dans un véhicule rail-route, il est impossible de déceler une fissure dans un rail qui a l'épaisseur d'un cheveu. C'est encore moins possible si cette fissure n'apparaît même pas à la surface du rail. Dans ce domaine, les technologies modernes ont rendu l'analyse de l'état d'une voie, une science presque parfaitement exacte. Des firmes, tel que Pandrol, Sperry Rail Service et Loram se sont spécialisées dans l'entretien et la réparation de voies ferrées. Ces compagnies ont mis au point des technologies de détection à l'ultrason, qui permettent de « voir » une fissure microscopique dans un rail. La détection peut même se faire à des vitesses allant jusqu'à 20 mi/h, ce qui permet de couvrir un grand territoire en peu de temps. Par la suite, un rapport est remis à la compagnie de chemin de fer, qui change le rail défectueux. Sur la photo, on peut voir un camion d'auscultation de la compagnie Sperry. En mortaise, il s'agit de la sonde à ultrasons. Cette sonde est munie de roues en caoutchouc qui roule sur le rail. À l'intérieur de la roue se trouve un émetteur à ultrason. Ce dernier envoie un son à ultra haute fréquence dans le rail, puis un capteur, situé dans une autre roue, écoute le retour du son. L'onde sonore sera déformée selon le type de fissure qu'elle rencontrera. Un opérateur dans le camion voit les anomalies défiler sur un écran d'ordinateur et peut observer une fissure en particulier, même si l'appareil continue d'ausculter une autre section de rail.

Géométrie de la voie
On a beau avoir des rails, des traverses et un support de voie en excellent état, mais si la voie est toute croche, le train va dérailler quand même! C'est ici qu'entre en jeux les voitures de contrôle de géométrie de la voie. Une mesure qui, il n'y a pas si longtemps, se faisait à l'oeil, par des cheminots chevronnés... mais pas aussi précis que les sondes d'aujourd'hui! La plupart du temps, les voitures de contrôle de géométrie de la voie sont la propriété des chemins de fer eux-mêmes. Au CN, on appelle ce wagon la voiture TEST (Track Evaluation SysTem). Il inspecte environ 57 000 milles de voie ferrée par année, et est monté sur une suspension spéciale, en plus d'être équipé de caméras laser dernier cri. Le wagon qui remplit le même rôle au CP est le wagon TEC (Track Evaluation Car).

Voiture TEC du CP, à St-Jean-sur-Richelieu. Photo de Marc Caya.

Une mauvaise géométrie de la voie entraînera des forces dynamiques indésirables, qui peuvent faire lever une roue (perte du contact rail-roue), déclencher des comportements indésirables sur certains types de wagon, comme un dandinement exagéré, et éventuellement, provoquer un déraillement.

Bris occasionnés par le matériel roulant
Le matériel roulant défectueux peut aussi entraîner des dommages à la voie ferrée. Par exemple, les méplats de roue peuvent marteler le rail. Les coups, même minimes, répétés à plusieurs reprises peuvent faire développer des fissures dans le rail, ou pire, entraîner sa rupture immédiate si une fissure est déjà présente. D'autres dommages peuvent être causés par des pièces traînantes sous les véhicules ferroviaires, comme une chaîne ou une timonerie de frein. Pour prévenir ces dommages, les chemins de fer installent à des points stratégiques du réseau différents détecteurs, comme les détecteurs de pièces traînantes, et les WILD (Wheel Impact Load Detector, ou détecteur d'impact de roue). Ces détecteurs avertissent le train ou un membre de l'exploitation et les mesures correctives peuvent être prises dans l'immédiat, ce qui limite les dégâts.

Nomenclature des voies
Pour distinguer les différentes voies ferrées, particulièrement lorsque plusieurs voies principales paralèlles sont utilisées, les chemins de fer doivent les nommer. Pour en savoir plus sur le sujet, consulter la page "Un peu d'ordre SVP!" qui traite des nomenclatures ferroviaires.

Conclusion
Les voies ferrées sont issues d'une technologie bicentenaire. Mais cette technologie n'a cessé d'évoluer. Et aujourd'hui, plus que jamais auparavant, nos voies ferrées sont sécuritaires. Les trains sont plus gros et vont plus vites, grâce à la science, et surtout, au travaille incessant des gens du département de l'ingénierie et de l'entretien, l'un des plus gros départements d'une compagnie ferroviaire.