Les moteurs sont alimentés par une ligne de contact aérienne, par un troisième rail latéral (notamment sur les métros), par des accumulateurs ou, pour les locomotives Diesel-électriques, grâce à un moteur Diesel entraînant un alternateur.
Aujourd'hui, les trains français roulent à deux carburants : le gazole et l'électrique. Le charbon a été mis de côté depuis plusieurs décennies et l'installation des voies électriques dès le début du XXème siècle a changé la donne.
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 1 666 traverses/km à la SNCF.
Le train est obligé de rouler sur des rails pour avancer, et il est obligé de rouler entre les rails pour tourner. Ses roues ont une butée qui est adaptée aux rails. Quand les rails tournent, le train tourne.
Les trains sont alimentés en courant alternatif haute tension ou en courant continu. L'alimentation passe par un troisième rail ou une caténaire et le retour de courant se fait par les rails de la voie ou un quatrième rail dédié.
Aujourd'hui, le train français roule à deux carburants: le gazole et l'électrique. Sur les 30.000 kilomètres de lignes du réseau ferré français, 15.000 kilomètres de lignes sont électrifiées et assurent la circulation de 90% du trafic voyageur.
Par ce contrat, EDF Renouvelables s'engage à fournir pendant 20 ans à SNCF Energie, la pro-duction électrique d'une centrale photovoltaïque de 20 MW située sur les communes de Lacha-pelle-Auzac et de Souillac, dans le département du Lot, à un prix déterminé par avance et com-pétitif.
Rouler, voler et naviguer. Les voitures, les bus, les cars, les camions, les motos et les vélos roulent sur la chaussée. Les tramways, les métros et les trains roulent sur les rails (la voie ferrée). Les avions, les deltaplanes, les hélicoptères et les montgolfières volent dans les airs.
Appelé ballast, le lit de cailloux déposé sous les rails des chemins de fer a pour principale fonction d'assurer le confort des passagers, mais aussi et surtout des personnes habitant près des voies ferrées. Le rôle de ces pierres consiste en effet à amortir les vibrations lors du passage d'un convoi.
A la vitesse de 575 km/h, soit 160 m/s, une roue de 920 mm (pesant dans les 600 kg) fait 55 tours par seconde (!). Peut-elle tourner encore plus vite ?
Alors sous l'action simultanée de la pression et du frottement des roues, la rouille fraîchement formée, se combine avec le fer qu'elle couvre pour donner de l'oxyde magnétique et celui-ci, par suite de la po- larité électrique qu'il donne au fer protège le rail contre l'action corrosive ultérieure.
Le rail d'acier possède un taux de carbone moyen, de l'ordre de 0,6 % à 0,8 %, mais un taux de manganèse et de silicium importants, de 0,7 % à 1,2 % et de 0,1 % à 0,6 % respectivement, qui le rend dur et lui permet de supporter des contraintes élevées, principale caractéristique du chemin de fer.
Lorsque le train roule, la conduite générale de frein est alimentée en air ce qui maintient les semelles de freins desserrées. Une fois que l'air stationné dans la conduite générale de frein est vidée, la diminution de la pression entraine l'abaissement des semelles sur les essieux et donc l'action de freinage.
Le prix d'une locomotive neuve est de l'ordre de 5,5 millions d'euros.
Ce sens de circulation avait l'avantage de permettre aux cheminots de sortir la tête de la locomotive, côté gauche, pour réaliser des manœuvres parfois délicates avec la main droite (les droitiers étant plus nombreux).
Lignes à grande vitesse en France (en 2017). Le TGV (sigle de train à grande vitesse) est une rame automotrice de conception française alimentée par caténaire et propulsée par des moteurs électriques, atteignant régulièrement la vitesse de croisière de 320 km/h sur des lignes à grande vitesse (LGV).
Le rôle des traverses consiste à maintenir l'écartement et l'inclinaison des rails tout en transmettant au ballast les charges des véhicules circulant sur les rails. Les voies sont constituées de files de rails dont l'écartement (la distance entre les deux rails) fait l'objet d'une réglementation très précise.
Le premier chemin de fer ouvert au public a été le Surrey Iron Railway, ouvert en 1802 par Jessop. Les convois étaient tractés par des chevaux. La première locomotive à vapeur à fonctionner sur des rails a été construite par Richard Trevithick et essayée en 1804 à Merthyr Tydfil au Pays de Galles.
Points faibles du ballast ferroviaire
Malgré toutes ces qualités, le ballast n'est pas un matériau miracle. Au fil du temps, il subit l'érosion et la contamination par des matériaux parasites. L'épaisseur de la couche de cailloux, quant à elle, diminue sous l'effet du tassement et des projections.
Cette sensation de froid peut aussi s'expliquer par le mode de ventilation qui prévoit l'apport d'air frais extérieur dans le train. Comme dit précédemment, lorsque il y a beaucoup de monde dans une voiture, la température intérieure augmente et pour la baisser le mode ventilation rentre en jeu.
Les roues en acier sur des rails en acier font que la surface de contact entre la roue et le support, le rail, est faible, notamment parce que la roue en acier ne se déforme pas comme un pneu de voiture qui s'écrase sur la chaussée.
Outre son rôle de liaison entre les essieux et la caisse, le bogie assure les rôles de freinage, d'interface entre la signalisation sur voie et la caisse, de suspension de l'ensemble du train, et parfois de traction.
Un train électrique aérodynamique à grande vitesse
Une rame de TGV est composée de 8 à 10 voitures encadrées par 2 motrices : l'une qui tracte, l'autre qui pousse. Chaque rame est propulsée par 8 moteurs électriques, soit 1 par essieu, sous les motrices. Il arrive que deux rames soient accouplées.
Aix-en-Provence en tête
Parmi les communes de plus de 100 000 habitants, c'est à Aix-en-Provence (Bouches-du-Rhône) que la consommation électrique est la plus forte (2,46 mégawatts par habitant) devant Bordeaux (Gironde, 2,21 mégawatts) et Nice (Alpes-Maritimes, 2,12 mégawatts).
Une contrainte physique qui limite la vitesse maximale des TGV à environ 470 km/h. En pratique, pour éviter une usure prématurée des équipements, on limite la vitesse des TGV à 70 % de la vitessee de propagation des vibrations le long des caténaires, soit 350 km/h.