Ecartement variable: des règles du théâtre classique aux rêves du GoldenPass Express

Les trois règles du théâtre classique
Le triomphe absolu de votre moyen de locomotion favori, la voiture, n’a qu’une explication: le respect inconditionnel des trois règles du théâtre classique, l’unité de temps, l’unité de lieu et l’unité d’action. L’heureux automobiliste part n’importe quand, de n’importe où. Mieux encore: il se meut dans une coquille ouatée, une sphère privée qui prolonge son propre corps.

Le chemin de fer, royal au siècle passé, est en disgrâce. Pour récupérer des parts de marché, le train a inventé l’horaire cadencé. Les gares ont compris qu’à défaut d’être partout, elles devaient allécher l’automobiliste par des parkings incontournables: les artères ferroviaires se ramifient en capillaires routiers. Pour le temps et l’espace, la réaction est bonne. Reste l’unité d’action. La bête noire des transports publics demeure la «rupture de charge» qui, dans le jargon ferroviaire, signifie un changement de train; souvent inévitable, celui-ci condamne le voyageur à briser le rythme de son déplacement, à abandonner un siège douillet acquis souvent de haute lutte, à déménager avec armes et bagages pour repartir à l’assaut d’une autre place, tout aussi hypothétique.

En Suisse, on se heurte à la barrière infranchissable des écartements différents; le chemin de fer régional, destiné à se glisser dans des vallées étroites et pentues, roule sur des voies à l’écartement métrique, tandis que le grand chemin de fer se rallie à la norme internationale de 1,435 mètre. Ces 435 mm de différence sont, pour le monde ferroviaire, un abîme.

Troisième rail ou écartement variable?
Que faire donc pour relier sans transbordement Montreux à Lucerne, le fameux GoldenPass Express, quand les voies métriques du Montreux-Oberland bernois (MOB) et du Brunig (Zentralbahn) sont coupées par un intermède à voie normale entre Zweisimmen et Interlaken? La solution, à l’étude depuis des décennies, est sans surprise: on immerge un troisième rail, à l’intérieur de la ligne classique. Mais le budget de plusieurs dizaines de millions de francs, pour un projet exclusivement local, a brisé le rêve.

La véritable nouveauté, c’est le matériel roulant à écartement variable: des rames «caméléon», munies de roues coulissantes sur leur essieu, se jouent des différences d’écartement, à l’image du fameux Catalan Talgo, ayant relié Genève à Barcelone de 1969 à 1994 (Fig. 1). Un rappel historique s’impose.

Fig. 1 Rame à écartement variable Catalan Talgo, ayant relié Genève à Barcelone de 1969 à 1994 (photo Jean Vernet, Genève, 1985).

L’épopée de l’écartement variable
L’écartement des voies de chemin de fer, soit la distance séparant les deux files de rails parallèles, n’est pas uniforme. Si environ 70% de la longueur des voies ferrées du monde sont à l’écartement normal de 1435 mm, les 30% restants peuvent se partager en «voies étroites» –moins de 1435 mm– et en «voies larges» –plus de 1435 mm–[1]. Le changement d’écartement sans transbordement constitue donc un défi technique et économique presque aussi vieux que le chemin de fer.

L’épopée industrielle de l’écartement variable remonte au début du siècle passé: dans un numéro du 2 octobre 1909, la revue Génie civil décrit en détails les bogies développés par le chemin de fer du Chan-Si (Chine) et destinés à rouler indistinctement sur la voie normale (1435 mm) et sur la voie métrique.

En Europe, la première conception d’un essieu à écartement variable a visé la voie russe (1520 mm) et la voie normale, sous l’égide des chemins de fer russes et de l’Allemagne de l’Est (Deutsche Reichsbahn). Le 20 mai 1961, le premier train commercial équipé de tels essieux était mis en route en direction de l’URSS et, depuis cette date, plus de 3000 essieux étaient construits. Cette solution n’est cependant pas généralisable aux cas d’écartements très différents, comme entre voie normale et voie espagnole[1].

Premier prix pour les Ateliers de constructions mécaniques de Vevey
C’est dans ce contexte que les chemins de fer espagnols ont pris, en 1966, la décision d’organiser un concours dans le cadre de l’Union internationale des chemins de fer (UIC). Les résultats de cette compétition permettraient de choisir une solution optimale au problème de changement automatique d’écartement, adapté notamment aux vitesses élevées, aux voitures à voyageurs, et au cas de différences d’écartement importantes, comme entre la voie ibérique (1668 mm) et la voie normale (1435 mm).

Trente-huit concurrents avaient adressé quarante-trois projets. Deux prix et trois mentions honorables ont été décernés en juin 1968 par le jury. Le premier prix a été attribué à la société suisse des Ateliers de constructions mécaniques de Vevey qui avait proposé un essieu-axe fixe avec roues libres. L’entreprise espagnole Talgo, ayant déjà réalisé un dispositif spécial d’écartement variable pour son matériel roulant en octobre 1967, obtint l’une des mentions d’honneur, justifiée par l’originalité et l’économie, mais aussi les limites spécifiques d’application de son mécanisme[1].

Avec le retentissement international du prix, les Ateliers de constructions mécaniques de Vevey se voyaient confier la réalisation d’un prototype de leur projet. En 1973, c’est chose faite, et trente essieux sortaient de fabrication, tandis qu’une station automatique de changement d’écartement était érigée pour démontrer la validité du concept[2]. Tandis que l’aventure de Vevey s’évanouissait dans des méandres technico-économico-politiques, le train espagnol Talgo (pour train articulé léger de Goicoechea et Oriol), équipé dès 1967 d’un système d’écartement variable à roues folles, poursuivait sa brillante carrière en exploitant de grands axes internationaux tels que Madrid–Paris et Barcelone–Genève[1].

Un postulat qui tourne au pugilat
En 1968, les hôteliers de Davos obtenaient une concession pour une ligne directe de bus entre l’aéroport de Kloten et leur station. La réaction des chemins de fer rhétiques, directement concurrencés, est immédiate: l’Office fédéral des transports mandate une société suisse, la Schweizerische Industrie-Gesellschaft (SIG), à Neuhausen, pour étudier le concept général de transbordement. En 1971, et indépendamment du concours de l’UIC, la SIG fournit son rapport et propose le développement d’un nouveau bogie à écartement variable, spécialement adapté aux conditions suisses (passage de 1435 à 1000 mm)(Fig. 2), ainsi que la conception de rames complètes à grand confort. Le projet reste au point mort jusqu’à la session de printemps 1987 du Conseil des Etats, où le conseiller Luregn Mathias Cavelty propose un postulat pour le développement en Suisse de l’écartement variable, dans le cadre du projet Rail 2000. Contre l’avis du conseiller fédéral Leon Schlumpf, le postulat est accepté.

Fig. 2 Bogie développé en 1971 par la SIG pour les chemins de fer rhétiques (Schmalspur: écartement étroit; Normalspur: écartement normal)(Schweizer Ingenieur und Architekt, Nr 40, 1989, p. 1067).

Deux écoles vont alors s’affronter. D’un côté, le Groupe de réflexions et d’études ferroviaires (Robert Rivier et Daniel Mange, professeurs, Roger Kaller, ingénieur), rattaché à l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne et soutenu par la LITRA (Service d’information pour les transports publics), cherche à fédérer les compétences des Ateliers de constructions mécaniques de Vevey et celles de la Schweizerische Industrie-Gesellschaft; le projet, intitulé «Bogie à écartement variable pour voiture de chemin de fer», sera destiné à la Commission pour l’encouragement de la recherche scientifique[3][4]. Le 15 mars 1990, ces deux entreprises abandonnent l’aventure, pour des raisons essentiellement économiques.

D’un autre côté, le postulat Cavelty fait l’objet d’un rapport commandé par l’Office fédéral des transports à l’Institut für Verkehrsplanung, Transporttechnik, Strassen- und Eisenbahnbau de l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich[5]. Ce rapport, malgré une démarche systématique, est dépourvu d’une véritable vision; il condamne les relations sans transbordement –par 3e rail ou par écartement variable– et suggère uniquement des mesures d’exploitation ponctuelles comme le changement de train sur le même quai, l’envoi séparé des bagages ou la réservation des places.

Bilan 2000: échec en Suisse, espoir au Japon, succès en Espagne
Bien que la Suisse demeure le laboratoire idéal de l’écartement variable, tant par ses compétences industrielles que par la structure de son réseau ferroviaire, il faut se résigner, en 2000, à l’échec. Cette morosité tranche avec les résultats spectaculaires obtenus à l’étranger, dont l’exemple le plus frappant est certainement la rame automotrice japonaise à écartement variable. Les caractéristiques de celle-ci sont à la mesure de la créativité japonaise: apte à rouler à grande vitesse (250 km/h) sur la ligne du Shinkansen à écartement normal, ce véhicule peut changer d’écartement en quarante secondes et parcourir le réseau classique à voie étroite (1067 mm) à la vitesse maximale de 130 km/h. L’exploit est ici la réalisation d’une rame incluant l’élément moteur, la locomotive, absent de tous les projets précédents[6][7]. Le premier prototype est sorti d’usine en 1998 pour être soumis à des tests intensifs au Japon et aux Etats-Unis (Fig. 3).

Fig. 3 Rame automotrice japonaise à écartement variable, premier prototype de 1998 (C. A. Brebbia & L. C. Wadhwa, Editors, Urban Transport X, WIT Press, 2004, p. 523).

 En Europe, un nouveau frisson secoue le monde de l’écartement variable: Talgo inaugure en avril 2000 une rame automotrice à traction diesel, dotée d’essieux à écartement variable et destinée à la grande vitesse[7]; le 12 juin 2002, cette rame, dénommée Talgo XXI (Fig. 4), atteint 256 km/h sur la ligne Madrid–Barcelone.

Fig. 4 Rame automotrice diesel à écartement variable Talgo XXI, prototype de 2000 (photo Javier Hervás).

La Suisse a longtemps dominé la technologie ferroviaire sur le plan mondial. Saura-t-elle reprendre sa place? Le nouveau bogie à écartement variable du GoldenPass Express est la réponse vaudoise à ce défi.

Daniel Mange, 12 mars 2021

Références
Le présent texte reprend largement l’article du même auteur intitulé «Ecartement variable» et paru dans le quotidien Le Temps en date du 15 mai 2001; cet article a lui-même été repris et complété dans l’ouvrage du même auteur sous le titre Informatique et biologie, une nouvelle épopée, publié par les Editions Favre, à Lausanne, en 2005.

[1] Y.M.T, Ecartements variables et roues libres…, La Vie du rail, No 1173, 22 décembre 1968, pp. 11-17.

[2] Y. Jault, Ecartements variables: l’«essieu miracle» est-il né dans le canton de Vaud? La Vie du rail, No 1415, 4 novembre 1973, pp. 4-7.

[3] Vers la suppression des changements de trains? Le cheminot, No 36-37, 3 septembre 1987, p 2.

[4] D. Mange, Projet «Multirail 2000», Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, 18 novembre 1986.

[5] J. Wichser, S. Rangosch, Umsteigefreie Bahnverbindungen zwischen Normal- und Schmalspurbahnen in der Schweiz, Institut für Verkehrsplanung, Transporttechnik, Strassen- und Eisenbahnbau, ETH Hönggerberg, Zürich, 1991.

[6] M. Sakai, K. Oda, Gauge Change Train, Japanese Railway Engineering, No 143, 1999, pp. 12-15.

[7] L. Fieux, Les essieux à écartement variable, La Vie du rail, 13 septembre 2000, pp. 4-8.

 

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Daniel Mange

Daniel Mange, Vaudois, est électricien de formation, informaticien de profession et biologiste par passion. Professeur honoraire EPFL, il se voue aujourd'hui à son hobby politique, les transports publics, dans le cadre de la citrap-vaud.ch (communauté d'intérêts pour les transports publics). Il y anime le projet Plan Rail 2050 qui vise à relier Genève à Saint-Gall par une ligne à grande vitesse.

8 réponses à “Ecartement variable: des règles du théâtre classique aux rêves du GoldenPass Express

  1. Merci et bravo pour ce documentaire à la fois historique et technique – et pour l’introduction poétique dont vous avez le secret !
    J’ignorais qu’il y avait déjà eu tant de projets – dans le monde, en Europe, en Suisse…
    Mais pourquoi tant d’échecs ? Pourquoi tant de projets techniques ont-ils foiré pour des raisons financières – à la limite ça se comprend – ou “politiques” ?
    Pourquoi cette concurrence nationaliste : plutôt renoncer que prendre le produit du voisin ?
    Pourquoi toujours réinventer la roue – pardon, le bogie ?

    1. Merci pour votre commentaire, même si je n’ai pas de réponse à toutes vos questions.
      Pour la cas suisse, la difficulté de la réalisation, donc l’impossibilité de reprendre un projet étranger, était double: la différence des 2 écartements est énorme (435 mm) et la différence de la hauteur des quais (35 et 55 cm respectivement) impose un abaissement, respectivement un réhaussement du châssis.

  2. Peut-être suis-je naïf, mais ne suffit-t-il pas de placer 4 roues par essieux (au lieu de 2) pour pouvoir rouler sur 2 écartements différents ?

    1. Les questions naïves sont toujours passionnantes, car elles nous ouvrent d’autres horizons. N’étant pas mécanicien, je vous répondrai uniquement avec un raisonnement basé sur le bon sens. 1) Pour passer du réseau métrique au réseau principal, le châssis doit s’élever de 20 cm (passage des quais de 35 à 55 cm); le rayon de la roue normale sera donc 20 cm plus long que celui de la roue métrique, et le diamètre 40 cm. 2) Sur la voie normale, pas de problème: la petite roue métrique survole le rail; mais sur la voie métrique, la roue normale doit couper le rail métrique dans tous les aiguillages, croisements et autres appareils de voie. La simplicité du matériel roulant se paie par une intervention extrêmement coûteuse au niveau de l’infrastructure.

  3. Merci pour cet exposé technique qui m’amène à faire une remarque et à vous poser une question.

    Raisonnons en pourcents plutôt qu’en mm. Pour passer de la voie ibérique à la voie standard, la différence n’est que de 16 % alors qu’elle est de 43 % pour passer de l’écartement CFF à celui des RhB. Plus du double !

    Il y a aussi un autre aspect. En plus de l’écartement, il faut aussi considérer le gabarit et la longueur des véhicules sans oublier la vitesse. Quand un Talgo passe d’Espagne en France, il se retrouve sur un réseau qui n’est différent que par l’écartement et qui ne devient pas plus “acrobatique”. Un train des CFF se retrouvant sur le réseau des RhB doit faire face à un environnement beaucoup plus difficile avec des viaducs et des tunnels courbes et même spiralés. Les voitures actuelles des CFF ne sont-elles pas plus longues que celles de petits trains rouges des RhB ?

    1. Pour la remarque, vous avez parfaitement raison et vous mettez en évidence la difficulté du défi technique posé par le bogie suisse.

      Pour la question, votre constat est correct. Il faut donc raisonner dans l’autre sens: la voiture à écartement variable aura le gabarit de sa ligne métrique d’origine (MOB, RhB ou autre) et sera donc compatible avec les contraintes du réseau CFF; il faudra également que cette voiture soit conçue avec une résistance aux collisions et une vitesse compatibles avec les normes CFF: c’est un défi sur lequel je reviendrai dans un prochain chapitre.

  4. Article à la brillante rédaction et techniquement très bien documenté.

    Toutefois, à mon sens, il ne mentionne pas les facteurs autres que l’écartement, qui peuvent séparer les différents réseaux et qui sont malheureusement très présents en Suisse (+ ou – par ordre d’importance):

    – les exigences de résistance statiques et dynamiques des caisses
    – le gabarit d’espace libre pour les véhicules, en particulier la position des quais par rapport au plancher des voitures
    – les attelages et systèmes d’intercirculation entre les voitures
    – les exigences de comportement dynamiques liées à la vitesse
    – les systèmes de freinage, de télécommande et d’alimentation électrique des auxiliaires

    Mais une partie de ces difficultés est résolue si l’on opte pour la circulation de rames tractées de composition fixe avec échange du véhicule de traction aux points de changement d’écartement. Et, par exemple, les bogies à écartement variable du MOB qui vont circuler entre Montreux et Interlaken, ont dû être pourvus d’un système sophistiqué de soulèvement pour rendre les voitures VM abordables par les quais VN.

    Malheureusement, les quatre familles de difficultés décrites ci-dessus, omniprésentes en Suisse, sont certes techniquement surmontables mais constituent avant tout un obstacle économique. Il se trouve par ailleurs que les chemins de fer suisses à voie métrique assurent principalement du trafic régional et suburbain. Leur part au trafic longue distance, par exemple sur Genève Aéroport – Montreux – Gstaad ou Zurich – Coire – St Moritz représente un flux de voyageurs relativement limité.

    1. Merci pour ton commentaire qui complète parfaitement mon texte. J’y reviendrai plus longuement dans un chapitre ultérieur de la saga, qui décrira en détail le parti pris du MOB pour la conception du GoldenPass Express à écartement variable.

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