Le crépuscule de la crémaillère

La Suisse, championne du monde de la crémaillère
Des dizaines de trains tutoient ses sommets, une industrie ferroviaire unique, Stadler Rail, produit sa technologie: la Suisse est championne du monde de la crémaillère. Un récent article de la Luzerner Zeitung [1] annonce la fin possible de cette épopée, même si les lignes les plus pentues échapperont à ce couperet.

Fig. 1 Réseau du Zentralbahn (zb) avec ses deux lignes principales de Lucerne à Interlaken 0st (Brunig) et de Lucerne à Engelberg; la ligne de Meiringen à Innertkirchen a rejoint le réseau zb en 2021 (carte Zentralbahn).

Le Zentralbahn (zb) est une compagnie privée suisse, société fille des CFF (66 % de son capital), issue de la fusion de la ligne CFF du Brunig (Lucerne–Meiringen–Interlaken) et de la compagnie Lucerne–Stans–Engelberg (LSE) (Fig. 1). Les deux branches du zb sont unifiées techniquement, et leurs trains roulent sous la caténaire des CFF (15’000 volts, 16 2/3 périodes), et sur voie métrique, entrelardée de tronçons à crémaillère entre Giswil et Meiringen (ligne du Brunig) et entre Grafenort et Engelberg . La compagnie zb s’est toujours fait remarquer par sa modernité, tant sur le plan du matériel roulant (rames automotrices Adler, Fink et Spatz, Fig. 2) que par son concept d’exploitation (horaire cadencé, trains InterRegio alternant avec des trains régionaux, restauration à bord).

Fig. 2 Rame Adler du Zentralbahn; composée de sept éléments, cette rame automotrice roule jusqu’à 120 km/h en adhérence, à 40 km/h en crémaillère (montée) ou 27,5 km/h (descente) (photo Zentralbahn).

Quelle mouche a-t-elle donc piqué le Zentralbahn pour qu’il tente de se débarrasser de sa crémaillère? Ce n’est certainement pas l’incident du 6 mars 2021 où l’essieu moteur défectueux d’un convoi a entraîné une détérioration de la crémaillère entre Giswil et le col du Brunig. Les causes profondes sont antérieures à cet accident de parcours, et peuvent se résumer par la complexité, le coût, la lenteur et l’absence d’interopérabilité.

Complexe, donc coûteux
Le système de la crémaillère, troisième rail destiné à renforcer l’adhérence dans le sens de la montée et à assurer le freinage dans le sens de la descente, reste un dispositif bien connu, robuste et fiable. Mais la pose de ce troisième rail renchérit l’infrastructure (avec des aiguillages d’une redoutable complexité) et le matériel roulant; les engins moteurs doivent disposer d’essieux ad hoc pour la traction et le freinage, alors que les voitures sont également munies d’essieux destinés au seul freinage. L’usure, et donc l’entretien supplémentaire du système à crémaillère, sur la voie comme sur les véhicules, aggrave encore l’addition.

Lenteur: avant, pendant et après…
L’entrée et la sortie d’un tronçon à crémaillère, outre son soubresaut bruyant, nécessitent pour des raisons mécaniques un ralentissement sévère. La crémaillère elle-même impose une modération de la vitesse, plus forte à la descente (27,5 km/h pour la rame Adler) qu’à la montée (40 km/h), essentiellement pour des questions de sécurité.

La variété des espèces interdit l’interopérabilité
Les inventeurs de la crémaillère, tous citoyens suisses issus du 19e siècle (Carl Roman Abt, Eduard Locher, Niklaus Riggenbach, Emil Strub), ne se sont pas souciés d’uniformiser leur invention. Le Zentralbahn a hérité de la crémaillère Riggenbach, tandis que son proche voisin, le Matterhorn Gotthard Bahn (MGB, de Zermatt à Disentis/Mustér via Brigue et Andermatt) a tout misé sur la crémaillère Abt; malgré la future liaison destinée à joindre les deux réseaux via le tunnel du Grimsel (liaison Meiringen–Oberwald, voir l’article «Slow food» et grand confort sur voie étroite du 2 mai 2019 sur ce blog), ceux-ci seront incompatibles et le transbordement restera obligatoire.

L’oeuf de Colomb du Zentralbahn
Les ingénieurs du Zentralbahn, épaulés par leurs collègues de l’Ecole supérieure polytechnique d’Aix-la-Chapelle, ont logiquement décomposé le problème en deux temps: la montée d’abord, la descente ensuite.

L’ascension nécessite une adhérence et une puissance de traction maximales: elles seront obtenues si tous les essieux du futur convoi sont moteurs; la locomotive et son train de voitures disparaissent au profit d’une automotrice articulée dont chaque essieu est entraîné par un moteur de traction. La politique de flotte actuelle du Zentralbahn, où dominent aujourd’hui les automotrices, va déjà dans ce sens.

Pour parer à toute dérive lors de la descente, les moteurs de traction seront bien entendu mis à contribution grâce au freinage électrique: chaque moteur devient génératrice, et renvoie du courant dans la caténaire, la fameuse récupération. On doublera ce premier frein par l’adjonction de patins électromagnétiques destinés à coller au rail en cas de situation critique. Certains lecteurs se rappelleront de cet accessoire indispensable aux tramways lausannois, rompus aux pentes sévères de la ville (Fig. 3).

Fig. 3 Rame CFZe4/4 (série 191-193, construite en 1954) des Tramways lausannois munie de patins électromagnétiques sur les deux bogies (dessin de Pierre Stauffer tiré de la référence [2]).

Les futures rames automotrices du Zentralbahn, à motorisation totale et patins électromagnétiques, viendront à bout des pentes les plus sévères du réseau actuel, soit 12 % (12 mètres de dénivelé pour une distance de 100 mètres) sur la ligne du Brunig et de 10,5 % sur la ligne d’Engelberg. La crémaillère Riggenbach aura vécu sa vie, et pourra être déferrée.

A moins que des convois historiques, témoins du patrimoine ferroviaire, puissent encore circuler sur le réseau rajeuni… Ou alors que le GoldenPass Express, dépassant Interlaken pour se lancer à l’assaut du col du Brunig, ne réussisse ce nouveau défi: allier écartement variable et motorisation totale.

Nous suivrons de très près l’éradication de la crémaillère et la cure de jouvence qui dopera les lignes ainsi transformées. Mais nous n’oublierons pas les pionniers et honorerons la mémoire des Abt, Locher, Riggenbach et Strub.

Retombées lausannoises
Le chemin de fer Lausanne–­Ouchy vit aujourd’hui sa troisième réincarnation: après une vie de funiculaire –surnommé la «ficelle»– il a été transformé en chemin de fer à crémaillère, toujours à voie normale, l’écartement standard des CFF. Sa nouvelle vie, totalement automatisée, est celle d’un métro, le m2, roulant sur pneumatiques. Mais, avec une rampe de 11,4 %, inférieure à celle du Zentralbahn, le futur matériel du m2 pourra oublier le caoutchouc pour retrouver son statut de véritable chemin de fer. Pour certains riverains, la disparition du crissement des pneus sera chaleureusement applaudie…

Daniel Mange, 1 septembre 2021

 

Remerciements
J’adresse ma reconnaissance à Pierre Guignard, expert en matière ferroviaire, qui m’a rendu attentif à la différence cruciale entre lignes à crémaillère pure (Montreux–Rochers-de-Naye ou Zermatt–Gornergrat, par exemple) et lignes mixtes, à adhérence et crémaillère (Zentralbahn ou Matterhorn Gotthard Bahn). Dans le premier cas, les véhicules sont relativement simples, car il n’y a qu’une chaîne d’entraînement/freinage, et pas de problème d’entrée et sortie de la crémaillère. Sur les lignes mixtes, les véhicules sont beaucoup plus complexes, lourds et coûteux, car on cumule deux modes de traction et de freinage, et la transition adhérence/crémaillère doit s’effectuer en mode entièrement sécuritaire.

Je remercie également Madame Annette Rochaix-Goldschmidt, veuve de Jean-Louis Rochaix et contributrice de la collection des livres voués aux chemins de fer vaudois, pour la mise à disposition de la figure 3.

Références

[1] M. Piazza, Zentralbahn testet zahnradlosen Betrieb für Brünig und Engelberg, Luzerner Zeitung, 22. Juli 2021.

[2] M. Grandguillaume, J. Jotterand, Y. Merminod, J. Paillard, J.-L. Rochaix, P. Stauffer, J. Thuillard, Les tramways lausannois 1896-1964, Bureau vaudois d’adresses, Lausanne, 1977.

 

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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.

22 réponses à “Le crépuscule de la crémaillère

  1. Tout ça pour être presque tout le temps en retard !
    Nos chemins de fer et surtout nos abonnements sont les plus chers du monde !
    Ca laisse rêveur ……

  2. On peut aussi pendre la crémaillère avec des amis dans leur nouveau logis.
    C’est moins cher que version ferroviaire si bien décrite dans l’article de Daniel Mange.

  3. Enfant de Leysin, pour avoir pris chaque jour l’Aigle-Leysin (AL) comme collégien à Aigle, puis à Saint-Maurice (comme externe) pendant six ans, j’ai peine à concevoir par quoi et comment la crémaillère, si elle devait aussi être remplacée sur cette ligne, pourrait l’être compte tenu du degré d’inclinaison de la pente. A coup sûr pas par des coussins pneumatiques…

    Comme vous le soulignez, la crémaillère était sûre, robuste et fiable. Comme passager, on “sentait” presque la rame s’y accrocher, à la montée comme à la descente. Elle ne nous lâchait pas. Sans cette vigilante gardienne, bonjour la glissade.

    Je ne suis pas contre le progrès, bien au contraire, mais le progrès obligatoire, c’est un peu comme chez le dentiste: ça passe ou ça casse.

    Oui, il y aurait une Histoire de la crémaillère à écrire, avant que la dernière ne disparaisse…

    1. Vous n’avez rien à redouter pour la ligne Aigle-Leysin: avec sa pente à 23%, très supérieure à la limite de 12% du Zentralbahn, la crémaillère entre Aigle et Leysin a de beaux jours devant elle…

      1. Ouf ! Il y aura donc toujours un train à crémaillère, au moins un. Ce serait vraiment triste que ça disparaisse comme le rhinocéros blanc.

  4. 4 remarques :
    1) BERNER-OBERLAND-BAHN. Avec le nouveau matériel du BOB – datant déjà d’une bonne dizaine d’années – on ne sent ni n’entend l’entrée ou la sortie de la crémaillère. Comment est-ce possible ? Cette technique pourrait-elle être appliquée ailleurs ?
    2) BRIGUE-FURKA-DISENTIS. Rappel historique : les promoteurs français du BFD – l’ancêtre du FO – voulaient construire la ligne avec un rail central (système Hanscotte). Les autorités fédérales ont exigé la crémaillère. Et maintenant on pourrait rouler sans crémaillère ni rail central ?
    3) LAUSANNE-OUCHY. Ce sont probablement ceux qui se plaignaient du bruit de la crémaillère – ou leurs descendants – qui se plaignent aujourd’hui du crissement des pneus. Et dire qu’à cause (entre autre) du crissement sur les rails, on a mis des bus !
    4) AIGLE-LEYSIN. Comme la ligne Bex-Villars – et autrefois celle de Loèche-les-Bains – la ligne Aigle-Leysin alterne des parcours sur route et de raides crémaillères en site propre. La différence n’est donc pas tant entre ligne à crémaillère pure et ligne mixte qu’entre ce les germanophones appellent “Bergbahn” et “Gebirgsbahn”.

    1. 1) Je n’ai pas d’explications détaillée pour ce point, sinon une amélioration du matériel roulant récent.
      2) Pour la ligne complète de Zermatt à Disentis, la pente maximale n’excède pas 12,5%, la limite fixée par le Zentralbahn pour sa nouvelle technologie sans crémaillère.
      3) Ce n’est certainement pas le bruit du train à crémaillère Lausanne-Ouchy qui a conduit à son remplacement par des rames sur pneus, mais l’absence d’offre d’une solution crémaillère au moment même où l’entreprise SLM fermait ses portes et où Stadler Rail n’avait pas encore repris le secteur crémaillère de la SLM .

      1. 3) Je me suis mal exprimé – le métro m2 n’est pas un bus. C’était juste une analogie : ce sont les trams qui ont (entre autre) été remplacés par des bus à cause du crissement sur les rails, et de leur inconfort. Et très vite les bus sont devenus aussi inconfortables que les vieux trams…

  5. Je viens de faire une invention géniale pour moderniser la technique de la crémaillère. Il s’agirait de remplacer la roue dentée en métal par une roue en caoutchouc, pneumatique gonflable (comme une roue d’automobile ) ou plein et moulé (comme une roue de tracteur), mais qui aurait un profil sinusoïdal très aplati et s’engrènerait, ou plutôt roulerait tout simplement sur un rail central de profil correspondant, donc très aplati également, contrairement aux crémaillères métalliques actuelles dentées au profil aigu. La roue sinusoïdale en caoutchouc et le rail central pourraient d’ailleurs avoir une beaucoup plus grande largeur que les crémaillères actuelles. Ils pourraient être aussi larges ou même plus qu’une roue d’automobile, par exemple 50 centimètres, et le rail, ou plutôt la bande de roulement centrale pourrait être plus large que la roue à profil sinusoïdal s’engrenant sur elle, ce qui améliorerait encore l’adhérence en donnant une marge de sécurité de chaque côté. La bande de roulement pourait être certes en métal, mais aussi en béton moulé, matière plastique polymère ou même céramique pourvu que ce matériau soit économique et assure une bonne adhérence et résistance et minimise l’usure de la roue centrale due au frottement.

    Avec mon invention, il me semble qu’on aurait un meilleur confort, ce serait silencieux, et l’adhérence serait optimale. Malgré le profil sinusoïdal très aplati, qui pourrait à la limite être presque imperceptible, l’adhérence serait à mon avis tellement forte qu’elle permettrait de vaincre les pentes les plus raides. Le système permettrait peut-être de renoncer complètement aux roues métalliques et de les remplacer par des pneumatiques comme dans le m2. Evidemment il faudrait bien tout calculer pour déterminer le meilleur profil, le meilleur matériau et minimiser l’usure. Mais bon, on a des ingénieurs pour ça.

    Que pensez-vous de cette invention sensationnelle cher Monsieur Mange?

    Et en plus je ne demande même pas de royalties.

    1. Comme je ne suis ni partisan de la crémaillère et encore moins du caoutchouc, je vous propose de soumettre votre alléchante invention à la firme Michelin dont les compétences en cette matière sont avérées.

      1. Excellente idée, je vais les contacter de suite. Nul doute qu’ils vont se ruer sur cette idée géniale qu’on pourrait appeler le Nouveau Bibendum, qui boit la pente. Malheureusement ce ne pourra pas être moi qui mettrai au point le procédé car je ne suis pas ingénieur mais juriste.

  6. Mon invention pourrait encore être améliorée par la pose d’un seul rail central au lieu de deux rails latéraux comme aujourd’hui. Ce rail central, qui pourrait être en béton avec un système un peu comme celui du m2, garantirait que le train reste toujours parfaitement centré, et le tout serait posé sur une large bande de roulement en béton, avec de part et d’autre du rail central deux bandes de roulement au profil sinusoïdal comme expliqué plus haut, dans lesquelles viendraient mordre les roues en caoutchouc également sinusoïdales.

    Mon invention est tellement géniale que je ne doute pas un instant qu’elle sera adoptée et donnera la coup de grâce à la crémaillère d’autrefois. J’en suis désolé car ce n’était pas mon intention.

    1. 1) Merci pour ces idées pleines de candeur qui m’ont bien fait sourire :). Il ne faut pas oublier qu’à la base, une crémaillère sert à transmettre des efforts longitudinaux. Ce n’est pas pour rien que le profil des dents présente une forte composante perpendiculaire au sens de marche : c’est parce que la solution à adhérence, comme vous le suggérez (en aplatissant votre sinusoïde, on y revient…), n’est plus suffisante pour assurer les efforts de traction et de freinage. Les locomotives à adhérence ont misé justement sur une grande masse pour assurer une force normale suffisante par rapport au coefficient de frottement. Le MOB a justement dû continuer avec ses locomotives série 8000 pour la mise en exploitation du train avec voitures à écartement variable, car elles avaient pris de l’embonpoint au fil des améliorations et il fallait suffisamment de traction pour ne pas patiner.
      2) Pour ce qui est du rail central, cela s’appelle un monorail et c’est en service dans plusieurs villes, mais le plus souvent à plat. Le m2 ne fonctionne pas sur ce principe. Bien à vous.

  7. Autre solution concevable: combiner la technique classique du rail et roue en acier avec un moteur linéaire.

    Objections possibles:
    – La cohabitation de ces deux techniques pourrait causer des problèmes de sécurité, par exemple des déraillements. Réfutation: Il y a plusieurs cas d’application où cela fonctionne en service tous les jours (Skytrain Vancouver, Oedo Line Tokyo).
    – Le moteur linéaire est inefficace dans un rayon de vitesses faibles. Réfutation: outre les deux cas déjà mentionnés, il est appliqué aussi dans des ascenseurs.

    1. Merci pour votre suggestion, mais il faut rappeler que la motivation première du Zentralbahn est la diminution des coûts en supprimant un système existant, la crémaillère, sans rajouter un nouvau système, coûteux lui aussi.

  8. Je ne connais pas en détail ces calculations. La motorisation sur tous les essieux n’est pas gratuite non plus. Jusqu’ici, il paraît qu’on a jugé la crémaillère moins chère que les moteurs et transmissions supplémentaires. Ca ne m’étonne pas qu’on révise cette évaluation, mais pourquoi à ce moment là? (Il n’y a aucune innovation technique qui se prête comme explication). Par ailleurs, il me paraît qu’avec 12 pour cent, on serait assez proche de la limite absolue – même si le tramway de Lisbonne va encore un peu plus loin.
    Est-ce que la question (inclinaison maximale pour exploitation à adhérence) a été étudiée systématiquement? (Je me souviens seulement d’une expertise faite avant la construction du tunnel de la Ruckhalde (suppression de la crémaillère sur la ligne St-Gall-Appenzell).

    1. L’évolution des normes sécuritaires rend la vie pour les chemins de fer de montagne et à crémaillère très difficile. En effet, ce qui était homologable dans les années 1980-1990 ne serait plus possible aujourd’hui. Les exigences des normes relatives aux crash-tests et réserve de freinage nécessitent des réserves au niveau de la conception du matériel roulant (MR) qui lui font 1) prendre de l’embonpoint et 2) rétrécir le volume dévolu aux passagers par rapport aux volume global de la caisse, donc en conséquence on aurait besoin de véhicules plus lourds et moins capacitaires pour continuer à exploiter les lignes de montagne. Dès lors il n’est pas du tout étonnant que les exploitants fuient la crémaillère dès qu’ils le peuvent, car outre les contraintes sur le MR, les limitations de vitesse imposées par la crémaillère imposent des contraintes d’exploitation évidentes.

  9. Cher Daniel, merci pour ce partage intéressant !
    Par rapport à ta dernière remarque sur la disparition des pneus pour le renouvellement du matériel roulant du m2, je suis au regret de t’annoncer que ce n’est absolument pas à l’ordre du jour. Au contraire, le nouveau matériel roulant (NMR) devra être intercompatible avec les deux lignes m2 et m3 qui seront interconnectées entre la station Lausanne CFF-Est et la station de Grancy. Contrairement aux lignes à crémaillère partielle que tu cites, les stations du m2 sont souvent en pente, et on atteindra allègrement les 12% sur la ligne m3 entre Beaulieu et Casernes en direction de Plaine-du-Loup. La station Lausanne CFF-Est est actuellement à 11.4%, ce qui ne serait pas évident à desservir en ferroviaire pur !

    A terme le renouvellement des automatismes et du MR augmentera la capacité de la ligne et permettra une cadence toutes les 90 secondes, ce qui suppose des accélérations et freinages nécessitant une forte adhérence. Je doute fortement qu’une solution ferroviaire pure puisse fonctionner dans ces conditions. Mais rassurons-nous, il y a toujours des rails Vignole en fer à l’intérieur des bandes de roulement pour les pneumatiques :).

    Pour ce qui est du bruit, surtout dans la région du tracé aérien entre Grancy – Délices – Jordils – Ouchy, une couverture de la voie est à l’étude avec la Ville de Lausanne. Plusieurs solutions sont envisagées, notamment mur antibruit, surface végétalisée, piste cyclable / piétonne superposée à la couverture, etc.

    Au plaisir d’en discuter à l’occasion !

    PS Si tu as des questions particulières pour le zb, je rencontrerai son responsable du MR (Gerhard Züger) à la réunion semestrielle du groupe d’experts véhicules à voie métrique et spéciale à l’UTP le 10.11.21 prochain. Sinon je rencontrerai les collègues romands des TPC le 05.11.2021, spécialistes de la crémaillère.

    Bien cordialement, Yannick Fournier
    Responsable Système / Conception des dépôts pour le projet de développement des métros automatiques m2 & m3

    1. Un grand merci pour ces commentaires très fournis. Il est entendu que la conclusion lausannoise de mon article se voulait un peu provocatrice, et que l’étude de la Ville de Lausanne concernant les mesures anti-bruit du tronçon Grancy-Délices me satisfait pleinement.

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