Compatibilité électromagnétique du système ferroviaire - Bases, contexte et référentiels

La mise en circulation d’un convoi ferroviaire suppose que chacun des elements qui le compose (tramway, locomotive, materiel remorque, automotrice, rame TGV...) presente une certaine aptitude a s’integrer au sein du convoi (sous-systeme materiel roulant), de l’infrastructure ferroviaire, et plus generalement dans son environnement. Reciproquement, les autres mobiles en circulation, l’ouvrage ferroviaire pris dans son ensemble, et les systemes externes au domaine ferroviaire doivent ensemble respecter la circulation du convoi considere. En d’autres termes, composer et faire circuler un vehicule ou un convoi ferroviaire imposent de respecter les regles elementaires de compatibilite electromagnetique (CEM) entre sous-systemes. Assurer la CEM entre sous-systemes est d’autant plus important que le chemin de fer met en jeu des sous-systemes de grandes dimensions, qu’il utilise de plus en plus la traction electrique et que la puissance des engins moteurs augmente avec les charges remorquees ainsi que les vitesses commerciales pratiquees, que le trafic est accru notamment en zone urbaine... Par ailleurs, la traction electrique fait appel a des equipements a conversion statique d’energie capables d’etablir et de couper de fortes intensites sous des tensions elevees. Cette problematique de CEM concerne aussi bien les transports collectifs en milieu urbain en mode electrique que le chemin de fer en general. Le systeme ferroviaire est de dimension internationale, et la mondialisation du marche industriel ferroviaire est plus que jamais d’actualite. Les concepteurs doivent donc harmoniser leurs produits en tenant compte de caracteristiques variables selon les pays : tensions et frequences d’alimentation, equipements de securite, gabarits mecaniques, mode d’exploitation... Le domaine ferroviaire est le siege : de courants harmoniques directement lies aux frequences de fonctionnement des convertisseurs et du reseau d’alimentation ; de variations d’intensite a l’origine de champs magnetiques ; de variations rapides de tension, lesquelles sont sources de courants capacitifs. Le domaine ferroviaire comporte aussi des installations a courants faibles utilises pour les fonctions de controle-commande et pour les systemes d’information. Ces sous-systemes sont sensibles a l’influence des courants forts. Les dimensions de chacun de ces sous-systemes sont importantes, quelques dizaines ou centaines de metres pour le convoi proprement dit, des dizaines de kilometres pour le sous-systeme d’alimentation ainsi que pour l’infrastructure en general, notamment les supports des systemes d’information. Dans ce contexte, le materiel de traction est souvent considere comme le principal perturbateur ou « agresseur » tandis que les equipements a courants faibles sont en general consideres comme des « victimes ». Cet expose presente en deux articles conjoints se concentrera sur la compatibilite specifique au domaine ferroviaire, a savoir l’interaction entre les sous-systemes le composant... Ne sont donc pas abordees les problematiques de CEM internes a chacun des sous-systemes qui relevent de la CEM industrielle, donc plus « traditionnelle » ; ces sujets etant traites dans de nombreuses autres publications des Techniques de l’Ingenieur et ouvrages specialises... Ce premier article decrit les sous-ensembles fonctionnels du systeme ferroviaire, rappelle quelques grands principes de CEM et pose le cadre referentiel. Le second article [TRP 3 014] detaillera les interactions entre sous-systemes puis presentera quelques exemples issus du retour d’experience afin d’expliciter les limites dans la recherche de la compatibilite electromagnetique.