Les installations électriques du métropolitain
Sommaire :
1. Le matériel des sous-stations
2. La distribution électrique des installations
3. Les appareillages électriques de la C.M.P
4. Le chemin de fer électrique souterrain Nord-Sud de Paris
1. Le matériel des sous-stations |
| 1.1. Les commutatrices |
Les commutatrices sont des machines tournantes qui transforment le courant alternatif en courant continu. Elles ont un meilleur rendement que les groupes convertisseurs tournants moteur/génératrices. Néanmoins, elles sont moins souples d’emploi car la tension de sortie en courant continu est liée à celle du courant alternatif. En fonction des courants appelés en ligne, la puissance est obtenue en faisant fonctionner plusieurs commutatrices sur les barres positives et négatives de la sous-station.
Le métropolitain a eu 3 modèles de commutatrices : les 750 kW du début, remplacées progressivement par des 1 500 kW et 3 000 kW. Le démarrage des commutatrices était réalisé en continu en faisant fonctionner les machines en moteur shunt, la source à courant continu étant constituée des batteries avec l’appoint de survolteur/dévolteur.
La dernière commutatrice est retirée du service en 1970. Une démarche patrimoniale à permit la sauvegarde d’une commutatrice de 1 500 kW de la sous station Barbès, et d’un redresseur au mercure provenant celle de Daumesnil. Il y avait également des équipements spécifiques aux sous-stations comme un transformateur, disjoncteur, survolteur, tableau de commande, etc… Ce matériel est mis en valeur dans l’ancienne sous-station Daumesnil.
| 1.2. Les redresseurs au mercure |
Le principe de ce type de redresseur (ou convertisseur statique) est basé sur l’effet de soupape que possède un arc électrique établi entre deux électrodes soumises à une tension alternative, placées dans une enceinte où règne un vide élevé. Pour réaliser le passage du courant pendant les alternances positives, le mercure (cathode) doit présenter une tache incandescente, centre d’émission d’électrons qui engendrent par collision avec les molécules de vapeur de mercure des ions positifs et des ions négatifs. Les ions positifs neutralisent en partie les charges spatiales négatives provoquées par l’émission des électrons. Les ions positifs sont attirés par la cathode où ils entretiennent par leur bombardement énergique une température assez élevée pour que les électrons puissent être émis de manière continue. Les ions négatifs sont attirés par l’électrode d’entrée du courant (anode). L’arc ne s’établit donc que lorsque la cathode est négative par rapport à l’anode. La mercure a été choisi comme matière cathodique car il est liquide à la température ordinaire, et qu’il se condense sans se solidifier quand il arrive au contact des parois refroidies du redresseur. Il fournit également l’atmosphère gazeuse nécessaire à l’établissement de l’arc.
| 1.3. Les batteries |
Les batteries d’accumulateurs sont réalisées par deux fournisseurs : TUDOR pour la majorité des sous stations, et T.E.M. (Duhesme et Necker). Elles reposent sur trois rangées de poutres en bois séparées par des isolateurs. Les bacs sont en matière inattaquable aux acides (bois imprégné avec un revêtement intérieur en plomb). Les plaques positives, intercalées entre les plaques négatives sont en plomb. Les batteries avaient essentiellement un rôle de secours pour l’alimentation des circuits d’éclairage (l’éclairage protégé) et au démarrage des commutatrices. La charge des batteries est assurée par le groupe survolteur /dévolteur. Cette machine va autoriser la recharge après la démarrage des commutatrices ou lors des essais de capacité pour connaître l’état des batteries. Les sous-stations qui n’ont pas de batteries ont leur services généraux alimentés par l’éclairage normal (ou protégé) de la ligne qu’elles desservent.
2. La distribution électrique des installations |
L’énergie électrique est distribuée sur le réseau uniquement sous forme de courant continu à la tension de 600 volts. Les seules exceptions concernent la signalisation et des essais d’éclairage en station en courant alternatif. La première étude sur un changement tension à 750 V commencera en 1946 et sera appliqué en mars 1969 avec la suppression de la dernière sous-station Barbès.
Les trois alimentations (ou « feeder ») possibles en tunnel étaient le rail traction, l’éclairage normal et l’éclairage protégé. Le feeder traction est constitué pour le positif par des deux files de barres de courant des deux voies (3ème rail), d’alimentation séparée. Le négatif est assuré par les deux voies de roulement elles-mêmes mises en parallèle en particulier dans chaque station. La continuité de la barre de courant est affectée par des sectionnements au droit de chaque sous-station, ainsi que par les postes de redressement apparus après la seconde guerre mondiale. Chaque voie de chaque section est ainsi alimentée à la fois individuellement et par deux sous-stations. cette disposition jointe à l’implantation convenable de communications de voie et d’interrupteurs « traction » normalement fermés permet l’établissement de services provisoires, et limite les répercussions sur la ligne d’un incident survenant en un point quelconque. Au contraire, la continuité électrique de la voie de roulement, feeder traction négatif, est assurée par un éclissage approprié avec les connexions inductives de signalisation.
La coupure de la traction sur un coupon était assurée par des interrupteurs de voie à couteaux disposés dans des coffrets. Ces dispositifs existent encore aujourd’hui. (RATP)
| 2.1. Le rail de traction |
L’évolution du réseau dans ses débuts amènera à différentes variantes du rail traction et de ses isolateurs. C’est le modèle « carré » qui deviendra le modèle standardisé. Ce modèle sera mis en service avant 1910 et reste encore aujourd’hui bien présent. Commençons par le modèle standard qui existe dans plusieurs versions. Ce modèle d’isolateur est fait pour supporter le rail T52 (en forme de « T » à 52 kg/m) apparu, également avant 1910, et qui deviendra également le standard pour l’ensemble du réseau. L’isolateur est au départ en grès blanc puis en basalte noir mat (certains modèle noirs brillant semble être en verre). Le calage est assuré par les cales appropriées en hêtre ou en acier coulé.
Les premières lignes seront équipés pour le rail traction de rail DC (Double Champignon), ou deux rails DC parallèles (ligne 1). Les ligne 2 et 3 seront montées avec du rail Vignole mais dans un acier plus doux que celui de roulement et soudés par aluminothermie. Certaines voies sont encore équipées de rail Vignole V52 sur la ligne 2. Le montage est réalisé par un support en acier coulé. Les premiers isolateurs en grès blanc seront de forme ronde pour recevoir le T52. Les lignes 4, 5, 6 et 7 seront directement équipées avec du T52.
Les premiers isolateurs du métropolitain toutes formes confondues seront en grès cérame de couleur blanchâtre produit par l’usine d’Émile Muller et Compagnie à Ivry.
| 2.2. L’éclairage |
Suite à l’accident de Couronnes en 1903, l’éclairage du métropolitain comprend deux réseaux absolument distincts : l’éclairage « normal » (EN) et l’éclairage « protégé » (EP).
L’alimentation de l’éclairage normal est fournie en 600 V par les batteries et les machines en parallèle durant le service, et seulement les batteries pendant l’arrêt. L’éclairage normal est alimenté par des feeders positif et négatif composé de câbles en cuivre nus montés sur des isolateurs. Ils sont généralement situés à la voûte du tunnel, et parfois sur les piédroits à la naissance de la voûte. Sur les lignes portions aériennes, ils sont montés sur des poteaux dans l’axe des voies. Les feeders EN alimentent : les lampes des quais et des tunnels voie 2, les indicateurs « correspondance » V2, la moitié du nombre des lampes des accès, les motifs et diffuseurs extérieurs, les appareils divers.
L’alimentation de l’éclairage protégé est fournie en 600 V par les batteries durant le service et coupé pendant l’arrêt. L’EP est alimenté par des feeders positif et négatif composé par des câbles armé sous plomb le long du piédroit en caniveaux le long des voies. Les feeders EP alimente: Les lampes des quais et des tunnels voie 1, les indicateurs « correspondance » V1, la seconde moitié du nombre des lampes des accès, les indicateurs lumineux, les cintres des stations, les indicateurs sortie.
| 2.3. Les feeder à la voûte, le trolley |
Scellé principalement à la clef de voûte sur les portions à deux voies, le feeder d’éclairage normal possède d’autres applications. Il permet pour un conducteur d’un train privé de courant traction d’en assurer l’éclairage et exceptionnellement la traction de secours grâce à une perche dans les loges de conduite du matériel Sprague. Les suspensions à la voûte pour l’éclairage normal sont de nombreux modèles, les plus anciens que l’on rencontre encore aujourd’hui en nombre sur certaines lignes à été monté en trolley utilisable pour la traction de secours.
Sur les lignes aériennes, le montage est effectué par des câbles tendeurs montés sur des poteaux. En fonction de la ligne, les feeders EN peuvent passer le long du viaduc (comme sur la photo couleur à Nationale), ou en caniveaux le long de la voie, ou sous le viaduc. (Meyeres)
3. Les appareillages électriques de la C.M.P |
| 3.1. L’éclairage |
Les premiers éclairages de station sont simplement composés de douilles en porcelaine pendantes et lampes à nu.
Dans les années 1930, un programme d’amélioration de l’éclairage continu aboutit à de nouveaux diffuseurs de différentes formes en verre prismatique, en globe opalin ou Albalite. Cet éclairage semi-direct apportait une luminosité légèrement supérieure par rapport aux lampes à nu avec 3 lampes de 200 V en série.
Les couloirs sont composés essentiellement de douilles en porcelaine montées directement à la voûte, généralement équipées d’abat-jours en cloche. Dans les volumes plus vastes comme les salles des billets, on retrouve des douilles en porcelaine avec lampes à nu en suspension ou des modèles plus modernes de la fin des années 1930 avec des suspensions en aluminium et des abat-jours de différentes formes afin d’accroître la luminosité.
La partie souterraine du canal Saint-Martin sera équipé par la compagnie avec l’éclairage spécifique de la Bastille à République. Plusieurs plaques déterminent l’emplacement des lignes 3, 8, 9 et 11 traversant le canal et l’emplacement des postes d’épuisement.
| 3.2. L’éclairage alternatif |
Dans les années 1930, sur certaines lignes, des éclairages en 220 V alternatif ont été installés. La transformation était réalisée en partie dans les sous-stations par un transformateur 10 000 V /3 000 V. Ce 3 000 V était ensuite envoyé dans les stations pour être transformé par des petits postes en 3 000 V /220 V.
Les premiers tubes fluorescents en courant alternatif apparaissent en 1938.
La lumière étant trop violente et froide, la généralisation des tubes fluorescents n’interviendra que bien après la guerre, après l’évolution de cette technologie.
À l’occasion de l’exposition universelle de 1937, un lot de 25 stations reçu un équipement un éclairage en 125 V alternatif. L’éclairage était nettement meilleur que celui en courant continu.
| 3.3. Les lampes et douilles |
Les ampoules à culot spécial « métro » de 26 mm de diamètre (22 mm en usage courant). Cette dimension particulière à l’origine du métropolitain a été appliquée pour éviter les vols. Elle existent sous différentes formes et modèles en fonction des applications dans les infrastructures et le matériel roulant. Elles étaient systématiquement montées en séries sous le 600 V. Des B26 était encore utilisée en 2016 sur les bouquets des trains et dans une galeries de câbles.
Les douilles électriques en porcelaine de différentes formes et d’encombrements qu’on retrouvaient dans l’intégralité de l’éclairage des infrastructures (même de surface) : tunnels, couloirs, stations, sous stations, panneaux, mâts, ateliers, etc… Les plus anciennes portent l’identification de la compagnie. Les abat-jours étaient en verre ou en tôle peinte.
| 3.4. Montage de l’éclairage sur les différents supports |
| 3.5. Les interrupteurs |
Les interrupteurs type « métro » sont capables de résister au 600 V continu.
| 3.6. Les isolateurs et cheminements des câbles |
| 3.7. Les fusibles |
Quelques modèles des fusibles spécifiques au métropolitain qui étaient omniprésents sur les installations :
| 3.8. Puisards et installations fixes |
Les installations en tunnel étaient équipées de coffrets en bois permettant de basculer et d’assurer une protection lors du changement d’alimentation (l’alimentation pouvait se faire via le rail de traction, ou par l’EN, ou par l’EP).
Ces installations pouvaient être du matériel fixe électrique comme les puisards, ventilateurs, chambres de filtrage, ascenseurs, etc…
Dans les années 1930, les premiers ventilateurs en ligne font leur apparition. Leurs coffrets en bois sont alimentés par le feeder EN à la voute.
| 3.9. Les signaux |
TIV (Tableau Indicateur de Vitesse) typique du Métropolitain. Construction du cadre en fer blanc et opaline pour l’occultation de l’ampoule :
Ces fabrications de l’entre-deux guerres sont toujours en service sur certaines lignes.
| 3.10. Les cabines Haute Tension |
Les cabines Haute Tension permettaient de distribuer et de répartir vers les sous-stations du métropolitain les différentes arrivées Haute Tension venant des usines centrales. Elles sont situées dans les sous-stations, sous la voie publique ou dans les stations. Les usines centrales étaient celles de la compagnie Électricité de la Seine (usines de Saint-Denis et d’Ivry) et de l’UDE (Union De l’Électricité, usines de Vitry et d’Arcueil).
Cette cabine dispose de plusieurs niveaux et d’un accès sur la voirie via une colonne Morris :
4. Le chemin de fer électrique souterrain Nord-Sud de Paris |
La distribution du courant de traction du Nord-Sud est également en 600 V continu arrivant des sous-stations Necker et Tivoli. Puis les lignes A et B seront renforcée par celle de Duhesme.
Les voitures sont alimentées au moyen de deux conducteurs :
- l’un par un fil aérien monté dans l’axe de la voie en + 600 V qui est composé d’un fil de cuivre de 150 mm² ;
- l’autre par un rail de contact similaire au Métropolitain avec une tension de – 600 V réalisé en acier doux en forme de T de 29 kg au mètre, supporté par des isolateurs en grès vernissé fixés toutes les quatre traverses.
Chaque train comportant deux voitures motrices, l’une des voitures prend son courant sur la ligne aérienne et l’autre sur le rail latéral, de telle sorte que l’intensité du courant ramené aux sous stations par le rail de roulement est pratiquement nulle. Les danger de l’électrolyse sont ainsi écartés.
Le petit matériel électrique est très similaire à celui de la CMP. Néanmoins, le NS a imposé sa différence avec des douilles et ampoules B26 à 3 plots. Les objets sont également marqués de la compagnie :
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