L'énergie est à la base de tout moyen de transport :
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les animaux et l'homme pour les caravanes ou le transport de lourdes charges à l'aide de véhicules équipés de roues ;
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le vent poussant les voiles des navires en mer ;
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la vapeur actionnant les pistons d'un moteur d'une locomotive ;
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la combustion d'un liquide fossile dans les cylindres d'un moteur de véhicule automobile ou de bateau ;
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la combustion du gaz actionnant un turbomoteur d'avion.
Dans tous les cas, sauf celui du vent, les véhicules, terrestre, aérien ou maritime, embarquent leur source d'énergie pour assurer leur autonomie.
Le chemin de fer a une spécificité depuis le développement de l'électricité industrielle : la voie ferrée est équipée d'une ligne d'alimentation de sorte que l'énergie électrique est « captée », et non plus embarquée, par le véhicule sur rails. Deux conséquences primordiales en découlent :
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l'autonomie est infinie (tant que la ligne est électrifiée) ;
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la transformation de l'énergie électrique en énergie mécanique n'engendre d'autre rejet qu'un très faible dégagement de chaleur dû aux pertes. C'est la raison pour laquelle, dès la fin du XIX e siècle, les transports urbains ont été les premiers à mettre en œuvre cette énergie en remplacement de celle du cheval, de la vapeur ou du moteur à combustion interne, très polluants.
Deux parties distinctes recouvrent l'alimentation des trains. La première est la fourniture au réseau ferroviaire de la puissance nécessaire sous la forme et au niveau satisfaisant : ce sont les sous-stations, véritables centrales-interfaces avec le réseau général.
La seconde partie, développée dans le présent article, analyse les fonctions et leurs contraintes, pour assurer la distribution de la puissance électrique en ligne. Les contraintes, électriques, mécaniques, aérodynamiques, sont importantes.
Les différents types d'exploitation des trains demandent une adaptation de ces technologies. Ainsi, les réseaux métropolitains, construits en grande majorité en tunnels, ont-ils, dès l'origine, privilégié l'alimentation par conducteur fixé au sol (appelé communément « 3e rail », respectant ainsi le gabarit restreint de telles infrastructures. De même, le redéveloppement, récent, des réseaux de tramways, engendre des innovations respectant l'environnement des villes, grâce notamment à l'alimentation en énergie par le sol.
Comme il en est pour toute infrastructure de transport, la garantie de bon fonctionnement dans les conditions les plus sévères en termes de densité d'exploitation et de performances économiques, est subordonnée à une maintenance rigoureuse, dont nous analyserons les principaux aspects.
La traction électrique ferroviaire a bénéficié des progrès et des développements de l'électrotechnique et de l'électronique dès l'origine. Une telle dynamique lui a permis de se placer en tête de tous les moyens de transport. En termes de rentabilité énergétique, soulignons le niveau record du rendement atteint par l'engin de traction. Par ailleurs, la transformation de l'énergie électrique distribuée au chemin de fer n'a aucune incidence néfaste sur l'environnement.
