Histoire de l'électrification des chemins de fer français
  Jean-François Picard

Repris de
  'Technique universelle et filières nationales' in Sciences et Techniques en Perspective, Vol 1, n°1, 1997 (pdf)


En 1955, l'électrification de la ligne Valenciennes-Thionville coïncidait avec le record de vitesse mondial de deux locomotives électriques de la SNCF lancées à plus de trois cent kilomètres à l'heure. A l'époque, peu d'observateurs notèrent que le record fut obtenu avec un système d'électrification ancien, le courant continu 1500 volts alors que la rocade du Nord-Est inaugurait la première ligne de chemin de fer électrifiée en courant alternatif haute tension (25 kV) à fréquence industrielle (50 périodes, ou Hertz). Selon la formule de l'époque, ce nouveau mode d'électrification devait permettre de faire circuler les trains les plus lourds d'Europe - en attendant que ce soient les plus rapides avec le TGV - sous la caténaire la plus légère du monde. Désormais, le chemin de fer pourrait puiser son énergie directement auprès du producteur national d'électricité, ce nouveau système se voyant qualifié d'"universel" par ses concepteurs, car susceptible de remplacer tous les dispositifs d'électrifications ferroviaires utilisés jusque là. En effet, alors que les différents réseaux européens ont cherché très tôt à réaliser une inter opérabilité indispensable pour assurer la circulation des hommes et des marchandises, ainsi en matière d'écartement des voies - à l'exception notable des Russes et des Espagnols - ou des systèmes d'attelages et de freinages, en revanche chaque pays a finalement retenu des dispositions particulières pour électrifier son réseau ferré. Sans entrer dans les détails, on sait qu'il existe aujourd'hui quatre standards d'électrification sur le vieux continent, à savoir le monophasé germano-helvétique à la fréquence de 16 2/3 Hz, le continu 1500 Volts franco-hollandais, le continu 3 kV et enfin le monophasé 50 Hz développé au lendemain de la Seconde Guerre Mondiale. En effet, à coté des arguments techniques et économiques, il existe aussi d'autres critères de choix stratégiques, voire politiques, pour électrifier les chemins de fer. Ainsi, il apparaît que les querelles franco-allemandes qui ont émaillées le vingtième siècle - dont deux guerres mondiales dont on verra l'importance dans ce processus - peuvent expliquer pourquoi en France les chemins de fer du Midi choisissent le courant alternatif à fréquence spéciale (16 2/3) d'inspiration germano-helvétique pour réaliser une première électrification d'envergure, un système abandonné ensuite au profit du courant continu pour revenir cinquante ans plus tard à l'alternatif dans une perspective de construction européenne, mais cette fois à la fréquence industrielle de 50 périodes.


Courant continu v/ courant alternatif

Au tournant du dix-neuvième et du vingtième siècle, en Allemagne et aux Etats-Unis, l'industrie électrique naissante joue un rôle capital dans le développement du nouveau mode de traction (cf. le sommaire des premiers articles de la RGCF sur l'électrification des chemins de fer ). L'industrie électrique se développe alors autour de deux technologies concurrentes, le courant continu et le courant alternatif. En Amérique, Thomas Edison a fondé en 1892 la firme General Electric (GEC°) afin de développer les usages du courant continu en traction ferroviaire, tandis que le développement du courant alternatif est l'apanage de sa concurrente, la firme Westinghouse, qui industrialise les brevets Tesla du transformateur et réalise en 1905 la première électrification ferroviaire d'importance entre New-York et New-Haven. En Allemagne, Werner v. Siemens a fondé une firme qui porte son nom en commençant à fabriquer des tramways dont le premier réalisé pour l'exposition internationale d'électricité à Paris en 1881, tandis que Dolivo Dobrowolsky, le directeur de sa concurrente, Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft (AEG), a mis au point le moteur à induction, alternatif triphasé, grâce auquel des automotrices prototypes franchissent les 200 km/h en 1903, un record mondial toutes catégories de vitesse sur rail qu'elles conserveront jusqu'à celui réalisé par la SNCF cinquante ans plus tard. Quant à l'industrie électrique française naissante, elle commence à travailler sur des licences nord-américaines. Schneider utilise les brevets Westinghouse du courant alternatif et réunira ses filiales électriques en 1931 (Schneider- Westinghouse et Jeumont-Schneider) au sein de la société 'Matériel de traction électrique' (MTE-Schneider), la Compagnie Electro-mécanique (CEM) étant une filiale du Suisse Oerlikon. De son côté la 'Compagnie Française Thomson-Houston' (CFTH), filiale de la 'General Electric' (GEC°) américaine, fusionnera en 1928 avec la la 'Société Alsacienne de Construction Mécanique' (SACM) et en 1932 avec les 'Constructions électriques de France' (CEF)  pour former l''Alsthom',   championne à ses débuts du courant continu.


Le choix de l'exploitant

Le deuxième acteur dans l'électrification ferroviaire est constitué par les compagnies de chemin de fer. Pour l'exploitant, l'électricité apporte des solutions à deux types de contraintes posées d'un côté par les lignes de montagne, de l'autre par l'exploitation des réseaux urbains. En ville, le problème posé au rail est la capacité à écouler du trafic, donc la fréquence des trains et les nuisances qu'ils provoquent. Loin de l'accessoire, ce dernier point révèle tous les avantages de l'électricité lorsqu'il s'agit de faire circuler des convois en tunnel. Ainsi, sans traction électrique point de métro ou de lignes urbaines qui deviennent ainsi le champs d'action privilégié du courant continu basse tension. Comme on le verra, à Paris comme dans bien d'autres grandes villes, c'est la technique Thomson-Houston qui permet l'installation du réseau métropolitain et à Hippolyte Parodi du P.O. et à Natalis Mazen des Chemins de fer de l'Etat d'électrifier la banlieue parisienne. Dans les régions montagneuses, il y a deux raisons d'électrifier le chemin de fer. La première est due à dame nature puisque la fourniture d'énergie électrique se trouve facilitée avec l'installation des barrages et les usines hydro-électriques fournissent à l'exploitation ferroviaire les ressources de puissance inégalées du courant alternatif. C'est ainsi que la Suisse a su développer très tôt une puissante industrie électrique autour de l'ensemble turbines-alternateurs-traction. Les Ateliers Oerlikon, Brown-Boveri à Baden, SLM à Winterthur sont des firmes installées au tournant du dix neuvième et du vingtième siècle qui vont faire de ce pays l'un des leaders mondiaux de l'électro-technique. Cependant, l'utilisation du courant alternatif en traction ferroviaire se heurte à certaines sujetions techniques. L'emploi d'un courant triphasé permet la réalisation de machines robustes, mais pénalise la souplesse de fonctionnement des locomotives et requiert un dispositif d'alimentation complexe qui le fera abandonner après quelques réalisations notables, comme celles des Ferrovie dello Stato en Italie septentrionale. Ainsi nait l'idée d'utiliser un courant alternatif monophasé qui ne nécessite qu'une simple ligne d'alimentation. Cependant, la commutation du moteur à collecteurs en monophasé est rendue délicate par une force électromotrice statique, d'autant plus gênante que la fréquence du courant est élevée. Les ingénieurs ont donc envisagé l'usage d'un courant à fréquence de 16 2/3 Hz et le graduateur-moteur à enroulement spécial est mis au point en 1904 par l'ingénieur-docteur Hans Behn-Eschenburg de la firme Oerlikon. Des essais réalisés sur la petite ligne Seebach-Wettingen s'avèrent suffisamment probants pour convaincre les chemins de fer helvétiques d'adopter un courant alternatif à fréquence de 16 2/3 à la tension de 15 kV. Les premières réalisations concernent le Bern-Löchstberg-Simplon en 1907, suivie de la ligne du Saint-Gothard en 1918, selon des dispositions qu'adopteront bientot l'Allemagne, l'Autriche et les pays scandinaves.


Les Chemins de fer du Midi  optent pour l'alternatif

Ce courant alternatif monophasé à fréquence spéciale s'avère suffisamment attractif pour susciter l'intérêt de la Compagnie des chemins de fer du Midi, le plus montagneux des grands réseaux français. Son directeur Jean-Raoul Paul est un polytechnicien passionné d'électricité comme l'atteste sa participation au premier congrès international de la Houille blanche au tout début de ce siècle. Après une première réalisation en continu basse tension sur la petite ligne à voie métrique de Cerdagne (Villefranche de Conflent - La Tour de Carol), en 1908 J.-R. Paul décide d'électrifier le réseau du Midi avec le système germano-suisse, c'est à dire en monophasé haute tension, d'autant que la chaine pyrénéenne ne bénéficie alors d'aucune installation de production hydroélectrique. Tout est à entreprendre, ce qui débouchera, à terme, sur la construction de barrages de hautes chutes dans les hautes vallées pyrénéenne et sur l'électrification générale des régions aquitaine et languedocienne. En 1910, la Cie. du Midi décide d'équiper la ligne de Perpignan à Villefranche de Conflent  en 12 kV- 16 2/3 afin d'y tester six locomotives prototypes proposées par l'industrie. Au cours des années suivantes les lignes de Lourdes à Pierrefitte, de Tarbes à Bagnères de Bigorre et l'amorce de la rocade Toulouse-Bayonne sont équipées à leur tour, mais elles ne semblent avoir connues qu'un très timide début d'exploitation électrique, contrairement à la la ligne Perpignan - Villefranche qui restera exploitée avec ce système jusque dans les années 1970. De même, au Sud-Est, après une première réalisation en continu basse tension sur la petite ligne Le Fayet-Vallorcine, le réseau Paris-Lyon-Méditerranée (PLM) entreprend des essais d'électrification en monophasé alternatif entre Cannes et Grasse, mais en optant pour du monophasé 25 Hz caractéristique de la distribution électrique dans la région desservie, l''Énergie Electrique du Littoral Méditerranéen'.


La guerre de 1914-18 et l'intervention des pouvoirs publics

Survient la Première Guerre mondiale et l'apparition d'un nouveau protagoniste, l'Etat. Du fait des circonstances, celui-ci est appelé à intervenir dans les programmes d'électrification générale, comme dans l'exploitation des chemins de fer. Il lui revient de concéder l'exploitation des barrages et de normaliser les grands réseaux de communication ou d'énergie. Mais surtout, le conflit a commandé une mobilisation industrielle nécessitée par les besoins de la défense nationale. Privé des mines du Nord, la pénurie de charbon pénalise les chemins de fer français qui y puisent encore l'essentiel de leurs ressources en énergie. En 1917 les grands réseaux, Nord, Est, PLM, P.-O., Midi, Ouest-Etat, ayant été placés sous la tutelle du ministère des Travaux publics, sont conviés à rationaliser leur exploitation grâce à un programme d'électrification qui permettrait d'économiser deux millions de tonnes d'un combustible dont le prix a décuplé depuis le début de la guerre. En fait, le ministère des Travaux publics reprend un ambitieux programme d'électrification de neuf mille kilomètres de lignes ferroviaires, élaboré à la veille de la grande guerre, fondé sur des concessions d'usines hydroélectriques accordées aux grands réseaux, le P.-O., le Midi et le PLM. L'électrification du rail est donc couplée à celle du réseau général de distribution électrique préconisée par les Travaux publics. En avril 1918, une note administrative précise ainsi que "pour les installations de production distribution d'électricité à réaliser dans les régions dévastées par l'ennemi et pour des concessions nouvelles, on (devra) adopter le courant l'alternatif triphasé à cinquante périodes" *, devançant ainsi une normalisation de la fréquence industrielle décidée par une conférence internationale des grands réseaux d'énergie (CIGRE, 1922).


1920, le Comité d'étude pour l'électrification des chemins de fer

 Le 14 novembre 1918, soit trois jours après l'armistice qui marque la fin de la grande guerre, le ministère des Travaux publics installe un comité d'études pour l'électrification des réseaux de chemins de fer d'intérêt général. Cet organisme est placé sous la présidence de Gabriel Cordier, le patron de l''Électricité du Littoral Méditerranéen', la société qui a permis les essais du PLM avant-guerre. Il comprend l'ancien ministre des Travaux publics, Louis Loucheur, son rapporteur est un universitaire, le professeur Mauduit de la Faculté de Nancy. L'etat-major y a dépêché ses représentants qui expriment les réticences militaires vis-à-vis d'éventuelles électrifications des lignes de l'Est et du Nord de la France. Car le comité réunit évidemment les représentants des grands réseaux, Hippolyte Parodi pour le P.-O., Natalis Mazen pour l'État, Ferrand pour le PLM, ainsi que des ingénieurs des PTT, mais, curieusement, aucun de la Cie. du Midi. Début 1919, une mission technique se rend en Suisse et en Italie pour étudier l'électrification en alternatif, système défendu par le pr. Mauduit. Puis en juillet aux États-Unis pour évaluer le continu, cette fois à l'instigation d'H. Parodi. Les premières conclusions du comité traduisent un enthousiasme modéré puisqu'il est fait état d'expériences fragmentaires - un millier de locomotives électriques en service dans le monde contre trois cent mille à vapeur - et surtout d'une diversité de dispositions techniques qui conforte certains de ses membres dans la conviction de la supériorité de la vapeur pour la grande traction. Lors d'une conférence donnée devant la Société française des électriciens, Natalis Mazen qui est alors engagé dans un vaste plan d'électrification de la banlieue de l'ouest parisien déclare que «l'électricité n'a pas encore fait ses preuves en grande traction ferroviaire. Aux Etats-Unis, elle a surtout été source de difficultés techniques et économiques; par exemple elle ne permet pas de faire mieux que les locomotives à vapeur. Ainsi pour les trains de marchandise, quel que soit le mode de traction on reste tributaire de la limite de résistance des attelages. Au reste, l'électrification des chemins de fer n'est intéressante que pour les lignes de banlieue où on peut faire circuler des automotrices à adhérence totale, d'où d'ailleurs (notre) préférence pour le courant continu basse tension plus pratique sur ce type de matériel» *. Parallèlement à cette enquête administrative, un débat s'amorce entre les constructeurs de locomotives et les exploitants. Les premiers organisent une mission d'industriels français en Suisse, avec à sa tête Georges Darrieus ingénieur à la 'Compagnie électro-mécanique' (émanation de Brown-Boveri), afin de réexaminer les réalisations en alternatif. Les exploitants y répondent en dépêchant l''Office central de construction et d'étude du matériel ferroviaire' (OCEM), une émanation des grands réseaux et ils partent visiter le 'North-Eastern' britannique où existe une ligne électrifiée en 1,5 kV continu par la firme 'Dick Kerr' (English Electric). En définitive, une décision ministérielle du 29 août 1920 décide d'unifier le système d'électrification des chemins de fer français autour du courant continu à la tension de 1,5 kV, exceptionnellement portée à 3 kV. L'alternatif monophasé étant rejeté au prétexte des perturbations qu'il engendrerait dans le réseau téléphonique longeant les voies ferrées. 


Dirigisme et chauvinisme technologique

Evidemment, cette décision équivaut à condamner les premières réalisations du Midi en courant alternatif. En réalité, si la brutalité de la sentence doit vraisemblablement beaucoup aux pratiques dirigistes de la guerre où une administration centrale en position de force pouvait imposer son arbitrage, il faut aussi évoquer ici le rôle de certains exploitants et de leurs politiques d'équipement. En effet, le continu 1,5 kV a été souvent qualifié de 'système Parodi', tant  l'électricien du P.-O. semble avoir pesé dans cette décision. Certes, l'intéressé reconnaît la supériorité théorique de l'alternatif pour la traction, mais il lui reproche son incapacité à consommer directement le courant fourni par un réseau d'énergie (du courant triphasé à 50 Hz). Plus tard, il racontera s'être précipité chez H. Behn-Eschenburg pour lui demander s'il pensait pouvoir fabriquer des moteurs directs fonctionnant en monophasé cinquante périodes. La réponse négative de l'ingénieur suisse l'aurait convaincu du peu d'intérêt de ce dispositif : «En Allemagne et en Suisse, écrit-il en janvier 1920 dans la RGCF, une théorie purement étatiste (sic) et très particulariste a abouti à des centrales électriques construites et exploitées par l'État, uniquement pour alimenter les réseaux de chemin de fer» . Dès lors, dit il, pourquoi ne pas recourir au courant continu qu'il a expérimenté sur la banlieue parisienne et qui est : «...susceptible d'être fourni à partir de n'importe quelle source primaire »*. Or, si le courant continu se prête bien à l'alimentation des moteurs à collecteurs, il crée de grosses sujétions en matière d'équipements fixes. Les moteurs des machines appelés à fonctionner sous de fortes intensités (V = r I), on doit multiplier le nombre de sous-stations et poser une caténaire à forte section de cuivre destinée à éviter les pertes en ligne. Bref, si nul ne conteste que son coût d'équipement soit très supérieur à celui de l'alternatif, Parodi estime que le continu n'empêchera pas l'électricité ferroviaire de sortir des usages où elle était cantonnée jusque là, i.e. la banlieues et les lignes de montagne. Ajoutons enfin que derrière le rejet du monophasé alternatif semble se profiler aussi le refus des ingénieurs français de solliciter les compétences des électriciens d'outre-Rhin. Au sortir de la Première Guerre mondiale, le risque est évoqué d'une compatibilité des électrifications entre les deux pays qui permettrait une éventuelle revanche du vaincu avec la réquisition de ses locomotives. Mais si l'argument a porté, Parodi a aussi souhaité recourir à la technique du vainqueur, c'est-à-dire au courant continu utilisé dans les pays anglo-saxons. D'ailleurs loin de renier cette  influence nord-américaine, le P.-O. rappelle avec fierté qu'il a électrifié sa banlieue avec le système Thomson-Houston ou qu'en 1917, il a assuré le débarquement en Europe des troupes du général Pershing, voire qu'il a même commandé quatre vingt locomotives à vapeur à l''American locomotive C°' . En définitive, pour H. Parodi, nul doute que le courant continu constitue le nec plus ultra en matière de traction ferroviaires, ce dont il veut pour preuve l'exemple américain où l'on compte quatorze cents kilomètres de voies électrifiés en continu 3 kV, autant en alternatif, mais trois fois plus en continu 1,5 kV (chiffres de 1915). Néanmoins, le P.-O. devra recourir à l'industrie suisse pour équiper son réseau. La 'Compagnie électro-mécanique' (CEM), filiale technique de Brown Boveri, construit les groupes tournants de ses sous-stations, tandis que le constructeur helvète réalise la célèbre 2D2 501, prototype des locomotives de vitesse en France pendant le quart de siècle à venir.


L'extansion du 'système Parodi'

La première réalisation du P.-O. est l'électrification de la ligne Paris Vierzon en décembre 1926 permise par la construction des grands barrages du Massif Central. Si la décision de 1920 paraît taillée à la mesure du P.-O., elle conduit son voisin du méridional à reconsidérer son choix d'avant-guerre. Le Midi équipe donc son réseau en courant continu 1500 volts, Bordeaux - Hendaye, Bayonne - Toulouse, etc. De plus, soucieux d'intégrer son électrification dans un développement industriel régional, il participe à l'industrialisation de la Bigorre et de la région toulousaine. Par exemple, les 'Construction électriques de France' (CEF) installées à Tarbes en 1918 sont chargées de réaliser son appareillage de production et de traction et les fameuses BB Midi, archétype réussi des locomotives pour service mixte, bientôt adopté par les autres réseaux. Cependant, l'exploitation des Chemins de fer du Midi a donné du souci à sa tutelle. L'abandon de l'alternatif a majoré le coût d'une d'électrification dont le ministère des Travaux publics en vient à dénoncer l'irréalisme. Certes, mû par ses ambitions initiales il a peut être équipé exagérément ses petites lignes pyrénéennes, dont certaines aujourd'hui disparues, moyennant quoi, à la suite de la grande crise économique de 1929, il doit fusionner avec son grand voisin septentrional. Cependant, grâce au soutien des pouvoirs publics, notamment à la suite du plan Marquet de grands travaux pour lutter contre le chômage lancé en 1934, l'ensemble 'P.O.-Midi' continue l'oeuvre d'électrification du réseau Sud-Ouest jusqu'à achever celle de la ligne de Paris à Irùn, à la frontière espagnole. Quant aux autres réseaux, ils ont aussi réalisé leurs électrifications en 1500 continu, mais avec bien moins d'ampleur. Ainsi le PLM modernise la ligne alpine de Culoz à Modane par où transite l'essentiel du trafic franco-italien en l'équipant d'une alimentation par troisième rail, tandis que l'État électrifie la ligne Paris-Le Mans pour laquelle l'adoption du 1500 v. continu semble avoir été pour le première fois discutée.


1938, les projets de la SNCF

Quelle est l'extension du système Parodi à la naissance de la SNCF ? Si certains pays ont adopté le courant continu, c'est surtout à la tension de 3 kV, comme l'Italie qui dispose alors du plus long réseau de lignes électrifiées en Europe (dont il est vrai une partie en alternatif triphasé). En réalité le 1500 continu n'a peut être pas eu l'expansion prévue par ses promoteurs. Aux États-Unis, il n'a guère dépassé la banlieue de Chicago (Illinois Central) tandis qu'on ne le rencontre sur le vieux continent qu'aux Pays-Bas et dans le Nord de l'Espagne. La France compte alors trois mille trois cents kilomètres de lignes électrifiées, soit 8% de son réseau ferré ce qui n'est pas négligeable, mais le 1500 continu reste très minoritaire en Europe par rapport à l'alternatif 16 2/3 à  qui alimente les réseaux d'Europe centrale et septentrionale, notamment en Suède. A la veille de la Seconde Guerre mondiale, pratiquement l'ensemble du réseau suisse est électrifié tandis que l'Allemagne dispose déjà de deux mille kilomètres de lignes (Berlin Leipzig, Bavière, etc.). Il n'en reste pas moins qu'à l'installation de la SNCF, l'électrification reste la carte maîtresse de la modernisation ferroviaire dans un pays moins bien loti en ressources charbonnières que ses voisins septentrionaux, mais qui a la chance de disposer d'un important gisement hydroélectrique sous-exploité. En 1939, la SNCF décide de lancer l'électrification Paris Lyon (Sud-Est), avec les aménagements hydroélectriques afférents. Ce plan établi dans la perspective d'une mobilisation industrielle des ressources nationales permettrait, chaque année, l'économie d'un demi million de tonnes de charbon. La défaite de 1940 ne suspend pas cet effort. Au contraire, tandis que l'autarcie énergétique est devenue cruciale, le gouvernement de Vichy soucieux de remettre le pays au travail pratique un dirigisme inspiré du précédent conflit. Il installe un ministère de la Production industrielle et des Comités d'organisation par branches économiques. Le plan quinquennal d'équipement de la SNCF voit son crédit porté à cinq milliards de francs, tandis que le prolongement de l'électrification Sud-Est jusqu'à Marseille y est inscrit. Mais les circonstances de la guerre empêchent le démarrage du chantier et la seule électrification menée à bien par la SNCF sous l'occupation est la section Brive Montauban sur la région Sud-Ouest. Pour palier les difficultés d'approvisionnement, on a d'ailleurs dû récupèrer du matériel sur des lignes électrifiées avant-guerre (Neussargues-Bézier), utiliser du câble en alliage d'aluminium devenu moins rare que le cuivre ou substituer le béton aux profilés métalliques pour les poteaux de caténaire. Ainsi, la ligne Brive Montauban est mise sous tension fin 1943, quelques mois à peine avant d'être sabotée dans la bataille de la Libération.


Le numéro spécial de la RGCF consacré au congrès international des chemins de fer à Paris (mai-juin 1937) fait la part belle à la traction électrique ou thermo-électrique


L'électrification Paris Lyon a donc finalement été réalisée en 1,5 kV continu, mais, compte tenu de l'importance du projet, il semble que l'opportunité d'un changement de technique ait été soulevée au cours de la guerre. Plusieurs possibilités s'offrent pour remplacer le système Parodi : le continu 3 kV adopté par les Italiens et surtout l'alternatif à 16 2/3 Hz des Allemands. En effet, au lendemain de la défaite, la SNCF est placée sous l'étroit contrôle des autorités d'occupation et notamment de son homologue germanique, la Deutsche Reichsbahn. Or il semble que l'occupant veuille profiter de la situation pour introduire son système d'électrification sur les réseaux français et néerlandais, également électrifié en continu 1,5 kV. C'est ainsi qu'à la suite d'un curieux détour, l'attention portée par la SNCF au monophasé 50 Hz doit beaucoup aux circonstances et notamment aux idées de Louis Armand, un ingénieur entré au PLM peu avant la nationalisation et qui s'intéresse aux incidences économiques des modes de traction dans la gestion des chemins de fer, comme au relèvement économique du pays après la guerre. Dans un livre de souvenirs ('Propos ferroviaires', Paris, Fayard, 1969), Louis Armand a raconté comment, alors qu'il est devenu directeur du matériel et qu'il est entré en Résistance, il dut tergiverser au sujet de certains projets germaniques tel celui d'un super réseau européen à voie large électrifié en courant industriel (50 Hz). En effet, à la suite de certaines réalisations hongroises de l'ingénieur Kalmàn Kàndo  dans l'entre-deux-guerres, il existe en Allemagne  une petite ligne dans la Forêt Noire (Hollenthal) où la Reichsbahn  essaye depuis 1936 la traction en monophasé à fréquence industrielle. 


L'intérêt économique du monophasé à fréquence industrielle

En effet, pour l'exploitant, le premier intérêt du 50 Hz est de puiser directement l'énergie nécessaire à la traction auprès des grands fournisseurs d'électricité, lui permettant ainsi d'envisager de notables économies en matière d'équipement. Rappelons qu'en Allemagne, comme en France, le développement d'un réseau de grand transport d'énergie trahit l'anachronisme de lignes hautes tensions spécialisées à l'usage du seul chemin de fer, le rail ne représentant que 3% de la consommation électrique nationale. Envoyé en mission en Allemagne en 1943, l'un des patrons de la firme Schneider-Westinghouse, Paul de Giacomoni, publie dans la 'Revue générale des chemins de fer' une courte note où il dresse le bilan économique encourageant des essais réalisés sur la ligne du Hollenthal. Malgré cela et pour des raisons techniques sur lesquelles on va revenir, la Reichsbahn a décidé d'abandonner l'expérience. Au contraire, à la SNCF une réunion se tient  le 7 juin 1944 - le lendemain du débarquement allié en Normandie - dont est issue une note interne qui recommande l'installation « du 50 pps. (périodes par seconde) sur des lignes de trafic moyen dont l'électrification en continu basse tension ne saurait se justifier, Clermont-Ferrand Nîmes par exemple, pour lesquelles on pourra se contenter de locomotives moins puissantes qu'avec l'ancien système (i.e. Parodi) » *. Au lendemain de la guerre, aux côtés d'un Jean Monnet au Plan, Louis Armand qui vient d'être nommé directeur général de la SNCF, est l'un des principaux modernisateurs du secteur public français. Il estime que loin de n'être que source de déficit, le rail recèle des possibilités de productivité et des réserves d'innovation susceptibles de servir à la croissance économique nationale. Au Congrès pour l'avancement des sciences à Biarritz en 1947, il rappelle qu'une fois achevé Paris Lyon en continu 1500 volts, il ne restera que quelques centaines de kilomètres à équiper sur le réseau français avec ce système, soit moins de la moitié des lignes susceptibles de l'être à moindre coût. Or, le monophasé 50 Hz devrait permettre de réduire les investissements nécessaires à une électrification ferroviaire en diminuant d'un facteur dix le nombre des sous-stations (installations d'ailleurs réduites pour le 50 Hz à de simples postes de distribution) tandis que l'intensité réduite du courant alternatif haute tension permet l'allégement de le caténaire. Globalement, l'économie envisagée est estimée à 50% de celui d'une électrification à la Parodi.




La Division d'étude de la traction électrique (DETE)

Mais auparavant, il convient de lever certaines hypothèques techniques liées à l'usage du 50 Hz en traction ferroviaire auxquelles s'étaient heurtés les ingénieurs allemands. La tâche incombe à la la DETE, un service installé à la nationalisation, d'abord dirigé par Maurice Villeneuve qui vient du P.-O., puis par Marcel Garreau et Fernand Nouvion  issus des Chemins de fer de l'Etat. La DETE est chargée de la normalisation du matériel issu des anciennes compagnies et, surtout, des fonctions de recherche et développement dévolues à la SNCF. Parmi les problèmes posés aux ingénieurs, on relève les conditions d'alimentation du chemin de fer à partir du réseau de distribution général d'électricité. La ponction d'un courant monophasé sur un réseau triphasé risque de provoquer des déséquilibres entre phases occasionnant la gêne des utilisateurs. Après une série d'essais réalisés sur la ligne du Höllenthal désormais située dans la zone d'occupation française en Allemagne, la SNCF  décide de réaliser d'une ligne d'essais en France, comme l'avait fait cinquante ans plus tôt les chemins de fer du Midi  (cf. supra). Délaissant la Massif Central initialement envisagé, le choix se porte sur la ligne savoyarde d'Aix-les-Bains à la Roche-sur-Foron. En 1950, sa mise sous tension en 20 puis 25 kV confirme la nécessité de concevoir soigneusement le couplage du chemin de fer au réseau EDF. Heureusement, la mise au point des dispositions adéquates bénéficie de l'enthousiasme des électriciens  qui n'hésitent pas à tester leur réseau haute tension en défaillance de phase. Une autre contrainte posée par le 50 Hz concerne le fonctionnement des locomotives et , plus précisément, la commutation des moteurs à collecteurs . Rappelons qu'au début du siècle, la difficulté avait fait adopter le monophasé à fréquence spéciale en Europe centrale. «Si le monophasé à fréquence industrielle peut faire ressortir une économie des coûts d'équipement par rapport au continu, encore faut-il que cette simplification apportée à l'alimentation ne rejette pas sur les locomotives des difficultés susceptibles de manger le bénéfice » prévient Marcel Garreau *.



Louis Armand (à g.) et Marcel Garreau lors d'une conférence au CNAM au début des années 1950


Sur le Höllental avant-guerre, les constructeurs allemands avaient essayé diverses solutions : convertisseurs de fréquence, redresseurs mono-continus (AEG, Brown Boveri), voire utilisation directe du 50 Hz dans les moteurs (Siemens). Mais alors que les locomotives à redresseurs provoquaient d'importantes perturbations, des harmoniques envoyées dans le réseau d'alimentation, la commutation de la machine à moteur direct n'avait jamais donné satisfaction. Pour la ligne de Savoie, la DETE met donc en concours la réalisation de trois locomotives prototypes. Oerlikon et Alsthom proposent chacun une machine à moteurs directs, MTE-Schneider une locomotive à groupes tournants. La première locomotive livrée à la SNCF, la CC 6051 à moteurs directs conçus par l'ingénieur Pierre Leyvraz de la firme Oerlikon, est une machine à six essieux d'une centaine de tonnes pour plus de 4000 cv. A la grande satistaction de Louis Armand, sa mise en service prouve d'emblée que la traction nouvelle s'inscrit dans le cahier des charges fixé par la SNCF. Surtout, elle rassure sur la fiabilité du moteur direct, la manière la plus logique d'utiliser le courant alternatif, selon lui. Reste que ce type de moteur  présente certains inconvénients, outre son origine étrangère (l'origine des CC Oerlikon vaut quelques protestations syndicales au conseil d'administration de la SNCF) comme une commutation délicate qui fait craindre un entretien onéreux. Une autre solution semble passer par l'usage de redresseurs. Dans les sous stations fixes des lignes électrifiées, ces appareils  permettent de transformer l'alternatif haute tension du réseau général en continu 1500 volts destiné à la traction. L'initiative de monter un redresseur à vapeur de mercure dans une locomotive revient à Jean Trollux, le directeur de la division traction d'Alsthom qui décide d'appareiller ainsi une locomotive prélevée sur sa chaine de montage. Certes l'installation se révèle fragile, mais la petite BB 8051 prouve les qualités de l'ensemble redresseur-transformateur pour alimenter  des moteurs de facture classique en courant continu. En fait, la solution sera apportée par l'ignitron, un redresseur statique à impulsion d'allumage inventé par Joseph Slepian chez Westinghouse dans les années 1930 pour les besoins de l'électro métallurgie. En 1947, à l'issue d'une mission d'étude technique aux Etats-Unis, Marcel Garreau décide d'en équiper une vieille automotrice de la banlieue Saint Lazare, la Z 9055, sur laquelle ces appareils révèlent leurs performances aussi étonnantes que prometteuses.


1951, le congrès d'Annecy et la construction européenne

A l'automne 1951, Louis Armand décide donc d'organiser un congrès international d'électrotechnique à Annecy afin de dresser un premier bilan des essais réalisés sur la ligne de Savoie et d'évoquer les perspectives d'avenir du nouveau mode d'électrification. Il vient de déclarer au conseil d'administration de la SNCF que le chemin de fer est appelé à devenir l'épine dorsale de la Lotharingie industrielle. En cet immédiat après-guerre, l'unification européenne passe d'abord par la normalisation des relations franco-allemandes. Une fois repoussées les prétentions d'annexion de la rive gauche du Rhin, puis de la Sarre par la France, l'année 1949 a vu la naissance de la République fédérale allemande et les débuts de l'unification européenne, tandis que la 'Deutsche Bundesbahn' (DB) a remplacé la Reichsbahn. Le ministre français de l'Économie, André Philip, saisit l'Assemblée consultative du conseil de l'Europe d'un projet de coordination des industries de base et des transports de la région Ruhr - Sarre -Lorraine. Puis, le ministre français des Affaires étrangères, Robert Schuman, propose la création d'une Communauté européenne du charbon et de l'acier (CECA), première étape comme l'on sait vers le Marché commun. Ainsi, le congrès d'Annecy réunit les constructeurs, les exploitants et des représentants des pouvoirs publics dans la perspective de la construction européenne. Le secrétaire d'État aux Transports allemand, le dr. Fröhne, y rencontre son homologue français le secrétaire général du ministère des Travaux publics, (ing. gen. Dorges) et il demande que «...le congrès aborde non seulement des questions techniques, mais aussi des questions politiques. Il s'agit d'unifier l'Europe en supprimant les frontières électriques entre réseaux ferrés » *.  Du côté des exploitants, le dr. Ing. Peters représente les Chemins de fer allemands (Deutsche Bundesbahn), le dr. Ing. Meyer les Chemins de fer fédéraux suisses (CFF), le dr. ing. Musquar  les Chemins de fer luxembourgeois (CFL). Roger Gaspard le directeur général d'EDF vient à Annecy comme le dr. Schwering son homologue de la Société d'électricité de la Ruhr, etc. Les constructeurs électriciens sont évidemment présents : AEG, Alsthom, les Ateliers de construction électrique de Charleroi, Brown Boveri, Schneider, Oerlikon, Siemens, Westinghouse dont le directeur, H.F.Brown, est venu spécialement en Europe pour présenter les fameux ignitrons. Dans son discours d'ouverture, Louis Armand rappelle les avantages économiques d'une électrification ferroviaire en courant industriel et propose rien de moins qu'une fusion des chemins de fer européens autour de la nouvelle technique d'électrification ferroviaire : «tous les moyens de transports devront concourir la constitution de l'Europe unie. Dans cette tâche, il est d'autant moins question d'éliminer le rail que, seul, il peut remplir les obligations d'un grand service public» dit-il *.


1955, mise sous tension de Valenciennes Thionville

L'électrification de la ligne de Valenciennes à Thionville et de cette dernière localité à Koblenz en Allemagne est donc prévue par la signature, le 10 février 1951, d'un protocole entre la DB, les 'Chemins de fer luxembourgeois' (CFL) et la SNCF. Nonobstant, le projet d'unifier l'électrification des chemins de fer ouest-européens en monophasé 50 Hz se heurte bientôt à de sérieuses réticences. En France d'abord, il est contesté par Hippolyte Parodi, qui   a dénoncé à Annecy : «...la remise en cause, à l'issue d'une étrange discussion, d'un dispositif (le 1500 volts continu) que l'on pensait définitivement adopté après la guerre de 1914-18, contre le système allemand et suisse.../ Même les Allemands ont adopté le continu pour les banlieues de Hambourg et de Berlin (S-Bahn) » insiste l'ancien électricien du P.-O. récemment élu à l'Académie des sciences *.  De fait, en Suisse comme en Allemagne, les exploitants se révèlent peu soucieux d'abandonner leur système d'électrification à fréquence spéciale. Alors que la DB est sur le point de lancer un ambitieux programme d'électrification destiné à évincer la vapeur de son réseau ferré, son patron, le dr. Peters, rappelle son peu d'enthousiasme pour les essais du Höllental «...le 16 2/3 a fait ses preuves et confirmé son utilité économique en Allemagne, dit-il. Si les Chemins de fer allemands, faisant preuve d'une grande largeur d'esprit se sont déclarés prêts à étudier en relation avec la SNCF la ligne Valenciennes-Trier (Trêves)-Koblenz, ils ne croient pas pouvoir en tirer qu'un bilan d'électrification en cinquante périodes se présente mieux qu'en 16 2/3». Quant au dr. Meyer, directeur aux Chemins de fer fédéraux suisses, il confirme que «...son pays reste très content du 16 2/3 » *. Ainsi, malgré quelques ultimes discussions, notamment à propos de l'électrification des lignes de la Ruhr, les Allemands ne reviendront pas sur leur position. Dans l'immédiat l'électrification en courant à fréquence industrielle concerne donc uniquement l'artère Valenciennes Thionville, puis peu après les Chemins de Fer Luxembourgeois. L'alimentation électrique de la transversale du Nord-Est est assurée par les centrales des houillères. Elle répond à l'ambition de la SNCF de supprimer la traction vapeur sur une ligne de profil difficile qui voit le plus fort trafic de fret sur le réseau français (minerai de fer, coke, produits sidérurgiques). Pour assurer le trafic lourd, la SNCF décide d'adopter une technologie éprouvée - celles des groupes convertisseurs mono-continu ou mon- triphasé, les CC 14000 et 14100 - afin de disposer de locomotives aptes à enlever des tonnages élevés, mais qui n'ont pas besoin de courir vite. Malgré tout, le passage de la vapeur à l'électricité ne va pas sans provoquer l'inquiétude du directeur de la région Nord de la SNCF qui hésite à les substituer à ses bonne vieilles locos à vapeur et suggère de tendre d'abord la caténaire du 50 Hz sur la banlieue parisienne. Ce que l'on fera, comme l'on sait, mais plus tard. Pour la ligne du Nord-Est, des machines plus légères de type BB sont prévues pour assurer le trafic messagerie voyageur : une quinzaine de locomotives à moteurs directs (BB 13000) et cinq à ignitrons (BB 12000). Or, les premiers essais de ces dernières révèlent, outre la quasi innocuité de leurs redresseurs sur le réseau EDF,  leurs extraordinaires capacités d'adhérence, pratiquement le double de ce qu'imaginaient les ingénieurs. A l'occasion, l'une de ces machines décolle une rame de 1600 tonnes en rampes de onze pour mille, commentant le succès des redresseurs statiques, Marcel Garreau soulignera dans ses cahiers techniques « ...que le moteur à courant continu se révéle capable d'avaler les ondulations du courant redressé, en fait du cent périodes, beaucoup plus facilement qu'on ne l'imaginait» *



Pour autant, la réussite de l'électrification du nord-est ne solde pas le débat franco-allemand. Dans un numéro spécial de la 'Revue générale des chemins de fer' consacré aux journées d'information de Lille en mai 1955, la DETE dresse un premier bilan de l'exploitation de la ligne Valencienness Thionville. Marcel Garreau a comparé le coût de son électrification avec ce qu'il aurait été si celle ci avait été effectué en 16 2/3, pour en déduire un bénéfice des deux tiers en équipement et de 10% en exploitation au bénéfice du nouveau système. Evidemment, ces chiffres sont récusés par les ingénieurs allemands, dans un véritable droit de réponse publié par la revue 'Elektrische Bahnen' : « il (leur) semble peu vraisemblable que le coût réel d'exploitation d'un réseau de production transport d'énergie propre au chemin de fer (i.e. en 16 2/3) soit supérieur à celui d'une partie d'un réseau public affecté à cette tâche. C'est même à ce niveau que les choses s'enveniment puisque le 50 Hz requiert des sectionnements de caténaire et des transformateurs spéciaux (les groupes Scott destinés à rétablir l'équilibre du réseau triphasé), donc des solutions simplistes pour une électrification spartiate». De plus, contestant les performances exceptionnelles des nouvelles locomotives, les ingénieurs allemands s'indignent d'entendre leurs confrères français affirmer que des machines à quatre essieux en 50 Hz équipées de redresseurs seraient supérieures à leurs locomotives à six essieux en 16 2/3. Aussi les cousins germains prétendent ne voir que 'tromperie' dans les arguments de leurs voisins gaulois!*


Technique universelle et filières nationales

En fait, s'il est peu contestable qu'au moment de cette polémique, le cinquante période a assuré sa supériorité technique et économique sur son rival, disons que sa cause fut peut-être plaidée de manière maladroite. L’idée évoquée en 1951 d'une extension Thionville-Coblence rappellait certaines visées annexionnistes gauloises sur la rive gauche du Rhin évoquées dans l’immédiat après-guerre. De plus, les Allemands pouvaient s'étonner de voir leurs interlocuteurs prétendre leur imposer un système d’abord essayé chez eux, mais qui auraient introduit sur leur réseau des frontières techniques que ne manqueraient pas de rencontrer les Français sur le leur. Tout ceci pour ne rien dire des effets d'un chauvinisme technique demeuré si vif de part et d'autre du Rhin, qu'aujourd'hui encore la Deutsche Bahn a obtenu de réserver sa place à la fréquence spéciale dans les spécifications techniques d'interopérabilité européenne. Une disposition d'autant plus absurde souligne André Blanc, un ancien directeur du matériel à la SNCF, que les progrès de l'électrotechnique font qu’aujourd’hui les nouvelles locos en 16 2/3 sont équipées de moteurs synchrones ou asynchrones à courant redressé, ce qui annule l'intérêt de garder un courant de fréquence spéciale adopé au début du siècle dernier pour alimenter des moteurs directs. Quant à l'extension du monophasé 50 Hz, les progrès de l'électrotechnique grâce à la mise au point de machines bi puis poly-courants parformantes, ont permis de compléter l'électrification du réseau SNCF en bénéficiant bientôt du développement d'une production électrique d'origine nucléaire. En définitive, si Lyon-Marseille a été électrifié en continu 1500 volts, Marseille-Vintimille vers l'Italie le sera en 50 Hz, de même que les prolongements du 1500 volts de Dôle-Vallorbe vers la Suisse, les lignes de Bretagne depuis Le Mans vers Rennes, Brest et Quimper, etc. En avril 1954, l 'universalité de ce système d'électrification incite les ingénieurs de la DETE à constituer un 'Groupement cinquante périodes' en vue de réunir les constructeurs allemands, belges, français et suisses ayant participé aux essais de l'après-guerre. Le Groupement réalisera ainsi l'électrification de la banlieue d'Istamboul, la construction de locomotives destinées à l'URSS et à la Chine, participant à l'électrification des chemins de fer portugais et au Moyen-Orient assurant le pilotage de l'électrification des 'Indian Railways'. En fait, dans les années 1970, le Groupement détiendra plus des deux tiers des marchés d'électrifications ferroviaires signés hors de la Communauté européenne et il n'a évidemment pas peu contribué à donner à l'industrie ferroviaire française une réputation et une place enviable sur le marché mondial. Aujourd'hui, le 50 Hz s'applique aussi bien aux nouvelles lignes du TGV ou du Shinkansen japonais, qu'aux du RER parisien ou au trafic marchandise comme le prouve la toute récente 'Betuweroute' des chemins de fers hollandais. Reste que l'Allemagne qui a développé son propre réseau de trains électriques à grande vitesse est restée fidèle à l'alternatif 16 2/3. Cette histoire révèle donc aussi ce que l'innovation doit à une tradition de filières techniques que l'on peut rencontrer dans d'autres domaines comme l'énergie nucléaire, l'aérospatiale ou les télécommunications.

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