frotteur

Un frotteur est un élément coulissant remplaçable, généralement en carbone ou en composite cuivre-graphite, qui est en contact électrique direct avec le troisième rail ou le rail conducteur sous tension d'une ligne de chemin de fer électrifiée. Lorsque le train se déplace, le frotteur maintient un contact continu avec la surface du rail, collectant le courant électrique et le transmettant par câbles aux moteurs de traction et aux systèmes auxiliaires du train. Sur la plupart des systèmes, chaque train est équipé de deux frotteurs ou plus, un par rail sous tension, et ils sont maintenus fermement contre le rail par des cadres à ressort appelés capteurs ou cadres de captation.

Le frotteur lui-même est un bloc plat ou légèrement incurvé, généralement de 100 à 200 millimètres de long et de 40 à 80 millimètres de large, pesant entre 2 et 5 kilogrammes selon le matériau et la conception. Les frotteurs en carbone sont moins chers et plus faciles à fabriquer, mais s'usent plus rapidement et génèrent plus de débris d'usure sur le rail. Les frotteurs en cuivre-graphite durent plus longtemps et conduisent mieux la chaleur, ce qui les rend préférables pour les lignes à grande vitesse ou à usage intensif, bien qu'ils coûtent beaucoup plus cher. Le frotteur est boulonné ou claveté dans un support qui permet un réglage vertical et, sur certaines conceptions, un mouvement latéral limité pour suivre un léger désalignement du rail.

L'usure est la principale préoccupation en matière de maintenance. Les frotteurs durent généralement entre 100 000 et 500 000 kilomètres de fonctionnement avant que la surface de contact ne se dégrade et que la résistance électrique n'augmente de manière inacceptable. Les frotteurs usés produisent des étincelles, des arcs électriques sur le rail et une alimentation électrique irrégulière; en même temps, ils rayent et creusent la surface du rail, réduisant considérablement sa durée de vie. Une inspection visuelle régulière et des tests de résistance sont des pratiques courantes. La plupart des systèmes recommandent le remplacement du frotteur avant que l'usure n'atteigne une profondeur critique, généralement lorsque le frotteur a perdu 60 à 70 pour cent de son épaisseur d'origine.

Problèmes de fonctionnement et modes de défaillance

Les frotteurs tombent en panne prématurément si la surface du rail est contaminée par de l'huile, des feuilles mouillées ou des dépôts minéraux; ceux-ci réduisent l'adhérence et augmentent les arcs électriques. La corrosion du cadre collecteur lui-même peut augmenter la résistance de contact en amont du frotteur. Un désalignement du frotteur par rapport au rail, causé par des axes de pivot usés ou des composants de cadre endommagés, entraîne une pression inégale et accélère l'usure sur un bord. En cas de gel ou de glace, certains matériaux de frotteur perdent entièrement le contact, ce qui entraîne une perte de puissance complète jusqu'à ce que la glace soit éliminée.

Le terme frotteur est spécifique aux systèmes à troisième rail; les systèmes à pantographe aérien utilisent un élément de contact différent appelé archet de pantographe ou sabot collecteur, qui fonctionne à une tension beaucoup plus élevée et avec des contraintes mécaniques très différentes. Un frotteur doit être évalué et adapté à sa tension de rail, son profil et sa composition matérielle spécifiques, ce qui rend l'interchangeabilité entre les systèmes rare. La logistique d'approvisionnement et de remplacement est essentielle pour tout opérateur de troisième rail; une flotte de 100 trains peut nécessiter des centaines de frotteurs en stock à tout moment.