locomotive électrique

Une locomotive électrique est un engin ferroviaire dont les moteurs de traction tirent leur énergie électrique d'une alimentation externe plutôt que de brûler du diesel ou de la vapeur. L'énergie est acheminée par un pantographe appuyé contre un fil de caténaire aérien, ou par un frotteur en contact avec un troisième rail monté le long de la voie. Contrairement aux locomotives diesel, les locomotives électriques ne produisent aucune émission d'échappement au point d'utilisation et délivrent un couple maximal instantanément à l'arrêt, ce qui les rend préférables pour le transport urbain, les trains de banlieue et le fret lourd sur les grandes lignes où l'infrastructure justifie l'électrification.

Le système de caténaire aérienne domine en Europe et sur de nombreux réseaux de fret dans le monde. Les tensions typiques sont de 15 kV ou 25 kV CA sur les lignes principales ; les systèmes CC (600 V à 3 kV) sont courants sur les réseaux métropolitains et les anciens réseaux urbains. Le pantographe, un cadre en losange ou quadrilatère au-dessus du toit de la locomotive, maintient le contact électrique pendant que le train se déplace, s'adaptant au mouvement vertical de la caténaire. Un transformateur et un redresseur convertissent le CA en CC pour les moteurs de traction, ou les moteurs CA entraînent directement. Les systèmes à troisième rail, largement utilisés sur le métro de Londres et certains réseaux de banlieue, transportent du courant direct à basse tension (généralement 630 V CC) sur un rail de contact ; cette disposition réduit les coûts mais limite les vitesses et est dangereuse pour les agents de maintenance.

Le stockage d'énergie embarqué, tel que les batteries lithium-ion ou les supercondensateurs, alimente les locomotives sur les branches non électrifiées ou permet le fonctionnement en l'absence de caténaire. Ces machines hybrides ou entièrement électriques sacrifient la capacité de chargement pour l'autonomie et conviennent aux services de courte distance où l'électrification complète des lignes principales n'est pas économique. L'énergie stockée est épuisée par la même forte consommation d'énergie qui rend les locomotives électriques efficaces sur les lignes aériennes.

Les locomotives électriques nécessitent une infrastructure de réseau à forte intensité de capital : sous-stations, installation de caténaires et maintenance continue des systèmes de contact. La neige, la glace et le sel corrodent les caténaires et les pantographes dans les climats rigoureux. Le coût initial par unité dépasse celui du diesel, mais le coût d'exploitation par kilomètre est inférieur en raison de l'électricité moins chère et de la maintenance réduite. Les opérateurs de fret sur les routes non électrifiées doivent utiliser des diesels ; les lignes à trafic mixte nécessitent les deux types ou des hybrides diesel-électriques. Les décisions d'électrification dépendent de la densité du trafic, de la distance et des coûts locaux de l'énergie.

Les locomotives électriques modernes ont une puissance continue de 4 à 9 MW ; certains types de fret lourd dépassent 10 MW. L'adhérence (l'accroche roue-rail) plutôt que la puissance du moteur limite souvent l'accélération au démarrage sur rail sec. Le freinage par récupération, où le moteur de traction devient un générateur lors du freinage, renvoie l'énergie à la caténaire, réduisant l'usure thermique des freins mécaniques et diminuant la consommation d'énergie de 10 à 30 pour cent sur les trajets avec arrêts fréquents.