spirale

Une spirale est une section de voie ferrée qui se replie sur elle-même, passant au-dessus ou en dessous de son propre tracé pour gagner de l'altitude tout en gérant les contraintes d'un terrain escarpé. Contrairement à un simple rebroussement, qui inverse la direction le long d'un chemin linéaire, une spirale trace un chemin circulaire ou quasi-circulaire qui permet à un train de gravir une altitude significative dans un encombrement relativement compact. La voie se croise soit au niveau du sol (rare et structurellement complexe), soit via un pont ou un tunnel, permettant au train de gagner peut-être 30 à 100 mètres d'altitude en une seule boucle avant de continuer en montée sur une pente plus douce.

Les spirales sont conçues là où le terrain disponible ne permet pas à une pente conventionnelle de respecter la contrainte de raideur, et où les rebroussements consommeraient trop d'emprise ou seraient opérationnellement peu pratiques. Les chemins de fer de montagne dans les Alpes, les Andes et d'autres chaînes ont utilisé des spirales depuis le 19e siècle. Le chemin de fer du Gothard en Suisse intègre des sections en spirale; le chemin de fer central en Inde, montant vers les collines de Nilgiri, les utilise également. Les chemins de fer à crémaillère modernes emploient souvent des spirales car elles servent à la fois les pentes raides et les changements d'altitude importants simultanément.

Géométrie et structure

Le rayon d'une spirale dépend de la vitesse maximale autorisée par le chemin de fer et du poids du matériel roulant. Une spirale plus serrée (rayon plus petit) gagne de la hauteur plus rapidement mais impose des contraintes de courbe plus strictes sur la voie, les bogies et les systèmes d'attelage. Les rayons typiques varient de 150 à 300 mètres pour les lignes à écartement standard, bien que les chemins de fer à crémaillère puissent fonctionner dans des spirales plus serrées. La pente à l'intérieur de la spirale reste généralement constante, souvent entre 4 et 8 pour cent sur les chemins de fer à adhérence, ou jusqu'à 12 à 15 pour cent sur les systèmes à crémaillère. La conception du gabarit et de la ligne de visée devient critique là où la voie se chevauche, car un train sur la boucle supérieure doit avoir une séparation verticale et horizontale adéquate par rapport à la boucle inférieure pour éviter une collision ou un déraillement.

La construction d'une spirale nécessite un arpentage précis et des travaux de génie civil. Là où la voie se croise au niveau d'un pont, le tablier du pont doit supporter le poids total d'un train plus les charges dynamiques. Lorsqu'un tunnel est utilisé, la spirale peut être creusée dans la roche ou la terre, les boucles supérieure et inférieure étant séparées par un matériau solide. La déformation ou le tassement après la construction peut fissurer ou désaligner la voie, en particulier dans les sols meubles, faisant des spirales des actifs sensibles à l'entretien.

Le terme spirale apparaît parce que la voie trace un chemin hélicoïdal ou en forme de spirale lorsqu'elle est vue en trois dimensions, montant en une courbe continue plutôt que de faire un virage serré comme dans un rebroussement. Cela la distingue des conceptions en looping que l'on trouve dans certains chemins de fer patrimoniaux, qui sont des cercles fermés qui ramènent le train à son point de départ, et de la descente en spirale ou spirale descendante utilisée sur certains chemins de fer miniers et pentes industrielles.