switchback

Un chemin de fer à gravité est une ligne ferroviaire conçue pour gravir ou descendre des pentes raides en utilisant l'élan gravitationnel. La voie zigzague de haut en bas d'une pente, changeant brusquement de direction à chaque point d'inversion, de sorte que le train gagne ou perd de l'altitude en roulant en descente et en utilisant cette vitesse pour remonter la pente suivante. Le principe est simple : la descente génère de l'élan, et l'élan propulse le wagon jusqu'à la prochaine montée. Aucune locomotive motorisée n'est nécessaire une fois que le train a atteint le sommet de la première section.

Le terme provient de la configuration de la voie elle-même. Au point où le chemin de fer inverse sa direction, la voie se replie physiquement, créant un virage en épingle à cheveux ou en Z. Les premiers chemins de fer de montagne dans les Alpes et d'autres régions escarpées utilisaient cette conception pour relier deux altitudes différentes sans nécessiter une pente continue plus raide que ce que le train pouvait gérer. Les points d'inversion exigeaient une ingénierie solide : des plateformes, des aiguillages et des points d'ancrage capables de résister aux forces gravitationnelles et d'inertie.

Deux applications distinctes, une seule physique

Les chemins de fer de montagne utilisaient les chemins de fer à gravité comme solution de transport pratique. Le chemin de fer de la Bernina en Suisse et des lignes similaires dans les Carpates et l'Himalaya s'appuient sur ce principe pour gagner de l'altitude en terrain reculé. Un train de marchandises ou de passagers entièrement chargé serait tracté jusqu'au sommet de la première montée, puis la gravité et un freinage soigneux feraient la majeure partie du travail en descente, tandis que l'élan accumulé aiderait à gravir la pente suivante. L'opérateur contrôle la vitesse avec des freins et, sur les sections plus raides, avec des freins mécaniques ou des dispositifs de friction.

Dans les parcs d'attractions, en particulier en Grande-Bretagne à partir de la fin du XIXe siècle, les montagnes russes à gravité appliquaient la même physique pour le divertissement. Les passagers étaient hissés au premier sommet par une chaîne ou un câble, puis laissés à rouler vers le bas, prenant de la vitesse pour les propulser jusqu'à la montée suivante. La sensation d'apesanteur à chaque crête et le choc du changement de direction créaient le frisson. Ces manèges fonctionnaient sans moteurs embarqués ; la gravité et l'inertie étaient les seules forces en jeu. De nombreuses premières montagnes russes de foire étaient des structures en bois qui pouvaient être démontées et déplacées entre les sites.

Les montagnes russes modernes ont presque entièrement supplanté les montagnes russes de foire, offrant des géométries de voie plus complexes et des entraînements mécaniques qui permettent des sensations fortes continues sans dépendre uniquement de la gravité. Cependant, le principe fondamental reste intégré à toute conception de montagnes russes qui utilise un lift à chaîne suivi d'une descente propulsée par la gravité. Les chemins de fer à gravité industriels, quant à eux, ont été largement remplacés par les chemins de fer à crémaillère et les téléphériques sur les routes de montagne, bien que quelques lignes historiques restent en service en tant que chemins de fer patrimoniaux. Le terme lui-même persiste dans l'ingénierie et dans la nostalgie des foires.