L`alimentation électrique du T.G.V

F 1 – L’alimentation électrique du TGV
L’apport d’énergie électrique nécessaire à la traction des trains peut être d’origine thermique
(locomotives diesels) ou électrique. Cette dernière technique est de moindres coûts d’exploitation et
d’entretien, de moindre pollution, et elle permet la réalisation de machines plus puissantes. La
« traction électrique » nécessite toutefois une infrastructure complexe pour amener l’énergie électrique
aux moteurs électriques des machines.
Le courant est apporté par une ligne suspendue, la
caténaire : câble porteur principal suspendu à des
traverses et associé à un ou plusieurs fils de
contact qui transportent le courant. À leurs
extrémités, le câble d’une part, les fils de contact
d’autre part, sont fixés par des « tendeurs » qui
assurent le maintien d’une tension mécanique
constante, indépendante de la température.
Caténaire
Pantographe
Le courant est capté à l’aide d’une sorte d’archet
porté par le pantographe, qui appuie et glisse sur
le fil de contact.
Le mouvement du train fait que la pression de l’archet sur le fil de contact augmente. Le résultat en
est que, dans son mouvement, l’archet génère une perturbation qui se propage le long du fil. Afin
d’assurer un bon contact entre l’archet et le fil, il est nécessaire que cette déformation se propage à
une vitesse supérieure à celle du train. Cette vitesse de propagation, appelée célérité, dépend de la
tension du fil de contact. Sur les lignes TGV, pour permettre au train de rouler à une vitesse de l’ordre
de 300 à 350 km/h, la tension mécanique du fil d’alimentation a été augmentée de telle sorte que la
célérité de la déformation soit de l’ordre de 500 km/h.
Repères
Au fur et à mesure des réponses des élèves (ou après qu’ils auront répondu à toutes les questions), on
pourra les aider à construire le tableau qui figure à la page suivante. L’ordre de remplissage
correspond aux numéros ajoutés en gras dans le texte et dans le tableau. Cette indication est destinée
uniquement au professeur.
Il sera sans doute utile à l’enseignant d’aiderles élèves à visualiser la propagation d’une déformation
à l’aide d’une corde en caoutchouc (longue et pas trop tendue), une règle en mouvement jouant le rôle
du pantographe. On peut envisager de leur faire réaliser une modélisation expérimentale du
phénomène avant de répondre aux questions.
Seule la propagation du front de l’onde est visible.
Corde tendue au repos
Front de l’onde
Sens de propagation du TGV
Si la célérité de l’onde n’est pas supérieure à la vitesse du TGV, le pantographe va venir heurter les
fils de contact de la caténaire avant qu’ils aient pu se soulever ce choc violent entraînera leur rupture.
L’influence de la tension de la corde sur la célérité de l’onde ne peut être que qualitative.
Exemples de questions :
1. Vitesse et célérité
Dans ce texte, on parle de la vitesse du TGV et de la célérité de la déformation du fil de contact.
Pourquoi employer deux termes différents ? Pour répondre, différencier les deux phénomènes en
quelques mots. (1)
2. La variable temps t
Les deux phénomènes évoluent dans le temps. Quelles sont les grandeurs pertinentes dont les
variations témoignent de l’évolution temporelle des systèmes ? (2) Donner des exemples dans les deux
cas. (3)
3. La vitesse du TGV
3.1. Quels sont les paramètres qui peuvent influer sur la valeur de la vitesse du TGV ? (4) et (5)
3.2. Pourquoi la vitesse du TGV doit-elle être inférieure à la célérité de la déformation du fil ?
4. La célérité de la déformation
4.1. D’après le texte, comment fait-on varier cette célérité ? (6)
4.2. Proposer un protocole expérimental permettant de valider la solution avancée.
5. Les conditions initiales
5.1. La déformation : si le pantographe appuie d’avantage sur le fil, que peut-il se passer ? (7)
5.2. Citer des conditions initiales pour le mouvement du TGV. (8)
La célérité est une grandeur spécifique du phénomène de propagation de la déformation. (9)
Repères pour l’enseignant
Phénomène étudié
Grandeurs dépendant
du temps (2)
Déplacement du TGV (1)
-
Paramètres qui interviennent dans l’évolution temporelle
du phénomène (4)
Conditions initiales (7)
Autres paramètres (9)
-
Propagation de la
déformation du fil (1)
position (abscisse) x(t) (3)
- élongation
vitesse (éventuellement) v(t) de la déformation y(t) (3)
(3)
masse
- tension du fil (6)
dimensions et forme
frottements dans l’air et au
niveau des rails
force motrice (5)
position initiale
- amplitude et forme de la
vitesse initiale (8)
déformation initiale (7)
- célérité (9)