Les courants vagabonds dans les installations ferroviaires DC
Dans les installations ferroviaires DC, le courant de traction passe par la caténaire pour alimenter la locomotive, et son retour vers les sous stations se fait par le rail.
Le rail est un conducteur électrique mal isolé du sol, ce qui entraine des fuites électriques, communément appelées courants Vagabonds.
Les principaux facteurs favorisant les courants vagabonds sont :
* L’isolement du rail par rapport au sol
* La tension du rail par rapport au sol
Ces courants qui empruntent le sol sont la plupart du temps variables dans leur intensité, leur direction et le trajet qu’ils parcourent, d’où le nom Vagabonds.
Effet corrosif des courants vagabonds
Afin de savoir pourquoi les courants vagabonds sont considérés des courants parasites, il faut comprendre les risques de corrosion par courant vagabonds ;
Sur les portions du rail où la tension entre le rail et le sol est positive, les courants vagabonds quittent le rail, s’introduisent dans le sol et se déplacent sous forme ionique. Ils retournent au rail sur les portions de rail où la tension entre le rail et le sol est négative.
Si une conduite métallique (Faible résistance) se trouve sur leur chemin, ces courants entrent dans la canalisation (création d’une zone cathodique), se déplacent sous forme d’électrons et ressortent de la canalisation sous forme ionique afin de revenir au rail (création d’une zone anodique).
- Zone cathodique : Réaction de réduction, les ions OH- (et H2 lors absence d’O2) entrainent des problèmes de dégradation du béton et possible dégradation des aciers HR avec l’H2.
- Zone anodique : Réaction d’oxydation, un atome de fer se détache du réseau cristallin, libère deux électrons ce qui forme les Fe2+. Ce sont des ions avec des charges positives qui s‘éloignent de leur lieu de formation sous forme de courant ionique. Par conséquent, le métal reste blanc aux points de sortie de ce courant (corrosion).
Le phénomène de corrosion généré par les courants vagabonds est beaucoup plus fort que celui généré par contact entre les différents métaux qui forment les couples électrolytiques.
Dans les voussoirs du tunnel, le milieu électrolyte environnant (le béton) assure le transport des ions par diffusion.
La rouille apparaît lorsque les ions ferreux (Fe2+) réagissent avec les ions OH- pour former de l’hydroxyde ferreux (Fe(OH)2).
L’intensité du courant en jeu peut être de l’ordre d’une dizaine d’ampère à savoir que 1A de courant fait perdre en une année 9kg de fer et 33,8kg de plomb.
Possibles solutions au problème de corrosion
Il existe plusieurs solutions pour le phénomène de corrosion par courants vagabonds, la première étape consiste à les diminuer ou les supprimer :
- En améliorant l’isolement électrique des rails par rapport à la plate-forme afin de limiter les fuites des courants vagabonds dans le sol.
- En diminuant la distance entre les PR ce qui permettrait de diminuer la tension du rail.
- En augmentant la conductance des rails. (Mise en parallèle, Augmenter la section
La deuxième étape consisterait à limiter la dégradation par corrosion, et pour cela on utilise un drainage par diode (surtout utilisé pour les tramways).
Les courants vagabonds qui circulent alors dans le réseau sont directement restitués au rail par la diode, et ne passent plus par le sol.
Attention, si la conduite se trouve proche des rails, la méthode de diode favorise jusqu’à 4 fois les courants Vagabonds.
Une autre solution pour remédier le problème de corrosion par courants vagabonds, c’est le maillage de drainage.
Un maillage métallique appelé « maillage de drainage » est à réaliser le long du tunnel sous voie sans être relié aux rails.
Références:
- NF EN 50122-2 : Mesures de protection contre les effets des courants vagabonds issus de la traction électrique à courant continu.
- Directive Suisse : pour la protection contre la corrosion provoquée par les courants vagabonds d’installations à courant continu.
- Rapport de stage de fin d’études sur les courants vagabonds réalisé chez Egis Rail.