Par Frédéric de Kemmeter – Signalisation ferroviaire et rédacteur freelance – Inscrivez-vous au blog
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Objet : lexique qui définit les différents éléments techniques de la voie ferrée, tout en restant dans un cadre général.
Le lexique ci-dessous est cependant plus complexe qu’il n’y parait car il est indispensable de distinguer les quatre éléments fondamentaux de la voie ferroviaire :
- Structure & Génie civil
- Voies
- Signalisation
- Électrification
- Gares & Bâtiments de l’exploitation
En cliquant sur un des thèmes ci-dessus, vous y accédez directement. Cette page copieuse se consacre à la structure et au génie civil. Il s’agit donc d’éléments en-dessous (ou par-dessus) de la voie, comme les plateformes, les ponts ou autres murs.
Ces éléments peuvent paraître à priori comme étant les moins « ferroviaires » du chemin de fer, car les principes fondamentaux du génie civil se retrouvent aussi sur le réseau routier et sur le réseau de voies navigables, qui appliquent des règles et un vocabulaire similaires. Et pourtant, c’est un fondamental crucial du chemin de fer, à l’origine de très nombreuses prouesses. Certains ponts sont de véritables oeuvres d’art.
Inscrire une voie ferrée dans le paysage impose de tenir compte que celle-ci soit la plus plate possible et le plus rectiligne possible. Ces critères de base font qu’en définitive, on choisisse un endroit plutôt qu’un autre pour construire une voie ferrée. On essaye d’éviter le plus possible les lourds travaux de talus, ponts ou tunnels. Pourtant, ces éléments sont parfois incontournables quand la géographie le demande.
Une fois n’est pas coutume, nous placerons les éléments dans un ordre certain, pas de manière strictement alphabétique mais par ordre logique d’une (re)construction de voie ferrée, tant est vaste la liste des composants d’une structure de génie civil. Nous partirons donc dans l’ordre avec :
- Ce qui compose les emprises ferroviaire;
- Ce qui compose les terrassements et couches de forme;
- Ce qui compose les ouvrages d’art;
- et nous terminerons par la plateforme et les finitions.
Voir aussi nos autres lexiques : Matériel roulant – Grande vitesse – Trains
Les emprises ferroviaires
Le domaine ferroviaire (foncier)
Le domaine ferroviaire est un élément capital. Il s’agit ni plus ni moins du cadastre des terrains appartenant à la société gérante ferroviaire (Infrabel, SNCB, SNCF Réseau, CFF infrastructure,…). Cette propriété des terrains relève de l’histoire et du patrimoine et a pu évoluer au fil du temps. Contrairement à ce que l’on pense, le domaine ferroviaire n’est pas nécessairement aussi rectiligne que la voie qu’il contient (photo du haut). De nombreuses parcelles contigües en font aussi partie, parfois des petits bois ou des morceaux de prairies adjacents, 
quand jadis ces parcelles avaient une utilité ou constituaient une réserve. Un cas typique est le talus (photo du milieu) : il fait bien partie du patrimoine ferroviaire et n’appartient généralement pas à la commune traversée. Son entretien et le maintien de sa stabilité incombe donc bien au gestionnaire d’infrastructure. 
Le domaine ferroviaire, c’est aussi d’une importance capitale au niveau juridique. En effet, à l’intérieur du domaine, selon certaines lois et réglements, le gestionnaire d’infrastructure peut faire tout ce qu’il veut. Cependant, dans certaines circonstances (proximité urbaine), un permis est quand même nécessaire lorsqu’il y a des modifications majeures, telles la mise de 2 à 4 voies, la modification des volumes ou l’édification d’un bâtiment, même provisoire (conteneurs pour travaux). Actuellement, en dehors des zones en travaux et de projets envisagés dans le futur, le patrimoine ferroviaire historique non-essentiel à l’exploitation est désormais mis en vente (photo du bas).
Impétrants
On a rarement une idée qu’il peut y avoir dans nos sous-sols d’autres réseaux, principalement de gaz, eau et parfois électricité, quand ce n’est pas la téléphonie (parfois militaire). Tous ces réseaux viennent à un moment ou un autre croiser une ligne de chemin de fer. Certains sont là depuis longtemps et n’ont jamais inquiéter personne, jusqu’au jour où lors de de travaux, il devient nécessaire de les identifier par leur propriétaire. Ces impétrants, 
qui n’ont aucune fonction ferroviaire et ne font que traverser le domaine ferroviaire, peuvent avoir toutes les tailles, de la simple petite conduite passant d’une rue à l’autre (photo du bas), à la grosse canalisation nationale de gaz ou d’air liquide (photo du haut). Il est impératif d’avoir une idée précise de la profondeur avant d’entamer des travaux de plateforme de la voie. Dans certains cas, un détournement de ces impétrants peut s’avérer obligatoire, voire un enfouissement plus profond.
Terrassements et couches de forme
Terrassements
Le terrassement est le travail consistant à déplacer des quantités importantes de matériaux (sols, roches, sous-produits, etc.). Le remaniement des terrains naturels entraîne une modification généralement définitive de la topographie et du paysage, en créant des ouvrages en terre soit en remblai soit en déblai. Cette étape consiste à modifier le relief d’un terrain. Cela passe par le déplacement de quantités importantes de matériaux (sable, terre, graviers…). 
Le terrassement passe généralement par trois étapes : l’extraction, le transport et la mise en œuvre. De nombreuses machines peuvent être utilisées ces travaux comme : la mini pelle, la pelleteuse, la chargeuse ou encore le bulldozer. C’est lors de ces terrassements qu’il faut, d’une part, respecter le domaine ferroviaire et, d’autre part, avoir connaissance des impétrants qui traversent le chantier. Un bulldozer a vite fait de cogner, voire d’arracher, un câble enterré ou une conduite. Les terrassements sont fait parallèlement avec les fouilles ou fondations de certains ouvrages d’art.
Parois berlinoise
Le besoin de retirer des terres en bordure de voie peut amener à prendre des mesures pour la stabilité de l’infrastructure ferroviaire et la sécurité du chantier. Dans les détails, la paroi berlinoise est un type de soutènement, provisoire ou définitif, formée d’éléments offrant une résistance verticale réalisée au moyen de profilés métalliques enfoncés dans le sol et d’un blindage en planches bois, en prédalles ou en plaques d’acier. Ce « mur provisoire » peut alors contenir la pression du terrain extérieur et ainsi permettre le retrait des terres à l’intérieur. Certaines parois deviennent définitive mais la plupart du temps, elles sont retirées.
Géotextile
Les géotextiles sont des tissus généralement en matériaux synthétiques, destinés aux travaux de bâtiment, de génie civil et d’agriculture. Il s’agit d’une trame, tissée ou non, en matière synthétique, qui a la propriété de laisser passer l’eau (perméable aux fluides). En génie civil, ils font partie de la famille des géosynthétiques. Depuis les années 70, on utilise des couches de géosynthétique dans les infrastructures ferroviaires. À l’origine utilisé pour le drainage et comme couche de protection, les géotextiles ont gagné d’autres fonctions de renforcement des fondations de la voie. 
Les géotextiles s’appliquent aussi sur des talus en pente raide qu’il convient de stabiliser avec l’usage du temps ainsi que les ouvrages d’art en béton. Un tunnel peut ainsi être entièrement recouvert de géotextile en partie extérieure, donc non visible.
Chambre de tirage
La chambre de tirage – appelée aussi puit de tirage -, est un bac de béton enterré mais percé de trous pour y insérer des tuyaux (photo du haut). Le but est de passer profondément sous la voie pour rejoindre l’autre côté. L’ensemble s’appelle une traversée sous voie (terme qui dépend du vocabulaire national). Ces traversées permettent de protéger généralement les câbles car ceux-ci ne peuvent être simplement enfouis dans le ballast. La compression de ce dernier pourrait en effet abîmer les câbles au fil du temps. 
Les chambres de tirage permettent aussi d’ordonnancer les nombreux câbles dans certaines zones et de distinguer qui appartient à quoi. La plupart des câbles sont ceux de la signalisation, ce qui est d’une importance capitale, mais certains sont des feeders d’alimentation haute-tension de la caténaire ou d’alimentation des moteurs d’aiguillages. La chambre de tirage est un élément de génie civil quand il s’agit de voie nouvelle (ou reconstruite). Sur une ligne existante, en revanche, cela fait partie de ce qu’on appelle le « petit génie civil ». La construction de ces traversées impose de couper la voie temporairement (de nuit la plupart du temps ou durant un week-end).
Ouvrages d’art
Béton précontraint
Il est utilisé pour fabriquer des poutres, des dalles et des piliers mixtes dans une construction à grande échelle comme les viaducs ou les bâtiments de grande largeur. Il permet à une poutre en béton relativement longue de supporter le poids entre ses deux piles de chaque côté. Le principe consiste à tendre des câbles sur toute la longueur de la poutre puis de couler autour le béton et de le laisser sécher. Après X temps, ces câbles sont soit « relâchés » soit « tendus » et provoquent une contraction du béton, une « contrainte » qui le renforce. Sans un tel renforcement, le manque de résistance à la traction du béton le ferait craquer à la moindre charge. 
Les câbles sont mis en tension à l’aide des vérins qui prennent appui sur le béton de la poutre. Cette précontrainte peut être appliquée par pré-tension, c’est-à-dire que les câbles sont tendus avant le coulage du béton. Cette compression provoque le raccourcissement de la partie 
inférieure de la poutre, engendrant une cambrure de l’ensemble vers le haut. La poutre repose sur ses extrémités. Elle peut l’être également par post-tension : dans ce cas, les câbles sont tendus après le durcissement du béton. Ce type de construction est incontournable pour l’ensemble des ponts non-métalliques, que ce soit des ponts route ou des ponts rail. La précontrainte permet d’enjamber d’un coup les 15 à 50m d’une plateforme ferroviaire, d’un cours d’eau ou d’une autoroute.
Coffrage
Le coffrage est un moule provisoire destiné à créer et maintenir une pièce en béton de forme voulue, le temps que celle-ci devienne suffisamment autoportante, soit par prise, soit par séchage. Le coffrage permet de réaliser des ouvrages très diversifiés comme les piles de ponts, des dalles ou des murs de soutènements. Une fois suffisamment « dur », on peut alors retirer le coffrage et faire apparaître la forme en béton. La fabrication de poutre en béton précontrain, expliqué plus haut, utilise obligatoirement un coffrage préalable. Il y a des quantités très différentes de coffrages. Certains coffrages sont réutilisables, d’autres sont qualifiés de « perdus ».
Fer à béton
Les fers à béton – appelés aussi « barre d’armature » -, sont l’essence même de ce qu’on appelle « le béton armé ». Ces fers ne sont pas disposés au hasard et relèvent d’un calcul précis matérialisé sur un « plan de ferraillage ». Pourquoi ce mélange avec le béton ? Parce que le béton est un matériau très résistant en compression, mais faible en traction et au cisaillement. Pour compenser ce déséquilibre, on incorpore dans la masse de béton des barres d’armature destinées à reprendre ces efforts. De plus, le béton présente un comportement fragile à la rupture ; l’incorporation d’armatures apporte de la ductilité : le béton armé fissure avant de rompre. Le type de barres d’armature le plus courant est l’acier au carbone , généralement constitué de barres rondes laminées à chaud avec des motifs de déformation. D’ autres types facilement disponibles comprennent l’ acier inoxydable, et des barres composites en fibre de verre , fibre de carbone ou fibre de basalte . Les barres d’armature en acier peuvent également être revêtues d’une résine époxy conçue pour résister aux effets de la corrosion principalement dans les environnements d’eau salée, mais également dans les constructions terrestres.
Mur de soutènement
Les murs de soutènements sont destinés à contenir le sol de manière verticale : soit en tranchée comme sur la première photo, soit en « talus » comme sur la seconde. Le mur de soutènement, en béton armé ou – jadis -, en briques ou moellons, sont instaurés quand il manque de la place de par et d’autre pour édifier un « vrai » talus ou tranchée, avec des pentes. Le mur de soutènement est donc une contrainte, assez onéreuse, quand le train passe dans un milieu bâti ou, quand la topographie est telle (en montagne par exemple), qu’il est nécessaire de maintenir la plateforme de la voie sur une zone en forte pente.
Certains nouveaux murs de soutènement peuvent être posés sur des micro-pieux enterrés quand les nécessités géologiques le demandent. Ce type de construction est très souvent utilisé quand il s’agit de passer de 2 à 4 voies ou qu’il faut insérer des quais en milieu bâti. En les relevant de quelques mètres au-dessus du plan de voie, certains murs de soutènement peuvent avoir la fonction de mur anti-bruit si on traverse des milieux urbanisés. Selon les zones, certains murs de soutènement n’obtiennent leur permis de bâtir que moyennant un minimum d’esthétisme (photo du bas). Dans d’autres cas, s’agissant de l’intérieur du domaine ferroviaire, on laisse parfois le béton apparaître tel quel (photo du haut).
Passage sous voie
Le passage sous voie se distingue du « pont » par son moins grand volume. Il est pour la plupart piéton ou cycliste. À l’inverse du « couloir sous voie », le passage sous voie ne donne pas accès aux quais directement. C’est clairement un passage pour aller d’un côté à l’autre de la voie ferrée. Certaines lignes nouvelles ou réaménagées disposent en pleine forêt de passage sous voie, souvent pour les animaux, afin d’éviter une coupure de leur milieu naturel.
Pont-bacs
Le pont-bacs est une technique de construction rapide de pont par éléments préfabriqués (photo du haut). Les bacs font appel au béton précontraint et sont préparés sur un terrain annexe. Certains allient des éléments en métal. Les engins qui le transportent et qui le posent peuvent immédiatement rouler dessus pour poser l’élément suivant sans perturber le trafic au sol. Les bacs sont généralement formés de deux poutrelles I formant les côtés du bac. La dalle (le sol) est en béton précontraint. Ces éléments en U peuvent avoir une portée de 20-25m ou plus, et peser plusieurs centaines de tonnes. 
On tâche malgré tout de fabriquer des éléments qui soient manipulables aisément lors de la pose définitive du pont Les techniques de pose peuvent comporter l’utilisation la simple grue (photo du bas) quand le terrain le permet. Mais il existe aussi d’autres méthodes comme celle du poussage d’une pile à l’autre, technique beaucoup plus sophistiquée mais qui permet d’enjamber des voies sans devoir y toucher. 
Pont « bow-string »
Un pont bow-string est une catégorie de pont munie d’un tablier faisant aussi fonction de tirant et de poutres latérales (en arc au-dessus du tablier) qui sont encastrés l’un dans l’autre aux extrémités. En travée, le tablier est tenu par des suspentes souvent à la verticale. Ce type d’ouvrage a deux avantages : d’une part, le faible encombrement sous le tablier (hauteur libre), et d’autre part, le fait que les efforts d’appuis sont uniquement verticaux (pas de poussée horizontale). Étant donné qu’ils ne dépendent pas des forces de compression horizontales pour leur intégrité, les ponts à arcs liés peuvent être préfabriqués hors site, puis flottés, transportés ou soulevés en place.
Pont mono-caisson
Le pont caisson est une structure principalement composée d’acier, de béton précontraint et de béton armé, matériaux qui jouent un rôle capital dans la rigidité du caisson. Sa particularité est de pouvoir s’adapter à des profils d’ouvrages avec des formes très accentuées. Il existe plusieurs type de ponts mono-caisson. Un exemple est le pont composé de piles reliées par des poutres, métalliques ou en béton. Par-dessus, on vient alors poser des éléments d’un seul tenant pouvant supporter deux voies. Ces éléments sont plus larges que longs et on en aligne autant que nécessaire. L’autre technique procède davantage de la « poutre-caisson », qui est un élément d’un seul tenant posé sur deux piles (photos du bas). Les poutres peuvent prendre des formes rectilignes ou curvilignes. Il a pour avantage que la réalisation des fondations est assez simple comparativement à d’autres types de structures. Les matériaux qui le composent sont durables et demandent très peu d’entretien lorsque les étapes de construction ont été bien réalisées. 
La préfabrication des poutres est avantageuse non seulement au niveau technique mais également d’un point de vue économique. Le pont à poutres dispose de plus de propriétés isostatiques qui permettent à l’ouvrage de rester quasi totalement insensible aux affaissements des terrains.
Pont « treillis »
Il s’agit des techniques les plus anciennes, quand l’usage du béton n’était encore répandu. Un pont en treillis est un pont dont la superstructure porteuse est composée d’un treillis, une structure d’éléments connectés, formant généralement des unités triangulaires. Les éléments connectés (généralement droits) peuvent être soumis à des contraintes de tension, de compression ou parfois des deux en réponse à des charges dynamiques. Au début du xxe siècle, les poutres en treillis étaient dénommées poutres américaines, 
car c’est aux États-Unis que la technique est apparue. Les treillis peuvent être assemblés par boulonnage, par rivetage ou bien soudés. Il s’agit d’une méthode de construction rapide et peu coûteuse. Les réseaux de chemins de fer sont majoritairement composés de ce type de pont.
Tranchée couverte
La tranchée couverte a toute l’allure d’un tunnel mais n’est pas construite comme un tunnel. La technique des tranchées couvertes consiste à réaliser une tranchée dans le sol, à exécuter l’ouvrage à ciel ouvert, puis à le recouvrir, en général par un remblai. Elle s’applique pour tous les types d’ouvrages, routiers, autoroutiers et ferroviaires. Ce sont essentiellement des raisons économiques, liées à des facteurs locaux, qui conduisent à cette solution. La tranchée couverte offre en effet plus de facilités pour sa construction puisque l’on peut travailler simultanément sur toute la longueur de l’ouvrage, contrairement à un tunel qui doit préalablement être creusé. La métode de construction de la tranchée couverte ne la dispense pas d’être assimilée à un tunnel et donc d’obéir aux mêmes critères de sécurité, notamment en matière d’accès pompiers ou d’évacuation des voyageurs. Certaines tranchées ont une des deux parois « ouvertes » (photo).
Tunnel monotube / bi-tubes
Il y a deux types de tunnels selon qu’il y ait une seule galerie avec une ou deux voies, ou deux galeries avec chacune sa voie. Le tunne bi-tubes est plus récent. L’histoire du rail montre qu’on a principalement construit des tunnels monotube, comme le premier tunne du Gothard. Les tunnels monotube à double voie offrent plus d’espace pour les opérations de sauvetage éventuellement nécessaires, mais ils offrent également plus d’espace pour la propagation de la fumée et du feu. Les tunnels ferroviaires à grande vitesse sont souvent conçus comme des systèmes bitubes à voie unique. En général, ces tunnels sont considérés comme plus sûrs, 
notamment en raison de la probabilité réduite de collision entre les trains et des meilleures conditions d’évacuation et de sauvetage. Mais il s’agit aussi de limiter l’onde de choc en cas de croisement à 250km/h ou davantage. Par ailleurs, les systèmes bitubes permettent des opérations de maintenance facilitées, car l’un des deux tubes peut être complètement fermé. Le choix entre les deux solutions est le résultat d’une évaluation approfondie de tous les paramètres (la longueur du tunnel, type de trafic, géologie,…) mais aussi à des considérations de coûts.
Tunnelier
Le tunnelier n’est pas une infrastructure et ne devrait donc pas être sur cette page. Il est cependant un outil incontournable pour la construction des tunnels, que ce soit monotube ou bi-tubes. Le tunnelier aurait été inventé par Marc Isambart Brunel qui déposa un brevet en 1818. Il est utilisé comme solution de rechange à l’excavation par abattage manuel, mécanique ou à l’explosif. Il a comme avantage de limiter les perturbations dans la roche environnante et de produire une paroi de tunnel lisse. Ces facteurs le rendent particulièrement adapté aux zones fortement urbanisées et réduit significativement les coûts de l’habillage des parois. Le principal désavantage du tunnelier est son coût initial important de construction et de transport. Cependant, il devient compétitif pour les tunnels longs (plus de 1,5 km) car il creuse plus rapidement que l’abattage classique.
Plateforme et finitions
Gabions
Un gabion est une sorte de cage en barres de fer tressés remplie de pierres non-gélives (qui ne se fendent pas sous l’action du gel), utilisé dans les travaux publics et le bâtiment pour respectivement construire des murs de soutènement, des berges artificielles non étanches ou décorer une façade nue ou des aménagements urbains. Les gabions sont connus de certains particuliers qui les utilisent comme éléments décoratifs (pour éviter par exemple un mur de béton). 
En génie civil, les gabions servent à la fois de consolidation d’une plateforme mais aussi de drainage. Lorsqu’ils sont utilisés comme parement de structures renforcées de terre avec une face verticale, les gabions offrent une surface d’impact plus déformable par rapport aux autres alternatives géotechniques classiques. Cette déformabilité plus élevée résulte de l’écrasement et des déplacements importants du contenu de remplissage. En conséquence, la charge d’impact transmise à la structure est réduite, en raison à la fois de la dissipation de l’énergie d’impact et de l’atténuation de la force maximale. Dans un processus d’optimisation, le matériau de remplissage peut être adapté pour répondre à des exigences spécifiques, en termes de réponse aux chocs.
Mur anti-bruit
Si le bruit est un enjeu environnemental essentiel, c’est qu’il touche à la santé publique. Le bruit est produit à la fois par le rail et le matériel roulant. On distingue 3 types de bruits : le bruit de roulement qui résulte du contact des roues sur le rail, le bruit lié à l’effort de traction provenant des moteurs, des ventilateurs et de la climatisation et le bruit aérodynamique lié à la pénétration dans l’air, que l’on perçoit surtout au-delà de 320 km/h. Pour réduire la perception du bruit, outre le matériel roulant et la qualité de la voie, des murs anti-bruit s’imposent parfois. 
Ceux-ci imposent de revoir les abords de voie dont on profite pour assainir. Car une piste de circulation du personnel doit être libérée de chaque côté de la ligne. Les parois anti-bruit seront donc souvent proches d’une route ou des riverains. En fonction de la hauteur et la géographie locale, un mur anti-bruit peut descendre le seuil de 5 à 15 dB. En mai 2019, l’Union Européenne adoptait un ensemble de huit textes relatifs à l’interopérabilité ferroviaire dont un texte relatif au bruit ferroviaire, modifiant le règlement (UE) n° 1304/2014 sur plusieurs points. Chaque État membre est tenu de tenir un cadastre du bruit et de remédier aux zones critiques.
Plateforme finie
Une plateforme terminée peut avoir l’allure trompeuse d’une route, comme le montre ces deux photos. Selon les chantiers, la dernière couche de génie civil comporte du stabilisé, du béton ou de l’asphalte. C’est par-dessus qu’on viendra installer le premier élément véritablement ferroviaire : la voie. Aux abords, les caniveaux et les chambres de tirage sont déjà construits pour recevoir leurs câbles futurs. D’autres caniveaux recevront les eaux de pluies. Les murs sont eux aussi déjà construits. Parfois, les poteaux ou portiques caténaires sont posés du fait de leur importantes fondations (photo du bas). 
Quand une plateforme est terminée, on peut dire qu’ici commence le vrai travail ferroviaire, objets des pages suivantes…
Voir aussi nos autres lexiques : Matériel roulant – Grande vitesse – Trains
Par Frédéric de Kemmeter – Signalisation ferroviaire et rédacteur freelance
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