
Du charbon à l’or blanc

Be 4/6 12334 et Eb 3/5 5831, le 13.06.1959 à Bellinzone
...La décision d'électrifier les principales lignes du réseau CFF fut prise durant la première guerre mondiale…
Dans nul autre pays que la Suisse la transition de la vapeur à l'électricité ne débutât aussi tôt et ne fut aussi rapide. Plusieurs raisons expliquent ce phénomène.
Premièrement, la Suisse n'est pas productrice de charbon. Cet état de fait posa beaucoup de problèmes aux CFF en termes d'approvisionnement en charbon lors des deux conflits mondiaux. Dans ce contexte, la décision d'électrifier les principales lignes du réseau CFF fut prise durant la première guerre mondiale, alors que la décision d'électrifier également les lignes secondaires fut prise durant la seconde guerre mondiale. Ces décisions ne furent pas anodines, tant les coûts en investissements dans les infrastructures sont élevés et difficilement rentabilisables, notamment pour les lignes secondaires.
Deuxièmement, la Suisse, avec sa topologie montagneuse, ses nombreux glaciers, fleuves et rivières, se prêtait à merveille à la production hydroélectrique. De nombreux ouvrages furent dès lors construits, pour alimenter les villes en électricité, mais également pour alimenter le réseau ferroviaire électrique du pays. Relevons encore que la production hydroélectrique est parfaite pour maintenir la tension sur les réseaux ferrovières, de par sa souplesse. A ce jour encore, plusieurs barrages servent exclusivement à alimenter le réseau des grandes compagnies de chemins de fer suisses.
Troisièmement, les grands tunnels ferroviaires tels que le Simplon et le Gotthard se prettaient mal à une exploitation thermique, ou alors au détriment de la santé du personnel et des voyageurs.
Enfin, entre les prémices de la traction électrique et la construction des grandes séries de locomotives électriques, il fut évident que le potentiel de ce mode de traction, notamment s'agissant du développement de puissance, était largement supérieur à celui de la traction thermique.
La maitrise de la tension

Electrification de la ligne du Gotthard (Coll. CFF Historique)
…Dans le milieu des années dix, les CFF vont entreprendre l'électrification de deux tronçons…
A la fin du XIXème siècle en Suisse, trois tronçons ferroviaires ont déjà été électrifiés. Il s'agit de la ligne Sissach – Gelterkinden en 1891 (0,5 kV=), de la ligne Orbe – Chavornay en 1894 (0,6 kV=) et de la ligne Berthoud – Thoune en 1899 (0,75 kV~ triphasé). Par ailleurs, les principales villes suisses se sont dotées de réseaux de tramways électriques.
En 1904, les CFF et les principales sociétés industrielles ferroviaires du pays créent la Commission d'étude fédérale pour la traction ferroviaire électrique.
Dans le milieu des années dix, les CFF vont entreprendre l'électrification de deux tronçons. La première ligne (Brigue – Iselle) sera électrifiée par BBC en 1906 avec du courant triphasé. La seconde ligne (Seebach – Wettingen) sera électrifiée par MFO entre 1904 et 1909 avec du courant alternatif monophasé. Les tests sur cette seconde ligne seront déterminants pour l'électrification ultérieure du réseau CFF, ainsi que d'autres nombreux réseaux majeurs en Suisse et à travers le monde.
Dans les faits, la principale difficulté dans l'utilisation de l'électricité comme moyen de traction est de réguler la vitesse de rotation des moteurs. Les premières solutions trouvées le furent avec l'utilisation de courant continu de relativement faible voltage. L'utilisation du courant triphasé fit ses preuves sur la ligne du Simplon. Ce système n'était toutefois pas flexible et limitait les variations de vitesse à un nombre restreint de paliers. MFO développa un concept basé sur du courant alternatif monophasé de haut voltage. Les débuts furent assez laborieux, mais un ingénieur, en abaissant la fréquence à un tiers des 50 périodes à la seconde utilisées sur le réseau, permit une utilisation optimale de ce type de tension.
Le BLS opta pour ce système de tension de 15 kV~ 16 ⅔ Hz dès 1913. Les CFF suivirent assez rapidement, mais avec un certain retard qui s'expliquait par une situation financière encore délicate, due à l'absorption de compagnies au bord de la faillite.
D'autres compagnies suisses et étrangères optèrent pour ce système de tension. Parmi les plus prestigieuses, relevons la DB et les ÖBB.
La ligne électrique Brigue-Iselle

Portail nord du tunnel du Simplon, dans sa version actuelle.
…ce système de tension triphasé fit ses preuves pour l’exploitation d’une ligne principale dans des conditions difficiles…
Le forage du tunnel du Simplon débuta en 1898. Initialement, le tunnel avait un unique tronçon de 19.8 km (alors plus long tunnel au monde), avec une station d’intersection au centre. La température au centre du tunnel s’élèvait à ~30°, avec un taux d’humidité très élevé. Avant le début de la construction, aucune autre alternative que la traction à vapeur ne fut envisagée. Dans ce contexte, un système de ventilation fut développé, afin d’assurer une aération la plus optimale possible. Néanmoins, il était à craindre que les émissions de monoxyde de carbone des locomotives à vapeur, dans ces conditions extrêmes de température et d’humidité, puissent nuirent à la santé des voyageurs, des mécaniciens et du personnel à la station d'intersection du tunnel.
Durant les huit années de construction du tunnel du Simplon, le système de traction électrique fit de grands progrès. En Suisse, pour l’exploitation de la ligne Berthoud – Thoune, BBC a construit des véhicules fonctionnant avec du courant triphasé de 750V 40Hz. Dans le nord de l’Italie, la ligne reliant Lecco à Sondrio a été exploitée, avec succès, avec une tension triphasée de 3kV 15Hz dès 1902. Enfin, en 1903 en Allemagne, le record du monde de vitesse a été établi à 210,3 km/h par une automotrice fonctionnant sur du courant triphasé.
En 1905, BBC proposa aux CFF d'électrifier la ligne à ses frais, de fournir au moins cinq locomotives électriques et d’exploiter ce tronçon contre une compensation financière au kilomètre. Malgré les risques encourus, les CFF acceptèrent l’offre de BBC et signèrent le contrat le 19 décembre 1905. Les CFF ne s’engagèrent toutefois pas à reprendre l'équipement et les véhicules après la période d'essai.
Le 1er juin 1906, la ligne est mise en service. Elle est dès son début électrifiée avec une ligne aérienne bipolaire de 3kV 16Hz. Le courant triphasé est fourni par une centrale hydroélectrique à chaque extrémité du tunnel.
Le laps de temps entre la signature du contrat et la mise en exploitation de la ligne n’a pas permis à BBC de construire les locomotives. BBC a néanmoins pu profiter de l’intégration de la Rete Adriatica (l’une des trois plus grandes compagnies ferroviaires italiennes de l’époque) à la FS et de l’annulation d’une commande de deux locomotives construites par BBC et SLM (Fb 3/5 364-365). BBC loua également trois locomotives de constructions hongroises (Fb 3/5 361-363) destinées à la Rete Adriatica.
Après quelques problèmes de jeunesse, les essais sont concluants. Le 1er juin 1908, les installations électriques et les locomotives sont reprises par les CFF. A cette date, l’exploitation électrique du Simplon était la plus importante de Suisse. Bien que n’ayant pas dépassé le stade expérimental, ce système de tension triphasé fit ses preuves pour l’exploitation d’une ligne principale dans des conditions difficiles.
En 1913, le BLS acheva l’électrification de son réseau en courant monophasé de 15 kV~ 16 ⅔ Hz. Les trains reliant le nord des alpes (via le Lötschberg) au nord de l’Italie (via le Simplon) devaient dès lors changer de motrice à Brigue et à Iselle, la FS n’ayant pas électrifié le tronçon Iselle – Domodosola.
Durant la première guerre mondiale, le trafic s'est effondré et deux seules locomotives permettaient l’exploitation de la ligne.
Entre 1927 et 1930, la ligne du Simplon fut convertie en courant monophasé de 15 kV~ 16 ⅔ Hz à l’instar du reste du réseau CFF et du réseau BLS.
Véhicules expérimentaux de la ligne du Simplon
1905 - 1914
La Ligne expérimentale Seebach – Wettingen

Locomotive numéro 1 au dépôt de Seebach
…Actuellement encore, ce système de tension est le principal utilisé en Suisse, en Allemagne, en Autriche, en Norvège et en Suède…
Le 31 mai 1902, sur l'initiative et aux frais de MFO, les CFF ont accepté que MFO exploite une ligne électrique expérimentale sur un tronçon d'environ dix-neuf kilomètres entre les communes de Seebach et de Wettingen. Le système de tension était du courant alternatif monophasé de de 15 kW.
L'avantage de travailler avec une tension aussi élevée permettait de réduire le nombre de sous-stations. De plus, l'exploitation des premières lignes en courant continu, à priori moins complexe, montrèrent rapidement leurs limites en termes de performances opérationnelles.
Les premiers essais débutèrent très tôt sur un tronçon de 700 mètres reliant l'usine MFO à la gare de Seebach. La ligne était alimentée en électricité par une centrale à vapeur construite dans l'enceinte même de l'usine MFO.
Avec la technologie de l'époque, les moteurs de traction ne peuvent pas être exploités avec une seule phase. Les premiers tests permirent de développer un convertisseur de tension alternative monophasée en courant continu. Ce système fut monté sur Eva, la première locomotive expérimentale.
Dès 1905, le premier tronçon entre Seebach et Affoltern était prêt à être exploité. MFO dut régler préalablement la problématique de la caténaire qui, avec une aussi haute tension, ne pouvait être positionnée directement sur des véhicules en bois. Dans les premiers temps, le système de caténaire fut latéral.
Ces essais furent exécutés par la locomotive à convertisseur Eva. Peu de temps après, MFO mis en service Marianne, la seconde locomotive expérimentale. Les moteurs de ce véhicule étaient actionnés directement avec le courant alternatif, mais avec une fréquence de 15 hertz au lieu des 50 hertz initiaux. Grâce à cette fréquence réduite, le moteur monophasé développé par l'ingénieur Hans Behn-Eschenburg (1864 – 1938) avait des caractéristiques similaires à celui d'un moteur à courant continu.
La fréquence de 50 hertz perturbait la ligne téléphonique Zürich – Baden qui longeait la voie ferrée. Ce problème fut atténué avec une fréquence réduite à 15 Hertz. En parallèle, Eva fut transformée pour fonctionner directement avec une tension alternative à basse fréquence, à l'instar de sa sœur Marianne. Dès 1906, le tronçon électrifié fut prolongé jusqu'à Regensdorf.
Pour des raisons financières, MFO accepta de collaborer avec l'entreprise allemande Siemens qui fournit une troisième locomotive qui fut livrée en août 1907 et dont la durée opérationnelle n'excéda pas deux mois. Elle fut par la suite convertie en locomotive à courant continu.
En 1907, le dernier tronçon reliant Regensdorf à Wettingen est électrifié. Le système de caténaire latéral est abandonné au profit d'un système conventionnel. Afin de pouvoir exploiter la totalité du tronçon, les locomotives sont équipées des deux systèmes de pantographes. Le fil de contact était situé à six mètres au-dessus du rail, au centre de la voie. A des fins de tests, la hauteur fut abaissée à 4,8 mètres entre Otelfingen et Würenlos.
En 1909, la ligne expérimentale est démantelée et la traction sur ce tronçon est à nouveau effectuée par des locomotives à vapeur.
Malgré une durée de vie très courte, cette opération est couronnée de succès. Déjà en 1907, MFO fut mandaté pour électrifier la ligne Locarno – Bignasco avec une tension de 5 kV~ 20 Hz. En 1910, le BLS électrifia le tronçon Frutigen – Spiez avec une tension de 15 kV~ 15 Hz. En 1913 la Prusse, la Bavière et le Bade-Wurtemberg uniformisent leur réseau ferroviaire électrique en courant de 15 kV~ 16⅔ Hz. Fréquence qui sera reprise par la suite par le BLS et, in fine par les CFF.
Actuellement encore, ce système de tension est le principal utilisé en Suisse, en Allemagne, en Autriche, en Norvège et en Suède.
Véhicules expérimentaux de la Seebach-Wettingen
1904 - 1905
Chronologie de l'électrification du réseau des CFF













