Pourquoi trouve-t-on des gravillons sous les voies ferrées classiques, alors que les voies ferrées à grande vitesse n'en ont pas ?

Les trains verts d'antan, plus lents et relativement rudimentaires, appartiennent désormais au passé, remplacés par les rames automotrices électriques (EMU) et le train à grande vitesse.

On les appelle ballasts. Cela permet de distinguer le type de voie : les voies avec ballast sont utilisées pour les trains classiques et sont appelées voies ballastées , tandis que les voies sans ballast sont utilisées pour les lignes à grande vitesse et sont appelées voies sans ballast .

Les trains à grande vitesse comme les trains classiques ont besoin de voies ferrées pour circuler, mais pourquoi les voies ferrées classiques sont-elles recouvertes de gravier concassé, contrairement aux voies ferrées à grande vitesse ? Quelle en est la raison ?

Le ballast est essentiellement de la pierre concassée, composée principalement de roches telles que le granit, le basalte, le calcaire, et parfois même de scories, en remplacement des matériaux de pierre traditionnels.

Le ballast n'est pas un simple granulat de pierre concassée. Pour répondre aux exigences fonctionnelles et remplir efficacement son rôle, il doit présenter une résistance suffisante, et la forme et la granulométrie de ses particules doivent être conformes à des normes spécifiques. En effet, la durabilité des particules de ballast influe directement sur ses performances globales.

Bien que ces impacts puissent paraître insignifiants, ils peuvent réduire la durée de vie des voies ferrées. Avec le temps, de légères modifications de l'écartement des rails peuvent survenir, augmentant ainsi le risque de déraillement.

Les vibrations et le bruit affectent également le confort des passagers. Par conséquent, si nous profitons d'un environnement relativement calme et confortable lors de nos voyages en train, nous le devons à ces modestes petites pierres.

Le ballast contribue à répartir la pression exercée par les trains sur le sol. La construction des voies ferrées consiste d'abord à déposer une couche de ballast sur la plateforme, à la compacter, puis à poser les traverses et les rails par-dessus.

Le ballast soutient les traverses, répartissant le poids des trains et des rails afin de réduire les points de pression concentrés. Il amortit les chocs et minimise la pression, contribuant ainsi à prévenir la déformation des rails et des traverses et à assurer la fluidité du trafic ferroviaire.

Le ballast assure également une fonction de drainage. Les interstices entre les pierres concassées forment des canaux de drainage efficaces, permettant à l'eau de pluie de s'infiltrer rapidement dans le sol et améliorant ainsi la capacité de drainage globale des voies ballastées.

Cela empêche la plateforme et les traverses d'être imbibées d'eau de pluie ou érodées par le ruissellement, réduisant ainsi les coûts d'entretien.

Les propriétés drainantes du ballast empêchent également la pousse des mauvaises herbes sur les voies, ce qui permet de garder les abords de la voie ferrée propres et bien entretenus.

Tout comme les routes dépendent des fossés de drainage et des réseaux d'égouts pour protéger les rues des villes des fortes pluies et des inondations — réduisant ainsi les risques d'engorgement —, le ballast joue un rôle similaire, celui d'« expert en drainage », pour les voies ferrées. Sans lui, la fondation de la voie serait moins stable et les traverses se détérioreraient en raison d'une exposition prolongée à l'eau de pluie.

Le ballast facilite également l'entretien des voies. Les espaces entre les particules permettent de stocker la saleté et les débris, qui peuvent être emportés par l'eau de pluie et absorbés par le sol.

Si les rails et les traverses se salissent fortement en raison de facteurs naturels ou humains, leur durée de vie pourrait être réduite, entraînant des coûts supplémentaires.

Cependant, le ballast nécessite un entretien régulier. Avec le temps, il peut s'user et se contaminer. Des débris tels que des fragments de traverses, des particules de cargaison tombées et de la poussière peuvent combler les interstices entre les pierres, réduisant ainsi l'efficacité du drainage.

Un nettoyage, un criblage et un remplacement périodiques sont donc nécessaires. Au cours de ce processus, le ballast s'épuise progressivement. Le personnel d'entretien des voies ferrées doit le tasser et le compacter, enlever les fines gravillons et le remplacer par du gravier neuf.

L'une des raisons est que les trains à grande vitesse circulent trop vite, et l'utilisation de ballast pourrait entraîner le vol de ce dernier.

Les trains classiques circulent généralement à des vitesses comprises entre 80 et 120 km/h, tandis que les trains à grande vitesse chinois roulent généralement entre 250 et 350 km/h.

Imaginez des passagers attendant un train à grande vitesse sur les quais, à moins de deux mètres des voies. Si des pierres venaient à frapper les vitres du train, elles pourraient les endommager ; si elles atteignaient des personnes, des blessures seraient inévitables.

Lorsque les lignes ferroviaires à grande vitesse françaises utilisaient des voies ballastées, le ballast subissait un traitement spécial : il était collé avec un adhésif pour former une masse stable et cohésive.

Pour faire une analogie, on pourrait comparer cela à une piste d'athlétisme en caoutchouc. Bien que le ballast lié conserve une texture granuleuse, il forme un ensemble homogène et ne se disperse pas.

Tout d'abord, les voies sans ballast offrent une stabilité supérieure. Comparées aux voies en ballast de pierre concassée, les voies construites en béton conservent leur alignement géométrique beaucoup plus longtemps et sont très résistantes aux intempéries. Leurs coûts d'entretien et la charge de travail qu'elles requièrent sont également inférieurs à ceux des voies ballastées.

Le personnel de maintenance n'a pas besoin de les remplacer ou de les réparer fréquemment, ce qui réduit les perturbations du trafic ferroviaire, diminue les coûts de main-d'œuvre et augmente l'efficacité d'utilisation des lignes.

La structure de la voie en béton est conforme aux principes aérodynamiques, présente une forme plus raffinée et garantit que tous les indicateurs opérationnels restent dans les normes de sécurité même à grande vitesse.

Dès 2004, le ministère chinois des Chemins de fer a construit le premier tronçon d'essai de voie sans ballast reliant Suining dans le Sichuan et Chongqing, d'une longueur totale de 13,16 kilomètres.

Les voies sans ballast se caractérisent par une excellente régularité et une rigidité uniforme. Leur légèreté réduit la pression exercée sur les ponts ; leur faible hauteur structurelle limite les travaux d’excavation nécessaires, minimisant ainsi l’impact environnemental ; et elles offrent une meilleure rentabilité dans les tunnels par rapport aux voies ballastées.

Du point de vue de la conception, les voies sans ballast offrent une meilleure qualité de liaison, facilitent la construction intégrée, ont une longue durée de vie, garantissent une sécurité élevée, répondent aux exigences d'isolation électrique et peuvent être mises en service progressivement pendant la construction.

Voie sans ballast : Construite sur une base en béton massif, sa précision de surface au millimètre près repose sur un meulage professionnel pour éliminer les irrégularités mineures, assurant un roulement ultra-fluide.

Voie ballastée : Composée d'une structure élastique de ballast en pierre concassée, elle est sujette à la déformation et à l'usure sous les charges répétées des trains, nécessitant un bourrage, une stabilisation et une restauration du profil réguliers.

Le meulage élimine les ondulations, l'entretien prolonge la durée de vie. Chaque opération de précision témoigne d'un engagement solennel envers la sécurité et l'efficacité.

L'état parfait de la piste commence par le meulage et s'obtient grâce à l'entretien .

Aujourd'hui, on voit moins de trains de voyageurs sur ces voies, la plupart des lignes ballastées restantes étant dédiées au transport du charbon et des marchandises. Leurs roues roulent régulièrement au loin, transportant des marchandises à travers de vastes paysages.

Parallèlement, le train à grande vitesse, plus confortable et plus efficace, est devenu le choix privilégié pour les voyages interurbains et interprovinciaux, glissant avec élégance sur des voies sans ballast.

Des trains conventionnels aux lignes à grande vitesse, des voies ballastées aux voies sans ballast, cette évolution reflète le progrès inévitable de notre époque.