3. Partie mécanique

Caisse :

La construction de la caisse est réalisée au moyen de poutres latérales soudées. Des traverses et des tôles assemblées assurent la rigidité du châssis. De petites différences apparaissent en fonction des séries et des équipements exigés selon les régimes d’utilisation. Par exemple, les CC 21000 ont un transformateur monophasé 25 kV très volumineux à loger ! Les CC 6500 en sont dépourvues (courant continu). Cet emplacement est remplacé par une tôle épaisse de 25 mm, soudée au châssis, ce qui assure le lestage de la machine.  Il y aura également des différences entre les séries en matière de grilles de ventilation (jalousie). Je ne vais pas tout énumérer ici car cela relève du détail.

Toit :

Du côté de la toiture, l’équipement  se compose de deux pantographes, du parafoudre et de l’isolateur d’entrée. Certains éléments du toit sont amovibles afin de permettre des travaux d’entretien tels que l’échange de compresseur sans devoir lever la caisse.

Bogie et effort de traction :

Les bogies sont d’une construction remarquable. L’exploit demandé à la machine consiste à rouler à  haute vitesse (200 km/h) et remorquer des trains lourds. Le bogie est équipé d’un moteur de traction (dont les spécificités sont présentées dans la partie électrique) et de trois essieux composés de roues monoblocs.

L’effort de traction mécanique est transmis du moteur au bogie via une « chaîne cinématique » composée d’un groupe de 3 trains d’engrenages. La complexité du système, desservi au moyen d’un basculeur manuel, provient de deux régimes de traction distincts pour les services de la machine. Ces régimes, nommés PV (Petite Vitesse à 100 km/h) et GV (Grande Vitesse à 200 km/h) permettent d’adapter la machine à sa charge remorquée et optimaliser ses performances.

Par exemple, aux CFF, les séries de locomotives Re 4/4 II et Re 4/4 III sont munies de rapports d’engrenages différents. La série des Re 4/4 III est avant tout destinée au trafic marchandises. 

Sur la CC 6500, le rapport d’engrenage peut être modifié par le mécanicien au moyen du dispositif de changement de rapport situé sur chaque bogie.

Notons qu’en régime GV il était initialement prévu de rouler à 220 km/h. Cette vitesse ne fut atteinte que lors d’essais, ensuite la V max fut limitée à 200 km/h. Plus tard, diverses modifications limitèrent le rapport GV à 160 km/h pour la simple raison que l’apparition des TGV rendait superflu le régime GV à  200 km/h. De plus, la machine étant très sollicitée mécaniquement à haute vitesse, les pignons de réductions furent modifiés pour n’obtenir que le rapport 100/160 expliqué ci-dessus.

Notons encore la présence d’un système d’entraînement à cadrans (roue dentée principale -  essieu) plus communément appelée « transmission Jacquemin ». Cette mécanique laisse à l’essieu une souplesse pour l’inscription dans les courbes ainsi que l’absorption de mouvements verticaux.

Dernier point de la transmission de l’effort. La présence de barres de traction reliées entre le bogie et la caisse de la locomotive.

Suspension :

Comme sur la majorité des locomotives à voie normale, nous nous trouvons face à une suspension dite primaire et une suspension secondaire.

La « primaire » absorbe les imperfections de la voie (latérales et verticales). Elle est composée de doubles ressorts hélicoïdaux, d’un système à bielles et d’amortisseurs hydrauliques. La suspension secondaire tend à donner une stabilité et un confort de roulement entre le bogie et la caisse. Cette dernière repose sur le bogie par un système de blocs sandwiches qui ne sont, en fait, que des éléments caoutchouc dont le taux de déformation est quasi-nul. On peut donc appuyer la caisse sur ces blocs disposés de manière inclinée, ce qui assure encore un centrage naturel de la caisse. L’emploi des élastomères pour les technologies modernes n’est plus à prouver de nos jours !

Notons également la pose d’amortisseurs anti-lacets destinés à diminuer au maximum les effets très désagréables des mouvements latéraux de la caisse. Certes, les mouvements de roulis sont inévitables sur un véhicule ferroviaire. Toutefois, on a voulu réduire au minimum toutes les nuisances parasites en équipant la locomotive d’un bogie très complexe pouvant rouler à haute vitesse.    

4. Partie électrique

La machine est divisée en deux parties bien distinctes, à savoir la partie Haute Tension (HT) et une partie Basse Tension (BT). 

En ce qui concerne la partie Haute Tension (ou circuit de puissance), rien ne diffère de toute autre locomotive : la machine possède des pantographes (2), qui alimentent le disjoncteur principal ultrarapide et, par la suite du schéma électrique, les moteurs de traction via les inverseurs, graduateurs et les résistances de démarrage (communément appelées rhéostats).

Moteurs de traction :

Le principe de fonctionnement est le suivant : la locomotive, bien qu’équipée de deux moteurs de tractions « physiques » (un par bogie), en possède quatre électriquement.
On appelle cela le moteur double induit. Les carcasses des stators contiennent deux bobinages d’induction placés l’un à côté de l’autre. Autour de l’axe, ou rotor, se trouvent également deux induits disposés l’un à côté de l’autre sur le même axe, nommés aussi « induits tandem ». Toute cette technologie a déjà largement été testée et éprouvée sur les quadricourant CC 40100 et qui ont permis de mettre au point ce moteur double atteignant les 3'000 kW (soit  ~ 6'000 kW par machine selon le cahier des charges). 
La construction d’un tel moteur était également conditionnée par :

-  la problématique du volume contingenté par bogie,

-  le poids par essieu du véhicule

-  les critères financiers qui se profilent comme toujours dans ce genre de réflexions (remplacement de moteur avarié, etc..).

Le moteur devant être utilisé également par la version bicourant de la machine, il fallait trouver une solution pour un  moteur compatible au courant continu et au courant ondulé (ou redressé).

Donc, en fonction des performances exigées pour la machine, on définit les lignes directrices du cahier des charges. Le moteur à double induit permet de diminuer par deux le courant absorbé lors des démarrages sous caténaire 1'500 V. Ce qui reste l’un des grands problèmes de la traction par courant continu. L’effet Joule n’est pas une simple théorie dispensée dans les écoles techniques, mais une réalité à laquelle se confrontent journellement les locomotives. Le couplage en série des moteurs doubles permet donc de pallier à ce problème.

Graduateur ou sélecteur :

Pour assurer le démarrage de la locomotive, donc de faire varier la vitesse des moteurs de traction, on utilise un servomoteur électropneumatique qui entraîne deux graduateurs (ou sélecteurs). Des contacteurs permettent différents couplages afin de diminuer ou augmenter la valeur des rhéostats, donc d’influencer directement le courant absorbé par les moteurs de traction.

Les combinaisons de couplages sont les suivantes : série, série - parallèle et parallèle. On retrouve le principe du graduateur sur d’autres machines (par exemple les monophasées Re 6/6 ou Re 4/4 II/III des CFF) et cela reste un des moyens les plus simples, outre la batterie de contacteurs électropneumatiques,  pour modifier les couplages moteurs.

Certaines machines ont reçu un « automate programmable ». Assez proche de la vitesse imposée, ce système permettait d’adapter l’effort de traction aux conditions d’adhérence de la machine. On voulait, par cet appareil, diminuer les problèmes d’usure et de contraintes sur les organes de roulement de la machine, fortement sollicités à haute vitesse. Pour terminer, le système d’automate gère le passage des crans de traction et de shuntage selon la tension de la caténaire pour rendre la conduite de la machine plus souple suivant les lignes et les conditions atmosphériques.   

A noter encore les différentes possibilités de freinage électrique :

1. Le freinage rhéostatique commandé par le mécanicien au moyen du manipulateur. Ce système sert uniquement au maintien de la vitesse, par exemple.

2. Utilisation simultanée du frein automatique et du frein rhéostatique lors que mécanicien effectue une dépression dans la conduite générale en régime de conduite normale.

3. Le freinage rhéostatique d’urgence entre en action lorsque le mécanicien effectue une dépression de 1,7 bars dans la conduite générale.  Une batterie 30 V assure l’excitation des inducteurs sous le mode serrage d’urgence en cas d’absence de tension de ligne de contact.

Appareillage basse tension :

Le circuit d’asservissement  - 72 Volts -  permet la gestion et l’utilisation de la machine au travers des appareils de mesure, fusibles et disjoncteurs, éclairage, dispositifs de contrôle, contacteurs…