Écartement standard : pourquoi presque tous les rails sont à 1,435 mm

L'écartement est la distance entre les faces intérieures des deux rails de roulement. C'est un détail que l'on aurait pu régler une fois pour toutes, pourtant les chemins de fer du monde entier utilisent au moins six écartements courants, et celui qui couvre le plus de voies a une valeur étrange : 4 ft 8½ in. D'où il vient et pourquoi il a survécu est l'histoire de vieilles habitudes devenues une règle.

Le chiffre, calcul à l'appui

La valeur en unités impériales se convertit exactement comme prévu. 4 ft 8½ in font 4 × 12 + 8.5 = 56.5 in, et un pouce vaut 25.4 mm :

56.5 × 25.4 = 1,435.1 mm

C'est pourquoi la valeur métrique est donnée comme 1,435 mm. That is the standard gauge, sometimes called Stephenson gauge. Roughly half of the world's railway track uses it, including most of Europe, North America and China.

D'où vient le 4 ft 8½ in

L'écartement vient des mines de charbon du nord-est de l'Angleterre. Avant que les locomotives à vapeur ne circulent sur les lignes publiques, les mines utilisaient des wagonnets tirés par des chevaux pour descendre le charbon jusqu'à une rivière ou un quai de chargement. Leur voie était posée selon les wagons locaux, et dans cette région elle mesurait environ 4 ft 8 in. George Stephenson a commencé sa carrière dans ces mines. Lorsqu'il construisit des locomotives, puis les lignes de Stockton and Darlington et de Liverpool and Manchester, il utilisa l'écartement qu'il connaissait déjà, et l'on dit généralement que le demi-pouce supplémentaire a été ajouté pour donner aux roues un peu de jeu dans les courbes.

Les lignes de Stephenson furent les premières à prouver que les chemins de fer à vapeur pouvaient être rentables, et elles furent copiées. Locomotives, wagons et voie étaient construits aux mêmes dimensions, si bien que chaque nouvelle ligne qui les adoptait pouvait échanger ses véhicules avec les autres. Cela valait bien davantage que tout avantage prêté au chiffre lui-même.

L'écartement large de Brunel

Isambard Kingdom Brunel jugeait le standard trop étroit. Pour le Great Western Railway, il choisit 7 ft ¼ in, soit 84.25 in :

84.25 × 25.4 = 2,139.95 mm, soit environ 2,140 mm

Cela fait 2,140 − 1,435 = 705 mm de plus que le standard, soit près de 49% de plus (705 ÷ 1,435 = 0.49). Une voie plus large permettait des voitures plus grandes et plus stables et, comme le soutenait Brunel, des vitesses plus élevées. Ses lignes fonctionnaient bien. Mais une ligne à écartement large ne pouvait pas échanger ses wagons avec une ligne étroite. Là où les deux se rencontraient, comme à Gloucester, chaque voyageur et chaque colis devait changer de train, et les marchandises devaient être déchargées puis rechargées.

Le Parlement examina le problème et le trancha par la loi sur l'écartement de 1846, qui imposait de construire à 4 ft 8½ in les nouvelles lignes de voyageurs en Grande-Bretagne. À cette date, l'écartement étroit avait déjà bien plus de kilomètres de ligne. Le Great Western continua de rouler en écartement large pendant des décennies, en ajoutant un troisième rail pour la circulation mixte, et la dernière voie à écartement large fut convertie en 1892. For forty-six years after the Act (1892 − 1846), the standard was the law for new lines without being the whole network.

Les autres écartements

L'écartement standard l'a emporté en Grande-Bretagne et dans la plupart des pays qui ont copié tôt la pratique britannique. Ailleurs, les pays ont choisi autrement pour leurs propres raisons, et plusieurs de ces choix sont devenus des réseaux nationaux encore en service.

• Russe, 1,520 mm. Utilisé dans toute la Russie et dans les pays qui faisaient partie de son réseau ferroviaire. Il est 85 mm plus large que le standard.
• Ibérique, 1,668 mm. L'Espagne et le Portugal. Il est 233 mm plus large que le standard.
• Indien, 1,676 mm. Soit 5 ft 6 in, puisque 66 × 25.4 = 1,676.4. Il est 241 mm plus large que le standard.
• Écartement du Cap, 1,067 mm. Soit 3 ft 6 in, puisque 42 × 25.4 = 1,066.8. Il est 368 mm plus étroit que le standard et il est courant en Afrique australe.
• Écartement métrique, 1,000 mm. Il est 435 mm plus étroit que le standard.

Côte à côte, l'écart est large. L'écartement du Cap est environ un quart plus étroit que le standard (368 ÷ 1,435 = 0.256), et l'écartement métrique environ 30% plus étroit (435 ÷ 1,435 = 0.303). Le plus large des cinq, l'écartement indien, est 241 ÷ 1,435 = 16.8% plus large.

Pourquoi un désaccord coûte si cher

Un train ne peut pas passer d'un écartement à un autre, car les roues d'un véhicule standard ne tiennent pas sur des rails écartés de 85 mm de plus. Là où les réseaux se rencontrent, les solutions habituelles sont de transborder la charge, de soulever le véhicule pour changer ses bogies, ou d'utiliser des essieux dont la largeur s'ajuste. Chacune coûte du temps à chaque croisement. C'est cette contrainte qui a rendu si vive la querelle britannique sur l'écartement dans les années 1840, et c'est la même qui maintient aujourd'hui les écartements nationaux : en changer impose de modifier chaque kilomètre de voie, chaque essieu et chaque pont ou quai construit autour de lui.

L'écartement s'inscrit aussi dans un ensemble plus vaste de choix. Il détermine la largeur maximale des véhicules, la courbure confortable d'un virage et la charge qu'un pont doit supporter, ce qui le relie aux idées de notre article sur les ponts ferroviaires. Narrower lines are cheaper to build in difficult country, where curves and cuttings can be smaller, and that is part of why narrow gauges spread through places with mountains. The heavy freight that justifies wider ones is covered in comment fonctionnent les chaînes logistiques de fret.

Ce qu'il faut vérifier

Convertir 56.5 in donne 1,435.1 mm. Convertir 84.25 in donne environ 2,140 mm, soit 705 mm de plus. La loi sur l'écartement date de 1846 et la dernière conversion à écartement large de 1892. L'écartement se mesure toujours entre les faces intérieures des rails : une source qui le mesure depuis l'axe des rails donnera un chiffre plus grand.