Troisième rail

Si l'on excepte les systèmes de batteries à bord des trains, l'alimentation par troisième rail est le plus ancien système d'alimentation électrique utilisé dans les chemins de fer. Un train électrique expérimental utilisant cette technique d'alimentation a été mis au point par la firme allemande Siemens & Halske et exposé à la foire de Berlin en 1879. L'emploi du troisième rail dans les transports publics a commencé dans les années 1880 pour les tramways et les chemins de fer traditionnels. Le premier réseau de métro souterrain à utiliser le troisième rail fut le City & South London Railway, mis en service en 1890.

En 1901, Granville Woods, un inventeur afro-américain, obtint un brevet couvrant diverses améliorations du troisième rail. Bien qu'il soit parfois considéré comme l'inventeur du troisième rail, de nombreux autres brevets sur ce sujet ont été déposés avant cette époque, notamment par Thomas Edison en 1882.

Aspects techniques
Le troisième rail est placé soit entre les rails de roulement, soit, le plus souvent, à l'extérieur. Le courant électrique est transmis au train par l'intermédiaire de « patins » glissants, maintenus en contact avec le troisième rail. Dans beaucoup de cas, un système de couverture isolante est fixé au-dessus du rail pour protéger le personnel travaillant près des voies ; dans certains cas, le patin frotte sur le côté ou sur le dessous du rail, permettant ainsi de monter la protection directement sur le sommet du rail. Lorsque le patin glisse sur la face inférieure du rail, cela présente en outre l'avantage de ne pas être gêné par la présence de neige ou de feuilles mortes.

Le troisième rail est une alternative au système d'électrification par caténaire qui transmet le courant au train par l'intermédiaire de pantographes fixés sur le toit des véhicules. Dans certains cas, métros ou lignes régionales, le système d'alimentation est mixte, partie par troisième rail et partie par caténaires, les véhicules devant être équipés des deux systèmes de captage de courant. C'est le cas par exemple du métro de Rotterdam ou de celui de Milan (ligne M1 - caténaire dans les dépôts, troisième rail avec retour par quatrième rail en tunnel). Tandis que les systèmes de caténaires peuvent fonctionner sous des tensions allant jusqu'à 25 kV ou plus, en courant alternatif, la plus faible distance d'isolement autour du rail sous tension impose un maximum d'environ 1200 V (réseau de banlieue de Hambourg). L'emploi du troisième rail n'implique pas nécessairement celui du courant continu, mais en pratique, les systèmes à troisième rail ont tous utilisé du courant continu parce qu'il peut transporter 41 % d'énergie de plus qu'un système à courant alternatif à la même tension de crête.

Comme dans le cas des caténaires, le courant de retour circule en général dans l'un des deux, ou les deux, rails de roulement, la fuite vers le sol n'étant pas un problème. Lorsqu'il s'agit de métros sur pneus, comme à Montréal ou partiellement à Paris, des barres d'alimentation sous tension sont prévues pour conduire le courant. Le retour du courant de traction s'effectue par les rails de roulement traditionnels placés entre les pistes de roulement. Le système comprenant un troisième rail pour l'alimentation électrique, placé à l'extérieur des rails de roulement, et un quatrième rail, placé entre ceux-ci, assurant le retour du courant de traction (ce qui a d'autres avantages), est utilisé par quelques réseaux, dont le plus important est le métro de Londres.