La construction d'une voie hélicoïdale

Lorsque l'on souhaite construire un réseau présentant de grandes différences de niveaux, on se trouve immédiatement confronté au problème des rampes. En effet pour gagner de l'altitude il est nécessaire de disposer d'un développement de voie important du fait de la pente relativement faible que peut supporter une voie, en dehors de toute question de réalisme. Même si en modélisme on peut accepter des pentes bien supérieures au chemin de fer réel (de l'ordre de 2-3 %), il est raisonnable de ne pas franchir certaines limites afin de ne pas soulever des problèmes d'exploitation. Nous parlons bien sûr ici essentiellement d'un chemin de fer en adhérence, la technique de la crémaillère étant particulière et beaucoup plus complexe.

Une façon élégante de résoudre ce problème de pente est la construction de voies hélicoïdales. Elles permettent en effet de franchir de grandes différences de niveau tout en ne demandant pas une emprise exagérée. En général ce type de voies est en tunnel.

Par contre la construction d'une hélicoïdale demande beaucoup de précision et de soin, sans quoi la déception peut être grande.

Matériel nécessaire : bois, colle, éventuellement tiges filetées, écrous.

Difficulté : élevée - moyenne - faible

Temps de réalisation : long - moyen - rapide

Première étape : réflexion et calculs

Avant toute réalisation, une réflexion s'impose.

Plusieurs facteurs entrent dans le calcul : la différence d'altitude, le gabarit de voie minimum, la pente maximum acceptable, le rayon de courbure minimum et ...la place disponible. Il en résulte en général un compromis.
Le gabarit, c'est-à-dire l'espace en hauteur entre deux spirales est définit selon les normes NEM ou est fixé par l'échelle, en tenant compte ou non de la présence d'une ligne caténaire et bien sûr de l'épaisseur du plan de voie.

Exemple : l'espace est défini à 100 mm et le rayon de courbure est de 520 mm.

La développement d'un tour sera de : 520 x 2 x Pi soit 3265.6 mm

La pente correspondante sera : 100 / 3265.6 = 0.03 ou environ 3 %

Cette valeur est juste acceptable. Si l'on souhaite la réduire, il y a donc deux solutions : diminuer la hauteur du gabarit (ce qui est difficile) ou augmenter le rayon de courbure.

Par exemple pour limiter la pente à 2.5 %, il faut un développement de : 100 / 0.025 = 4000 mm

Ce qui correspond à un rayon de : 4000 / Pi / 2 = 637 mm, soit un diamètre total d'environ 130 cm.

On constate que l'encombrement d'un telle spirale devient vite important.

Vient ensuite la question : combien de tours ? Ce qui détermine la différence de niveau. Mais attention. Si le réseau est en boucle, il faudra bien un jour redescendre de ce niveau !

Deuxième étape : définir un gabarit et un mode de construction du plan de voie

Le schéma ci-après vous donne un exemple de réalisation en échelle H0m. Le plan de voie est réalisé en MDF de 8 mm d'épaisseur. Ce matériau est relativement lourd, mais il a l'avantage sur le CTP (contreplaqué) de se travailler facilement et proprement (coupes et perçages francs).

Troisième étape : la découpe du plan de voie

Selon le diamètre choisi, il est nécessaire de découper chaque spirale en trois ou quatre segments de cercle.

C'est là où la précision est nécessaire : pour la découpe, il faut utiliser un gabarit que l'on aura réalisé en carton par exemple. Les segments correspondant aux différents tours seront découpés ensemble dans la mesure du possible (en les superposant et en les immobilisant par une vis).

Quatrième étape : le montage

Remarque préliminaire : si la voie hélicoïdale est dans un tunnel et sous un massif montagneux (ce qui est généralement le cas), il faudra prévoir un accès par l'intérieur pour remédier aux déraillements, pour les réparations, le nettoyage de la voie, etc. La structure doit donc être construite de manière à laisser le centre de l'hélicoïdale accessible voire même y prévoir un éclairage.

Quelques photos sont plus explicites que de longues descriptions. Il faut remarquer que les différents segments en MDF sont fixés entre eux par deux morceaux de profilé en aluminium en "U" d'environ 4 cm de long (cote intérieure du "U" de 8 mm) "pincés" sur le support en MDF. Ce mode de faire évite une "cassure" de la pente entre chaque segment.

Pour la fixation du plan de voie, plusieurs solutions sont possibles. Celle retenue ici consiste à fixer les différents segments au moyen de six tiges filetées de 8 mm. Les segments en MDF sont soit directement traversés par les tiges filetées et retenus par des écrous, soit fixés par l'intermédiaire d'un support métalique (ce qui permet un démontage plus aisé). L'avantage de ce système de montage sur les classiques supports en bois est de permettre un réglage très précis de la pente au moyen des écrous tout en limitant l'encombrement général.

Autres détails

Le montage proprement dit doit s'effectuer segment après segment en équipant toute la voie : support d'amortissement du bruit (liège par exemple), pose de la voie, pose des mâts de caténaire, pose de la caténaire. En effet lorsqu'un tour est réalisé, l'accès à la voie inférieure n'est pas facile.

Il est plus économique d'utiliser de la voie flexible que des coupons de voie. Dans les deux cas il est important d'assurer un rayon de courbure constant et précis : l'axe de voie doit être marqué au préalable.

Pour la caténaire, l'utilisation de simples mâts en cuivre et d'un profilé de rail comme ligne de contact est également une solution économique et plus robuste. Le profilé peut être obtenu à partir d'une voie flexible dont on récupère les deux files de rails.

Enfin si un système de cantonnement est utilisé, il est important que l'ensemble de l'hélicoïdale soit défini au moins comme un canton (ou plusieurs si l'on souhaite y faire circuler plusieurs convois en même temps). Il est également judicieux de prévoir une ré-alimentation électrique de la voie à chaque tour pour éviter les chutes de tension.

Nous avons présenté ici le cas d'une hélicoïdale avec une voie unique. Il est évident que si l'on désire réaliser une double voie, la consruction est plus complexe. Et comme il faut prévoir un espace entre voies suffisant pour permettre le croisement de deux convois (attention aux longues voitures), l'emprise d'une telle construction augmente d'autant.