La caténaire
La caténaire est le fil de contact qui surplombe toutes les voies ferrées électrifiées. Chez les cheminots, ce terme recouvre toute l'installation suspendue.
La caténaire peut avoir de multiples formes. Voici un schéma standard de caténaire capable de transporter du courant continu à forte intensité.
Le courant continu
Les locomotives a courant continu utilisent le 1500 volts. Pour atteindre les puissances nécessaires à la traction des trains très rapides, l'intensité que peut fournir la ligne doit être très importante. C'est principalement cette intensité qui pose problème, car plus elle est grande, plus les sections de transport sont importantes, et plus le poids des équipements est lourd. A l'époque ou ces caténaires ont été conçues, le compromis continu paraissait le plus raisonnable. Avec l'élèvation des vitesses, de gros problèmes sont apparus sur des sections anciennes, dont l'équipement avait été prévu à l'origine pour des vitesses de l'ordre de 120 km/h. Lorsque des trains, comme les TGV ont plusieurs pantographes rapprochés, il se crée une onde qui déforme la caténaire. Les pantographes ont alors beaucoup de mal à rester collés à un fil qui fuit devant eux. Le fil de caténaire est en cuivre. Ce métal très conducteur, est aussi très sensible à la chaleur. Or, les intensités énormes qui le traversent provoquent une élévation très importante de cette température.
Le 1500 volt continu présente également l'inconvénient d'une chute de tension importante lorsque la source d'alimentation est trop éloignée de l'utilisation. Ce phénomène obligeait la SNCF a placer des sous-stations d'alimentation à des intervalles très rapprochés, ce qui entrainait des couts d'installation très importants.
Les techniques modernes, notamment les progrès effectués sur les transformateurs et les redresseurs, ont permis de concevoir des machines différentes, utilisant un courant qui présentait des inconvénients moindres.
Le courant monophasé
Les locomotives à courant monophasé utilisent (en France) le 25000 volts, 50 Hz. Cette solution permet de transporter des intensités bien plus faibles, ce qui diminue à la fois la section des équipements, leur poids et les chutes de tension.
Les locomotives n'utilisent pas ce courant tel qu'il est capté. Il est transformé et redressé, puis utilisé comme courant continu pour la traction. En effet, jusqu'à une époque relativement récente, on ne savait pas faire des moteurs à courant alternatif capables de décoller un train. On a toujours utilisé des moteurs à courant continu (moteurs série pour les électriciens). Ce n'est plus vrai aujourd'hui. L'électronique de puissance permet désormais d'utiliser ce courant alternatif. Les caténaires a courant monophasé sont donc beaucoup plus légères que leurs cousines sous courant continu. Mais si elles ont amené bien des avantages, il y a toujours quelques inconvénients. Le gros problème du courant alternatif est sa fréquence d'oscillation, qui provoque des courants induits insidieux qui traversent les équipements. Cette situation a obligé la SNCF à équiper ces installations électriques de filtres, et le blocage de ces courants parasites est quelquefois un véritable casse-tête pour les ingénieurs.