Les dangers de l’EPS pour le système ferroviaire

La présence d’une élévation de potentiel de sol à proximité du système ferroviaire peut constituer un danger tant pour le personnel et les passagers que pour le matériel. Une différence de potentiel électrique entre deux parties du corps d’une personne permet d’y établir une circulation de charges, ce qui peut aboutir à une électrocution (voir les travaux de Fish [55]). Une différence de potentiel électrique importante entre l’intérieur (âme) et l’extérieur (gaine) d’un câble isolé du sol peut conduire à un dépassement de la rigidité diélectrique de l’isolant, ce qui peut induire à son claquage.

L’effet de la circulation d’un courant électrique dans le corps d’une personne dépend non seulement de l’intensité du courant mais aussi de la durée d’exposition. Les conséquences peuvent aller d’un léger chatouillement jusqu’à la tétanisation et la fibrillation ventriculaire, ce qui peut amener au décès de la personne [56].

On peut distinguer 4 zones de valeurs dans le plan durée d’exposition en fonction de l’intensité du courant. Une personne soumise à un couple intensité de courant et durée d’exposition aura une perception différente en fonction de la zone dans laquelle le couple se trouve [56]. Cela est illustré dans la Fig. 1.2.11.

Figure 1.2.11 – Le corps d’une personne aura une perception différente du cou-rant électrique en fonction de l’intensité et de la durée de ce dernier.

La zone 1 correspond à une absence de perception. La zone 2 correspond à une légère perception cutanée, pouvant aller jusqu’à des contractures musculaires douloureuses.

La zone 3 correspond à des douleurs musculaires intenses, parfois accompagnées d’une paralysie du diaphragme. Une personne exposée à ces niveaux de courant peut trouver la mort, surtout lorsqu’elle est dans l’incapacité de lâcher prise.

La zone 4 correspond à un risque très élevé de fibrillation ventriculaire. Des lésions nerveuses irréversibles peuvent se produire, le danger de mort est très élevé.

Bien que le danger pour les personnes soit lié au courant circulant dans son corps, la quantification des risques se fait plutôt par rapport au potentiel de sol. Trois paramètres sont utilisés : la tension de pas, la tension de toucher et la tension de claquage.

La tension de pas sur un point x donné, notée Vpas(x), est définie comme étant la différence de potentiel électrique en surface entre ce point x et un point situé à 1m de ce dernier. Elle peut s’écrire par l’équation suivante :

V_pas(x) = V (x) − V (x − 1) (1.2.42) où V (x) est le potentiel électrique en surface au point x. Pour assurer l’unicité de la définition de la tension de pas, la direction x est choisie comme étant celle qui produit la tension de pas la plus élevée.

La tension de pas est utilisée pour représenter la différence de potentiel électrique existante entre les deux jambes d’une personne qui marche sur le terrain avec un pas d’une longueur typique de 1m. Ce concept est illustré sur la Fig. 1.2.12.

Figure 1.2.12 – La tension de pas est la différence de potentiel sous les deux pieds d’une personne qui marche avec un pas de 1m de longueur Le courant qui parcourt le corps de la personne est une fonction de la tension de pas et aussi de la résistance de son corps, de la résistance de l’équipement qui elle porte et de la résistance de contact avec le sol [57]. En prenant l’exemple de la Fig. 1.2.12, le courant total qui traverse est égal à :

I_pas = ^Vpas

R_corps+ 2Rchaussures+ 2Rcontact

(1.2.43) La tension de toucher, notée Vtoucher, est définie comme étant la différence de potentiel électrique entre un objet dépassant la surface du sol et un point en surface à 1 m à l’horizontal de cet objet. Cela représente la différence de potentiel entre la main d’une personne qui touche cet objet et le sol en dessous de ses pieds. Ce concept est illustré sur la Fig. 1.2.13. L’équation qui définit la tension de toucher est la suivante :

Figure 1.2.13 – La tension de toucher est la différence de potentiel entre un objet en dessus de la surface du sol et un point de la surface du sol situé à 1m de ce dernier.

En fonction de la tension de toucher et des résistances du corps, de contact avec le sol et de l’équipement de la personne, le courant auquel elle est soumis en cas d’électrisation est donné par la formule suivante :

I_toucher= ^Vtoucher

R_corps+1

2(Rchaussure+ Rcontact) ^(1.2.45) La tension de claquage est défini comme étant la différence de potentiel maxi-male à laquelle un câble peut être soumis sans qu’il n’y ait risque de claquage ou d’endommagement du conducteur. Dans la plupart des cas, les câbles de té-lécommunication et de signalisation du système ferroviaire sont conçus pour être résistants à des tensions assez élevées, c’est à dire 1000V pour les câble isolés au papier et 1500V pour les câbles isolés au polyéthylène et les câbles placés dans des caniveaux isolants [58]. Ces tensions limites sont beaucoup plus élevées que la tension limite pour la protection du personnel. De ce fait, en général aucune mesure supplémentaire doit être adoptée en plus de celles pour la protection des personnes.

Le court-circuit phase-terre dans un pylône du réseau d’énergie a une durée allant jusqu’à quelques centaines de millisecondes. Ses causes peuvent être diverses, comme un mauvais entretien des isolateurs, un dépôt de poussière ou de givre, ou même la présence d’un grand oiseau mal placé. Cependant, dans plus de deux tiers des cas le court-circuit est déclenché par une décharge de foudre. On estime qu’en France il y a de l’ordre d’un court-circuit de ce genre par jour.

En fonction de cela, et des paramètres typiques de résistance du corps humain [57], un seuil de tension crique de 650V a été défini [58]. On définit autour de ce pylône une zone de contrainte dans laquelle l’élévation de potentiel peut être supérieure à ce seuil [58].

Un risque important existe dans le cas où l’ouvrage ferroviaire se trouve placé à l’intérieur d’une de ces zones de contrainte. Dans ces situations, des protections sont envisagées de façon à réduire la tension de toucher et tension de pas dans le cas d’un éventuel court-circuit. Le cout de ces protections est très élevé,

pou-vant atteindre les millions d’euros pour une zone à grand risque. Il est donc un enjeu financier important que le calcul des EPS soit fiable de façon à optimiser les protections envisagées, ainsi que leur cout.