Pour quelles raisons a-t-on choisi dans les années 20 en France le 1500 V pour les lignes électrifiées, alors que cette tension impliquait beaucoup d’inconvénients.
Existe-t-il des raisons techniques, historiques ou plus anecdotiques.
Est ce qu’il était possible à l’époque d’utiliser le 25000 V monophasé ?
Pourquoi ne l’a-t-on pas fait, etc…
Les moteurs alternatifs présentent un faible couple à faible vitesse (du moins ceux de l’époque) or c’est à faible vitesse qu’un train a besoin de couple (démarrage).
Donc il fallait des moteurs à courant continu.
Mais les redresseurs de l’époque, c’étaient des cuves à mercure ou des groupes tournant, le tout difficilement embarquable.
C’est pourquoi la technologie de l’époque a mené vers le continu.
Les moteurs les plus adaptés à la traction ferroviaire étaient les moteurs à courant continu de type série, qui ont un fort couple à basse vitesse et qui
accélèrent « tout seuls ».
Il fallait donc utiliser du courant continu, et comme les transformateurs ne fonctionnent pas en courant continu, il fallait se limiter à une tension caténaire utilisable directement par les moteurs.
On a donc alimenté la caténaire en 1500 V continu.
La tension de 1500 v était le maximum compatible avec l’usage du 3ème rail.
L’inconvénient, c’est que les intensités étaient fortes, les pertes élevées, et il fallait des sous-stations assez rapprochées.
Les semi-conducteurs de puissance n’existaient pas, on pouvait difficilement mettre des redresseurs embarqués dans les locos
Par la suite, les progrès technologiques ont permis de loger des redresseurs dans les locos, ce qui a autorisé l’usage de courant alternatif 25000 V 50
Hz à la caténaire, cette tension étant abaissée par un transfo embarqué, puis redressée pour alimenter les moteurs à courant continu.
Plus tard encore, on a abandonné les moteurs série à courant continu pour les remplacer par des moteurs synchrones (pour commencer) puis asynchrones, dont la fabrication et l’entretien sont beaucoup plus économiques.
Il n’existe globalement que 2 façons de faire un moteur électrique:

1) on s’arrange pour créer un champ dans la partie mobile (rotor), et un autre dans la partie fixe (stator), et on s’arrange en changeant les bobinages alimentes pour que ces champs restent avec un certain angle entre eux de façon ce que l’on ait toujours un couple.

2) on utilise les courants de Foucault, c’est à dire que l’on crée un champ qui se déplace par rapport à une cage (ou vice versa).
L’écart de vitesse produit un couple, on a bien un moteur.
Ce dernier système s’utilise en pratique en faisant une cage qui tourne, et des bobines fixes (on économise les contacts).

On peut ajouter cependant qu’à l’époque d’autres avaient opté pour un choix alternatif, et même la France (Perpignan-Villefranche) à titre d’essai
Cependant la ligne d’essai de l’électrification du 1.500 V du PLM était en Savoie, sur la ligne de la Maurienne électrifiée en 3ème rail…
et la ligne d’essai de la SNCF pour l’électrification en 25 kV 50Hz était Aix-les-Bains – La Roche-sur-Foron, toujours en pays de Savoie.
La ligne Culoz-Aix-Chambéry-Modane fut la ligne utilisée pour l’expérimentation de l’électrification en 1500 V du PLM.
Une section fut électrifiée par caténaire: Culoz – Chambéry et Chambéry-Modane par 3ème rail sauf dans certaine gares où pour des question de sécurité (ou d’incompatibilité caténaire => Modane avec la caténaire triphasée FS), une caténaire ou un fil trolley furent installés.
Le gros problèmes des engins ferroviaires électrique était de faire varier facilement la puissance , notamment au démarrage .
C’est pourquoi plusieurs systèmes existaient aux balbutiement de la traction électrique à grande échelle (1910/15 ) :
Une alimentation en courant alternatif à basse fréquence ( généralement entre 10 et 25 Hz) et à tension élevée de 10 000 à16 000 volts .
Ce système était très répandu car vu les techniques en place ( pas de redresseurs secs avant 1950/60 ) , on disposait de transformateurs – graduateurs et alimentait directement les moteurs (moteurs directs ) .
Cependant un inconvénient majeur , le courant s’inversant au double de la fréquence , il fallait que cette dernière soit basse pour limiter les flash à chaque commutation , surtout au démarrage .
C’est pourquoi ces moteurs nécessitent d’ accélérer rapidement .
Généralement on utilisa dès à l’époque des fréquence voisinant le 15 Hz ( quelquefois 25 Hz aux USA ) .
Le 16,2/3 Hz fit rapidement l’unanimité car il correspond exactement au 1/3 du 50 Hz donc facile à produire à partir de groupes tournants triphasés .
Le réseau MIDI lança un vaste et ambitieux programme d’électrification qui débuta avec Perpignan-Villefranche de Confolens en 1912 .
La ligne Bayonne-Toulouse fut aussi électrifiée au départ sous cette tension ainsi que ses embranchements .
Une autre école utilisait une tension continue par 3 ème rail comprise entre 500 et 850 volts ( voir 1 500 plus tard au milieu des années 20 lorsque le chois du 1 500 volts fut pris ) .
Cela posait d’énormes problèmes car à puissance égales les intensités appelées sont proportionnellement plus élevées .
Ce système convenait pour un métro ou une desserte interurbaine mais pas pour un trafic marchandise , ni pour des locomotives de vitesse qui nécessitent des locomotives plus puissantes que des automotrices .
Enfin le dernier choix était d’utiliser une tension de 1 500 à 3 000 volts qui correspondait à la tension nominal ( ou son multiple ) des moteurs à courant continu disponibles . 3 000 volts était la tension Max . utilisable en raison des limites des appareils de protection sous courant continu ( coupure plus difficile à effectuer que sous courant alternatif ).
Pour faire varier la puissance on agissait sur le couplage des moteurs ( sauf sous 3 000 Volts ou l’on utilisait des moteurs 1 500 V en série car des moteurs à tension nominale plus élevée auraient été trop volumineux ) et l’on s’aidait d’un rhéostat .
C’était une technique simple même si l’utilisation d’un rhéostat est gourmande en énergie.
En 1919 , la France sortait d’un conflit mondial qui l’avait mise à rude épreuve .
Tous les bassins miniers du Nord-est avaient été occupés par l’armée Allemande .
Il ne restait possible d’extraire du charbon que dans le centre ( Montceau ), en Auvergne (Commentry , Les Ancizes ) , dans les Cévennes ( Alès ) , en Provence (Gardanne ) et dans le Tarn ( Carmaux-Décazeville ) .
Ces bassins de second ordre ne suffisaient pas à la production et leur produit était de faible qualité ( forte teneur en cendres ) .
On avait frôlé la crise énergétique ( au prix de restrictions drastiques ) et il avait fallut apporter du charbon anglais qui était onéreux . paradoxalement le réseau qui avait le moins souffert était le plus pauvre et celui qui avait commencé le premier à électrifier ses lignes à grande échelle .
Devant ce constat , le gouvernement français préconisait l’électrification à grande échelle aux compagnies ( certaines restèrent sourdes ) mais ne voulait pas d’une situation américaine ou chaque compagnie adoptait son système .
On envoya des experts outre-atlantique pour examiner les différents types d’alimentation utilisés.
En 1 922 , un décret parut imposant le 1 500 Volts car le plus facile à mettre en oeuvre et aussi pour des raisons patriotiques incompatible avec le 15 KV 16,2/3 Hz allemand .
On craignait lors d’un conflit futur que l’ennemi puisse tirer partie du réseau et lors de dommages de guerre se servent dans le parc ( chose classique lors des guerres depuis les débuts du rail ) .
C’est aussi la raison pour laquelle le réseau Nord-est ne sera électrifié qu’après la seconde guerre mondiale .
Le rapport stipulait aussi que lorsque la puissance augmenterait et si le besoin s’en faisait sentir on pourrait passer au 3 000 volts facilement .
En effet à l’époque , le Maroc ( réseau midi ) et l’Espagne débutait leurs électrification en
3 000 Volts .

Why do you have selected in the 20s in France 1500 V for electrified lines , while the tension involved a lot of disadvantages.
Are there technical reasons , historical and more anecdotal .
Is it possible at the time to use 25000 V single phase ?
Why did do you not, etc …
Reciprocating engines have low torque at low speed (at least those of the time ) or it is a low-speed train needs torque (start) .
So it was of DC motors .
But then straighteners , they were mercury retorts or rotating groups , all easily embeddable .
That is why the technology of the time led to the continuous .
The most suitable for railway traction motors were DC motors of type series , which have a high torque at low speed and
speed  » alone . »
It was necessary to use DC , and as processors do not work in DC , it was limited to a voltage catenary used directly by the engines.
So we fed the catenary in 1500 VDC .
Voltage 1500 V was the maximum compatible with the use of the third rail.
The disadvantage is that the intensities were strong , high losses , and it was sub- stations fairly close .
Semiconductors power did not exist, one could hardly put rectifiers embedded in locos
Thereafter , technological advances have allowed to stay rectifiers in locos , which authorized the use of AC 50 V 25000
Hz to the catenary , which voltage is lowered by an embedded transformer , then rectified to power the DC motors .
Later still, they dropped the series DC motors to replace synchronous motors (for starters ) and asynchronous , the manufacture and maintenance are much more economical .
There generally are only 2 ways to make an electric motor :

1 ) it is arranged to create a field in the mobile part ( rotor ) , and another in the fixed part ( stator ) , and it is arranged by changing the coils energized to these fields remain with a certain angle between them so that there is always a couple.

2 ) the eddy currents is used, ie that it creates a field which moves relative to a housing ( or vice versa ) .
The speed deviation of torque , it has a motor.
The latter system is used in practice by a cage that rotates and fixed coils (contacts are saved ) .

However, we can add that at the time others had opted for an alternative choice , and even France ( Perpignan -Villefranche ) tentatively
However, the test of the electrification of 1,500 V PLM line was in Savoy, on the line of the electrified third rail Maurienne …
and test SNCF electrification line 25 kV 50Hz was Aix -les- Bains – La Roche -sur- Foron , always the Savoy .
The Culoz – Chambéry- Aix- Modane line was the line used for testing the electrification 1500 V PLM .
A section was electrified catenary : Culoz – Chambery Chambéry- Modane by third rail except for some stations where security question ( or inconsistency catenary = > Modane with phase catenary FS) , a catenary or trolley wire were installed .
The big problems of electric railway equipment was to easily vary the power , especially at startup.
This is why many systems exist to stammering electric traction scale ( 1910-1915 ) :
An AC power low frequency (typically between 10 and 25 Hz ) and high voltage of 10 000 to 16 000 volts.
This system was widely seen as techniques in place (no dry rectifiers before 1950 /60) were available processors – dimmers and fed directly engines ( direct drivers ) .
However a major drawback , the current reversing double the frequency , it was necessary that it be limited to the low flash at each switching , particularly at startup.
That is why these engines need to accelerate quickly.
Generally we use from the time of the 15 Hz frequency voisinant (sometimes 25 Hz in the USA) .
The 16.2 / 3 Hz was unanimously quickly because it’s exactly 1/ 3 of 50 Hz so easy to produce from three-phase rotating groups.
MIDI network launched a broad and ambitious electrification program which began with Perpignan -Villefranche Confolens in 1912.
Bayonne -Toulouse line was also electrified initially in this tension and its branches .
Another school used a DC voltage by 3 rd between 500 and 850 volts rail ( see 1500 later in the mid- 20s when the NIOHC of 1500 volts was taken ) .
This caused enormous problems for equal power intensities are called proportionately higher .
This system was suitable for a subway or a trunk but not for goods traffic service , or locomotives for speed that require more powerful than self-propelled locomotives.
Finally, the last option was to use a voltage of 1 500-3 000 volts which corresponded to the nominal voltage (or multiple) of DC motors available. 3000 volts voltage was Max . used due to the limitations of protective devices in DC ( cut more difficult than under AC ) .
To vary the power on was the coupling of motors ( except in 3000 Volts or 1500 V motors were used in series because of the higher voltage motors were too large ) and we helped a rheostat .
It was a simple technique even if the use of a rheostat is energy intensive .
In 1919, France came out of a global conflict that was put to the test .
All coalfields Northeast had been occupied by the German army .
It was still possible to extract coal in the center ( Montceau ) , Auvergne ( Commentry , Les Ancizes ) in the Cevennes ( Ales ) , Provence ( Gardanne ) and Tarn ( Carmaux – DECAZEVILLE ) .
These basins second order were not enough production and their product was of low quality ( high ash content ) .
Had grazed the energy crisis (price drastic restrictions) and he had to make British coal was expensive. paradoxically who had suffered less network was the poorest and those who had begun the first to electrify its lines on a large scale .
Recognizing this , the French government advocated large-scale electrification companies (some remained deaf ) but do not want a situation where every American company adopted its system.
Across the Atlantic were sent experts to examine the different types of feed used .
In 1922 , a decree appeared imposing 1,500 Volts since the easiest to implement and also for patriotic reasons incompatible with 16.2 KV 15 / 3 Hz German.
There was concern in a future conflict the enemy could take advantage of the network and when war reparations use in the park ( classic thing in wars since the beginning of the track ) .
This is also the reason why the network Northeast will be electrified after the Second World War.
The report also stated that when the power increase and if the need arose could go to 3000 volts easily.
In effect at the time , Morocco (noon network ) and Spain began their electrification
3000 Volts .