La base de la circulation de tous les trains...

Les rails sont ce sur quoi roulent les trains, mais aussi les tramways, les métros à roulement fer (ce qui exclut les lignes 1, 4, 6, 11 et 14 du métro parisien)...
Mais ces rails ne sont pas posés sur n'importe quoi. Un certain nombre de précautions et de dispositifs sont nécessaires pour éviter un affaissement de la plate-forme au passage du premier train. Posez un rail sur une zone de terre même bien damée, il y a toutes chances que le rail s'enfonce au premier passage.

Un élément Z2N de 5 voitures pèse 265 tonnes à vide (élément Z8800). On ajoute 1305 voyageurs (capacité nominale d'un élément Z20500), soit environ 90 à 100 tonnes supplémentaires (on voit que les voyageurs peuvent représenter une proportion non négligeable du poids d'un convoi...). Soit un total d'environ 360 tonnes. Une masse pareille, même sur une longueur de 130 m, représente un effort non négligeable qui s'exerce sur les rails.
Et il faut ajouter les effets de la force centrifuge dans les virages, les effets des accélérations et des freinages...

Pour éviter cela, on essaie donc de répartir la charge exercée par le train sur le rail et donc sur le sol sur une surface plus grande que le seul point de contact train-rail. On utilise pour cela:

• des traverses qui assurent la constance de l'écartement (1,44 m entre les rails, en France et dans la plupart des pays européens) et qui permettent de répartir l'effort sur la surface de la traverse: les rails sont fixés aux traverses par des attaches spécifiques. Les traverses peuvent être composées de barres de bois, de 2 blocs de béton reliés par une barre métallique ou d'un bloc de béton unique.
  
  

  	A gauche, traverses composées d'un bloc de béton unique (béton précontraint) En-dessous, traverses composées de deux blocs de béton reliées par une barre métallique (dans le ballast) et traverses en bois Photo prise en juillet 2008 à la sortie nord de la gare de Villeneuve St Georges (pont Wilson): voies 2M, 1bis et 2bis dans l'ordre

  
  
• du ballast, ensemble de roches dures concassées positionnées sous les traverses en une couche de plusieurs dizaines de centimètres de hauteur, permettant de répartir la charge au passage du train. Le ballast est lui posé sur un terrain nivelé et damé.

Autrefos, les rails étaient des barres métalliques de longueur de 18 ou 36 m. C'est cette faible longueur qui provoquait le cliquetis régulier lors de la circulation des trains. Afin entre autres de lutter contre ce cliquetis, on a adopté pour les lignes principales modernes des longs rails soudés (LRS) qui peuvent atteindre une longueur d'environ 400 m (entre le dernier aiguillage à la sortie de Gare de Lyon et la gare de Maisons-Alfort, soit un peu moins de 5 km, il faut en tout 24 rails, 12 de chaque côté...). Le bruit est donc réduit, mais il faut en contrepartie gérer la dilatation des rails que peut provoquer une chaleur intense (d'où une augmentation du nombre d'incidents relatifs aux voies par chaude journée d'été).

Contrairement à ce que l'on pourrait croire au premier abord, la pose de rails est une opération de précision. C'est sur les lignes à grande vitesse que cela est le plus vrai (sans cette précision, le confort serait très relatif et la circulation pourrait être dangereuse à 300-320 km/h) . Mais même sur les voies du RER (140 km/h pour les Z2N), il faut que la pose soit précise. Il faut par exemple tenir compte de la force centrifuge dans les virages de façon à ce que les voyageurs ne ressentent pas trop cette force.

A titre d'exemple, observez comment votre RER penche dans le virage à droite à quelques centaines de mètres avant de commencer la descente vers la gare souterraine en gare de Lyon. A vitesse normale, vous ne vous en rendez pas vraiment compte car la pente de la voie vers l'intérieur du virage compense la force centrifuge. C'est l'équivalent du virage relevé sur une route. Si dans le virage précédent, votre RER vient à s'arrêter, vous vous rendrez compte que le train est loin d'être à l'horizontale, il penche vraiment sur la droite... Pour qu'à vitesse normale, le confort soit le meilleur possible, il faut que la voie soit posée avec un angle prédéterminé.

Il faut aussi que les rails soient alignés de façon quasi parfaite (rappelez-vous que la longueur du rail peut atteindre 400 mètres) sauf à sentir le train tanguer ou rouler... 

Malgré toutes ces précautions, une voie s'use, en particulier lorsque la circulation est importante comme sur les portions les plus fréquentées (la plupart en fait...) de la ligne D, surtout si aux trains de la ligne s'ajoutent d'autres trains, en particulier des trains de fret plus lourds que les trains de voyageurs. La voie s'use également lors d'un freinage d'urgence (signal d'alarme par exemple) ou de démarrage par temps humide (glissement entre rail et roues du train).

Un entretien régulier est donc indispensable. Cela commence par des observations régulières de l'état de la voie (il existe pour cela des voitures SNCF spécialisées avec l'équipement d'analyse nécessaire), par des opérations de maintenance localisées (notamment si un rail vient à casser, on pourra alors devoir remplacer quelques mètres de rail). Il faudra éventuellement ajouter du ballast à certains endroits car le ballast s'use (les grosses pierres initiales se cassent), se déplace, s'enfonce.
Et au bout d'un nombre variable d'années, il faudra procéder au renouvellement des rails et/ou des traverses, voire à l'ensemble de l'infrastructure (opération lourde appelée renouvellement voie-ballast (RVB))