La historia del ferrocarril en Francia comienza a principios del siglo XIX. Engloba siete grandes fases articuladas en torno a la fuerte voluntad política del Estado en cuanto a las directrices a seguir y los medios utilizados. Sin embargo, durante mucho tiempo Francia poseyó una importante red secundaria de ancho métrico y ancho estrecho, creada, por lo general, por iniciativa de los departamentos y explotada por compañías privadas.
Antes de los inicios del ferrocarril en Francia, los sistemas de transporte rápido estaban compuestos por diligencias, las cuales alcanzaron, a partir de la década de 1780, una velocidad media similar a la de un caballo al trote (unos 10 u 11 km/h, aproximadamente), lo que redujo a la mitad los tiempos de transporte; así como por coches-correo que alcanzaban prácticamente la velocidad de un caballo al galope (16 a 18 km/h) a mediados del siglo XIX.
Mientras que los ferrocarriles se desarrollaron con anterioridad y mayor rapidez a comienzos del siglo XIX en el Reino Unido, Alemania, Bélgica y Suiza, Francia experimentó un retraso como consecuencia de las guerras napoleónicas; las reconstrucciones acapararon fuertes inversiones necesarias para la creación de las primeras líneas, de corta longitud, que enlazaban ciudades vecinas o se construyeron para proporcionar a las ciudades mineras e industriales una salida a algún curso de agua. Además, Francia contaba con una red de caminos (caminos reales y departamentales) y, sobre todo, una red de canales y vías navegables bien desarrolladas; la mentalidad de la época no contemplaba con buenos ojos el cambio de estos medios de transporte. Así, los ingenieros de puentes y caminos definieron, en los años 1840, el ferrocarril como «canales secos»; es decir, como simples complementos de las vías fluviales.
El desarrollo de las primeras líneas de ferrocarril (red ferroviaria centralizada en una serie de líneas radiales que conectaban París con las grandes aglomeraciones) que permitieron alcanzar velocidades de 35 km/h abrieron el gran mercado agrícola nacional a las regiones de producción más aisladas, cuyos accesos estaban limitados hasta entonces por unos tiempos de transporte demasiado largos para los bienes perecederos.
Las relaciones entre el Estado y las compañías son complejas. El Estado ofrece la concesión, impone los recorridos y las condiciones de establecimiento. En concreto, este poder lo ostentan los ingenieros de puentes y caminos. Al mismo tiempo, el Estado puede ofrecer subvenciones con garantía de interés a nuevos capitales de inversión. Este sistema se generaliza a partir del Segundo imperio, momento en el que los poderes públicos exigen la construcción de líneas cada vez menos rentables. La balanza de pagos será progresivamente menos favorable a las sociedades concesionarias durante la segunda mitad del siglo XIX. En este contexto, la compañía más frágil, la del Ferrocarril del Oeste, presenta déficits estructurales y será nacionalizada en 1908. El sistema de garantías de interés acentúa la tutela del Estado sobre las compañías privadas cuyas cuentas verifica constantemente la administración.
La primera conexión ferroviaria eléctrica se inauguró en noviembre de 1893, bajo el impulso del ingeniero Auvert del PLM. Comprendía los trenes de carbón en una línea de 2,8 km entre los túneles de Montmartre (372 m) y de la Béraudière (200 m), ambos situados en Saint-Étienne, ciudad ya provista de ferrocarril con la primera línea de Saint-Étienne a Andrézieux. La explotación se llevó a cabo de 1894 a 1897. La locomotora se alimentaba mediante tercer raíl con una potencia de 360 V. La corriente la proporcionaba una dinamo arrastrada por la caldera de una máquina «Crampton» de puesto fijo.
Pero en realidad la electrificación de los ferrocarriles en Francia comenzó hacia 1900. La línea París-Orleans (PO) y la Compañía de Oeste (Ouest-État) escogieron la corriente continua a 600-650 V con alimentación por tercer raíl para electrificar las líneas del extrarradio parisino. Esta elección se explica por las ventajas del motor de corriente continua: por un lado, permite desarrollar un gran torque a baja velocidad, necesario para poner en marcha el tren; por otro lado, se puede modificar fácilmente su velocidad de rotación, y por extensión la de la locomotora en una playa larga. Sin embargo, la elección de una tensión relativamente baja (hasta 700 V en los primeros años) limitaba la potencia disponible.
En 1908, la Compañía de Mediodía escogió electrificar sus líneas de los Pirineos con corriente alterna de 12 kV con una frecuencia de 16⅔ Hz.
En 1920, el gobierno, para evitar una «balcanización» de la red, decidió imponer la corriente continua de 1 500 V para todas las nuevas electrificaciones.
Suiza, rica en hulla blanca, y que disponía de constructuras ferroviarias y eléctricas (Winterthur), escogió motores trifásicos (motores industriales) en la línea de Simplon, en la que se rechazaba la corriente continua por su baja tensión, y por lo tanto de su alta intensidad, y la necesidad de un reostato difícil de instalar. Dadas las dificultades técnicas de la época, se pasó del trifásico, muy complejo y poco flexible (para mercados regulados), al monofase. Pero surgió un nuevo problema: el arranque. Cuanto más elevada es la frecuencia, más conmutaciones, lo que implica flashes que perjudican gravemente al motor en el momento de la puesta en marcha. Si la frecuencia es de 50 Hz (frecuencia de corriente industrial), la corriente cambiará 100 veces de sentido por segundo. Así pues, se constató que eran aceptables alrededor de los 15 Hz para motores de alimentación directa, mediante un graduador. Se escogieron 16⅔ al ser una tercera parte de los 50 Hz, frecuencia de la incipiente red industrial. Para producir la energía se utilizaban generadores especiales en las centrales eléctricas de la red eléctrica privada de las compañías de ferrocarril, donde se utilizaban grupos rotatorios trifásicos que convertían los 50 Hz en 16⅔. Para escoger la tensión, en principio se utilizaban entre 10 y 12 kV según las compañías, que se aumentaron a 15 kV a causa de la demanda de potencia. Así, la red de Mediodía, rica en hulla blanca, lanzó un ambicioso programa de electrificación a 12 000 V y 16⅔ Hz. Perpignan-Villefranche fue la primera línea electrificada mediante catenaria, y la única que no se convirtió a 15 000 V en corriente continua (hasta 1984).
La Primera guerra mundial ralentizó los trabajos, y algunas líneas se explotaron con esta tensión. Pero una misión gubernamental francesa, a colación de unos estudios en Estados Unidos, donde los sistemas de electrificación no estaban regulados, impuso a todas las compañías de la metrópoli los 1500 V en corriente continua, los cuales, en caso de necesidad, serían convertibles a 3 000 V. Se impusieron los 3 000 V en Marruecos y Argelia para espaciar las subestaciones. De hecho, con los conocimientos técnicos de la época, los 16⅔ Hz eran un buen sistema, mejor que la corriente continua; pero habría sido necesario cambiar el sistema de explotación y aligerar los trenes de mercancías. Además, las autoridades militares eran contrarias a adoptar una tensión idéntica a la alemana, por razones estratégicas. Fue necesario alcanzar los años 1950 para que el ministro de defensa levantase el veto a la electrificación de las regiones industriales del noreste. Con todo, la línea de París a Belfort jamás fue electrificada, y así permanece como la única línea radial sin electrificar.
A pesar de los ensayos no satisfactorios de la línea de Hollenthall, electrificada a 20 kV y 50 Hz, los directores alemanes de la época planeaban aumentarlo a 25 kV 50 Hz, lo cual daría servicios plenos a Francia y Luxemburgo, pero la franja bávara de la DB rechazó este sistema para mantener la unidad de la red alemana.
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