Si le système de propulsion d'un véhicule cesse de fonctionner, il n'est plus possible d'avancer. Cela peut être gênant, mais n'est généralement pas dangereux. En revanche, si les freins sont défectueux, il faut immédiatement tirer la sonnette d'alarme car ils sont la partie la plus importante d'un véhicule. Cela est particulièrement vrai pour les trains, qui peuvent transporter plusieurs centaines de passagers.
Des freins à main jusqu'à la technologie d'arrêt moderne
Au début du XIXe siècle, les premiers trains étaient freinés manuellement et dans chaque wagon. Au fil du temps, des systèmes de freinage à commande centralisée, fonctionnant sur toute la longueur du train, se sont imposés. À cette époque, les freins utilisant le vide étaient courants, alors que de nos jours, ce sont principalement des freins à air comprimé qui sont utilisés.Les deux procédés de freinage sont en principe très semblables : des pistons de frein situés sur les essieux des roues sont actionnés par des cylindres de frein. Les cylindres sont connectés à l'unité de commande, via des conduites reliant l'unité de traction à la queue du train. Le conducteur du train actionne une vanne pour déclencher le freinage. Dans le cas de freins à air comprimé, une surpression est appliquée aux conduites de frein. Elle est générée par un compresseur et fournit l'énergie nécessaire au processus de freinage. Dans le cas de freins utilisant le vide, la vanne sert à réduire une pression négative existante. Elle empêche les pistons de frein d'entrer en contact avec les essieux pendant la marche du train. Lorsque la vanne est actionnée, la pression atmosphérique entrante peut appliquer une pression et amorcer le freinage.
Avantages des freins utilisant le vide
Les freins à air comprimé présentent un inconvénient en matière de conception : ils ont besoin de comprimer l'air ambiant pour que le processus de freinage se réalise. Par temps froid, l'humidité présente dans l'air peut se condenser. Cela peut entraîner une chute de pression, et conduire ainsi à une baisse de la performance du freinage. Si les températures sont réellement glaciales, la condensation peut geler et obstruer les conduites de frein.Le risque n'existe pas avec les freins utilisant le vide. Afin qu'ils soient prêts à fonctionner, la pompe à vide génère du vide dans les conduites des freins, après avoir activé l'unité de commande. Cela empêche l'humidité de pénétrer dans le système de freins, depuis l'extérieur. Une pression différentielle d'environ 690 millibars, entre le système de freins et la pression atmosphérique, permet de maintenir les freins desserrés. Les freins sont déclenchés lorsque le conducteur du train ouvre la vanne. Cela se produit également de manière automatique, en cas de dysfonctionnement du système.
Ainsi, la sécurité de fonctionnement est assurée, et pas uniquement à des températures inférieures à zéro. De plus, les systèmes de freins utilisant le vide peuvent être facilement réglés. Ils conservent leur pleine efficacité, même suite à des déclenchements répétés se succédant rapidement, ce qui constitue un avantage important lors des longues descentes et des manœuvres. C'est la raison pour laquelle les systèmes de freins utilisant le vide sont encore utilisés de nos jours sur de nombreux trains à voie étroite et petits trains, sur les locomotives diesel utilisées pour les manœuvres ou la construction de tunnels, sur les trains de montagne en Suisse et en Autriche, ainsi que sur les trains des chemins de fer sud-africains et indiens.