La gare de Lormedy

Dans une boucle de retournement alimentée par les 2 rails, il se produit naturellement un court-circuit quand on ferme la boucle :

Il devient necéssaire de gérer le changement de polarité au niveau des rails dans la partie centrale de cette boucle lors du passage du train. La longueur du train doit être inférieure à la longueur de cette boucle. Ceci fonctionne en 12Vdc ou en DCC.

1) Gestion avec des détecteurs de courant

Il est essentiel de renverser la polarité des rails au moment où le train entier occupe la boucle centrale seule. On utilise 3 zones avec un module de boucle utilisant un canton d'entrée, un canton central de retournement isolé électriquement et un canton de sortie :

Quand le train pénètre dans le canton d'entrée, le module alimente le canton central avec la même polarité que ce premier. Puis le train quitte le canton d'entrée et occupe uniquement le canton central de la boucle de retournement sans atteindre le canton de sortie, à ce moment le module inverse la polarité des rails pour correspondre à la même polarité que ceux du canton de sortie. Le train continue son trajet vers le canton de sortie sans court-circuit et sans rien percevoir. L'utilisation de 3 cantons permet aussi une utilisation en sens inverse comme pour une voie banalisée double sens !

Pour réaliser cette fonction j'utilise un circuit Arduino Nano posé sur un support avec connecteurs, associé à un module de relais, quelques fils, le tout alimenté en 5VDC. J'ajoute quelques lignes de code dans l'Arduino dans lequel est pris en compte les mauvais contacts rails/roues générateurs de signaux parasites qui peuvent perturber le système. Les informations qui entrent dans l'Arduino Nano viennent des modules détecteurs de consommation de courant qui localisent les trains. Les sorties pilotent les relais qui commutent la polarité de la tension vers les rails.

Cependant des disfonctionnements peuvent arriver lors du roulage d'un train sur la boucle de retournement. Si un train se trouve sur la boucle de retournement et qu'une coupure d'alimentation se produit, à la remise sous tension l'électronique qui contrôle cette boucle de retournement aura perdu ses informations concernant la position du train. Le redémarrage de ce train ne se fera pas simplement, avec une chance sur deux de produire un court-circuit. Une intervention humaine sera nécessaire.

La faible consommation des LEDs qui éclairent nos trains et les mauvais contacts rail/roue créent des perturbations néfastes aux détecteurs de courant. L'ajout d'un détecteur Infra-Rouge sécuriserait la boucle de retournement car il est indépendant de la présence d'une tension DCC sur les rails.

Matériel utilisé

                     

Photo de l'installation

De gauche à droite : 2 détecteurs de consommation de courant parmi 6 nécessaires pour contrôler une boucle à double voie, la platine à 4 relais et un Arduino Nano, reliés par quelques fils.

Le programme de gestion avec cette méthode est complexe pour obtenir un fonctionnement satisfaisant tant qu'aucune coupure d'alimentation DCC n'intervient au moment du passage dans la boucle de retournement. Impossible de s'arrêter sur la zone de retournement et de repartir en sens inverse sans provoquer un court-circuit. La remise sous tension est souvent problématique et demande une intervention manuelle sur le train. Cette solution n'est pas idéale.

2) Gestion avec un détecteur de court-circuit

Certains fabricants proposent un détecteur de court-circuit sur les rails qui inverse leur polarité pour rétablir la continuité électrique correcte. Exemple :

Le module automatique 5424

Cependant l'utilisation de plus d'un détecteur de ce genre sur un réseau ferroviaire crée parfois des problèmes électriques sur la seconde boucle de retournement.

3) Gestion avec un détecteur Infrarouge

Ce genre de détecteur contient une diode qui émet une lumière Infrarouge qui se réfléchit sur un objet. Un capteur recueille cette information et active sa sortie en fonction de l'amplitude de lumière qui revient vers lui. Cependant le capteur détecte aussi la lumière naturelle et celle émise par les lampes à filament fournissant ainsi de fausses informations. Son emploi dans un tunnel sombre sera recommandé.

On peut aussi la transformer en barrière infrarouge en dessoudant la LED blanche et en la plaçant de l'autre coté de la voie. On relie la LED blanche avec 2 fils vers sa place initiale sur le module et on oriente la barrière infrarouge en biais pour que le signal ne soit pas interrompu entre chaque wagon. Placer les LEDs à la hauteur des tampons est idéal. Un espacement d'une dizaine de centimètres sépare les LEDs, centré sur la coupure des rails. Pour améliorer l'immunité aux lumières parasites, placer un petit tube sur la LED noire.

Pour un emploi plus fiable, il serait indispensable de moduler en fréquence la lumière Infrarouge pour la distinguer de la lumière naturelle qui est constante et détectée. Il peut être nécessaire d'utiliser plusieurs dispositifs infrarouges autour de la zone de coupure des rails afin de détecter tous les cas de présence des trains sur une zone. Cette solution est destinée à une détection ponctuelle mais moyennement adaptée pour détecter sur une zone.

4) Gestion avec un télémètre optique TOF

Le détecteur est placé au bord de la voie

Cette méthode utilise un composant qui émet une onde IR assez insensible à la lumière du jour et analyse les réflexions sur les objets pour mesurer la distance qui les sépare sans être gêné par la lumière ambiante. Elle ne nécessite qu'une seule zone isolée électriquement pour réaliser la boucle de retournement. Seul le soleil direct peut perturber le capteur.
Le télémètre VL6180X, avec une portée de 20cm, se place en biais le long de la voie un peu avant la coupure électrique des rails. Cette position permet la détection des trains sur une zone entre 5cm avant et 5cm après cette coupure sans détecter un train qui circulerait sur une voie adjacente (en H0). Comme les roues sont en retrait par rapport à la caisse, cela augmente la distance entre leur position au moment de la détection d'une présence et le moment où les roues passeront sur la coupure de rails. Au moment de la détection, la zone située entre la coupure de rail et les roues augmente ainsi à plus de 8cm de chaque coté. Le capteur est installé sur un support plastique en L qui se réalise facilement avec une imprimante 3D. Ce VL6180X est proposé comme un module contrôlé par un Arduino Nano auquel il est connecté en I2C. Un Arduino Nano gère 1 boucle de retournement.

Les détecteurs sont placés au niveau de la coupure électrique des rails

Quand un train se trouve sur la zone de détection, le détecteur informe le Nano qui envoie un signal pour commuter les relais. La polarité des rails de la zone de retournement est ajustée tant qu'une présence est détectée, que les rails soient alimentés ou pas ! Ceci est un énorme avantage quand un court-circuit s'est produit sur le réseau ferroviaire car la détection de présence du train est indépendante de l'alimentation des rails. La remise sous tension des rails ne pose jamais de problème.

Attention à ne pas détecter les trains circulant sur les voies adjacentes, ni les rails. La distance de détection ne dépasse pas 200mm en général. Ajustez la direction du faisceau car l'angle du faisceau de mesure est de 25°, conique. A 160mm de distance, le capteur détecte tout objet se trouvant dans un cercle de 72mm de diamètre.
- Horizontalement : avec un écartement entre deux voies de 60mm, comprenant le gabarit des trains plus un espace de sécurité, le capteur doit viser vers le milieu de la voie située à 160mm du capteur, approximativent.
- Verticalement : La position idéale du l'axe de détection se trouve à 15mm au dessus de rails, en haut des tampons. Il est donc nécessaire d'incliner légèrement le capteur (~10°) pour ne pas détecter les rails.

Avantages :

• On détecte la présence physique d'un train
• Les trains sont détectés dans les 2 sens de circulation
• La détection ne dépend pas de l'alimentation des rails
• S'arrêter sur la zone de retournement et repartir en sens inverse est possible sans créer de court-circuit à sa sortie
• Le système fonctionne sur 10cm autour de la coupure des rails, avec une seule et unique zone de retournement isolée électriquement
• Simple et pas cher, ce montage autonome est totalement indépendant

Les capteurs seront cachés dans des armoires électriques le long des voies ou dans les tunnels. La précision réside dans le positionnement des capteurs pour obtenir une bonne détection des trains sans détecter ceux qui circulent sur la voie adjacente. Evitez, si possible, leur installation dans une courbe concave, courbée vers l'intérieur où se trouve le capteur.

Rappel : La zone de retournement doit avoir une longueur suffisante pour contenir le train le plus long. Ses 2 rails sont isolés électriquement aux 2 extrémités.

La sortie du Nano qui commande les relais peut être utilisée pour informer la rétro-signalisation de la présence d'un train au niveau du capteur. Elle est active à l'état bas.

Schéma de câblage du montage

Le module des relais est commandé par la sortie active à zéro RELAY correpondant au capteur d'adresse I2C 0x29.

Matériel utilisé

                      
+ quelques fils pour les relier entre eux selon le schéma ci-dessus.

Attention : ces détecteurs fonctionnent sous 2.8V et sont sensibles à l'électricité statique.

Firmware du Nano

Le code du Nano se télécharge ici : boucle_retournement_TOF.zip.

Attention : des erreurs de téléversement sont apparues lors une mise à jour du driver USB du composant CH340 sur le module du Nano.
Windows fait une mise à jour du driver USB à chaque démarrage ce qui installe le mauvais driver. Il suffit de réinstaller la version antérieure 3.7.2022.01 pour retrouver un fonctionnement normal. Voir la page suivante : Support Arduino et activez le traducteur.

PC 15/11/2017 - Mise à jour 05/02/2026