vignette|SNCF TGV Duplex Tallon avec le logo « Casquette SNCF ». vignette|thumbtime=184|Une partie du trajet de la Bergensbanen, en Norvège. vignette|Illustration de du Petit Larousse de 1912.
Le chemin de fer ou transport ferroviaire est un mode de transport guidé caractérisé par une infrastructure spécialisée composée de deux rails parallèles reliés par des traverses et posés sur un ballast fait de pierres. Ces voies ferrées sont construites sur des remblais, des déblais, des ponts, des viaducs, traversent des souterrains appelés tunnels afin d'obtenir un profil économe en énergie. Les chemins de fer permettent la circulation des trains, tramways, tram-trains et métros. Utilisé pour le déplacement de personnes et de marchandises, ils constituent, avec les modes routier, fluvial et aérien, l'un des principaux moyens de transport modernes.
Apparu dans la première moitié du avec la révolution industrielle en Grande-Bretagne, le chemin de fer connaît un développement spectaculaire en Europe et en Amérique, jouant un rôle essentiel dans les domaines économiques et militaires et améliorant considérablement les déplacements. Son usage se répand ensuite au monde entier tant pour le trafic de voyageurs que pour le commerce.
En dépit d'un recul relatif au profit des autocars puis de l'automobile, le voit la mutation du chemin de fer avec le développement de la traction électrique et l'explosion des transports ferrés en milieu urbain, en particulier les tramways et métros, puis l'apparition des trains à grande vitesse qui permettent un regain d'intérêt pour le mode ferroviaire. Des moyens de transport dérivés du chemin de fer, comme le monorail ou le train à sustentation magnétique, font également une apparition épisodique.
Le matériel roulant et les procédures d'exploitation du chemin de fer font le plus souvent appel à une l'intervention humaine, même si le développement de l'automatisation limite de plus en plus le rôle de l'Homme à une supervision.
Terminologie Par métonymie, « chemin de fer » désigne aussi les sociétés exploitantes, souvent appelées autrefois « compagnies ». Les employés du chemin de fer sont appelés « cheminots ».
En France, l'expression « chemin de fer » est apparue officiellement dans l'ordonnance royale du autorisant la construction de la première ligne française à Saint-ÉtienneOrdonnance royale du 27 février 1824 autorisant MM. de Lur-Saluces et consorts, sous le titre de « Compagnie du chemin de fer », à établir une ligne « de la loire au Pont-de l'Âne, sur la rivière de Furens, par le territoire houiller de Saint-Étienne » numérisation sur Google Book. L'adjectif correspondant, « ferroviaire », qui dérive de l'italien ferrovia, est apparu vers 1911.
Le système ferroviaire est aussi utilisé sous diverses déclinaisons spécialisées : métrosLe mot métro est l'abréviation de Métropolitain, pour Chemin de fer métropolitain, en référence à la compagnie historique du métro de Paris., tramways, chemins de fer à crémaillère ou funiculaires, et plus récemment grande vitesse ferroviaire.
L'infrastructure des chemins de fer est appelée voie ferrée. Elle se compose, la plupart du temps, de deux files de rails posés sur des traverses, d'appareils de voie, de passages à niveau, de la signalisation (à ses débuts, principalement avec des sémaphores), et, le cas échéant, des installations de traction électrique (sous-stations, caténaires, etc.). La voie ferrée est généralement posée en remblai sur un ballast, et peut emprunter différents ouvrages, tunnels, viaducs, tranchées. Ceux-ci permettent un profil régulier supprimant quasiment les rampes et descentes afin de réduire la consommation d'énergie.
Le matériel roulant circule communément en convois, appelé trains ou rames. Les convois sont composés de wagons pour les marchandises ou de voitures pour les passagers (en particulier la voiture-bar), et sont tractés par des machines à vapeur locomotives, à essence, Diesel ou électriques à caténaires, batteries ou piles à combustible. Il peut également s'agir de rames autotractées, c'est-à-dire incluant leur propre système de traction.
L'humain est au centre des systèmes ferroviaires couramment rencontrés, que ce soit pour la conduite des trains, l'orientation des convois vers leur destination, la sécurisation des voyageurs ou marchandises transportées. Le travail de l'humain est encadré par des procédures.
Très tôt, on a légiféré sur le chemin de fer. En France, la loi du (Abrogée par Ordonnance n° 2010-1307 du 28 octobre 2010 et transposée le décembre 2010 dans le Code des Transports) pose les bases de la Police du Chemin de Fer(statut des voies ferrées, servitudes, droits et devoirs des exploitants et des tiers, contrôle des titres de transport, etc.). Depuis, de nouvelles lois et de nombreux règlements sont venus la compléter, en ce qui concerne la sécurité, l'organisation et le service public.
Histoire
vignette|The Rocket, la machine de Stephenson, construite en 1829. Le chemin de fer s'est vraiment développé lors du boom ferroviaire des années 1840 mais de très nombreuses innovations avaient eu lieu au cours des siècles précédents.
L'un des premiers exemples de chemin guidé est celui du diolkos, un système permettant aux bateaux de franchir l'isthme de Corinthe en Grèce, construit au Des chariots tirés par des bêtes de somme circulaient sur des blocs de pierre entaillés. Ce chemin guidé a fonctionné jusqu'au .
Sur les sections difficiles des voies romaines (en montagne, aux abords des ponts), les roues des chariots étaient guidées par des pierres entaillées en profondes ornières.
La réapparition des transports guidés est attestée en Europe aux alentours de 1550Une gravure datée de 1550 représente un wagonnet poussé sur des rails dans une mine alsacienne, pour des voies minières. Celles-ci utilisaient des rails de bois. La première voie ferrée a été établie au Royaume-Uni au début du , principalement pour le transport du charbon d'une mine à un canal, d'où il pouvait être chargé sur des barges. On trouve des traces de ce genre de chemins de fer à Broseley dans le Shropshire. Les rails étaient constitués de bois nu, les roues étaient munies de boudins, comme sur les véhicules ferroviaires actuels. En 1768, la compagnie Coalbrookdale eut l'idée de remplacer ses rails en bois par des rails en fonte moulée, pour limiter l'usure de la voie et transporter de plus lourdes charges.
Les rails de fer sont apparus au début du . L'ingénieur William Jessop conçut des rails prévus pour être utilisés avec des roues sans boudin : ils constituaient une sorte de cornière. Ces rails devaient être utilisés pour un projet dans le secteur de Loughborough, Leicestershire en 1789. En 1790 il était de ceux qui fondèrent une aciérie à Butterley, près de Ripley, dans le Derbyshire, pour produire des rails (entre autres). Le premier chemin de fer ouvert au public a été le Surrey Iron Railway, ouvert en 1802 par Jessop. Les convois étaient tractés par des chevaux.
La première locomotive à vapeur à fonctionner sur des rails a été construite par Richard Trevithick et essayée en 1804 à Merthyr Tydfil au pays de Galles. Cette tentative ne fut pas couronnée de succès, l'engin étant si lourd qu'il brisait la voie.
vignette|Densité des chemins de fer en Europe en 1896. En 1811, John Blenkinsop conçut la première locomotive réellement utilisableJohn Blenkinsop -- Britannica Online Encyclopedia. Il fit breveter () un système de transport du charbon mû par une locomotive à vapeur. La ligne fut construite, raccordant Middleton Colliery à Leeds. La locomotive a été construite par Matthew Murray de Fenton, Murray and Wood. Le Middleton Railway fut donc en 1812 le premier chemin de fer à utiliser la vapeur avec succès dans un objectif commercial. C'est également le premier à faire l'objet d'actes juridiques. La ligne du chemin de fer de Stockton et Darlington longue de , inaugurée le avec la Locomotion n° 1 de George Stephenson, fut la première au monde permettant le transport commercial de passagers avec des locomotives à vapeur.
Le roi Léopold I de Belgique, oncle de la reine Victoria du Royaume-Uni, favorise l'implantation des chemins de fer sur le continent : la première ligne de chemin de fer à vapeur exploitée par le secteur public de l'Europe continentale est mise en service le en Belgique, entre la gare de Bruxelles-Allée-Verte et Malines ; c'est aussi la première ligne à horaires fixes de convois composés de wagons comprenant trois classes. Les premières locomotives utilisées en Belgique sont fabriquées d'abord en Angleterre par les usines Stephenson, puis bientôt à Liège sur licence Stephenson. Comme on le voit sur la carte ci-contre, en 1896 il y a des chemins de fer dans toute l'Europe, mais la Belgique, ayant dépassé le Royaume-Uni, est le pays où la longueur du réseau ferré par unité de superficie est la plus élevée.
La Compagnie du chemin de fer de Saint-Étienne à la Loire construit la première ligne en France, dans la région de Saint-Étienne, entre 1827 (Louis-Antoine Beaunier) et 1830 (Marc Seguin) ; les convois, à traction hippomobile, servent au transport des houilles. Il faut attendre 1843 pour voir circuler, à titre d’essai, les premières locomotives à vapeur.
La première ligne aboutissant à Paris a été la ligne de Paris au Pecq ouverte en 1837. La loi du 15 février 1838 décide la construction de neuf grandes lignes par l'État. Mais une autre loi, celle du 11 juin 1842, tranche en faveur d'un financement privé. L'expansion boursière des années 1840 en Angleterre donne à ce pays la moitié des de rail européen en 1845, lors de l'épisode de la « railway mania ».
En Europe et en Amérique du Nord, la période de plus grand développement du chemin de fer va de 1848 à 1914. L’enthousiasme ferroviaire de l'Allemagne fait que le pays compte vers 1870 près de vingt mille kilomètres de voies, sur le site larousse.fr. La France réduit une partie son retard sur sa rivale d'outre-Manche pour atteindre Heinz-Gerhard Haupt,"Histoire sociale de la France depuis 1789", par page 79 de voies ferrées en 1870, contre pour l'AngleterreWilliam Serman et Jean Heffer, "Le : 1815 - 1914", page 47.
vignette|Affiche des chemins de fer néerlandais datant du début du . Après la Première Guerre mondiale, le chemin de fer continue à se développer, mais les lignes secondaires commencent à fermer, fortement concurrencées par le transport automobile.
La crise pétrolière de 1973 marque le début du renouveau du chemin de fer, principalement pour les transports de voyageurs à l'intérieur des grandes métropoles et grâce à de nouvelles lignes intercités, parcourues par des trains à grande vitesse.
La sustentation magnétique, dont une ligne de a été mise en exploitation en 2005 à Shanghai (Chine), pourrait devenir un concurrent viable.
Économie et industrie ferroviaire Réalisation des projets ferroviaires
Les projets ferroviaires nécessitent une ingénierie dont les rôles principaux sont celui du concepteur chargé des études de conception au cours des différents stades, du maître d’œuvre de suivi de réalisation, de pilotage des opérations d’essais et mises en service et d'homologation. Tout ou partie de cette ingénierie peut être délégué par le maître d'ouvrage à des consultants extérieurs.
L'industrie ferroviaire
Techniques Caractéristiques techniques générales
Roulement acier sur acier : la caractéristique fondamentale du chemin de fer est le roulement acier (roue) sur acier (rail) à faible coefficient d'adhérence, qui limite très sensiblement la résistance à l'avancement, mais augmente les distances de freinage. La faible adhérence impose aussi des contraintes de tracé des lignes pour éviter les trop fortes rampes : tracé en fond de vallées, ouvrages d'art importants (tunnels, viaducs).