Fiche pratique n°2: boucle de retournement

Introduction La thématique des boucles de retournement avec les réseaux deux rails en courant continu ou en numérique revient souvent sur les forums. En effet, dans une boucle de retournement, à un moment où un autre, le rail « gauche » rencontre le rail « droit » ce qui conduit à un court-circuit comme le montre la figure ci-dessous:

boucle0

En mettant des éclisses isolantes sur les deux rails, n’importe où dans la boucle (sur mon schéma dans l’ellipse noire), on évite certes le court-circuit tant qu’il n’y a pas de train. En revanche lorsqu’un consommateur de courant (locomotive, wagon avec éclairage, bogie avec 2 essieux reliés électriquement) passera sur la coupure il va immédiatement faire court-circuit.

Analogique: solution classique La solution analogique classique consiste à ne permettre de passer dans la boucle de retournement que dans un sens. 4 diodes assurent cette fonction. Elles pontent 4 éclisses isolantes (symbolisées par les traits noirs), mais ne laissent passer le courant que dans un sens. Par convention (norme NEM 631), le rail droit dans le sens de marche est toujours le pôle positif.

boucle_simple

C’est de cette manière que fonctionnent les sets de boucle de retournement analogiques que l’on trouve dans le commerce (par exemple Fleischmann H0 n°6199). Lorsque le train entre dans la boucle il roulera jusqu’à passer les eclisses isolantes au milieu de la boucle. Là le train s’arrêtera, puisque la moitié supérieure de la boucle ne peut pas être alimentée. Pour le faire redémarrer, il faudra inverser la polarité sur la voie principale (la voie hors de la boucle de retournement). Ceci ce fait soit en tournant le bouton du régulateur dans l’autre sens si on utilise un transformateur classique, soit à l’aide d’un inverseur double. Le train peut alors repartir, la deuxième moitié de la boucle étant alimentée puisque les diodes laissent maintenant le courant passer.

Digital: solutions classiques En exploitation numérique, la solution usuelle consiste à installer un module pour boucle de retournement. Il en existe de deux type: par détection de court-circuit ou par détection de consommation.

Détection de court-circuit. Il s’agit par exemple du KSM-1 de Tams, qui n’est plus produit mais se trouve encore souvent en occasion. Schéma d’implantation:

KSM1

Le principe est simple: dès qu’un court-circuit est détecté, il inverse la polarité dans la boucle de retournement. L’avantage principal est la simplicité, en revanche, même si l’action est très rapide, le micro court-circuit peut parfois malgré tout se remarque sur l’ensemble du réseau, ce qui n’est bon ni pour les décodeurs, ni pour la centrale. Il m’est même arrivé qu’une locomotive s’arrête sur la coupure sans faire changer la polarité de la boucle et y reste jusqu’à griller le décodeur.

Détection de consommation. Ce type de module de retournement est plus sûr que la méthode par court-circuit, bien qu’un peu plus cher et plus compliqué à câbler:

KSM2

La boucle de retournement est divisée en 3 parties: 2 zones de détection qui doivent être aussi longue que la plus longue locomotive et 1 zone de retournement qui doit être plus longue que le train le plus long. Dès qu’un consommateur est détecté dans une zone de détection, le module met la même polarité dans la zone de retournement que dans la zone de détection en question et coupe l’alimentation dans l’autre zone de détection. Au moment où le consommateur atteint la deuxième zone de détection (la première est alors libre en raison de la contrainte de longueur de la zone de retournement), le module inverse la polarité dans la boucle et alimente la deuxième zone de détection. On note que ces modules nécessitent en plus une alimentation en courant accessoire (cela peut aussi être le courant de la voie, mais c’est déconseillé).

Le module KSM-2 de Tams ou bien le KSM-SG de LDT utilisent cette technique.

Polarité commandée par l’aiguillage La solution qui je présente ci-dessous peut s’appliquer autant en analogique qu’en digital. Le principe est de définir la polarité dans la boucle en fonction de la position de l’aiguillage. De plus, la boucle est équipée de deux zones de protection évitant les courts-circuits. Pour ce faire, un relais avec 3 inverseurs est commandé en parallèle à l’aiguillage:

Alim_aiguille

Dans l’illustration, admettons que l’aiguillage est en position non déviée (direction gauche dans le sens de marche). Le train entre donc dans la boucle et la parcours de bas en haut (dans le sens des aiguilles d’une montre). Par la position du relais, on constate que le rail violet a la même polarité que le rail bleu et le rail vert la même polarité que le rail rouge. De plus seule la zone de sécurité sur la branche gauche de l’aiguillage est alimentée. Le train va donc rouler jusqu’à s’arrêter dans la zone de sécurité de la branche déviée.

  • En analogique on inverse alors la polarité sur la voie principale (en tournant le bouton du régulateur dans l’autre sens ou avec un inverseur qui agit sur la voie) puis on change la position de l’aiguillage et donc simultanément aussi celle du relais. L’alimentation de la boucle s’inverse (le rail violet à la polarité a du rouge et le vert celle du bleu) et c’est maintenant la zone de sécurité d’en haut qui est alimentée, le train redémarre et peut ressortir de la boucle de retournement.
  • En numérique, il n’est même pas nécessaire d’attendre l’arrêt du train dans la zone d’arrêt: dès que la queue du train a franchi l’aiguille, on peut en changer la position (et donc simultanément du relais) ce qui inverse la polarité dans la boucle. L’inversion de polarité en roulant en numérique n’a aucun effet sur la marche du train. On peut même imaginer d’automatiser le changement de position de l’aiguillage, par exemple avec une barrière infra-rouge ou un contacteur reed.
Le triangle de retournement triangle-voieSur le même principe que la boucle de retournement dont la polarité dépend de la position de l’aiguillage, je présente ici le triangle de retournement. Cette configuration peut par exemple mener à une gare en cul de sac (en bas, vers les voies en vert/violet).

Comme pour la boucle de retournement, l’aiguillage est associé à un relais avec trois inverseurs. Deux servent à donner la bonne polarité à la voie et le dernier alimente uniquement la voie vers laquelle est dirigée l’aiguillage.

Dans l’illustration, l’aiguillage est en position déviée à droite. Le rail vert a la même polarité que le rail bleu et le violet que le rouge. Seul le rail bleu du côté droit du Y est alimenté. On note aussi que le coeur de l’aiguillage d’en bas a toujours la même polarité que le rail bleu.

Ce montage convient aussi bien à l’analogique qu’au digital.

Alimentation par la boucle Prenons le problème dans l’autre sens: plutôt que d’alimenter la boucle dans un sens où dans l’autre, on peut imaginer que l’alimentation se fait depuis la boucle. Ceci peut par exemple être utile dans le cas d’un réseau modulaire à voie unique avec une boucle de retournement en extrémité. On admettra qu’à un certain moment sur le réseau (en partant vers la droite) on trouve une gare ou autre avec une alimentation spécifique. L’alimentation pilotée par la boucle ne concerne que la zone de la boucle jusqu’à la prochaine alimentation.

alim_par_boucle

Le montage est similaire au cas où l’aiguillage détermine la polarité de la boucle, sauf qu’ici il détermine la polarité de la voie à droite. Il y a à nouveau un relais qui fonctionne toujours en parallèle avec l’aiguillage (ou deux inverseurs liés au moteur d’aiguillage). De plus, j’y ai ajouté un automatisme: lorsque la tête du train atteint les pédales de voies, cela commute automatiquement l’aiguillage et donc la polarité de la voie. Cela peut être un contact reed avec un aimant sous la locomotive, ou une barrière infra-rouge.

Fonctionnement: un train vient depuis la droite et va passer la boucle dans le sens horaire. Le rail vert a la même polarité que le rouge, en l’occurrence le +. La première pédale n’a pas d’effet (car le relais et l’aiguillage sont déjà dans la position qu’elle commande). La deuxième pédale change la position de l’aiguillage et du relais, le rail vert reçoit la même polarité que le bleu, soit le -, le train continue vers la droite.

Pour faire venir le train suivant, il faut inverser à nouveau la polarité. Cela peut se faire de 3 manières:

  • tourner le commutateur dans l’autre sens, le train passera alors la boucle dans le sens anti-horaire;
  • utiliser un inverseur télécommandé entre l’alimentation et la boucle (marqué Inv.), cela a le même effet que tourner le commutateur dans l’autre sens, mais peut être plus pratique dans une configuration modulaire si le transformateur est assez éloigné;
  • inverser la position de l’aiguillage et du relais (qui fonctionnent toujours en parallèle!).

Ce montage fonctionne aussi en numérique, pour autant que l’on règle le problème de la polarité à l’autre bout ou si la voie hors de la boucle mène uniquement à un cul-de-sac/rebroussement, comme cela peut être le cas d’un réseau minimaliste « boucle de retournement (éventuellement cachée) – voie – petite gare en tête de ligne »

La diagonale La diagonale est un problème similaire à la boucle de retournement. L’illustration schématique ci-dessous montre le cas d’une diagonale qui permet de changer de sens dans un réseau circulaire. La solution électrique proposée est valable uniquement en analogique.

diagonale

Au centre de la diagonale, il faut mettre une zone de commutation alimentée par un interrupteur bipolaire à commuter en fonction du sens dans lequel on souhaite parcourir la diagonale. Les deux diodes ont pour missions d’arrêter la locomotive dans la zone de commutation avant de permuter le sens du régulateur.

Fonctionnement: si un train circule dans la boucle dans le sens horaire, le rail rouge a le pôle positif et le bleu le négatif. Quelle que soit la position de l’interrupteur bipolaire, la zone de commutation n’est pas alimentée.

Si on veut maintenant parcourir la diagonale dans le sens bas/droite – haut/gauche, ce qui correspond à la position de l’interrupteur, le train va entrer dans la diagonale et s’arrêter dans la zone d’arrêt. Lorsque le régulateur est tourné dans l’autre sens, le rail rouge devient négatif et le bleu positif et par la position de l’interrupteur, le vert est aussi négatif et le violet positif. Comme le positif est dans le rail de droite, le train repart et sort de la diagonale.

Pour parcourir la diagonale dans le sens inverse, il faut mettre l’inverseur dans l’autre position de manière à ce que le rail violet ait la même polarité que le rouge et le vert la poalrité du rail bleu. A nouveau, il n’y a du courant dans la zone d’arrêt que si le rail rouge est négatif.

A noter que si le commutateur est dans la mauvaise position, au moment de redémarrer le train, il partira dans le mauvais sens, mais se trouvera en court-circuit au moment de rejoindre le courant de la partie circulaire.

La diagonale en digital Le montage pour l’alimentation de la diagonale ci-dessus ne fonctionne qu’en alimentation analogique. En alimentation numérique, si (et seulement si) la diagonale est plus longue que le plus long des trains, on pourra utiliser un module de boucle de retournement comme présenté plus haut. Sinon, il faut trouver une autre solution.

J’ai développé le schéma suivant pour un ami modéliste, c’est pour cela qu’il y a encore une voie qui part vers la gauche en haut, elle n’est là que schématiquement (le principe du réseau est un ovale d’où se détache une voie vers une gare en cul de sac. Pour retourner à la gare en cul-de-sac sans manoeuvrer, la diagonale sert de boucle de retournement).

Boucle_Francis

Le principe est le même que présenté précédemment avec la boucle alimentée en fonction de la position de l’aiguillage. Ici, les deux aiguillages et un relais sont commandés en parallèle par deux boutons poussoirs (ou par un décodeur pour accessoires électromagnétiques).

En position « circulaire », les deux aiguillages sont en position non deviée, c’est à dire tournés à gauche, le rail violet a le même pôle que le rouge et le vert le même que le bleu. Par ailleurs, les deux sections de sécurité sur la voie circulaire sont alimentées, mais pas celle de la diagonale.

On peut passer en mode « retournement » quand un train se trouve dans la partie gauche ou droite de l’ovale, pour autant qu’il ne soit pas sur un des aiguillages. En numérique, l’inversion de polarité n’a pas d’influence sur la marche du train. En mode retournement, la polarité des voies est inversée: vert a la même polarité que rouge et violet que bleu. Par ailleurs, la zone de sécurité de la diagonale est alimentée, tandis que les deux autres ne le sont pas. Une fois que le train a fini de passer la diagonale, il faut remettre le système en postion « circulaire ». Si on oublie de le faire, le train s’arrêtera automatiquement dans la prochaione zone de sécurité qu’il traversera, évitant ainsi un court-circuit.

Remarque: la polarité des coeurs des aiguillages de la diagonale sont toujours les mêmes que le rail bleu pour l’aiguillage d’en bas ou que le rail vert pour l’aiguillage d’en haut.

Barrière-IR La variante que je présente ici est à valable en alimentation numérique dans une boucle de retournement d’un réseau en os de chien. En effet, afin de permettre des liaisons entre les deux voies (illustré par les deux aiguillages), il est avantageux dans un réseau en os de chien alimenté numériquement d’avoir les deux voies à la même polarité. Il faut donc considérer le bout de l’os de chien comme une boucle de retournement.

On peut bien évidemment utiliser un module pour boucle de retournement décrit plus haut. J’illustre ici une autre manière de faire qui utilise une barrière IR et un relais monostable.

boucle_IR

En position de repos du relais, le rail violet a la même polarité que le bleu (le vert que le rouge). Au moment où la barrière IR est coupée, le relais inverse la polarité dans la boucle. Le train peut donc passer la coupure sans court-circuit. Dès que la barrière n’est plus coupée (et pour autant que la boucle soit plus longue que le train le plus long cela se passe avant que le train ne commence de ressortir), le relais retombe et la polarité initiale est rétablie, il n’y a à nouveau plus de court-circuit.

Attention à installer la barrière en diagonale au-dessus de la coupure afin de s’assurer que le contact soit donné avant que la tête du train ne passe la coupure et ne retombe qu’une fois que tout le train est dans la boucle.

Bonus La boucle qui ne retourne pas.

Pourquoi une boucle de retournement? Dans la réalité, à part sur des réseau de tram, on trouve rarement des boucles de retournement. En miniature, elles permettent à un train de revenir d’où il est venu. Même si le train revient retourné, c’est un compromis accepté par la plupart des modélistes lors de la conception d’un réseau qui permette une exploitation se rapprochant de la réalité. Lire à ce propos mes réflexions sur la planification.

Si on voulait que le train revienne d’où il est venu sans s’être retourné, il faudrait un évitement pour faire passer la locomotive d’une extrémité du train à l’autre.

Le petit schéma ci-dessous (à ne pas forcément prendre au sérieux) montre comment, en analogique, on peut automatiser tout ça dans la boucle de retournement qui ne retourne pas.

boucle04

Imaginons le train qui entre dans la boucle et que ce train a un aimant sous la locomotive. Au départ, seul l’ILS1 est alimenté. Dès que l’aimant passe dessus, il active le dételeur (pour un certain temps à définir avec une petite minuterie) et un relais qui alimente l’ILS2 et met l’aiguillage en position déviée. La locomotive est dételée et va continuer de rouler jusqu’à s’accrocher à la queue du train puis passer l’ILS2. Celui-ci a pour fonction d’inverser le sens de marche du tout (boucle et voie d’accès) et de faire alimenter l’ILS3 et de couper sa propre alimentation. Le train repart dans l’autre sens. En passant sur l’ILS3, la position de l’aiguillage et à nouveau modifiée en position droite et le train continue sa course. Plus loin, un 4ème ILS aura pour but de remettre le tout dans la situation initiale, à savoir couper l’alimentation de l’ILS3.

Pour que ça marche, il faut que la distance entre l’ILS2 et le dételeur soit plus petite que le train le plus court d’une part et que la distance entre la sortie de l’aiguillage sur la voie déviée et l’ILS 3 soit plus grande que le plus long des trains.

12 réflexions sur “Fiche pratique n°2: boucle de retournement

  • 30 décembre 2015 à 7 h 41 min
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    Bonjour
    Quel type d’alimentation faut-il pour un module de retournement KSM-LG de LDT ? Est-ce de l’alternatif ou du continu ? Faut-il un transfo dédié au module ?

    Cordialement
    Mr CARBONNE

    • 12 janvier 2016 à 10 h 11 min
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      Bonjour,
      le KSM-LG de LDT doit être alimenté en courant alternatif 16V-18V. Il n’est pas nécessaire que le transfo soit dédié au module, mais il ne faut pas l’alimenter avec le feeder digital. Pour ma part, j’ai un (plusieurs) transformateurs pour l’alimentation des accessoires (aiguillages, signaux, éclairages) et c’est de ce transfo que je prends l’alimentation pour le module KSM.
      Cordialement,
      Christophe

  • 12 avril 2016 à 16 h 00 min
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    bjr j’ai une boucle de raccordement en fonction je n’arrive pas a la faire fonctionner pour des raisons d’argent j’ai quelques diodes je ne sais ou les mettre

    • 15 avril 2016 à 10 h 38 min
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      Pouvez-vous m’en dire un peu plus? Pourquoi est-ce que ça ne fonctionne pas pour des raisons d’argent? Comment avez-vous fait le montage?

  • 15 février 2018 à 18 h 29 min
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    Bonjour,

    Je travaille sur un réseau inspiré de votre « double-pli » avec des aiguillages manuels.
    J’attaque la partie électrique. Si je comprends bien le principe, il me faut utiliser un boitier KSM-SG pour gérer l’entrée et la sortie de la boucle de retournement.
    Ce boitier doit-il être raccordé au feeder au même titre que le reste du réseau ?

    Merci pour votre aide 🙂

  • 9 juin 2018 à 18 h 32 min
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    Bonjour !
    Merci pour ces explications ! 😀
    Je cherche à reproduire le principe de la barrière IR… deux fois d’ailleurs (un os de chien a deux cotés, et une TJD à chaque fois…)
    Quel type de détecteur IR et de relais je dois utiliser ? Il semble que cette solution soit exactement ce que je cherche pour que ça soit automatique et transparent pour mon système.

    Merci d’avance !

    Charles

  • 29 décembre 2018 à 12 h 29 min
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    Bonjour, je viens de parcourir les diverses solutions du site, l’une d’elle évoque, en version analogique, une possibilité d’éviter un court-circuit sur une boucle de retournement, toutefois il n’y a pas de suite évoquant une automatisation permettant le passage du train sans arrêt et sans intervention humaine, auriez-vous une solution à me proposer avec le type de matériel à utiliser? Merci. Cordialement

    • 31 janvier 2019 à 14 h 36 min
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      Bonjour,

      Un automatisme qui permette de laisser tourner un train sans aucun intervention humaine nécessiterait en analogique de permuter la polarité de la totalité du circuit, puisque par définition dans une alimentation en courant continu 2 rails, le sens de marche et défini par la polarité des rails. Ainsi, si le train circule de droite à gauche en entrant dans la boucle, il faut qu’à la sortie, la polarité en dehors de la boucle ait changé. S’il n’y a qu’un seul train sur le réseau, c’est envisageable, par exemple sur le principe décrit ci-dessus sous le titre « alimentation par la boucle ». Mais au plus tard dans une deuxième boucle il faudra une intervention humaine.

      A moins d’avoir un réseau tout simple avec deux boucles qui se font face. Dans ce cas, on peut imaginer combiner 2 boucles avec alimentation pilotée par l’aiguillage plus un système qui inverse la polarité sur la voie entre les deux boucles. Mais ça me paraît très compliqué et je ne vois pas vraiment l’intérêt de la chose.

      cordialement,
      christophe

  • 18 août 2019 à 15 h 03 min
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    bonjour, je voudrais faire une piste de slot( petite voiture électriques au 1/32 ) en bois avec deux boucles de retournement et retour par la même fente ( pour vous voie) .La piste est analogique alimentée en courant continue de 12 à 18 volt. que me conseiller vous pour que mes polarités s’inversent.
    merci
    jean-luc

    • 18 septembre 2019 à 9 h 06 min
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      Bonjour,

      malheureusement je ne sais pas du tout comment sont alimentées ces voitures, comment fonctionne la prise de courant. Je regrette de ne pas pouvoir vous donner de réponse à votre question.

  • 3 janvier 2020 à 8 h 22 min
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    Bonjour et mes meilleur vœux
    Je voudrais savoir avant achat si le système ldt et très efficace car la voie principale arrive par une grande boucle pour finir sur des voie de garage avec 3 aiguilles en entrée et en sortie. Je suis en dcc avec une centrale ecos et je me suis casser la tête durant deux semaine pour savoir pourquoi j avais un cour circuit sortie voie de garage avant de m apercevoir sur les site et forum qu il fallait un détecteur de boucle de retournement.
    je vous remercie d avance votre site est superbe

    • 4 janvier 2020 à 16 h 57 min
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      Bonjour,

      J’ai un module de boucle de retournement de LDT KSM-SG qui fonctionne à parfaite satisfaction depuis de nombreuses années.

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