LE DIGITAL
Historique détaillé
Genèse de la commande numérique
Cet article concerne essentiellement les réseaux en 2 rails courant continu. Le cas des réseaux 3 rails à courant alternatif (Märklin) obéit sensiblement aux mêmes concepts, avec quelques nuances cependant.
Que ce soit avec la technologie à courant alternatif (essentiellement Märklin) ou en technologie à courant continu, pendant longtemps la commande des locomotives s'est faite (et se fait encore pour ceux qui ne passent pas au digital) à l'aide de « transformateurs – régulateurs », c'est à dire une résistance variable agissant sur la tension d'alimentation (0 à 14 Volts).
Une locomotive qui circule sur les rails roulera plus ou moins vite suivant la valeur de la tension appliquée à ses bornes. Le sens de circulation est déterminé par la polarité des deux rails. Si une deuxième locomotive est placée sur la même voie, elle réagit de la même façon que la première. Aussi, pour faire circuler plusieurs trains sur un réseau, il faut découper le réseau en secteurs (ou cantons), et associer une commande à chaque secteur afin de contrôler un train sur chaque zone de manière indépendante. De plus chaque accessoire a sa commande.
Les automatismes, lorsqu'il y en a, sont réalisés à l'aide de relais électromagnétiques. Ces dispositifs fonctionnent très bien, mais les possibilités d'automatisation sont réduites, la flexibilité quasiment nulle, les manœuvres complexes impensables.
Dans tous les cas, ceci induit une installation câblée complexe où le nombre de fils devient vite démesuré.
Rapidement est apparu le besoin d'un système permettant de contrôler individuellement plusieurs machines sur une même voie, favorisant le développement d’automatismes complexes. Pour satisfaire ce besoin, les fabricants ont exploité le domaine des réseaux industriels à courant porteur. Les deux rails sont utilisés pour transporter l’énergie et communiquer toutes les informations utiles, aux locomotives et aux accessoires.
Dans le système digital la tension appliquée sur la voie est donc à la fois la source d'énergie utilisée pour la traction et le support d’un flux de messages adressés aux décodeurs embarqués dans les locomotives ou les décodeurs fixes d’accessoires.
Ces commandes sont codées par une unité de contrôle et décodées dans la locomotive par un décodeur intégré qui transforme les commandes du modéliste en vitesse variable de la locomotive, agit sur la direction de la machine et active ou désactive des fonctions supplémentaires (feux, éclairage intérieur, attelages à télécommande, etc.).
Toutes les commandes passent par deux fils, jusqu’aux deux rails. Cela veut dire que le réseau entier, y compris locomotives, accessoires fonctionnels et appareils de voie, est commandé seulement par les deux fils qui relient la voie à l'unité centrale. Le câblage classique, souvent très complexe, devient superflu.
Les décodeurs sont appelés par une adresse dédiée, à programmer par le modéliste. Ce principe permet de faire circuler et même immobiliser plusieurs locomotives individuellement sur le même circuit électrique. Les coupures isolantes dans les rails (les cantons) deviennent ainsi inutiles sauf dans les cas de boucles de retournement ou d’automatismes poussés.
Plusieurs personnes peuvent jouer simultanément et avec des fonctions égales sur le même réseau miniature. Des accessoires fonctionnels jusqu'alors à peine imaginables deviennent possibles (le wagon-grue par exemple).
Avec le progrès des composants électroniques, Märklin proposa un premier système digital pour son système 3 rails, basé sur des circuits intégrés de Motorola. Plus tard, l’arrivée des microcontrôleurs favorisa l'apparition d'un grand nombre de systèmes digitaux, développés par des constructeurs indépendants ou fabriqués sous licence, chacun utilisant un protocole de commande différent (Lenz avait développé un nouveau système pour les réseaux 2 rails de Märklin, Zimo et Uhlenbrock avaient leur propre protocole, Fleischmann le FMZ, Trix le Sélectrix, pour ne parler que de l’Europe). Tous ces systèmes étaient caractérisés par leur incompatibilité !
L'association américaine NMRA se soucia alors de définir un standard pour les systèmes de commande digitale. Après examen des systèmes existants et proposés pour une normalisation, le système développé par Lenz pour le système 2 rails fut retenu, principalement en raison de ses possibilités d'évolution, et normalisé sous l'appellation DCC (Digital Command Control).
L'objectif de cette normalisation est de permettre les échanges de matériels roulants entre des réseaux utilisant le protocole DCC. La norme s'attache donc à définir la tension sur la voie quant à ses caractéristiques électriques et le protocole d’échanges entre la commande digitale et les décodeurs. Cette norme continue à évoluer.
Alors que Märklin a maintenu son propre protocole, un bon nombre d'autres se sont progressivement ralliés au protocole DCC (Zimo, Uhlenbrock, ZTC, CVP, Roco, Digitrax, LGB). Parallèlement, l'offre s'est étendue par l'apparition de nouveaux constructeurs comme ESU (Loksound), CT Elektronik, Kuehn, Viessmann.
Le système digital minimal est formé d'une unité centrale associée à un amplificateur (booster), qui génère le courant codé appliqué à la voie, et de décodeurs embarqués dans les locomotives. L'unité centrale comprend, dans certains cas, les organes de commande, voire le booster, qui permettent à l'utilisateur de contrôler les trains, dans d'autres cas, il est fait appel à un ou plusieurs boîtiers de commande séparés.
Le premier apport de la commande digitale est bien sûr le pilotage indépendant de plusieurs machines sur la même voie, mais il y a aussi d'autres bénéfices. Tout d'abord la tension de voie est disponible en permanence pour l'éclairage des véhicules, même à l’arrêt, ensuite le flux de commande permet de contrôler de nombreuses fonctions annexes comme la sonorisation des locomotives, l'éclairage des voitures ou d'autres équipements embarqués à bord du train (générateurs de fumée, dételeurs etc.). Enfin les décodeurs permettent une commande précise des moteurs, en particulier au ralenti, et la simulation de l’inertie des trains à l’accélération et au freinage. Il en est de même pour la compensation de charge, régulation de vitesse (fixe) quelque soit la déclivité et l’inertie du convoi.
