L’écartement des rails est la distance séparant le flanc interne des deux files de rails d’une voie ferrée. L’écartement de 1435 mm (4 pieds 8 pouces et demi) est le plus utilisé dans le monde (60 % des lignes). C’est l’écartement standard ou international qui caractérise la " voie normale ". Lorsque l’écartement est supérieur, on parle de voie large, et de voie étroite lorsqu’il est inférieur (voie métrique pour l’écartement de 1 m). Certaines voies sont équipées de trois, voire quatre, files de rails pour permettre la circulation de matériel d’écartements différents. Les points de changement d’écartement créent des ruptures de charge.
Voici les écartements les plus utilisés. Il y en a des centaines, de 305 mm (Ruislip Lido Railway, au Nord de Londres), jusqu'à 9 m, en Russie, destiné au transport de bateaux (lien).
L’écartement normal est d’origine britannique. Il fut défini par un ingénieur anglais, George Stephenson, concepteur de la ligne Stockton-Darlington ouverte en 1825, qui sut convaincre les fabricants de matériel d’utiliser un écartement standard de 4 pieds 8 pouces et demi. Cet écartement fut par la suite repris par une commission royale qui recommanda son adoption en 1845 et par le parlement britannique qui vota l’année suivante le Gauge Act (Loi sur l’écartement des rails). La plupart des lignes importantes de Grande-Bretagne furent construites à voie normale, à l’exception notable du Great Western Railway qui adopta un écartement nettement plus large (7 pieds, soit 2 134 mm). Cette compagnie se reconvertit à l’écartement normal en 1892.
Une hypothèse vraisemblable est que l’écartement de 4 pieds 8 pouces et demi fut choisi à partir d’une largeur hors tout des véhicules fixées à 5 pieds.
En Europe, la plupart des réseaux principaux sont à voie normale (écartement standard de 1 435 mm), sauf un certain nombre de territoires périphériques.
La Russie a opté pour la voie large au XIXe siècle. On estime généralement que ce choix fut motivé par des raisons militaires, pour prévenir l’utilisation du réseau ferroviaire par d’éventuels envahisseurs. Certains font remarquer qu’aucune norme ne s’était encore imposée en 1842 quand le tsar Nicolas II engagea George Washington Whistler, éminent ingénieur ferroviaire américain, pour construire la ligne la plus importante en Russie, celle qui relie Moscou à Saint-Pétersbourg. Le choix de l’écartement de 5 pieds était cohérent avec l’usage en vigueur à l’époque dans les États du Sud des États-Unis.
La Russie et la plupart des États qui se sont trouvés dans l’ancien empire russe, dont les États baltes, la Finlande, l’Ukraine, la Biélorussie, les républiques du Caucase et d’Asie centrale, ainsi que la Mongolie sont actuellement à l’écartement de 5 pieds (1 524 mm) ; bien que la norme russe officielle soit de 1 520 mm, la compatibilité est assurée en pratique.
Les pays ibériques (Espagne et Portugal) ont adopté l’écartement large de 5 pieds 5 pouces et demi. La norme officielle en Espagne était exactement de 1 674 mm, tandis qu’au Portugal elle était de 1 664 mm. Cependant la compatibilité des deux réseaux est assurée par la conception étudiée du matériel roulant et des équipements, et dans les années '80 on a progressivement unifié l'écartement à 1668 mm. Son entrée dans l’Union européenne a conduit l’Espagne à adopter un plan de reconversion de l’écartement du réseau ferré. Les lignes à grande vitesse AVE, y compris la ligne Madrid - Séville ouverte en 1991 et la ligne en voie d’achèvement Madrid - Barcelone, sont à voie normale. Pour faciliter la conversion de la voie large à la voie normale, des tronçons à double écartement ont été construits. Aucune date a encore été fixée pour la conversion totale du réseau, bien que des projets sont en train d'être étudiés.
L’Irlande, et l’Irlande du Nord, sont à l’écartement large de 1 600 mm.
L’Union européenne a lancé un programme en faveur de l’interopérabilité ferroviaire qui vise à harmoniser non seulement l’écartement des rails, mais aussi d’autres normes ferroviaires, telles que la signalisation et l’électrification. Des financements communautaires sont consacrés à la conversion de lignes situées dans les États baltes (Lituanie, Lettonie et Estonie) de l’écartement russe à l’écartement standard, ainsi qu’à la construction en Espagne et au Portugal de lignes complémentaires au réseau à grande vitesse. Elle favorise aussi l’interconnexion des réseaux ibériques avec le reste de l’Europe.
Les réseaux secondaires sont souvent à voie métrique (écartement normalement de 1 000). C’est le cas des dernières lignes en exploitation du réseau secondaire français (comme le Blanc-Argent, la ligne des Chemins de fer de Provence, la ligne de Cerdagne et la ligne Saint-Gervais-Vallorcine pour ne citer que les plus connues de France). C’est le cas aussi de bon nombre de chemins de fer de montagne, notamment en Suisse.
Aux États-Unis, au Mexique et au Canada, les écartements de rails utilisés à l’origine étaient fort divers. Certaines compagnies, surtout dans le Nord-Est, se sont mises au standard britannique, mais ce n’était pas une généralité et certains utilisaient des écartements larges, jusqu’à 6 pieds. Étant donné que l’indépendance par rapport au Royaume-Uni était encore récente, les arguments relatifs à la norme anglaise avaient peu de poids. L’écartement standard s’est cependant généralisé, quand la nécessité d’interconnecter les réseaux à fait apparaître les inconvénients de la situation.
La plupart des États du Sud avaient cependant opté pour l’écartement de 5 pieds. Après la guerre de Sécession, le commerce entre le Nord et le Sud s’est beaucoup développé et cette différence d’écartement devint un handicap trop lourd. Il fallut de longs débats et beaucoup de temps pour aboutir à une première conversion du réseau sudiste à l’écartement de 4 pieds 9 pouces (soit 1 448 mm), qui était alors la norme sur le réseau de Pennsylvanie (Pennsylvania Railroad). Elle fut réalisée en deux jours à partir du 31 mai 1886. La conversion finale vers l’écartement standard se fit par la suite, progressivement au gré des opérations d’entretien.
À Toronto, Canada, le métro local (Toronto Transit Commission) utilise un écartement particulier, 4 pieds 10 pouces 7/8 (soit 1 495,42 mm), de sorte que ce réseau est incompatible avec tous les autres systèmes de transport de la région. Le BART (Bay Area Rapid Transit) de San Francisco a choisi, quant à lui, un écartement de 5 pieds 6 pouces (1 676 mm, soit le même qu'en Inde ou Amérique du Sud).
Les chemins de fer japonais ont été construits à l’écartement de 1 067 mm (3 pieds 6 pouces). Les lignes à grande vitesse (Shinkansen) ont été réalisées dès l’origine à l’écartement normal de 1 435 mm qui permet d’offrir une meilleure stabilité. Cela a rendu plus délicate l’intégration de la grande vitesse et des services voyageurs du réseau classique (au contraire du TGV qui peut desservir des gares hors lignes nouvelles).
À Taiwan, qui fut sous domination japonaise de 1895 à 1945, il existe plusieurs lignes à l’écartement de 1 067 mm. La ligne à grande vitesse HSR a cependant été construite elle aussi à écartement normal.
Les chemins de fer du Sud-Est asiatique, dont le Viêt Nam, le Cambodge, le Laos, la Thaïlande, la Birmanie, et la Malaisie, sont principalement à l’écartement métrique (1 000 mm).
Le projet de réseau régional ASEAN, destiné à relier Singapour, à la pointe sud de la péninsule malaise, au réseau chinois à voie normale, via la Malaisie, la Thaïlande, le Laos et le Viêt Nam, devrait être à voie normale, ou à double écartement (voie métrique / voie normale).
L’Inde, le Pakistan, le Bangladesh et Sri Lanka, anciennes colonies britanniques, ont hérité au moment de leur indépendance d’une grande variété d’écartements, parmi lesquels l’écartement large de 1 676 mm prédominait. Les chemins de fer indiens ont adopté un projet d’uniformisation, qui vise à convertir systématiquement à la norme de 1 676 mm la plupart des voies à écartement inférieur.
L’Afghanistan est dans une situation intéressante : situé à un carrefour de l’Asie, ce pays est quasiment vide de chemin de fer. S’il décidait de construire un réseau ferré, le choix de l’écartement serait un vrai casse-tête. Le pays est en effet entouré par quatre " continents " ferroviaires utilisant trois écartements différents : 1 435 mm, 1 520 mm et 1 676 mm. L’Iran à l’Ouest, comme la Chine à l’Est sont à l’écartement normal ; au Sud, le Pakistan utilise l’écartement large de 1 676 mm, tandis qu’au Nord, les républiques d’Asie centrale (Turkménistan, Ouzbékistan et Tadjikistan) sont à l’écartement russe de 1 520 mm.
Le réseau ferré australien est partagé en trois écartements différents du seul fait de l’incohérence de décisions politiques.
Au XIXe siècle, les trois États principaux à l’époque de l’Australie adoptèrent une norme unique, à savoir l’écartement standard de 4 pieds 8 pouces et demi (1 435 mm). Mais au bout de 30 ans, il fut décidé une conversion générale à l’écartement large de 5 pieds 3 pouces, puis la Nouvelle-Galles du Sud fit marche arrière et revint à l’écartement standard, tandis que l’État de Victoria et l’Australie-Méridionale restèrent à l’écartement large (1 600 mm).
Par la suite le Queensland, la Tasmanie, et en partie l’Australie-Occidentale, adoptèrent la voie étroite à écartement de 3 pieds 6 pouces (1 067 mm), pour faire des économies d’investissement.
Une légende urbaine affirme que la dimension de la navette spatiale américaine est directement lié à l'écartement des voies en raison de prétendues contraintes sur la voie amenant à la base de lancement.ce n'est qu'une légende urbaine, il n'y a par exemple aucun tunnel sur une voie menant à la base spatiale. Cette légende affirme en outre que l’écartement des rails dérive des chemins d’ornières formés dans les voies dallées par le passage des chariots et chars de combat utilisés à l’époque de la Rome impériale. Chaque véhicule était forcé de suivre ces traces pour préserver ses roues, et Jules César aurait fait imposer cette largeur par la Loi de manière que tout véhicule puisse traverser les cités romaines sans être gêné par des écartements différents. Cependant, on peut penser que cette uniformisation tient probablement de la coïncidence. Les fouilles des villes ensevelies de Pompéi et Herculanum ont mis au jour de profondes ornières creusées dans les dalles d’une largeur moyenne de 1 448 mm de centre à centre, avec un écartement intérieur moyen de 1 372 mm. Les constructeurs de chariots, puis plus tard des premiers wagons, furent confrontés au même problème, quand ils durent concevoir des véhicules à roues tractés par des animaux.