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Posté par Adrien le Jeudi 23/11/2017 à 00:00
Vers une meilleure compréhension du comportement du ballast ferroviaire
Les ingénieurs SNCF utilisent depuis de nombreuses années des modèles mathématiques pour simuler le comportement dynamique de la voie ferrée. Ces modèles ne permettent pas de prendre en compte de grandes portions de voie et sont de plus très réducteurs quant à la modélisation du ballast ( Le ballast est le lit de gravier qui supporte une voie de chemin de fer. Les ballasts sont des réservoirs sur les bateaux permettant de changer l'immersion ou l'équilibre. ...), la couche de graviers située sous les rails des chemins de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne, sous forme pure ou d'alliages. Le...). C'est pourquoi SNCF (La Société nationale des chemins de fer français (SNCF) est l'une des principales entreprises publiques françaises. Elle exerce une double activité :) Innovation & Recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) a fait appel à des chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) et de l'Insa Strasbourg (1), spécialistes de la propagation des ondes (La propagation des ondes est un domaine de la physique s'intéressant aux déplacements des ondes électromagnétiques dans les...) dans tous types de milieux et à différentes échelles. Ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme l'énonçait...), ils ont mis en évidence qu'une grande partie de l'énergie produite par le passage d'un train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs wagons (pour transporter des...) est piégée par le ballast. Leurs travaux, publiés dans le numéro de novembre de la revue Computational Mechanics, montrent que ce phénomène de piégeage, très dépendant de la vitesse (On distingue :) du train, pourrait être à l'origine d'une dégradation accélérée du ballast des voies de chemin de fer (Le chemin de fer est un système de transport guidé servant au transport de personnes et de marchandises. Il se compose d'une infrastructure spécialisée, de matériel roulant et de procédures...).


Amplitude du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de déplacement après le passage d'un train sur la voie. La figure de gauche correspond à une simulation avec ballast homogène et celle de droite à une simulation avec ballast hétérogène.
© Lucio de Abreu Corrêa, Laboratoire de mécanique des sols, structures et matériaux (CNRS/CentraleSupélec).

Pour comprendre le comportement de la plateforme ferroviaire lors du passage d'un train, les ingénieurs SNCF ont aujourd'hui deux options pour la prise en compte du ballast: une modélisation fine des interactions entre chaque « grain (En météorologie maritime: Un grain est un vent violent et de peu de durée qui s'élève soudainement et qui est...) » ou une modélisation plus simple du ballast, représenté comme un ensemble homogène et continu. Si la prise en compte des interactions entre grains permet de mettre en évidence les mécanismes d'usure d'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) local, elle s'avère trop complexe pour être appliquée à l'ensemble de la voie, au passage d'un train complet. De leur côté, les modélisations les plus simples, utilisables pour de grandes portions de voies, ne permettent pas de rendre compte de ce qui se passe vraiment dans la couche de gravier. De plus, les mesures de vibrations à proximité de la voie se sont révélées être beaucoup plus faibles que ce que prédisaient les calculs. Dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu...), comment modéliser le passage d'un train dans son ensemble, sur plusieurs mètres, voire kilomètres, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en conservant les spécificités du comportement mécanique du ballast ? Il manquait un « ingrédient » à la modélisation pour parvenir à décrire l'influence du passage d'un train sur l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...) immédiat de la voie ferrée.


Ballast ferroviaire.
© Baldrik Faure, SNCF.

Les chercheurs ont donc proposé un nouveau mécanisme permettant de comprendre pourquoi les vibrations sont plus faibles que prévues lorsque l'on s'éloigne de la voie. Ils n'ont plus considéré le ballast comme un milieu homogène mais comme un milieu hétérogène. Cette fois, modèle mathématique et mesures physiques concordent: ils ont mis en évidence qu'une grande partie de l'énergie introduite par le passage d'un train est piégée dans la couche hétérogène de ballast. Ce phénomène de piégeage, très dépendant de la vitesse du train, pourrait entraîner une dégradation de la couche de ballast, l'énergie fournie par le passage du train se dissipant par frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre deux systèmes en contact.) des grains entre eux.

Ces travaux donnent donc des pistes pour mieux comprendre le comportement de la plateforme ferroviaire lors du passage d'un train. En permettant de comprendre sur quelles portions de voies le ballast piège le plus d'énergie, ces résultats ouvrent notamment des perspectives pour l'augmentation de la durée de vie (La vie est le nom donné :) des voies de chemin de fer, et la diminution des coûts de maintenance.

Notes:

(1) Les laboratoires impliqués sont: le Laboratoire de mécanique des sols, structures et matériaux (CNRS/CentraleSupélec) et le laboratoire des sciences de l'Ingénieur, de l'informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de...) et de l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main,...) (CNRS/Université de Strasbourg/Insa Strasbourg/ENGEES Strasbourg).


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Source: CNRS
 
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