Quelle attitude adopter face à des instabilités ou à un confort de marche dégradé du matériel roulant ?
Par David Courteille, Laboratoire Essais et Mesures (LEM) 08/11/2010
Sous l’effet combiné de la dynamique d’inscription des véhicules dans la voie, des irrégularités de la voie ou encore de l’adéquation entre les profils de roue et de rail (dans le cas d’un roulement fer), la réponse d’un véhicule ferroviaire à son environnement direct est un phénomène complexe.
Que ce soit lors de leur mise en service ou au cours de leur cycle de vie, les matériels roulants ferroviaires (métros, tramways fer ou pneus...) peuvent ainsi être sujets à des instabilités de comportement ou à un confort de marche dégradé.
Les mouvements parasites à l’origine de ces phénomènes agissent selon des directions, des fréquences et des amplitudes très variables en fonction du cas rencontré. Ces mouvements parasites sont en effet de plusieurs types (lacet, tangage, roulis, pompage, flexion de caisse…) mais tous entraînent généralement :
- un inconfort des passagers et/ou du personnel de conduite pouvant amener à limiter la vitesse de circulation commerciale,
- un risque d’usure accélérée du matériel roulant et de la voie,
- dans des cas extrêmes, un risque pour la sécurité de circulation.
En se basant sur un retour d’expérience important vis-à-vis des problématiques ferroviaires de comportement dynamique, le Laboratoire Essais et Mesures (LEM) est en mesure d’apporter son assistance aux autorités organisatrices et aux exploitants de réseaux urbains et suburbains confrontés à des matériels roulants instables, afin de diminuer l’amplitude et l’occurrence des mouvements parasites rencontrés, ou de traiter si possible le problème à sa source.
Caractériser les phénomènes par le biais de mesures sur site
Face à une instabilité significative ou à une diminution notable du confort de marche des véhicules, la première étape est évidemment de caractériser précisément les mouvements parasites rencontrés pour être en mesure d’en identifier les causes.
Pour ce faire, le LEM peut instrumenter une rame d’essai (ou plusieurs) en accéléromètres et réaliser des mesures embarquées suivant un programme optimisé permettant :
- une étude fine du comportement dynamique de chaque rame,
- un diagnostic du mouvement parasite à l’œuvre et de ses caractéristiques principales,
- si besoin, une évaluation du confort vibratoire en caisse par analogie avec les référentiels NF EN 12299 ou ISO 2631-1.
En s’appuyant sur des logiciels d’analyse des données performants, l’amplitude du phénomène observé mais aussi la qualité de marche et la sécurité de circulation (par analogie avec la NF EN 14363) de la rame d’essai peuvent être évaluées par le LEM.
Dans le domaine spectral, les fréquences des phénomènes à l’œuvre peuvent en outre être identifiées avec précision pour faire le lien avec les modes propres du matériel roulant et de ses différents composants.
En fonction du mouvement parasite identifié, des mesures plus poussées peuvent être menées en vue d’étudier le comportement des suspensions du matériel roulant mais surtout de connaître précisément les conditions d’initiation du phénomène et d’en identifier les causes.
Selon le cas, elles peuvent par exemple consister en :
- une instrumentation complémentaire de la rame d’essai en capteurs de déplacement, en odométrie ou en moyens d’observation vidéo,
- des analyses modales expérimentales en atelier de maintenance.
Etudier l’interaction matériel roulant / voie
De par leur complexité, la résolution des problématiques de comportement dynamique des matériels roulants nécessite d’adopter une approche système intégrant non seulement le matériel roulant mais aussi la voie (qualité, irrégularités éventuelles…) et leur interface commune (contact roue / rail).
Ainsi, dans le cas d’un roulement fer, des mesures de la géométrie de voie (écartement, dévers…) peuvent être réalisées en collaboration avec les équipes de mesure Voie pour localiser des défauts de voie éventuels.
Pour évaluer la contribution de la voie dans l’apparition du phénomène rencontré, une instrumentation de certaines portions de voie (identifiées comme critiques ou présentant des singularités) peut être mis en œuvre pour étudier le comportement de la voie au passage des trains.
De plus, par exemple dans le cas d’un phénomène de lacet (dynamique transversale), des relevés des profils de roue et de rail peuvent être réalisés pour bien caractériser l’adéquation des profils à différents niveaux d’usure.
Sur la base de l’analyse de l’ensemble des résultats d’essais récoltés et de sa connaissance des systèmes ferroviaires, le LEM peut dans la majorité des cas établir des recommandations permettant d’améliorer le comportement dynamique des véhicules sujets à des mouvements parasites.
La réalisation de mesures de réception à l’issue des modifications apportées au matériel roulant ou à la voie permet en outre de valider l’efficacité des actions correctives entreprises.