Une modélisation plus précise pour des chemins de fer plus silencieux
Alors que l’initiative de l’UE Shift2Rail vise à accroître le trafic ferroviaire, contribuant ainsi à la réalisation des objectifs environnementaux européens, le plan d’action pluriannuel qui lui est associé reconnaît que le bruit et les vibrations ferroviaires restent un problème important. Diverses initiatives d’évaluation du bruit ont abouti à l’élaboration de CNOSSOS, la norme industrielle européenne, toutefois, les méthodes manquent toujours pour mesurer avec précision certains générateurs de bruit spécifiques, tels que l’accélération des trains ou la rugosité des roues. Les outils de simulation et de réduction du bruit du projet TRANSIT, financé par l’UE, ont été conçus pour aider à résoudre ce problème. «Nos solutions nous rapprochent de l’objectif ultime de la certification virtuelle. Parvenir à prédire avec précision le bruit d’un véhicule particulier dans un scénario de déplacement complexe, en s’appuyant uniquement sur la modélisation, permettra aux compagnies ferroviaires d’économiser du temps et des mesures manuelles coûteuses», explique la coordinatrice du projet, Ines Lopez Arteaga, rattachée à l’université de technologie d’Eindhoven, hôte du projet.
Des modèles fondés sur des essais en laboratoire et sur le terrain
Des essais en laboratoire ont été réalisés pour caractériser les niveaux de bruit d’une série de composants ferroviaires, des dispositifs de chauffage, de ventilation et de climatisation aux systèmes de traction. Cela a permis au modèle élaboré par TRANSIT d’isoler et de mesurer la contribution des différents composants ferroviaires responsables du bruit de passage. Le bruit de roulement, par exemple, est causé par les vibrations des roues et des rails, déterminées par la rugosité combinée de ces deux éléments. Pour identifier la contribution relative de chacun, et mesurer le bruit produit, il importe également de connaître leur rugosité. «Même avec des roues silencieuses, plus elles sont rugueuses, plus le rail est bruyant du fait de leur interaction», note Ines Lopez Arteaga. «La rugosité combinée peut être calculée à partir de mesures des vibrations du rail, mais la distinction entre la rugosité de la roue et celle du rail repose sur la mesure d’au moins l’une d’entre elles.» La solution de TRANSIT a consisté à fixer un seuil de rugosité, établi sur la base de plusieurs passages, pour la roue ou le rail, selon celui qui était le plus bas. Des mesures de l’accélération verticale de la tête de rail ont ensuite été effectuées sur des roues individuelles, des bogies ou des trains entiers. «Notre méthode permet d’estimer la rugosité des roues et des rails sans calculer directement celle des rails. L’objectif final est de mesurer séparément la contribution des roues et des voies au bruit de roulement», ajoute Ines Lopez Arteaga. Isoler la contribution individuelle des roues et des voies au bruit de passage aidera les opérateurs à respecter les réglementations sectorielles, telles que les spécifications techniques d’interopérabilité et la directive relative au bruit dans l’environnement, tout en réduisant le temps de fermeture des voies nécessaire pour que les mesures manuelles soient prises.
Solutions d’essais sur le terrain
Diverses mesures ont été prises sur le terrain pour valider les prévisions des modèles. Par exemple, un moyen de réduire la consommation d’énergie des trains est de réduire leur poids. Cependant, cela augmente souvent les niveaux sonores à l’intérieur, en particulier aux basses fréquences. Afin de réduire le bruit du système de climatisation, TRANSIT a mis au point une solution d’absorption acoustique. Un réseau de résonateurs a été conçu à partir de disques minces attachés à des membranes présentant une petite cavité à l’arrière. D’après la modélisation, cette conception aurait dû réduire considérablement les niveaux de bruit, mais lorsque le prototype a été testé, cela n’a pas été le cas. «Nous travaillons actuellement sur une nouvelle conception qui nous permettra d’obtenir la rigidité de la membrane nécessaire pour atteindre les performances prévues par le modèle», explique Ines Lopez Arteaga. Pour valider la modélisation du projet, l’équipe s’efforce désormais d’appliquer ses méthodes de caractérisation acoustique sur banc d’essai à un plus grand nombre de sources, tout en continuant à développer des procédés pour prédire le caractère directionnel des sources de bruit.
Mots‑clés
TRANSIT, rail, train, roue, bruit, modèle, voie
