Amélioration des règles de calcul des conditions de circulation

par Maryam El Moueddeb

Projet de thèse en Mécanique des solides

Sous la direction de François Louf et de Pierre-Alain Boucard.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences (Cachan, Val-de-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec LMT - Laboratoire de mécanique et de technologie (laboratoire) , Secteur Structures et Systèmes (equipe de recherche) et de École normale supérieure Paris-Saclay (Cachan, Val-de-Marne) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 05-11-2018 .


  • Résumé

    Le réseau ferré national (RFN), constitué des lignes de chemin de fer et des infrastructures ferroviaires du territoire français, est propriété de SNCF Réseau qui est en charge de son exploitation et de sa maintenance. Dans le but d'assurer la sécurité des circulations et de limiter la fatigue de la voie ferrée, SNCF Réseau réalise plusieurs vérifications avant d'établir les conditions de circulation d'un matériel roulant sur tout ou une partie du RFN (comme la vitesse maximale admissible pour différentes classes de matériel roulant) qui sont fonction du type de la voie ferrée (rail et traverse). Les règles de calcul des conditions de circulation utilisées actuellement par la SNCF sont appelées "règles Demaux". Elles ont été définies initialement par la commission Demaux et ont permis de dégager 5 groupes de voies en fonction du type de rail et de traverse, de l'espacement maximal entre les traverses et de la distance entre la fibre neutre et la fibre la plus éloignée à demi usure du rail. Aussi, la masse maximale à l'essieu du matériel roulant et les efforts verticaux et transversaux appliqués aux armements de la voie sont des paramètres essentiels pour connaitre la vitesse de circulation admise. L'objectif de ce classement était de définir les conditions de circulation des matériels roulants sur tout le réseau, en toute sécurité, et en limitant la fatigue des voies. Ces règles peuvent être compliquées à interpréter vu que le retour d'expérience d'exploitation des matériels roulants est fortement intégré dans ces démarches et avec l'interopérabilité européenne, il devient nécessaire de définir des règles de calcul simples et fiables associées à une justification scientifique rigoureuse. Le travail de la thèse s'inscrit dans la thématique d'améliorer et de mettre à jour les conditions de circulation des matériels roulants et ainsi de participer à l'évolution des performances du réseau ferroviaire. Les objectifs visés sont dans un premier temps de maîtriser le contexte de définition des règles de calcul des conditions de circulation existantes, puis de les revisiter. Ceci est possible à travers des modèles numériques simplifiés destinés à estimer les contraintes au sein du rail pour des sollicitations données du matériel roulant. Dans un deuxième temps, des modèles plus complexes qui utilisent des codes éléments finis seront destinés à des études plus fines comme la fatigue des voies et le risque d'apparition de fissures en estimant les paramètres dont dépend la réponse du système matériel roulant/voie et l'histoire de sollicitation d'une voie donnée. Enfin, une étude de sensibilité est indispensable. Il est donc pertinent de construire des modèles numériques qui tiennent compte du nombre important de paramètres et de mesurer leur représentativité : intensité du trafic, usure réelle du rail, défauts géométriques et tracé de la voie, caractéristiques du rail, système d'attache, type de traverse, efforts appliqués par le matériel roulant, etc. Ainsi, l'étude permettra la définition de règles de calcul pour les conditions de circulation associées à une justification scientifique rigoureuse et l'utilisation de la simulation numérique comme outil majeur pour faire évoluer ces règles qui seront exploitées par les entreprises ferroviaires.

  • Titre traduit

    Improved computation rules for train traffic conditions


  • Résumé

    The national railway network in France covers tens of thousands of kilometers of track and is owned by SNCF Réseau which is in charge of its operation and maintenance. In order to ensure security SNCF Réseau carries out many examinations before authorizing a railway vehicle to run on a track. They are known as computation rules for traffic conditions including the maximum speed limit. The rules used currently by SNCF are called "Demaux rules" and were established by the Demaux committee. They led to form 5 groups of track depending on the rail and sleeper types, the maximum spacing between sleepers and the distance between the neutral axis and the furthest axis at half wear of the rail. Also, the maximum railway vehicle's mass as well as vertical and lateral forces applied on the track are very important to estimate the permitted vehicle speed. The purpose of this classification is to define traffic conditions while respecting security and avoiding track fatigue issues. Computation rules for traffic conditions might be difficult to construe because project retrospectives play an important role in these approaches and it became essential to set rigorous and scientifically-proved rules in the framework of European Interoperability. This PHD thesis is an opportunity to enhance the computation rules for traffic conditions and to participate in the railway infrastructure development. The aim is to manage and to improve the actual rules through numerical simplified models as a first step to predict mechanical stress in a rail for a given railway vehicle's load. In a second step, more complex models employing finite elements method will be used to deal with deeper analysis as material fatigue and fracture mechanisms. Finally, sensitivity analysis is necessary. Thus, it is relevant to develop numerical models that take into account many parameters and to measure their representativeness: railway traffic, real wear of the rail, geometrical irregularities in the rail, rail properties, type of sleepers, applied loads on track, rail fastening systems, and so on. As a consequence of the study, it will be possible to define strictly and scientifically proved calculation rules for traffic conditions and to consider numerical simulation as a serious tool to improve the rules.