Contribution à l’étude de la génération et de la dynamique de particules émises lors du freinage : application au freinage ferroviaire

Contribution to the study of the generation and dynamics of particles emitted during braking : railway braking application

• Auteur / Autrice : Charlène Octau
• Direction : Laurent Keirsbulck, Laurent Dubar, Damien Meresse, Michel Watremez, Talib Dbouk
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 15/11/2019
• Etablissement(s) : Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'automatique, de mécanique et d'informatique industrielles et humaines (Valenciennes, Nord ; 1994-...)
• Partenaire(s) de recherche : Communauté d'Universités et Etablissements (ComUE) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuelle Vidal-Sallé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Keirsbulck, Laurent Dubar, Damien Meresse, Michel Watremez, Talib Dbouk, Lucien Baldas, Philippe Picart, Véronique Andriès, Annie Leroy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lucien Baldas, Philippe Picart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation CFD

Transports ferroviaires

Particules (matière)

Trains

Mots clés libres

Particules d’usure aéroportées

Freinage ferroviaire

Multiphase

Modélisation numérique

Particulate matter

Airborne wear particles

Railway braking

Multiphase

Computational fluid dynamics

Résumé

Ce travail porte sur une problématique pluridisciplinaire qui combine la caractérisation expérimentale des particules émises au cours du freinage d’un train et la modélisation numérique du transport de ces dernières dans le but de prédire leur comportement dynamique suite à leur génération. Ces particules peuvent présenter un réel risque sanitaire pour les usagers qui empruntent chaque jour les transports en communs, de par leur taille submicronique et leur composition. Il est important d’identifier leurs caractéristiques physiques propres (distribution en taille, forme, composition, etc.) mais également dynamiques (vitesse d’éjection, trajectoire préférentielle, concentration, etc.) afin d’évaluer ce dont les usagers peuvent être exposés et éventuellement s’en prémunir. Pour ce faire, un banc d’essai de freinage a été mis au point pour générer des particules dans des conditions représentatives d’un parcours type d’un train et sous des sollicitations particulières de freinage. Les caractéristiques des particules obtenues suite à des analyses, semblent montrer une influence des conditions de sollicitation de freinage sur les caractéristiques des particules émises. Ces différentes données sont essentielles pour pouvoir prédire le comportement dynamique des particules, et servent de données d’entrée pour l’implémentation de modèles numériques simulant le transport des particules dans l’air.

This work focuses on a multidisciplinary problem that combines the experimental characterization of particles emitted during train braking and the numerical modeling of their transport in order to predict their dynamic behavior following their generation. These particles can present a real health risk for users who commute by public transport every day, due to their submicronic size and composition. It is important to identify their specific physical characteristics (size distribution, shape, composition, etc.) but also their dynamics (ejection speed, preferential trajectory, concentration, etc.) in order to know what users can be exposed to and possibly protect themselves from. To this end, a brake test bench has been developed to generate particles under conditions representative of a typical train route and under particular braking conditions. The characteristics of the particles obtained following analysis seem to show an influence of the braking stress conditions on the characteristics of the emitted particles. These different data are essential to predict the dynamic behavior of particles, and provide input data for the implementation of numerical models simulating particle transport in the air.