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La lutte contre le bruit recèle un potentiel énorme pour plus de durabilité dans le fret ferroviaire. Le niveau de bruit doit encore être baissé de sorte qu’une augmentation du fret ferroviaire soit possible sans une augmentation substantielle du bruit. Ce qui sera bénéfique pour l’environnement et la population. Les intervenants au forum Recherche en matière de bruit ferroviaire 2021 ont présenté les concepts et les mesures qui sont actuellement à l’étude et qui sont prometteurs.

Le forum Recherche en matière de bruit ferroviaire 2021 a porté principalement sur un aspect essentiel du fret ferroviaire durable: l’automatisation. Afin que les chemins de fer soient plus attractifs pour le transport de marchandises, ils doivent gagner en efficacité et durabilité. L’attelage automatique numérique (Digital Automatic Coupling ou DAC) en est un exemple. Il constitue une étape importante pour l’automatisation et augmente considérablement l’efficacité dans le fret ferroviaire. Si le fret ferroviaire devient meilleur marché, la proportion des chemins de fer dans l’ensemble du trafic augmentera, ce qui favorisera la réduction des émissions de CO2.

Le contrôle de l’infrastructure et du trafic également doivent être davantage automatisés et numérisés. Les informations en temps réel pour les clients sur le transport ou l’exploitation sûre des wagons utilisés et le chargement correct ainsi que la commande semi-autonome des voies de raccordement renforcent le transport ferroviaire de marchandises. Un financement initial faciliterait la transformation numérique tout en permettant une suppression des subventions.

La VAP contribue activement à accroître la force d’innovation et la volonté de transformation de ses membres. C’est la seule manière de rendre plus attractif le fret ferroviaire et de lui permettre de devenir une alternative valable à la route. Dans ce but, la VAP aide ses membres à mettre en oeuvre l’automatisation en Suisse, toujours en conformité avec les évolutions et les exigences en Europe.

Informations détaillées du forum Recherche en matière de bruit ferroviaire 2021

Rudolf Sperlich, vice-directeur de l’Office fédéral des transports (OFT), est revenu dans son mot de bienvenue sur l’évolution de l’assainissement phonique, pour replacer le forum dans son contexte. Il a justifié le rôle précurseur de la Suisse en Europe et a retenu qu’il a été possible de mettre en oeuvre avec un grand succès le programme, tant sur le plan des coûts que sur celui du calendrier. L’objectif légal de l’assainissement ayant toutefois été manqué de peu, le Parlement a décidé à l’unanimité des mesures supplémentaires en 2013. Les aides à l’innovation et la recherche spécifique sont deux de ces instruments complémentaires, qui prendront fin en 2025. Pour cette raison, on a encore besoin de créativité, d’interconnexion et de volonté d’innover, afin de permettre le succès ou une utilisation plus large des nouvelles approches intéressantes.

Paul Steffen, vice-directeur de l’Office fédéral de l’environnement (OFEV), a rappelé dans son mot de bienvenue la nécessité d’autres innovations dans les chemins de fer. L’innovation reste nécessaire, non seulement pour la santé des riverains, mais également pour renforcer l’atout écologique du rail par rapport à la route et conserver ainsi des parts de marché pour le fret.

Detlef Schlickelmann, représentant de la VAP Association des chargeurs, a expliqué que le projet d’assainissement phonique s’est achevé en 2016 avec la mise en service des quelque 4000 derniers wagons assainis. La branche a organisé à la perfection l’ensemble du processus – ingénierie de série, homologation, transformation, y compris pool de matériel et financement – sous la direction de la VAP. Schlickelmann a ajouté que le projet de l’attelage automatique numérique (Digital Automatic Coupling ou DAC) permettra d’augmenter fortement l’efficacité dans le fret ferroviaire européen et que la VAP souhaiterait écrire une deuxième histoire à succès pour l’avancée du fret ferroviaire, avec la mise en oeuvre rapide du projet DAK.

Recherche en matière de bruit ferroviaire selon la loi fédérale relative à la réduction du bruit émis par les chemins de fer (LBCF)
Fredy Fischer, chef adjoint de la section Bruit et RNI à l’OFEV, a souligné dans son allocution d’ouverture, combien il est important que les chemins de fer deviennent encore plus silencieux. Il a exigé de la part des représentants de la branche de concevoir une vision commune pour des chemins de fer silencieux. S’il faut pour cela des mesures de recherche et de développement, la Confédération se dit prête à soutenir des projets.

Le train de démonstration «5L»
Jens-Erik Galdiks, responsable Technique de flotte chez CFF Cargo, a montré à l’aide du projet Train de démonstration «5L», qu’il est possible de réduire le bruit des wagons de marchandises de 6 dB supplémentaires avec les technologies actuelles. Il s’agit ici de ne pas perdre de vue le rapport coûts-avantages et de le surveiller. Il faut également prendre en considération d’autres effets comme la réduction de l’usure. Ces effets commerciaux ne profitent pas obligatoirement à l’investisseur. Il faut donc trouver un juste équilibre entre les exploitants d’infrastructures, les entreprises ferroviaires et les détenteurs de wagons. Jens-Erik Galdiks a par ailleurs constaté qu’une réduction supplémentaire du bruit des wagons de marchandises serait excessive à l’heure actuelle et que d’autres mesures, comme l’optimisation des locomotives, devraient être accélérées.

Wagons de marchandises innovants globalement optimisés
Dr. Hanno Schell, Head of Innovation chez VTG Rail Europe GmbH, a évoqué l’objectif de construire un wagon de marchandises plus silencieux. Tout d’abord, le poids a été réduit de 800 kg et le bruit est passé de 83 dB(A) à 76 dB(A). VTG a perfectionné le boggie de type RC25NT-H-D de la société ELH Eisenbahnlaufwerke Halle GmbH & Co. KG, en remplaçant l’amortissement à friction par un amortissement hydraulique, ce qui lui a permis d’économiser 200 kg par boggie dans le support transversal au niveau de la barre de traction. Par ailleurs, VTG a construit des essieux Bonatrans avec un revêtement BASF qui réduit le bruit. Elle a utilisé sur le frein à disque un disque d’acier soudé qui pèse 49 kg de moins que les disques de fonte traditionnels; une économie supplémentaire de 13 kg a été réalisée sur la pince pour frein à disque. Plusieurs essais ont déjà été réalisés en Suisse avec le boggie plus silencieux. Au total, ce dernier permettrait des vitesses de roulement plus élevées, supporterait un poids plus important et présenterait d’excellentes qualités de roulement.

Essieu composite
L’intervention du professeur Masoud Motavalli, directeur du laboratoire «Ingénierie des structures» de l’Empa (institut interdisciplinaire de recherche pour les sciences des matériaux et le développement de technologies), a porté sur l’utilisation de matières plastiques renforcées de fibres, légères et très résistantes, pour la fabrication d’un essieu composite et d’un boggie composite. Une étude de faisabilité montre que l’essieu conçu est 40 % plus léger que la variante métallique traditionnelle. Par ailleurs, on a obtenu une réduction du bruit de 3 dB. Les matières plastiques renforcées de fibres de carbone résistent à la corrosion, possèdent une très grande longévité et une résistante élevée à la fatigue, mais elles sont beaucoup plus chères que les matériaux classiques. Masoud Motavalli propose par conséquent de concevoir un boggie entier à partir de composites, parce que cela faciliterait une formation des prix optimale. Il est convaincu qu’il serait ainsi possible d’obtenir une réduction considérable du poids et que l’amortissement propre du matériau diminuerait le nombre d’amortisseurs. Par ailleurs, il serait possible d’intégrer d’autres innovations, p. ex. une direction propre qui diminuerait l’usure des voies. Tout cela aboutirait à une diminution considérable du bruit par rapport aux boggies traditionnels.

Développement d’un outil de simulation de la superstructure
Lors de son intervention, Jean-Marc Wunderli, directeur du laboratoire «Acoustique / Réduction du risque» de l’Empa, a présenté une maquette numérique visant à simuler des manoeuvres de retournement, qui représente dans trois modules les forces de contact résultantes, les oscillations de la structure et pour finir, le bruit aérien émis. Monsieur Wunderli a insisté sur le fait que les outils de simulation, qui ont modélisé de manière physiquement correcte la formation de bruit et l’émission du bruit de roulement des chemins de fer, sont une condition indispensable pour permettre des optimisations sur le véhicule et la superstructure. En raison de la grande complexité du système et des exigences, pour certaines contradictoires (bruit, secousses, usure, stabilité …), une approche selon le principe «trial and error» ne mènerait à rien.

«Rail Pads» - Réduction des bruits de roulement et amélioration de la protection
Holger Frauenrath, professeur à l’Institut de génie des matériaux de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), a présenté un projet visant à développer des semelles de rail d’un tout nouveau genre, qui doivent permettre d’une part une meilleure protection de la superstructure, et d’autre part une réduction du bruit d’au moins 1 dB (A) par rapport aux semelles de rail habituelles. L’équipe de projet pluridisciplinaire regroupe des chercheurs de l’EPFL, de l’HEIG Yverdon et de l’Empa dans les domaines des sciences des matériaux, de la simulation numérique, de la vibro-acoustique, ainsi que des ingénieurs en environnement et des experts ferroviaires des CFF. Sur la base d’une chaîne de modélisation validée par des expériences, qui va des propriétés des matériaux jusqu’au comportement du système dans la voie en passant par le comportement d’une semelle de rail en tant que composant, on développe de nouvelles semelles de rail composites avec un noyau souple à capacité d’amortissement élevée entre 200 et 2000 Hz, qui vont offrir un juste équilibre entre la stabilité mécanique, la réduction du bruit et la protection de la superstructure. À l’heure actuelle, des designs choisis sont testés conformément aux normes européennes et préparés pour la dernière phase de mise au point, c.-à-d. la phase dans laquelle la production de prototypes est prévue à l’échelle technique pour des essais pratiques sur la voie au mois de mars 2022. Les nouvelles semelles de rail seront intéressantes, tant du point de vue des nuisances sonores réduites, qui sont un objectif écologique important notamment dans les pays densément peuplés comme la Suisse, que du point de vue des exploitants ferroviaires, car elles promettent des frais moins importants pour l’entretien de la superstructure.

Traverse en béton optimisée, semelle de rail optimisée
Dr. Christian Czolbe, Senior Engineer Acoustics chez PROSE AG, a montré que le bruit le long des voies de chemin de fer dépend aussi bien du matériel roulant que des composants de la voie. Pour l’infrastructure, il faudrait donc des mesures qui augmentent l’amortissement des rails et réduisent le bruit qu’ils émettent. Dans un projet de recherche, PROSE a développé avec Vigier Rail des traverses en béton acoustiquement optimisées et a étudié deux prototypes très prometteurs sur une voie d’essai. Un composant discret et à peine visible entre le rail et la traverse a été optimisé dans le cadre d’un autre projet de recherche. Dr. Christian Czolbe a constaté que la semelle de rail mise au point par Bategu répond à une exigence de longue date de l’industrie ferroviaire: elle amortit les charges de choc dynamiques dans la superstructure tout en réduisant simultanément le bruit. Avec une réduction du bruit mesurée de 5 dB (A) maximum, le bruit est nettement réduit le long de la voie le long de la voie, chose que les résidents ont pu constater et confirmer immédiatement après l’installation de cette dernière. Elle ménage également la superstructure du rail et aboutit ainsi à une réduction des coûts de cycle de vie – une situation gagnant-gagnant pour l’industrie ferroviaire et les résidents. La nouvelle semelle de rail Bategu a réussi avec succès tous les essais standards et sur le terrain pertinents ainsi que les essais d’endurance et est disponible dès à présent pour une utilisation en série sans danger dans l’infrastructure ferroviaire.

Mesure de la rugosité acoustique
Florian Mauz, assistant de recherche et doctorant de l’EFP de Zurich, a présenté une démarche de développement pour un appareil de mesure optique permettant de mesurer la rugosité acoustique sur rails. À l’avenir, il devrait être possible de mesurer la rugosité depuis un train en marche. Grâce à la combinaison judicieuse de plusieurs capteurs, il serait possible d’améliorer le résultat des mesures. Florian Mauz a présenté l’installation de test et les séries d’essais réalisées dans un environnement de laboratoire. Cette approche devrait bientôt être testée sur un train en marche et sa précision validée.

Le site web du forum est le suivante (en allemand) : www.laermforschung-eisenbahn.ch.

Vous trouverez des informations supplémentaires sur la recherche de l’administration sur le bruit des chemins de fer, ainsi que les critères de sélection sous OVEF.