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.