La rectification et le fraisage sont essentiels à la qualité des rails

Le meulage des rails permet d'éviter l'accumulation dangereuse de la fatigue des contacts de roulement et de réduire le bruit de roulement pour les communautés riveraines. James Abbott évalue certains développements et aspects significatifs de ce domaine important de notre industrie.

La fraiseuse SFU 04 de Schweerbau

L'accident de Hatfield au Royaume-Uni en 2000 a été un signal d'alarme pour les administrations ferroviaires du monde entier. Il a été démontré que le déraillement d'un train express de voyageurs, qui a entraîné la mort de plusieurs d'entre eux, était dû à la fatigue de contact de roulement (FCR), dans laquelle de minuscules fissures dans le champignon du rail s'étendent vers le bas dans le corps du rail, ce qui finit par provoquer une rupture.

Les statistiques produites par la Federal Railroad Administration aux États-Unis suggèrent que le FCR a été fortement impliqué dans 122 déraillements et qu'il pourrait avoir été un facteur contributif dans 160 autres incidents au cours de la période 1995-2002.

Grâce à de telles statistiques, la FCR est largement acceptée comme un problème qui doit être géré par les administrations ferroviaires. Ne rien faire n'est pas une option : le Royaume-Uni a cessé les opérations de meulage des rails quelques années avant l'accident, et il est désormais admis que cette décision n'était pas judicieuse. Le meulage rase la surface supérieure du rail, éliminant les fissures avant qu'elles n'aient une chance de se propager vers le bas dans l'âme et prévenant ainsi les ruptures de rail.

Une étude de la Commission européenne suggère que la gestion des FCR est un exercice coûteux, avec un chiffre de 300 millions d'euros mentionné pour la gestion du problème chaque année sur le réseau ferroviaire européen. Ce montant comprend les activités d'inspection, de meulage des rails, de remplacement des rails et de réparation des soudures, ainsi que les inconvénients liés aux retards des trains et aux déraillements lorsqu'ils se produisent.

Il est clair que ce problème mérite que l'on s'y attarde et que les administrations ferroviaires doivent se tenir au courant des dernières technologies si elles veulent minimiser le coût de la FCR.

Gestion du FCR

Dans une étude réalisée pour le Conseil national de la recherche du Canada, Eric Magel, Peter Sroba, Kevin Sawley et Joe Kalousek affirment que “de nombreux facteurs interagissent pour influencer la FCR”, citant notamment la dureté des rails, les profils détaillés des roues et des rails et la dynamique latérale et longitudinale de l'essieu. Mais ils ajoutent que “la FCR est particulièrement sensible aux profils des roues et des rails et que des profils inappropriés ou non contrôlés peuvent complètement masquer les effets de la métallurgie”.”

Les chercheurs ajoutent qu'au Royaume-Uni, l'expérience générale a montré que les aciers à haute résistance sont plus enclins à former des FCR - “une constatation qui peut s'expliquer par la section de rail à haute contrainte utilisée et l'incapacité des aciers durs à s'user ou à s'écouler vers une forme à plus faible contrainte”. L'expérience britannique montre également que si le rail est initialement meulé pour obtenir une forme moins contrainte, il résiste beaucoup mieux à la FCR que les aciers plus tendres. Cela souligne l'importance du meulage initial des rails.

Les chercheurs canadiens expliquent l'importance du ‘taux d'usure magique’, c'est-à-dire le processus qui consiste à enlever juste ce qu'il faut de la surface du rail pour empêcher la propagation des fissures. “Dans les voies avec FCR, le taux d'usure naturelle doit être complété par un meulage pour atteindre le taux d'usure magique”, affirment-ils. Le taux d'usure magique est généralement plus élevé dans les courbes que sur les voies droites, l'expérience nord-américaine sur les lignes à fort tonnage montrant que le rail inférieur dans les courbes doit être soigneusement géré par meulage pour atteindre le taux d'usure magique.

Speno à la pointe de l'innovation

Il y a quelques années, Speno International a commencé à étudier la possibilité de détecter les fissures de fatigue superficielle pendant le meulage. Un développement conjoint avec Deutsche Bahn AG a abouti à un système d'enregistrement capable de mesurer la densité des défauts et la profondeur des dommages.

Après des essais intensifs sur piste avec un prototype, six machines de meulage Speno ont été équipées du ‘Headcheck Grinding Scanner’ de la société. Ce système permet aux opérateurs de vérifier la réduction des défauts de fatigue lors de chaque passage de meulage et de documenter le résultat obtenu en ce qui concerne l'enlèvement du métal de la surface du rail fatigué. Le système est entré en service commercial auprès de plusieurs chemins de fer européens, notamment en Autriche, en France, aux Pays-Bas et en Pologne.

L'arrivée du ‘Headcheck Grinding Scanner’ est la dernière d'une longue liste d'innovations de Speno. Dans les années 1980, l'entreprise a introduit un train de meulage avec des moteurs de meulage inclinables télécommandés. Cette innovation a été suivie par la première rectifieuse d'aiguillage, le premier équipement de mesure embarqué pour la section transversale des rails et l'introduction de systèmes de dépoussiérage.

Speno travaille avec les gestionnaires d'infrastructures ferroviaires sur les moyens de traiter les défauts et les problèmes spécifiques générés par le trafic ferroviaire intense. L'entreprise participe au projet de recherche européen ‘Innotrack’, qui rassemble l'expérience et le savoir-faire de plusieurs organisations ferroviaires et de l'industrie.

Speno préside le projet de travail 4.5 ‘Maintenance des rails’ dans le cadre du programme Innotrack. Des informations sont préparées à l'intention des gestionnaires d'infrastructure sur la manière d'établir une stratégie de maintenance appropriée pour lutter contre la fatigue des contacts de roulement, y compris les profils de rail cibles suggérés.

Les 2 trains broyeurs synchronisés xRR 48 M de Speno en service en France

Speno conçoit, construit et exploite des trains de meulage depuis 40 ans. L'entreprise affirme que ses 30 unités de meulage de rails en service en Europe en 2009 constituent de loin la plus grande flotte de trains de meulage sous un même toit. “La longue expérience de Speno en matière de conception, de fabrication et d'exploitation de trains de meulage permet d'obtenir d'excellentes performances, combinant un rendement élevé par équipe et une qualité constamment contrôlée jour après jour.

Speno reconnaît que les travaux de meulage de routine comprennent aujourd'hui

Meulage initial des nouveaux rails, meulage cyclique préventif et correctif
Application de profils spéciaux pour réduire l'usure des rails hauts, atténuer la fatigue des coins d'écartement et améliorer le comportement de roulement, y compris l'élargissement de l'écartement.
Broyage anti-bruit pour minimiser le bruit généré par le trafic ferroviaire

L'exécution du broyage en un seul passage à l'aide de machines robustes est actuellement mise en œuvre sur les lignes à grande vitesse. “Un personnel expérimenté et compétent est très important”, déclare Speno. Selon l'entreprise, l'astuce ne consiste pas seulement à enlever une certaine quantité de métal en une seule passe, mais aussi à garantir un taux d'enlèvement de métal minimal.

Nouveau véhicule de fraisage Linsinger pour les SLR

Le train de fraisage de rails SF 01 F de l'entreprise autrichienne Linsinger est également destiné au secteur des trains légers. Il a été présenté pour la première fois il y a un an, au début de l'année 2008, et l'entreprise affirme avoir obtenu de très bons résultats sur des systèmes de métro léger en Asie.

Le concept de profilage du rail par fraisage en un seul passage est déjà bien connu grâce aux machines précédentes de Linsinger, et la SF 01 F s'appuie sur cette expérience. Linsinger affirme que sa technologie de fraisage des rails combine le fraisage et le meulage des rails en une seule opération avec un haut degré de précision et de performance, ajoutant que les systèmes de chemins de fer légers peuvent obtenir une réduction significative des coûts d'entretien grâce à l'utilisation de cette technologie.