Notre chargée de recherche, Virginie Delavaud, a réalisé sa thèse en collaboration avec la SNCF et l'ENSTA ParisTech, sur le thème du bruit de roulement ferroviaire.

Le bruit de roulement est la principale cause du bruit des transports ferroviaires, pour un large intervalle de vitesse de train (entre 50 et 320 km/h). Le bruit de roulement se produit lorsque la roue roule sur le rail, en ligne droite. Dans le même contexte, le bruit d’impact intervient lorsque des défauts importants sont présents sur les surfaces de la roue et/ou du rail, par exemple un méplat sur la roue ou un joint sur le rail.

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Problématique

Pour prédire le bruit de roulement, la SNCF utilise un outil de simulation, basé sur une approche fréquentielle. Bien que très efficace dans les cas de voies ballastées standard, en ligne droite et à vitesse constante, cette approche est limitée aux roues et aux rails sans défauts importants. Le modèle d’interaction roue/rail sous-jacent n’est pas adapté à la prédiction du bruit d’impact. Seule une approche temporelle peut permettre d'étendre la modélisation du bruit de roulement à celle du bruit d’impact.

L'objectif de cette étude était de réaliser un outil permettant d'élargir la prédiction du bruit de roulement à celle du bruit d'impact. Le but de l'étude a donc été de développer un outil qui permet de prédire le niveau vibratoire du rail à partir de données de rugosité de surface de la roue et du rail. A terme, c’est l’inverse qui voudrait être fait : prédire l’état de surface de la roue connaissant celui du rail ainsi que son niveau vibratoire.

Dans un contexte d’ouverture à la concurrence du marché ferroviaire en France, cet outil pourrait permettre de détecter des défauts présents sur les roues de trains, qui sont la cause de détérioration des voies ferroviaires ou de niveaux de bruit plus élevés. Le principe de « pollueur- payeur » pourrait être appliqué.

Solutions apportées

Un modèle temporel d’interaction roue/rail a été développé. Une voie ferrée est un système composé de rails appuyés sur des ensembles semelles-traverses distribués périodiquement, eux-même posés sur le ballast.

Sur la base de l’étude bibliographique de la modélisation du bruit de roulement et par souci de simplicité de manipulation, le rail est représenté par une poutre finie. Pour représenter le caractère 'infiniment long' du rail, des conditions aux limites absorbantes innovantes ont été développées pour simuler la propagation des ondes à l’infini. De plus, des systèmes masse-ressort-amortisseur sont distribués périodiquement sous le rail pour représenter les appuis de ces derniers, c'est-à-dire l'ensemble semelles-traverses-ballast. Pour prédire le niveau vibratoire du rail, la roue peut être représentée simplement, par un système 1ddl. Le contact roue/rail est modélisé grâce à la théorie non-linéaire de hertz, modifiée de façon à tenir compte de la rugosité de surface des deux structures.

Une caractérisation expérimentale de l’influence des défauts de roue sur les niveaux vibratoires du rail, ainsi que sur les niveaux de bruit au passage du train, a été effectuée en situation réelle. Pour cela un train d’essai de type fret a été constitué. Les roues de certains wagons ont été sélectionnées pour la présence de différents types de défauts : faux-rond, AEL (Apparition d’Ecrasement Localisé) et un méplat usiné artificiellement en meulant la roue. La voie de l’essai a été sélectionnée car elle présentait une partie équipée de long rails soudés et une partie avec des joints de rail. Deux sites de mesures ont donc été installés. Les surfaces de la roue et du rail sur les deux sites de mesures ont été caractérisées. Des mesures acoustiques et vibratoires ont été réalisées au passage du train.

Cette campagne de mesures a permis de valider deux objectifs. Un cahier des charges général pour la création d’un outil de détection de défauts sur les roues, à partir de mesures acoustiques et vibratoires sur le rail a été proposé. Ce cahier des charges propose entre autres, un seuil de niveau vibratoire et niveau de bruit au-delà duquel un défaut sur la roue est détecté. Le second objectif était d’exploiter les données de rugosités de surfaces et de niveaux vibratoires pour recaler et valider le modèle d’interaction roue/rail. Bien que le modèle fournit des résultats temporels, toutes les comparaisons modèle/mesure sont effectuées dans le domaine fréquentiel. La courbe d’accélérance est communément choisie pour recaler les modèles fréquentiels de voie. La courbe d'accélérance mesurée sur la voie de la campagne de mesures a permis de valider le modèle temporel.

Autres missions

  • These
  • Traitement de donnees

Notre directeur technique, Baptiste Coulange, a réalisé sa thèse en collaboration avec le CNES et l'université Paris 5 sur le thème de la détection d'aliasing dans les images.

Les satellites d'observation terrestre sont optimisés pour obtenir la meilleure qualité d'image. La taille du capteur d'acquisition et les paramètres de l'optique sont choisis pour obtenir le meilleur compromis entre résolution et artefact d'acquisition (plus la résolution est élevée, plus les artefacts sont importants).

L'aliasing (un artefact d'acquisition) peut provoquer des erreurs d'interprétation des images. Il est donc critique de le détecter. En exploitant la dualité entre la localisation spatiale dans une image et la relation d'aliasing dans le plan de la Transformée de Fourrier, un algorithme de détection de l'aliasing a pu être développé et validé.