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Impact de vibrations : de l'Eurostar au tramway

« Personne ne l'avait fait. Il n'y avait aucun essai dans le monde sur lequel nous aurions pu nous appuyer et nous avions été sélectionnés pour fournir les traverses de la nouvelle voie de TGV reliant le tunnel sous la Manche à la capitale britannique », explique Bernard Guillerme, responsable des essais pour Sateba.

ACT[1], le client de Sateba, avait établi un cahier des charges à partir des demandes de la Rail Link Engineering. Mais qui allait conduire les essais nécessaires pour valider les exigences imposées ? « Nous n'avions jamais travaillé avec le CSTB, explique Bernard Guillerme, mais nous connaissions leur forte expérience en acoustique. » Voilà comment Cathy Guigou-Carter en tant que chef de projet et tous les membres du pôle "Bruit et Vibration" Michel Villot, Roland Wetta, Claude Martin et Pascal Ducruet se sont retrouvés face à une première expérimentale.

Schématiquement, de quoi s'agissait-il ? Le roulement d'un train sur des rails exerce des forces qui transmettent des vibrations à travers le sol, soit verticales, soit transversales. Les traverses des voies subissent donc à la fois le poids du roulement et la déportation de la force centrifuge. Les vibrations qui s'ensuivent peuvent devenir des nuisances importantes pour l'environnement car elles sont très perceptibles par les résidants des habitations voisines. Jusqu'à quel seuil sont-elles tolérables ? Quel matériel faut-il mettre en place pour diminuer leurs effets ? Peut-on en déduire une méthode de calcul transposable à toutes les situations comparables ?

Essais sur section complète

« Un banc d'essais installé dans le laboratoire Sateba à Chalon-sur-Saône a permis de faire des simulations aussi proches que possible que celles que l'on rencontre dans la réalité, explique Cathy Guigou-Carter. Nos équipes ont mesuré la raideur dynamique des semelles résilientes. » L'opération s'est déroulée sur une section complète de voie. Les deux rails étaient soumis à une charge verticale statique - les essieux du train - et à une force horizontale reproduisant la pression exercée dans les courbes. Un pot vibrant électrodynamique mettait en action l'ensemble du système.

Les observations et les calculs portaient sur la semelle, à la fois comprimée et cisaillée sous les charges. « Son choix est important. C'est elle qui, en matériau élastique, permet de diminuer les vibrations transmises au sol, explique Cathy Guigou-Carter. Pour donner une valeur, la raideur dynamique des semelles résilientes ne doit pas augmenter de plus de 15 % sous l'effet du cisaillement. » L'enfoncement du rail par rapport à la dalle de béton armé a également été mesuré et le banc d'essai a été validé pour des fréquences d'excitation de 8, 16 et 31,5 Hz. Les résultats de plusieurs séries de mesure ont permis de choisir la semelle résilient la plus adaptée au cahier des charges.

Le CSTB a fourni les équipements, les techniques de mesure et les logiciels de dépouillement. Le banc d'essais a été validé par ACT. « Nous avons eu des réunions techniques pour valider la méthode, commente le chef de projet Bernard Guillerme. Le CSTB nous a aidé à définir l'approche et nous a accompagné pour la mettre au point avec notre client. »

Ce succès tient à l'étroite collaboration entre les responsables de Sateba et le pôle "Bruit et Vibration" du CSTB. « C'est très appréciable, souligne Bernard Guillerme. Les ingénieurs sont à la fois capables de dialoguer d'égal à égal avec les meilleurs spécialistes européens et suffisamment pédagogues pour nous accompagner dans la conduite des expériences. »

Dans le domaine ferroviaire, les concepteurs de voies peuvent désormais profiter des expériences de l'Eurostar. Cela n'a pas tardé. Pour l'extension du tramway de Lyon vers l'aéroport Saint Exupéry, le CSTB a déjà été sollicité...

[1] ACT : groupement réunissant Alsthom Transportation Projects Ltd, Carillion Construction Ldt et Transport du Sud-Ouest.