Contrôle et efficacité de l'adhérence : Application au contact rail-roue

Adhesion control and effectiveness : Application to wheel-rail contact

• Auteur / Autrice : Samy Guidoum
• Direction : Aurélien Saulot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 18/07/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (Lyon, INSA ; 2007-....) - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures [Villeurbanne] / LaMCoS
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : TMI - Tribologie et Mécanique des Interfaces
• Jury : Président / Présidente : Roger Gadiou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aurélien Saulot, Roger Gadiou, Yannick Desplanques, Malal Kane, Nathalie Bouscharain, Léo Thiercelin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yannick Desplanques, Malal Kane

Mots clés

Mots clés contrôlés

Voies ferrées

Tribologie (technologie)

Mécanique du contact

Mots clés libres

Mécanique des contacts

Tribologie

Contact roue-Rail

Adhérence

Frottement

Glissement

Hygrométrie

Troisième corps

Contact mechanics

Tribology

Wheel-Rail contact

Adhesive

Strain

Slip

Hygrometry

Third body

Résumé

Chaque automne, des incidents liés à la dégradation de l’adhérence du contact rail-roue sont signalés par les conducteurs de trains. Ils sont notamment causés par la présence de feuilles mortes en surface d’un rail. Ils génèrent des problèmes de sécurité, de nombreux retards et se produisent principalement en début et fin de journée. À ces moments, la température de l’air atteint celle du point de rosée créant de l’humidité en surface des rails. Des oxydes réagissant avec les feuilles mortes présentes génèrent des modifications physico-chimiques de ces troisièmes corps. Le passage d’un train sur cette couche organique est à l’origine de sollicitations mécaniques diminuant alors l’adhérence du contact. L’objectif de cette thèse est alors de proposer une démarche d’étude tribologique, visant à caractériser l’adhérence d’un contact rail-roue, en présence d’un troisième corps externe organique. Pour ce faire, deux axes d’études sont suivis. Le premier consiste en une capitalisation des résultats et limites des principaux travaux de recherche effectués sur ce sujet. Cette étape sert à créer un recueil de données tribologiques, mécaniques, et physico-chimiques. Elle est complétée par des analyses morphologiques de troisièmes corps réels prélevés en voie, à la suite d’une perte d’adhérence. Le second axe d’étude consiste en la réalisation d’une campagne d’essais paramétriques sur le banc d’essais Triboring, tribomètre de type galet-anneau représentatif du contact rail-roue à l’échelle 1/15ème. L’étude des variations d’adhérence est ainsi effectuée en prenant en compte les couplages mécaniques et physico-chimiques liés à l’ajout d’un troisième corps organique. Ces dernières sont notamment mises en évidence au travers d’une analyse de grandeurs mécaniques (facteur de frottement), énergétiques (énergie dissipée par frottement) et spectroscopiques (liaison chimique, composition). Enfin, l’activation de plusieurs débits tribologiques met en exergue des phénomènes répétables modulant les conséquences d’une perte d’adhérence d’un train sur les distances parcourues. Ce travail de recherche est effectué en partenariat avec SNCF Réseau, à l’aide d’outils pluridisciplinaires (tribologie, mécanique, physico-chimie) couplant l’obtention de données expérimentales (issues de voies réelles et d’essais représentatifs du contact rail-roue) à des analyses tribologiques et physico-chimiques.

Every autumn, incidents related to the degradation of the adhesion of a wheel-rail contact are reported by train drivers. This is caused especially by the presence of dead leaves on the surface of a rail. They cause security problems and numerous delays occuring mainly at the beginning and end of a day. At these times, the air temperature reaches the dew point temperature, creating moisture on the rail surface. Oxides reacting with the dead leaves on the rails generate physical and chemical changes in this third body. When a train is passing over this organic layer, mechanical stresses are generated decreasing the adhesion of the contact. The objective of this study is to present a tribological approach aimed at characterising the adhesion of a wheel-rail contact with a third external organic body. To do this, two axes of study are followed.The first one consists in a capitalisation of the results and limits of the most relevant research works carried out on this subject. This is used to create a collection of tribological, mechanical and physico-chemical data. It is completed by morphological analyses of real third bodies taken from tracks following an adhesion loss.The second axis of study consists of carrying out a parametric test campaign on the Triboring test bench, which is a ring-roller type tribometer representative of a wheel-rail contact at a 1/15 scale. The study of adhesion variations is thus carried out by taking into account the mechanical and physico-chemical interactions linked to the addition of a third organic body. The latter are highlighted through an analysis of mechanical (friction factor), energetic (energy dissipated by friction) and spectroscopic (chemical bonding, composition) quantities. Finally, the activation of several tribological flows highlights repeatable phenomena modifying the consequences of a train’s adhesion loss on the distances traveled. This research work is being carried out in partnership with SNCF Réseau, using multidisciplinary tools (tribology, mechanics, physical chemistry) that combine experimental data (from real tracks and representative experiments of the wheel-rail contact) with tribological and physical-chemical analysis.