Brevet FR2867491A1 — publié le 20050916

L'invention concerne l'entretien des voies ferrées, et plus spécialement le problème du réglage du profil du ballast. On sait qu'une voie ferrée est constituée de deux files de rails fixées sur des traverses, l'ensemble étant enchâssé dans une couche de ballast posée sur une plate-forme. Le ballast a notamment pour fonction de stabiliser la voie, d'empêcher sa déformation sous l'effet du passage des trains, et de permettre par un bourrage-dressage mécanisé de rectifier très rapidement le nivellement et le tracé de la voie. Le ballast est, en général, constitué de graviers de granulosité comprise entre 50 et 80 mm, dont le coût à la tonne est à l'heure actuelle en France d'environ 39 euros. Le passage des trains provoque un déplacement progressif et aléatoire du ballast le long et sur les cotés de la voie. A la longue, il se produit dans la couche de ballast des manques et des excès par rapport au profil initial de la voie, ce qui oblige l'entreprise exploitante à faire procéder périodiquement à des tournées d'inspection et à des opérations de régalage. Pour mener à bien ces opérations de régalage, il est actuellement nécessaire de constituer des stocks importants de ballast à partir d'estimations approximatives des besoins. En effet, on ne sait pas quantifier les besoins autrement qu'empiriquement par observation subjective des manques et des excès au cours de tournées d'inspection effectuées à pied à chaque changement de saison. Il n'existe pas non plus de moyen fiable qui permette, à partir des observations faites sur le terrain, de prévoir correctement les quantités réellement nécessaires de ballast à rapporter pour combler les manques d'une portion de voie en prenant en compte une utilisation des excès constatés dans la même portion. C'est pourquoi, aujourd'hui le régalage du ballast s'effectue par deux opérations indépendantes: l'apport de ballast neuf dans les parties manquantes et l'enlèvement de ballast dans les parties en excès. La présente invention a pour but de procurer un procédé qui, à partir de l'enregistrement d'une mesure fine du profil réel du ballast d'une voie ferrée, permette de réutiliser le ballast en excès sur une même portion de voie pour combler les manques et de limiter la quantité de ballast neuf à apporter lors d'une opération de régalage. Ce résultat est obtenu selon l'invention grâce à une prise de mesures du profil réel de la voie et à un traitement particulier des mesures acquises qui produit des informations sur les quantités et les emplacements des manques et des excès de ballast, lesquelles informations permettent de programmer le chantier de régalage avec une estimation fiable des quantités de ballast neuf à rapporter sur la portion de voie à traiter. Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de production d'un enregistrement du profil du ballast d'une voie ferrée caractérisée par les étapes suivantes: a- illumination du profil de la voie en un premier point de mesure au moyen de lumière cohérente, b- prise de vue du profil illuminé avec un moyen d'enregistrement numérique capable de produire jusqu'à n colonnes de valeurs sur la largeur du profil, ladite largeur de profil étant découpée en trois couloirs correspondant à la banquette, à l'entrerail et à l'entrevoie, de manière à obtenir x valeurs par couloir, c- comparaison des valeurs relevées au point de mesure avec les valeurs correspondantes du profil demandé préalablement enregistré dans une base de données et extraction de la mesure d'écart correspondante, d- calcul de la valeur moyenne de volume de ballast en excès ou en manque par couloir au point de mesure par intégration de la valeur moyenne des mesures d'écart avec une longueur fixée arbitrairement à l cm et la largeur de chaque couloir, e- calcul du poids correspondant de ballast en excès ou en manque au point de mesure, f- mise en mémoire de la valeur moyenne des mesures d'écart par couloir et du poids de ballast correspondant, g- réitération du processus d'acquisition de valeurs selon les étapes a à f sur une longueur de voie prédéfinie, h- calcul d'un bilan global par couloir des manques et des excès de ballast sur la zone mesurée, et extraction d'une valeur théorique représentative du volume de ballast à rapporter ou à enlever par couloir dans la zone mesurée, i- à partir des valeurs mises en mémoire à l'étape f, production d'un graphique représentant le déroulé par couloir de l'écart moyen du profil réel par rapport profil théorique de la zone mesurée. Selon un autre des ses aspects, l'invention concerne un procédé de régalage du ballast d'une voie ferrée caractérisé en ce que l'apport du ballast en manque et l'enlèvement du ballast en excès sur la portion de voie à régaler est programmé à partir d'un enregistrement du profil de la dite section, obtenu par le procédé ci-dessus. Selon encore un autre aspect, l'invention concerne un véhicule ferroviaire caractérisé en ce qu'il est muni de moyens d'illumination du profil de la voie par un faisceau de lumière cohérente, de moyens d'enregistrement numérique de prises de vues successives du profil de la voie illuminée, au cours du déplacement du véhicule le long de la voie et des moyens d'enregistrement des données acquises. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma théorique en coupe d'une plate-forme à deux voies ferrées contiguës, 2867491 3 la figure 2 est un graphique de l'enregistrement d'une portion de voie selon le procédé de l'invention. Pour la clarté des explications qui vont suivre, on rappelle que le réseau ferré français, pris à titre d'exemple sur le schéma de la figure 1, regroupe généralement deux voies VI, V2 sur une même plate-forme P. Cette plate-forme vue en coupe transversale comporte par conséquent deux banquettes latérales BQ et deux voies séparées par un entrevoies EV, la largeur entre les deux files de rails d'une même voie constituant l'entrerail ER. Sur la figure 1, le profil idéal du ballast est identifié par le trait 1 et les manques et excès par rapport à ce profil idéal sont respectivement référencés 2 et 3 Pour préserver l'écoulement du trafic lors des opérations d'entretien, on n'intervient pas simultanément sur les deux voies adjacentes, c'est pourquoi la présente description ne montre l'application du procédé que sur une seule file de rails, mais l'invention englobe par extrapolation l'application de ce procédé sur les deux voies contiguës d'une même plate-forme. De même, l'exemple de réalisation décrit une voie armée de traverses dites bi-bloc, constituées de deux blochets en béton réunis par une entretoise métallique, mais le procédé selon l'invention s'applique quel que soit le type d'armement de la voie. Dans une première étape du procédé selon l'invention, on illumine la voie transversalement au moyen d'une source de lumière cohérente, couramment appelé faisceau laser, qui produit un pinceau lumineux épousant sur toute sa largeur le profil supérieur de la voie. Cette source est disposée pour que son faisceau dessine un trait lumineux, de préférence rouge perpendiculairement à l'axe longitudinal de la voie. On réalise alors des prises de vues successives selon un pas prédéterminé, au fur et à mesure que l'on déplace le pinceau lumineux le long de la portion de voie à traiter. Ces prises de vues sont effectuées avec un appareil numérique par exemple à un pas de 30 cm. On obtient ainsi une succession de prises de vues constituant autant de points de mesure, avec pour chaque point de mesure la reproduction du tracé réel du profil de la voie. On utilise de préférence un appareil d'enregistrement numérique capable de produire jusqu'à 256 colonnes de valeurs représentatives des points de l'image enregistrée sur la largeur du profil. Avantageusement on utilisera un automate de vision, connu en soi et utilisé pour le contrôle de qualité de la forme de produits industriels. Un tel automate comporte un faisceau laser couplé à une caméra CCD et des moyens de traitement morphologique des images obtenues. Des automates de type existent sur le marché sous la dénomination commerciale CDI 4098 et sont produits par la société MD Ingénierie. Pour être utilisables dans le cadre du présent procédé, les moyens de traitement de l'automate sont programmés pour restituer trois groupes de valeurs correspondant à trois couloirs juxtaposés sur la largeur de la voie: la banquette, l'entrerail et l'entrevoie. De préférence, cette programmation permettra d'acquérir entre 65 et 85 valeurs par couloir en fonction de la largeur de la voie et/ou de la présence de parties de traverses au point de mesure. Rapportée à la voie ferrée française dans notre exemple, cette programmation donnera en moyenne 65 à 85 valeurs par couloir d'environ 450 cm de large. Chaque valeur est ensuite comparée à la valeur correspondante du profil demandé préalablement enregistré dans une base de données contenant les valeurs théoriques d'écart des mêmes points sur le profil théorique de la voie par rapport à une ligne de foi représentative du plan supérieur des files de rails. Cette comparaison produit pour chaque colonne une mesure représentative de l'écart du point observé par rapport à sa position demandée. Cette base de données peut contenir soit les valeurs d'un seul profil général applicable à toute la voie, soit les valeurs individuelles théoriques du profil de la portion de voie à traiter en au moins plusieurs points, sinon tous les points de mesure. Il est ensuite calculé à chaque point de mesure et pour chacun des trois couloirs ci-dessus définis, la valeur moyenne du volume de ballast manquant en multipliant la hauteur moyenne des écarts par une longueur arbitrairement fixée à 1 cm et par la largeur de chaque couloir. Le chiffre obtenu est transformé en valeur de tonnage par le produit de la densité moyenne du ballast. On obtient ainsi par couloir, à chaque point de mesure une indication très proche de la réalité du volume de ballast en excès ou en manque par rapport au profil idéal. Ces valeurs moyennes, au nombre de trois par point de mesure, sont mises en mémoire. Après mise en mémoire de toutes les valeurs moyennes de tonnage par couloir de tous les points de mesure de la portion de voie à traiter, l'addition des valeurs positives et négatives procure un bilan global du tonnage de ballast manquant ou en trop sur la portion à traiter et un graphique représentant le déroulé par couloir de l'écart moyen du profil réel par rapport au profil idéal est produit. Un tel graphique est représenté à titre d'exemple sur la figures 2. On a représenté sur la figure 2 le déroulé d'un enregistrement effectué entre le point kilométrique 10.000 (PK 10.000) et le point kilométrique 11.000 (PK 11.000). Les deux files de rails de la voie sont repérées F1 et F2, et les lignes de foi représentatives du profil idéal de chaque couloir sont repérées respectivement BQ (banquette) ER (entrerail) et EV (entrevoie), chaque ligne de tracé réel 3, 4,5 de chaque couloir est représentative des excès de ballast au-dessus de la ligne de foi et des manques de ballast au- dessous de la ligne de foi. Pour être encore plus explicite, on pourra avantageusement utiliser deux couleurs différentes pour les parties du trait de part et d'autre de la ligne de foi. Ainsi, on voit sur le graphique de la figure 2 que dans le couloir BQ on trouvera un manque de 200 tonnes de ballast, un excès de 50 tonnes dans le couloir ER et un excès de 300 tonnes dans le couloir EV La vitesse d'acquisition des caméras CCD disponibles sur le marché permet d'effectuer un enregistrement de profil selon le procédé de l'invention à une cadence pouvant aller jusqu'à 30 km/h, ce qui permet d'envisager un enregistrement par tranches de 90 à 100 km. Avec 3333 points de mesures au km, la précision du bilan de tonnage du ballast est de l'ordre de 100 kg en plus ou en moins par km, ce qui est insignifiant. A ce stade, l'invention permet donc d'obtenir un enregistrement statistique précis des défauts du ballast sur une portion de voie donnée, avec une mesure fine et une localisation précise des manques et des excès, ce qui permet à l'entreprise exploitant la voie ferrée: - de dresser un bilan réaliste des besoins d'apport ou d'enlèvement de ballast, de préparer l'opération de régalage en identifiant avec précision les emplacements et les quantités de ballast à enlever et à déverser. Dès lors, il devient possible d'organiser le procédé de régalage de la portion de voie enregistrée en composant un train comportant des moyens de nivelage, des moyens d'enlèvement et de décharge du ballast présentant une capacité de stockage et des moyens de bourrage, ce train étant en outre équipé de moyens d'enregistrement du profil du ballast selon le même procédé que ci-dessus, de manière à procurer un document de contrôle de la bonne exécution du travail. Avantageusement, l'invention prévoit de disposer les moyens d'illumination de la voie, de prises de vues numériques et d'enregistrement des données acquises par ces prises de vues sur un véhicule ferroviaire indépendant, de sorte qu'il puisse servir indifféremment pour des missions d'enregistrement préparatoire du profil de la voie ou pour le contrôle de la qualité du régalage. Par exemple, un tel véhicule est équipé d'un portique placé à l'avant transversalement à la voie sur lequel trois automates de vision du type évoqué ci-dessus sont fixés, chacun dans une position correspondant à l'axe médian d'un des trois couloirs de mesure de manière à reconstituer une image de toute la largeur de la voie. REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'un enregistrement du profil d'une voie ferrée pour le contrôle du ballast caractérisé par les étapes suivantes: aillumination du profil de la voie en un premier point de mesure au moyen de lumière 5 cohérente, b- prise de vue du profil illuminé avec un moyen d'enregistrement numérique capable de produire jusqu'à n colonnes de valeurs sur la largeur du profil, ladite largeur de profil étant découpée en trois couloirs correspondant à la banquette, à l'entrerail et à l'entrevoie, de manière à obtenir x valeurs par couloir, c- comparaison des valeurs relevées au point de mesure avec les valeurs correspondantes du profil demandé préalablement enregistré dans une base de données,. et extraction de la mesure d'écart correspondante, d- calcul à chaque point de mesure et pour chacun des trois couloirs de la valeur moyenne de volume de ballast en excès ou en manque par intégration de la valeur moyenne des 15 mesures d'écart avec une longueur fixée arbitrairement à lcm et la largeur de chaque couloir, e- calcul du poids correspondant de ballast en excès ou en manque au point de mesure, f- mise en mémoire de la valeur moyenne des mesures d'écart par couloir et du poids de ballast correspondant, g- réitération du processus d'acquisition de valeurs selon les étapes a à f sur une 20 longueur de voie prédéfinie, h- calcul d'un bilan global par couloir des manques et des excès de ballast sur la zone mesurée, et extraction d'une valeur théorique représentative du volume de ballast à rapporter ou à enlever par couloir dans la zone mesurée, i- à partir des valeurs mises en mémoire à l'étape f, production d'un graphique 25 représentant le déroulé par couloir de l'écart moyen du profil réel par rapport profil théorique de la zone mesurée. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise un moyen d'enregistrement numérique capable de produire jusqu'à 256 colonnes de valeurs sur la largeur du profil, et en ce que l'on enregistre entre 65 et 85 valeurs par couloir. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on réalise les enregistrements du profil du ballast par portions de voie de 1 km, avec une prise de mesure tous les 30 cm. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les manques et les excès de ballast sont représentés sur le graphique par une couleur de trait distincte. 5.- Procédé de régalage de ballast caractérisé en ce que l'apport du ballast en manque et l'enlèvement du ballast en excès sur la portion de voie à régaler est programmé à partir d'un enregistrement du profil de la dite section, obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une dernière étape d'enregistrement du profil du ballast après régalage au moyen du procédé selon l'une quelconque 10 des revendications 1 à 4. 7.- Véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qu'il est muni de moyens d'illumination du profil de la voie par un faisceau de lumière cohérente, de moyens d'enregistrement numérique de prises de vues successives du profil de la voie illuminée, au cours du déplacement du véhicule le long de la voie et des moyens d'enregistrement des données acquises. 8.- Véhicule ferroviaire selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un portique placé à l'avant transversalement à la voie et sur lequel trois moyens d'illumination et de prise de vues numériques sont fixés chacun dans une position correspondant à l'axe médian d'un des trois couloirs de mesure de manière à reconstituer une image de toute la largeur de la voie.