Brevet FR2883891A1 — publié le 20061006

La présente invention concerne un procédé d'optimisation de la substitution de rails de chemin de fer anciens par des rails de chemin de fer neufs. Elle convient tout particulièrement au renouvellement des voies de chemin de fer et du ballast, et notamment à la prise en compte des écarts de température entre les rails anciens et les rails neufs lors de la substitution des rails anciens par des rails neufs, ainsi que lors du dégarnissage des déblais et remise en voie du bon ballast après l'opération de substitution. D'une façon générale, on sait qu'un chantier de renouvellement de voie ferrée et de ballast se réalise avec des équipements lourds tels des trains dits de "travaux" de 750 mètres de longueur, des engins autonomes, des locotracteurs, ainsi qu'un effectif important en charge d'opérations complexes. Par ailleurs, les contraintes d'exploitation des voies ferrées imposent de ne pas perturber durablement le trafic ferroviaire, de s'adapter au mieux au trafic saisonnier et de profiter des conditions climatiques saisonnières locales. D'une manière plus précise, le chantier travaille sur interception avec voie contiguë circulée; ce qui signifie qu'en dehors des heures effectives d'intervention, les trains commerciaux roulent sur la voie renouvelée et que durant ces mêmes heures d'intervention, d'autres trains circulent sur la voie contiguë. 2883891 2 On sait par ailleurs que l'organisation de tels chantiers doit pouvoir évoluer afin d'intégrer de nouvelles réglementations, concernant l'environnement et la sécurité notamment; elle doit pouvoir répondre à de nouvelles exigences en matière de productivité ; elle doit prendre en compte enfin de nouvelles données techniques, par exemple concernant les vitesses de ralentissement plus élevées, le renouvellement partiel de matériaux, etc. La réponse technique actuelle consiste à : mettre en place les rails neufs sur les têtes de traverses, transformer les longs rails soudés en barre de 54 mètres environ, - préparer le chantier de dégarnissage, - dégarnir le ballast avec criblage des déblais et remise en voie du bon ballast, -écarter les rails neufs des têtes de traverses, consolider les traverses anciennes par un ballastage complémentaire et un bourrage mécanique, raccorder les anciens rails cassés, préparer le chantier de substitution en raccordant les 2 ou 3 premières barres neuves de 400 mètres et en évacuant le ballast aux points de 20 raccord, substituer les rails anciens en les écartant par les rails neufs, - mettre en place les rails neufs et les solidariser sur leurs attaches, décharger le ballast, effectuer un bourrage mécanique, ramasser les rails anciens, effectuer un relevage mécanique, un régalage, une stabilisation et un soufflage, libérer les contraintes dans les rails neufs selon la procédure classique de libération, effectuer les finitions manuelles. 2883891 3 Cette démarche, consistant essentiellement à effectuer l'opération de dégarnissage préalablement à l'opération de substitution, n'est pas entièrement satisfaisante pour la raisons suivante: l'opération de dégarnissage, permettant la remise en état du ballast, nécessite le tronçonnage des anciens rails et la consolidation des traverses préalablement à l'opération de substitution. Néanmoins, si l'opération de substitution est effectuée préalablement à l'opération de dégarnissage, il est indispensable de prendre des précautions dans le cas où l'écart de température entre les rails neufs au moment de la substitution et leur température au moment du dégarnissage est important; en effet, la voie risque d'être détériorée en présence des contraintes exercées par les écarts de température. A ce titre, une recommandation officielle préconise d'effectuer ces opérations de nuit durant les périodes estivales et de souder les rails neufs avant la reddition de la voie. L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients. Elle propose donc un procédé d'optimisation de la substitution de rails de chemin de fer anciens par des rails de chemin de fer neufs en effectuant l'opération de substitution préalablement à l'opération de dégarnissage du ballast, lequel procédé fait intervenir un chauffage ou un refroidissement des rails neufs de manière à réduire l'écart de température entre les rails neufs et les rails anciens substitués lors de l'opération de substitution, ou un refroidissement des rails neufs si la température desdits rails neufs est supérieure à 45 C, et lequel procédé fait intervenir un chauffage ou un refroidissement des rails neufs posés de manière à réduire l'écart de température entre les rails neufs lors de l'opération de substitution et les mêmes rails lors de l'opération de dégarnissage du ballast. 2883891 4 Avantageusement, les opérations de chauffage ou de refroidissement des rails neufs, lors des phases de substitution et de dégarnissage, permettront de réduire les écarts de températures correspondants à des valeurs inférieures à +/- 20 C, et de préférence inférieures à +/- 15 C. Avantageusement, la température des rails neufs lors des opérations de substitution et de dégarnissage, sera aussi proche que possible de la température de référence, à savoir 25 C. Bien entendu, lors des phases de substitution et de dégarnissage, les températures correspondantes des rails neufs seront enregistrées puis contrôlées après traitement thermique. Avantageusement, les opérations de substitution et de dégarnissage pourront 15 être effectuées de jour. Bien entendu, les paramètres du traitement thermique à effectuer sur les rails neufs, c'est-à-dire l'élévation ou la diminution de température à obtenir, l'instant de démarrage du traitement thermique, la zone à traiter et la durée correspondante du traitement thermique, pourront être programmés en fonction de la connaissance des températures des rails au moment des opérations de substitution et de dégarnissage ainsi qu'en fonction de la tendance climatologique du moment sur les lieux des travaux. Ainsi, le procédé selon l'invention permettra de limiter les contraintes mécaniques dans les rails de chemin de fer lors de la substitution des rails anciens par les rails neufs, et lors du dégarnissage du ballast inhérent à sa remise en état. Ces différentes opérations, effectuées préférentiellement de jour, autoriseront la reddition de la voie à la circulation dans de bonnes conditions de fiabilité. 2883891 -5- Un mode d'exécution sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence à l'unique dessin représentant l'organigramme chronologique des différentes étapes de substitution de rails de chemin de fer anciens par des rails de chemin de fer neufs. Dans l'exemple représenté sur l'unique figure, la réponse technique proposée selon l'invention consiste à : bloc 1: mesure de l'évolution de la température, c'est-à-dire tenir un graphique d'évolution des températures du rail au cours de la journée 10 de travail précédant celle du début des travaux, bloc 2: préparation du chantier de substitution, bloc 3: mesure de la température amont pour substitution, c'est-à-dire mesurer la température des rails en continu en amont de la zone de substitution des rails, bloc 4: comparaison pour substitution, c'est-àdire comparer la température mesurée (bloc 3) à la température la plus éloignée de la journée précédente (bloc 1), si la température absolue est supérieure ou égale à + 45 C (bloc 5) : effectuer la substitution avec refroidissement jusqu'à ce que l'écart soit 20 inférieur ou égal à 30 C (bloc 8), si la température absolue est inférieure à + 45 C (bloc 5) et si l'écart est inférieur à 30 C (bloc 6) : effectuer la substitution (bloc 10), si la température absolue est inférieure à + 45 C (bloc 5) et si l'écart est supérieur à 30 C (bloc 6) et positif (bloc 7) : effectuer la substitution avec refroidissement jusqu'à ce que l'écart soit inférieur ou égal à 30 C (bloc 8), si la température absolue est inférieure à + 45 C (bloc 5) et si l'écart est supérieur à 30 C (bloc 6) et négatif (bloc 7) : effectuer la substitution avec réchauffage jusqu'à ce que l'écart soit inférieur ou égal à 30 C (bloc 9), 2883891 -6- bloc 11: mesure température pour dégarnissage, c'est-à-dire mesurer la température des rails au moment du dégarnissage afin d'autoriser la circulation normale des trains à la fin des travaux, bloc 12: préparation du dégarnissage, bloc 13: mesure de la température en amont pour dégarnissage, c'est-à-dire mesurer la température des rails en continu en amont de la zone de dégarnissage du ballast, bloc 14: comparaison pour dégarnissage, c'est-à-dire comparer la température mesurée (bloc 13) à la température mesurée au même endroit lors de la substitution (bloc 3), si l'écart est supérieur à 20 C (bloc 15), et si l'écart est positif (bloc 16), effectuer le dégarnissage avec refroidissement jusqu'à ce que l'écart soit inférieur ou égal à 20 C (bloc 17), si l'écart est supérieur à 20 C (bloc 15), et si l'écart est négatif (bloc 16), effectuer le dégarnissage avec réchauffage jusqu'à ce que l'écart soit inférieur ou égal à 20 C (bloc 18), si l'écart est inférieur à 20 C (bloc 15), effectuer le dégarnissage (bloc 19), bloc 20: mesure température avant reddition, c'est-à-dire mesurer la température des rails au moment du dégarnissage afin d'autoriser la circulation normale des trains à la fin des travaux. En métropole, la température des rails varie entre -10 C et + 60 C, autour d'une valeur moyenne de 25 C; cette valeur de 25 C constitue la valeur de référence. Dans un même lieu et durant un poste de travail de 7 heures, l'écart de température est généralement faible mais essentiellement variable selon la saison; par ailleurs, étant donné que les opérations de dégarnissage du ballast et de pose des rails neufs ne s'effectuent pas le même jour à la même heure, les écarts de température peuvent être néanmoins significatifs. 2883891 -7- Différentes solutions existent pour refroidir ou réchauffer les rails de chemin de fer; la solution la plus communément utilisée, consiste à déverser au travers de buses de l'eau chaude ou de l'eau froide, selon la nature du traitement thermique à effectuer, en se déplaçant le long de la voie. Expérimentalement, la quantité d'eau à déverser sur le rail est de 15 m3 pour modifier la température du rail de 10 C sur la longueur traitée quotidiennement, sachant que l'écart de température entre l'eau et le rail est de 25 C, pour une vitesse de déplacement de 200 m/h à 400 m/h. Ainsi, les inconvénients du dégarnissage du ballast avant substitution, à savoir le tronçonnage supplémentaire des rails anciens, la consolidation des traverses ayant subit un dégarnissage, la circulation commerciale sur une voie dégradée composée de traverses fragiles, seront supprimés. Le procédé selon l'invention permettra de limiter les contraintes mécaniques dans les rails de chemin de fer lors de la substitution des rails anciens par les rails neufs, et lors du dégarnissage du ballast inhérent à sa remise en état. Ces différentes opérations, effectuées préférentiellement de jour, autoriseront la reddition de la voie à la circulation dans de bonnes conditions de fiabilité, et permettront de répondre aux nouvelles exigences en matière de productivité. Revendications 1. Procédé d'optimisation de la substitution de rails de chemin de fer anciens par des rails de chemin de fer neufs, l'opération de substitution (bloc 5 8) étant réalisée préalablement à l'opération de dégarnissage (bloc 15) du ballast, caractérisé en ce qu'il comprend: un chauffage (bloc 7) ou un refroidissement (bloc 6) desdits rails neufs de manière à réduire l'écart de température entre lesdits rails neufs et lesdits rails anciens substitués lors de ladite opération de substitution (bloc 8), ou - un refroidissement desdits rails neufs si la température desdits rails neufs est supérieure à 45 C, et - un chauffage (bloc 14) ou un refroidissement (bloc 13) desdits rails neufs posés de manière à réduire l'écart de température entre lesdits rails neufs lors de ladite opération de substitution (bloc 8) et les mêmes dits rails neufs lors de ladite opération de dégarnissage (bloc 15) du ballast. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les 20 étapes suivantes: mesure de l'évolution de la température (bloc 1), c'est-à-dire réalisation d'un graphique d'évolution des températures du rail au cours de la journée de travail précédant celle du début des travaux, préparation du chantier de substitution (bloc 2), mesure de la température amont pour substitution (bloc 3), c'est-à-dire mesure de la température des rails en continu en amont de la zone de substitution des rails, comparaison pour substitution (bloc 4), c'est-à-dire comparaison de la température mesurée (bloc 3) à la température la plus éloignée de la 30 journée précédente (bloc 1), 2883891 9 si la température absolue est supérieure ou égale à + 45 C (bloc 5) : effectuer l'opération de substitution avec refroidissement jusqu'à ce que l'écart soit inférieur ou égal à 30 C (bloc 8), si la température absolue est inférieure à + 45 C (bloc 5) et si l'écart est inférieur à 30 C (bloc 6) : effectuer l'opération de substitution (bloc 10), si la température absolue est inférieure à + 45 C (bloc 5) et si l'écart est supérieur à 30 C (bloc 6) et positif (bloc 7) : effectuer l'opération de substitution avec refroidissement jusqu'à ce que l'écart soit inférieur ou égal à 30 C (bloc 8), si la température absolue est inférieure à + 45 C (bloc 5) et si l'écart est supérieur à 30 C (bloc 6) et négatif (bloc 7) : effectuer l'opération de substitution avec réchauffage jusqu'à ce que l'écart soit inférieur ou égal à 30 C (bloc 9), mesure de la température pour dégarnissage (bloc 11), c'est-à-dire mesure de la température des rails au moment du dégarnissage afin d'autoriser la circulation normale des trains à la fin des travaux, préparation du dégarnissage (bloc 12), mesure de la température en amont pour dégarnissage (bloc 13), c'est- à- dire mesure de la température des rails en continu en amont de la zone de dégarnissage du ballast, comparaison pour dégarnissage (bloc 14), c'est-à- dire comparaison de la température mesurée (bloc 13) à la température mesurée au même endroit lors de l'opération de substitution (bloc 3), si l'écart est supérieur à 20 C (bloc 15), et si l'écart est positif (bloc 16), réalisation de l'opération de dégarnissage avec refroidissement jusqu'à ce que l'écart soit inférieur ou égal à 20 C (bloc 17), si l'écart est supérieur à 20 C (bloc 15), et si l'écart est négatif (bloc 16), réalisation de l'opération de dégarnissage avec réchauffage jusqu'à ce que l'écart soit inférieur ou égal à 20 C (bloc 18), 2883891 - 10 - si l'écart est inférieur à 20 C (bloc 15), réalisation de l'opération de dégarnissage (bloc 19), mesure température avant reddition (bloc 20), c'est-à-dire mesure de la température des rails au moment du dégarnissage afin d'autoriser la circulation normale des trains à la fin des travaux. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites opérations de réchauffage (bloc 9, bloc 18) ou de refroidissement (bloc 8, bloc 17) desdits rails neufs lors desdites opérations de substitution et de dégarnissage permettent de réduire les écarts de températures correspondants à des valeurs inférieures à +/- 20 C, et de préférence inférieures à +/- 15 C. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température des rails neufs lors desdites opérations de substitution et de dégarnissage, est 15 proche de la température de référence, à savoir 25 C. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors desdites opérations de substitution et de dégarnissage, les températures correspondantes des rails neufs sont enregistrées puis contrôlées après traitement thermique. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élévation ou la diminution de température à obtenir, l'instant de démarrage du traitement thermique, la zone à traiter et la durée correspondante du traitement thermique, sont programmés en fonction de la connaissance des températures des rails au moment desdites opérations de substitution et de dégarnissage ainsi qu'en fonction de la tendance climatologique du moment sur les lieux des travaux. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites opérations de substitution et de dégarnissage sont effectuées de jour.