Brevet FR2909690A1 — publié le 20080613

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour suivre sur de grandes longueurs les tassements éventuels du ballast d'une voie ferrée. Le but de l'invention est de fournir un dispositif 5 performant qui soit facile à mettre en oeuvre, facile à contrôler et facile à entretenir. Selon l'invention, on réalise dans la longueur du ballast un maillage de bandes longitudinales et de bandes transversales disposées sur les bords du ballast en sorte que 10 les bandes longitudinales soient déformées en cas d'un tassement intervenant dans la proximité des bandes et que les bandes transversales subissent une traction en cas d'un tassement dans le travers du ballast dans la proximité des bandes et on fixe sur ces bandes des jauges de contraintes en 15 sorte que les jauges réagissent aux déformations et aux tensions subies par les bandes en produisant des signaux, et on exploite ces signaux pour détecter les tassements. Dans une réalisation préférée, on met en œuvre un procédé caractérisé en ce qu'on fixe les jauges sur des 20 bandes de support portant chacune un groupe de jauges, fonctionnant en parallèle, on place ces bandes à l'extérieur du ballast, d'une part longitudinalement et de place en place de chaque côté du ballast et d'autre part transversalement au ballast et en opposition, on relie les bandes transversales 25 opposées par des barres disposées dans le ballast sous la voie ferrée, et on exploite les signaux des jauges en sorte que chaque groupe de jauges fournisse un signal commun, on dispose des accéléromètres sismiques, de place en place de chaque côté du ballast, et on exploite les signaux fournis 30 par les accéléromètres au passage des trains pour contrôler le bon fonctionnement des jauges. 2909690 2 L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Ce dispositif comprend des jauges de contraintes fixées à plusieurs sur des bandes longitudinales et transversales disposées sur les bords du ballast, des barres traversant le ballast pour relier les bandes transversales opposées, des accéléromètres sismiques répartis sur les côtés du ballast, des moyens pour traiter les signaux des jauges d'un même bande en sorte que ces jauges fournissent un signal commun et des stations réparties le long du ballast pour l'alimentation électrique des jauges et des accéléromètres, pour la réception des signaux provenant des jauges et des accéléromètres et pour la transmission de ces signaux, après traitement éventuel, à une centrale d'acquisition de données. On réalise ainsi au moyen des bandes et des barres un maillage du ballast dont la longueur de maille est choisie en fonction de la précision recherchée. Les bandes portant les jauges scellées peuvent être installées à même le sol ou dans des fouilles superficielles et recouvertes d'une couche de sol, par exemple de sable puis de ballast tandis que les barres peuvent être installées dans des tubes, par exemple en polyéthylène. En cas de détection d'un dysfonctionnement, il est très facile de changer la ou les bandes défectueuses. Le procédé et le dispositif présentent encore dans des réalisations avantageuses une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : • on fixe les jauges sur les bandes, à raison de quatre jauges par bande longitudinale de cinq mètres ; • on fixe les jauges sur des bandes, à raison de deux jauges par bande transversale ; 2909690 3 • on relie mécaniquement les bandes longitudinales et les bandes transversales ; • on répartit quatre stations de mesure dans une longueur de ballast de 900 mètres et on place six accéléromètres 5 sismiques dans cette longueur de chaque côté du ballast ; • on répartit quatre stations de mesure dans une longueur de ballast de 1300 mètres et on place neuf accéléromètres sismiques dans cette longueur de chaque 10 côté du ballast ; • on produit un signal d'avertissement et de localisation pour tout tassement détecté supérieur à un seuil prédéterminé ; • on alimente les jauges et les accéléromètres à partir de 15 deux sources d'énergie électrique indépendantes contrôlées par deux micro-contrôleurs indépendants par longueur de ballast au plus égale à 900 mètres ; • on répartit les accéléromètres sismiques à raison d'environ un accéléromètre de chaque côté du ballast 20 tous les 150 mètres de ballast ; • on place une station de mesure à chaque extrémité d'une longueur de ballast de 100 mètres, et on dispose un accéléromètre sismique de chaque côté du ballast et à chaque station ; 25 • on équipe chaque bande d'un micro-contrôleur. L'invention sera encore expliquée ci-après en référence aux figures du dessin joint sur lequel : • la figure 1 est un schéma de l'effet d'un tassement incident le long du ballast ; 2909690 4 • la figure 2 est un schéma de l'effet d'un tassement incident dans le travers du ballast ; • la figure 3 est un schéma d'une bande de support portant quatre jauges longitudinales ; 5 • la figure 4 est un schéma d'une bande de support longitudinale portant quatre jauges longitudinales croisé avec une bande de support transversale portant deux jauges transversales ; • la figure 5 est un schéma de la disposition et de 10 l'alimentation des jauges portées par des bandes dans une longueur prédéterminée de ballast ; • la figure 6 est un schéma des liaisons d'alimentation et de transmission de signal d'un ensemble de quatre jauges portées par une même bande ; 15 • la figure 7 est un schéma des liaisons d'alimentation et de transmission de signal de deux accéléromètres opposés ; • la figure 8 est un schéma d'une longueur de ballast entre deux stations, et 20 • la figure 9 est un schéma d'une station. Sur les figures . • les jauges de tension sont repérées (1), • les bandes longitudinales sur lesquelles sont fixées les jauges sont repérées (2), 25 • les bandes transversales sur lesquelles sont fixées les jauges sont repérées (3), • les accéléromètres sismiques sont repérés (4), • le ballast est repéré (5), • les stations sont repérées (6), 30 • les lignes d'alimentation sont repérées (7), 2909690 5 • les lignes de transmission de signaux sont repérées (8), • la centrale d'acquisition de données est repérée (10) • un tassement longitudinal du ballast est repéré (11), • un tassement transversal sous le ballast est repéré 5 (12). La figure 1 est un schéma expliquant comment un tassement le long du ballast (11) déforme une bande longitudinale (2) sur laquelle sont fixées des jauges (1), déflection qui est mesurée par les jauges de tension fixées à 10 la bande. La figure 2 est un schéma similaire expliquant comment un tassement dans le travers du ballast (12) déforme une bande transversale (3) sur laquelle sont fixées des jauges en la raccourcissant, créant des forces de traction qui sont 15 mesurées par les jauges. La figure 3 est un schéma d'une disposition de quatre jauges (1) sur une bande (2) de longueur 5 mètres. Dans un exemple, la bande est en aluminium, la largeur de la bande est de deux centimètres et son épaisseur de trois 20 millimètres. La sensibilité est d'un millimètre de déflection par bande de cinq mètres. Les jauges fournissent 30 microcontraintes pour un millimètre de tassement. Les bandes sont scellées et protégées. La figure 4 est un schéma d'un ensemble comprenant une 25 bande longitudinale (2) et une bande transversale (3) fixée à la bande longitudinale en son milieu. :La barre qui relie cette bande transversale à la bande transversale opposée est symbolisée par une flèche (20). La figure 5 est un schéma général d'une suite de bandes 30 longitudinales de cinq mètres échelonnées le long d'une section de ballast de chaque côté du ballast, de bandes de 2909690 6 jauges transversales elles-mêmes reliées deux à deux par des barres (20). La figure 6 est un schéma du dispositif électrique concernant les quatre jauges d'une bande longitudinale, ce 5 dispositif comprenant deux ponts de Wheatstone (15, 16) dont l'un reçoit les signaux des quatre jauges et alimente un interface (17). La figure 7 est un schéma de l'alimentation et de la transmission de signaux de deux accéléromètres (4) disposés 10 en vis-à-vis sur les deux côtés d'un tronçon du ballast (5). La figure 8 est un schéma général de l'équipement d'une section de ballast de 400 mètres entre deux stations. La figure 9 est un schéma d'une station (4) qui comporte un micro-contrôleur (18) avec mémoire locale qui reçoit les 15 signaux des bandes et qui comporte une source d'énergie (19) pour l'alimentation des bandes. Le contrôleur est relié par fibre optique à la centrale d'acquisition. L'invention n'est pas limitée aux réalisations qui ont été décrites. 20 25 30 REVENDICATIONS 1. Procédé pour suivre sur de grandes longueurs les tassements éventuels du ballast d'une voie ferrée, dans lequel on réalise dans la longueur du ballast un maillage de bandes longitudinales et de bandes transversales, disposées sur les bords du ballast en sorte que les bandes longitudinales soient déformées en cas d'un tassement intervenant dans la proximité des bandes et que les bandes transversales subissent une traction en cas dans le travers du ballast dans la proximité des bandes, on fixe sur ces bandes des jauges de contraintes en sorte que les jauges réagissent aux déformations et aux tensions subies par les bandes en produisant des signaux, et on exploite ces signaux pour détecter les tassements. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on fixe les jauges sur des bandes de support portant chacune un groupe de jauges, fonctionnant en parallèle, on place ces bandes à l'extérieur du ballast, d'une part longitudinalement et de place en place de chaque côté du ballast et d'autre part transversalement au ballast et en opposition, on relie les bandes transversales opposées par des barres disposées dans le ballast sous la voie ferrée, on exploite les signaux des jauges en sorte que chaque groupe de jauges fournisse un signal commun, et on dispose des accéléromètres sismiques de place en place de chaque côté du ballast et on exploite les signaux fournis par des accéléromètres sismiques au passage des trains pour contrôler le bon fonctionnement des jauges. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel on dispose les bandes portant les jauges et scellées à même le sol ou dans des fouilles superficielles et on les recouvre. 2909690 8 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 lequel on fixe les jauges sur des bandes longitudinales de 5 mètres à raison de 4 jauges par bande. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel 5 on fixe les jauges sur des bandes transversales à raison de 2 jauges par bande. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel on fixe chaque bande transversale à une bande longitudinale. 7. Procédé selon la revendication 2 dans lequel on répartit 10 les accéléromètres sismiques à raison d'environ un accéléromètre de chaque côté du ballast tous les 150 mètres de ballast. 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel on répartit à intervalles le long du ballast des stations de mesure, 15 chaque station de mesure alimentant les jauges, comportant un microcontrôleur avec mémoire locale, recueillant les informations des jauges et des accéléromètres et communiquant par fibre optique avec un système d'acquisition des données. 9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel on place 20 une station de mesure à chaque extrémité d'une longueur de ballast de 100 mètres, et on dispose un accéléromètre sismique de chaque côté du ballast dans cette longueur et à chaque station. 10. Procédé selon la revendication 8 dans lequel on place 25 une station de mesure à chaque extrémité d'une longueur de ballast de 400 mètres, et on répartit trois accéléromètres sismiques de chaque côté du ballast dans cette longueur. 11. Procédé selon la revendication 8 dans lequel on répartit quatre stations de mesure dans une longueur de ballast de 900 30 mètres et on place six accéléromètres sismiques de chaque côté du ballast dans cette longueur. 2909690 9 12. Procédé selon la revendication 8 dans lequel on répartit quatre stations de mesure dans une longueur de ballast de 1300 mètres et on place neuf accéléromètres sismiques de chaque côté du ballast. 5 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12 dans lequel on produit un signal d'avertissement et de localisation pour tout tassement détecté supérieur à un seuil prédéterminé. 14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13 dans 10 lequel on alimente les jauges et les accéléromètres à partir de deux sources d'énergie électrique indépendantes contrôlées par deux micro-contrôleurs indépendants par longueur de ballast au plus égal à 400 mètres. 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14 dans 15 lequel on fixe les jauges sur des bandes et on compare les informations fournies par les jauges fixées à une même bande et les mesures données par les accéléromètres au passage des trains pour valider l'état de fonctionnement des capteurs. 16. Dispositif pour la mise en œuvre d'un procédé selon 20 l'une des revendications 1 à 15, qui comprend des jauges de contraintes (1), fixées à plusieurs sur des bandes longitudinales et transversales (2,3) disposées sur les bords du ballast, des barres de traction (20) pour relier deux à deux les bandes transversales et des accéléromètres sismiques 25 répartis sur les côtés du ballast, et des stations (6) réparties le long du ballast pour l'alimentation électrique des jauges et des accéléromètres, pour la réception des signaux provenant des jauges et des accéléromètres et pour la transmission de ces signaux, après traitement éventuel, à une 30 centrale d'acquisition de données.