Brevet FR2976890A1 — publié le 20121228

i Capot pour toiture d'un véhicule ferroviaire adapté aux communications radioélectriques et véhicule ferroviaire correspondant La présente invention concerne un capot pour toiture d'un véhicule ferroviaire. Elle concerne également le véhicule ferroviaire correspondant. L'invention s'intéresse plus particulièrement au domaine du transport ferroviaire, notamment au domaine des trains à grande vitesse dits TGV. Ces trains sont utilisés pour le transport de voyageurs sur des trajets généralement longs, de l'ordre de quelques heures. Il est donc intéressant pour les passagers de disposer d'une connexion à haut débit vers un réseau de télécommunications durant le trajet, afin de bénéficier des différents services du réseau, tels que l'accès à la messagerie électronique, la consultation de sites web, etc. On connaît actuellement des TGV équipés d'une telle connexion haut-débit. Pour cela, une antenne satellite est montée sur la toiture du train pour assurer une liaison de transmission d'informations avec un satellite de télécommunications. Cette antenne satellite est placée dans un couvercle protecteur, dit radôme, au dessus d'une voiture du train, située généralement au milieu de la rame. Afin de permettre des communications large-bande, l'antenne satellite a des dimensions importantes, dépassant en général un mètre de large et 40 à 50 centimètres de hauteur. Malheureusement, l'intégration de ce type d'équipement ne peut pas être envisagée pour certains trains en raison de contraintes réglementaires limitant le gabarit de la toiture, un tel radôme dépassant très nettement ce gabarit en débordant de la toiture de la rame. A titre d'exemple, il est actuellement impossible de prévoir le montage d'un radôme sur la toiture d'un train à deux niveaux, connu sous le nom de TGV Duplex. En effet, la toiture de ce train se trouve déjà à un niveau de hauteur très proche du niveau de hauteur maximum imposé par la réglementation. La présente invention vise à améliorer la situation. A cet effet, l'invention concerne d'abord un capot pour toiture d'un véhicule ferroviaire ayant une face extérieure présentant un rayon de courbure selon la direction de déplacement du véhicule, ledit capot comprenant un dessus, deux côtés inclinés par rapport au dessus, deux flancs latéraux et un dessous, les flancs et le dessous étant ouverts, ledit capot étant apte à être fixé à la toiture du véhicule pour former une surface continue avec ladite toiture, caractérisé en ce qu'au moins une partie du dessus et/ou au moins une partie des deux côtés est fabriquée en un matériau transparent aux ondes électromagnétiques d'une plage de fréquences supérieures à 2 GHz et en ce que le capot délimite, dans un prolongement défini par les deux côtés, un logement apte à recevoir une antenne de transmission desdites ondes. Grâce à l'intégration de l'antenne dans le capot de la toiture, le gabarit du véhicule n'est pas modifié. Il est ainsi possible de connecter des trains ayant une hauteur élevée à un réseau de télécommunications, notamment de type satellite. Il est remarquable, selon l'invention, qu'une partie au moins du capot est fabriquée en un matériau transparent aux ondes électromagnétiques. Cette partie, couvrant la zone de transmission (c'est-à-dire émission et/ou réception) de l'antenne, laisse traverser les ondes électromagnétiques transmises (c'est à dire émises et/ou reçues) par l'antenne sans significativement les atténuer. De préférence, le véhicule ferroviaire, notamment une motrice, comprend une portion de toiture inclinée et une portion de toiture plate selon la direction de déplacement du véhicule. Le capot s'étend au moins en partie dans la portion inclinée, le rayon de courbure de sa face extérieure s'inscrivant dans la toiture. Avantageusement, les deux côtés sont fabriqués avec le même matériau que le dessus. Il est ainsi possible de fabriquer le capot comme une pièce monobloc à partir d'un seul moule. Selon une première réalisation, le capot présente une face intérieure homogène, c'est-à-dire ne présentant aucun renfort. Cela permet d'éviter toute perturbation des ondes électromagnétiques transmises par l'antenne. Selon une deuxième réalisation, le capot comprend, sur une partie périphérique de sa face intérieure, un renfort. Ce renfort est, de préférence, une portion du dessus orthogonale au sens de déplacement du véhicule et positionnée en dehors de la zone de transmission de l'antenne. Il permet de rigidifier la structure du capot tout en minimisant le risque de perturbation des ondes électromagnétiques. Avantageusement, la transparence du matériau correspond à une atténuation des ondes de la plage de fréquences déterminée inférieure à 1 dB pour un angle d'arrivée desdites ondes inférieur à 70° par rapport à la normale du capot. Avantageusement, la plage de fréquences comprend des fréquences comprises entre 10 et 15 GHz et/ou des fréquences comprises entre 18 et 31 1 o GHz. Cette plage de fréquences comprend ainsi les fréquences de la bande Ku et/ou de la bande Ka, qui sont les bandes de fréquences utilisées pour les télécommunications par satellite. De préférence, le matériau est un composite à matrice thermodurcissable. 15 Ce choix permet de respecter à la fois les contraintes ferroviaires et les contraintes de transmission radiofréquence. A titre d'exemple, ce matériau est un composite de fibre de verre avec une résine thermodurcissable. La fibre de verre peut être remplacée par de la fibre de Kevlar ou de la fibre de carbone. 20 Avantageusement, le capot a une épaisseur comprise entre 4 mm et 12 mm. Selon un exemple de réalisation, le matériau du capot comprend un tissu de verre E type satin 4/4 et une résine époxyde, l'épaisseur du capot étant égale à 6 mm L'invention concerne également un véhicule ferroviaire comprenant une 25 toiture munie d'un capot ayant une face extérieure présentant un rayon de courbure selon la direction de déplacement du véhicule, ledit capot formant une surface continue avec la toiture, caractérisé en ce qu'au moins une partie du capot est fabriquée en un matériau transparent aux ondes électromagnétiques d'une plage de fréquences supérieures à 2 GHz et en ce que le capot délimite, 30 dans son prolongement, un logement apte à recevoir une antenne de transmission desdites ondes. Avantageusement, le véhicule ferroviaire comprend l'antenne et un support d'antenne disposés dans le logement, ledit support comprenant au moins un écran de protection électromagnétique. L'écran de protection forme ainsi un bouclier contre les perturbations électromagnétiques susceptibles d'affecter la transmission des ondes électromagnétiques par l'antenne. Avantageusement, l'antenne est une antenne satellite, de préférence à profil bas. Une antenne à profil bas, par exemple une antenne plate, présente une hauteur réduite facilitant ainsi son montage dans le capot. De préférence, le véhicule ferroviaire constitue la motrice d'un train, notamment à grande vitesse, dépassant 250 km/h. Cette grande vitesse engendre d'importantes sollicitations aérodynamiques du capot, ces sollicitations étant maximales lors d'un croisement d'un autre véhicule en tunnel. Le capot de l'invention permet, grâce notamment au choix de son matériau, de résister à ces sollicitations. Avantageusement, la motrice comprend une portion de toiture inclinée et une portion de toiture plate selon la direction de déplacement de la motrice, et le capot s'étend au moins en partie dans la portion inclinée, le rayon de courbure de sa face extérieure s'inscrivant dans la toiture. De préférence, le capot présente un bord orienté vers un nez de la motrice, ledit capot étant installé sur la motrice de sorte que la distance entre ce bord et ce nez soit comprise entre 4,5 m et 5 m. Des exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits de façon plus précise, mais non limitative, en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma représentant un véhicule ferroviaire comprenant un capot selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de dessous d'un capot selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est un schéma illustrant le montage d'une antenne dans le capot de la figure 2 selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue de dessus d'un support d'antenne selon un mode de réalisation de l'invention avant le montage du capot ; et - la figure 5 est une vue de dessous du support d'antenne de la figure 4 après le montage du capot. La figure 1 représente un véhicule ferroviaire 2 selon un mode de réalisation de l'invention. Selon ce mode de réalisation, le véhicule 2 est une motrice d'un train à grande vitesse. Ce train est notamment un train de transport de passagers à deux niveaux, par exemple un TGV Duplex. La motrice 2 comprend deux bogies moteurs 4, 6 sur lesquels est articulé un châssis 8. L'extrémité de la motrice 2 est réservée à une cabine de pilotage 10 pour le conducteur disposée en partie au-dessus du bogie moteur 4. La cabine 10 comprend une surface vitrée 12 par laquelle le conducteur observe la voie. Une ouïe d'aération 14 est prévue sur le châssis 8. La toiture de la motrice 2 comprend des capots 20, 22, 24, 26 démontables sur toute la longueur pour permettre la mise en place et le retrait de différents appareillages nécessaires au fonctionnement du train. Lorsqu'ils sont montés, les capots 20, 22, 24, 26 forment une surface continue avec le reste de la toiture de la motrice 2. Les capots 22, 24 et 26 s'étendent dans une portion de toiture plate et le capot 20 s'étend en partie dans une portion de toiture inclinée par rapport à un axe horizontal. La face extérieure du capot 20 présente, à cet effet, un rayon de courbure s'inscrivant dans la toiture. Le capot 22, dit lanterneau, sert de conduit d'évacuation bilatérale de groupes de ventilation 28 de rhéostats de blocs moteurs de la motrice 2. Le capot 24 permet de couvrir au moins l'un des appareillages comprenant un disjoncteur, un parafoudre monophasé, un sectionneur de mise à la masse, un transformateur de palpage, un commutateur mono-continu, un parafoudre continu, une entrée de courant 25 kV et une capacité HF. Le capot 20 remplit essentiellement une fonction de couvercle. De manière remarquable, selon l'invention, le capot 20 délimite un logement de réception d'une antenne 30, notamment une antenne satellite assurant une liaison de transmission d'informations avec un satellite de télécommunications dans une plage de fréquences déterminée, par exemple de la bande Ka et/ou de la bande Ku. Le capot 20 présente un bord 32 orienté vers un nez 34 de la motrice 2. La distance d entre ce bord 32 et le nez 34 est, de préférence, comprise entre 4,5 m et 5 m. La structure du capot 20 sera maintenant décrite de manière plus détaillée en référence à la figure 2. Le capot 20, représenté en vue de dessous sur la figure 2, comprend un dessus 40 et deux côtés 42, 44 notamment perpendiculaires au dessus. Le capot 20 présente ainsi une structure de coque dont les flancs et le dessous sont ouverts. Le dessus 40 et les côtés 42, 44 sont fabriqués en un matériau transparent aux ondes électromagnétiques dans la plage de fréquences déterminée. Ce matériau est notamment un composite à matrice thermodurcissable comme, par exemple, un composite de fibre de verre avec une résine thermodurcissable. Selon un exemple de réalisation, le matériau du capot comprend un tissu de verre E type satin 4/4 et une résine époxyde, l'épaisseur du capot étant égale à 6 mm. La résine époxyde peut être remplacée par une résine polyster. La face intérieure 46 du capot 20, est homogène dans sa partie centrale limitée par la zone de transmission 48 de l'antenne 30 visible sur la figure 3. Un renfort 50 est prévu en périphérie de la face intérieure, en dehors de la zone de transmission 48 de l'antenne 30, pour rigidifier la structure du capot 20. Le renfort 50 est orthogonal au sens de déplacement de la motrice 2. A titre d'exemple, le renfort 50 a une épaisseur comprise entre 20 mm et 40 mm et une largeur comprise entre 10 cm et 30 cm. La distance d' entre l'extrémité du renfort et le bord 32 du capot est comprise entre 15 cm et 30 cm pour une longueur 1 du capot 20 comprise entre 170 cm et 220 cm. Le capot 20 est monté ici sur un cadre 52 comprenant deux flancs latéraux 54, 56. Un support d'antenne 58 est fixé sur le cadre 52. Ainsi que cela apparaît sur la figure 3, l'antenne 30 est fixée sur le support d'antenne 58 dans le logement délimité par le capot 20. Cette antenne 30 est une antenne satellite, ayant un profil bas. Elle est ici plate, par exemple de forme circulaire, afin de faciliter son intégration dans le capot 20. Les figures 4 et 5 représentent le support d'antenne 58 respectivement en vue de dessus et en vue de dessous. Le support d'antenne 58 comprend un cadre central 60 et deux arceaux latéraux 62, 64. Le cadre central 60 est, de préférence, démontable afin de permettre la réalisation des opérations de maintenance en toiture de la motrice 2. Des assemblages boulonnés 66 (figure 2) assurent la fixation du cadre central 60 aux 1 o arceaux latéraux 62, 64. De préférence, l'antenne 50 est fixée sur le cadre central 60 par l'intermédiaire d'un plateau, non représenté, fourni avec l'antenne 30. La hauteur du plateau est de préférence réglable, par exemple de plus ou mois 10 mm, par calage. 15 Les arceaux latéraux 62, 64 sont fixés au cadre 52 à l'aide d'inserts 68 comprenant, par exemple, des vis et des rondelles. De manière remarquable, le support d'antenne 58 comprend également un écran de protection électromagnétique central 70, deux écrans de protection électromagnétique latéraux 72, 74 et un écran de protection électromagnétique 20 avant 76. Les écrans 70, 72, 74, 76 servent de bouclier contre les perturbations électromagnétiques, provenant de sources internes à la motrice, susceptibles d'affecter la transmission. L'écran central 70 est avantageusement fixé au cadre central 60, en 25 dessous dudit cadre 60. Les écrans latéraux 72, 74 sont fixés au cadre central 60 à l'aide d'inserts 78 comprenant, par exemple, des rondelles et des vis. 30 REVENDICATIONS1. Capot (20) pour toiture d'un véhicule ferroviaire (2) ayant une face extérieure présentant un rayon de courbure selon la direction de déplacement du véhicule, ledit capot (20) comprenant un dessus (40), deux côtés (42,44) inclinés par rapport au dessus (40), deux flancs latéraux et un dessous, les flancs et le dessous étant ouverts, ledit capot (20) étant apte à être fixé à la toiture du véhicule (2) pour former une surface continue avec ladite toiture, caractérisé en ce qu'au moins une partie du dessus (40) et/ou au moins une partie des deux 1 o côtés (42,44) est fabriquée en un matériau transparent aux ondes électromagnétiques d'une plage de fréquences supérieures à 2 GHz et en ce que le capot (20) délimite, dans un prolongement défini par les deux côtés (42,44), un logement apte à recevoir une antenne (30) de transmission desdites ondes. 15 2. Capot selon la revendication 1, dans lequel les deux côtés (42, 44) sont fabriqués avec le même matériau que le dessus (40). 3. Capot selon la revendication 1 ou 2, présentant une face intérieure (46) homogène. 4. Capot selon la revendication 1 ou 2, comprenant, sur une partie périphérique de sa face intérieure, un renfort (50). 5. Capot selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la 25 transparence du matériau correspond à une atténuation des ondes de la plage de fréquences inférieure à 1 dB pour un angle d'arrivée desdites ondes inférieur à 70° par rapport à la normale du capot (20). 6. Capot selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la 30 plage de fréquences comprend des fréquences comprises entre 10 et 15 GHz et/ou des fréquences comprises entre 18 et 31 GHz. 7. Capot selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau est un composite à matrice thermodurcissable. 8. Capot selon l'une quelconque des revendications précédentes, ayant une épaisseur comprise entre 4 mm et 12 mm. 20 35 9. Véhicule ferroviaire (2) comprenant une toiture munie d'un capot (20) ayant une face extérieure présentant un rayon de courbure selon la direction de déplacement du véhicule, ledit capot (20) formant une surface continue avec la toiture, caractérisé en ce qu'au moins une partie du capot (20) est fabriquée en un matériau transparent aux ondes électromagnétiques d'une plage de fréquences supérieures à 2 GHz et en ce que le capot (20) délimite, dans son prolongement, un logement apte à recevoir une antenne (30) de transmission desdites ondes. 10. Véhicule ferroviaire selon la revendication 9, comprenant l'antenne (30) et un support d'antenne (58) disposés dans le logement, ledit support (58) comprenant au moins un écran de protection électromagnétique (70, 72, 74, 76). 11. Véhicule ferroviaire selon la revendication 9 ou 10, dans lequel l'antenne (30) est une antenne satellite, de préférence à profil bas. 12. Véhicule ferroviaire selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, constituant la motrice (2) d'un train, notamment à grande vitesse. 13. Véhicule ferroviaire selon la revendication 12, dans lequel la motrice (2) comprend une portion de toiture inclinée et une portion de toiture plate selon la direction de déplacement de la motrice (2), et dans lequel le capot (20) s'étend au moins en partie dans la portion inclinée. 14. Véhicule ferroviaire selon la revendication 12 ou 13, dans lequel le capot (20) présente un bord (32) orienté vers un nez (34) de la motrice (2), ledit capot (20) étant installé sur la motrice (2) de sorte que la distance entre ce bord (32) et ce nez (34) soit comprise entre 4,5 m et 5 m. 25 30