Brevet FR3020073A1 — publié le 20151023

L'invention se rapporte à un procédé de renouvellement de voies ferrées et à un dispositif pour sa mise en oeuvre. Plus précisément, l'invention concerne un perfectionnement aux procédés mis en oeuvre en continu pour la maintenance et/ou le renouvellement des voies de chemin de fer. EXPOSÉ DE L'INVENTION La conduite des chantiers de renouvellement des voies ferrées est généralement assurée au moyen de trains spéciaux dits de « travaux » pour remplacer, en totalité ou en partie, des rails anciens ou usés, avec ou sans changement des traverses. La dépose de l'ancien rail est effectuée immédiatement avant l'installation des tronçons du nouveau rail (sur les anciennes ou les nouvelles traverses) dont les longueurs peuvent atteindre plusieurs centaines de mètres. Toutefois, la fixation définitive du nouveau rail sur les traverses au moyen des attaches nécessite la prise en compte des inévitables et futures modifications dimensionnelles du rail et, en particulier, de son allongement par dilatation ou de sa rétractation du fait des nombreux et importants changements de température intervenant au cours du temps. C'est la raison pour laquelle, dans la pratique, on procède à la fixation du rail en ayant préalablement ajusté sa température pour la stabiliser à une valeur prédéterminée en un point de réglage primaire situé en amont et à proximité de sa zone de fixation sur les traverses. Plus précisément, cette température dite de « pré-libération » ou de « libération » est une température communément admise comme valeur moyenne dans la plage de température habituelle et prévisible selon le climat de la région où la voie est à 25 renouveler. Ces températures de « libération » du rail peuvent résulter soit d'un chauffage, soit d'un refroidissement, par rapport à la température ambiante règnant sur le chantier au moment de la fixation des nouveaux rails. La température de « pré-libération » résulte de l'approche vers la température précise de consigne et correspond donc généralement à une plage voisine de la température de « libération ». Cette opération de « pré-libération » ou de « libération » du rail permet d'anticiper sa dilatation ou sa contraction, quelle que soit la température ambiante sur le chantier, et de limiter ainsi les risques de déjettement ou de rupture ultérieur du rail,. L'apport calorifique permettant d'atteindre et de maintenir cette température est obtenu, par exemple, par des moyens d'induction assurant localement le chauffage en continu du rail, à proximité et en amont du poste de fixation où sont positionnés des moyens complémentaires de contrôle et de régulation de la température éventuellement couplés aux moyens de chauffage. Un tel procédé de renouvellement et les équipements associés, en particulier, des moyens de chauffage du rail sont déjà décrits, notamment, dans le WO 2007/118977 qui est cité ici à titre d'arrière-plan technologique. Cependant, bien que le rail métallique soit capable d'assurer en lui-même une bonne conduction thermique entre la source de chaleur et le poste de fixation où la température est mesurée et ajustée en surface, il est nécessaire de garantir de façon fiable que la température au coeur du rail et, en particulier, au centre du champignon ou du patin, corresponde bien aussi de façon homogène à la température de « pré- libération » ou de « libération ». Dans cet objectif, des essais ont été réalisés en laboratoire en plaçant des capteurs au sein de la matière (acier) du rail. Les résultats de ces essais permettent, avec une fiabilité suffisante, un calcul du temps nécessaire pour obtenir, en fonction de la chaleur ou du refroidissement apporté, une température homogène de la section totale du rail dans une plage de valeurs dite de « pré-libération » ou maintenue à la valeur précise de « libération » au moment de la fixation du rail. En outre, du fait de l'encombrement des équipements et de la taille des wagons du train de « travaux », la distance entre la position du poste de chauffage et le poste de fixation (10 à 20 m) est suffisamment longue pour que les pertes calorifiques soient significatives et/ou que l'environnement ou des facteurs collatéraux viennent influencer défavorablement la température de consigne du rail au moment de sa fixation. C'est notamment le cas lorsque le train de « travaux » est à l'arrêt ou avance au ralenti ou bien encore lorsque sur le chantier surviennent des évènements environnementaux (précipitations telles que pluie, neige, présence de vent,...) susceptibles d'influencer la température du rail. Dans ces conditions, du fait que la température du nouveau rail peut varier, sa longueur se trouve alors sensiblement modifiée au moment de sa fixation définitive sur la traverse. En conséquence et de façon dommageable, ces facteurs sont susceptibles d'entraîner, par la suite, des écarts de tension interne et non maîtrisés du rail qui peuvent se révéler gravement préjudiciables à la fiabilité et à la sécurité de la voie, une fois le rail solidarisé aux traverses. De surcroît, certains trains de « travaux » sont incapables de reculer pour faire corriger, par les moyens de réglage primaire, une divergence de température réelle et de consigne, par exemple, suite à un arrêt imprévu du train. Ces trains de « travaux » sont donc censés régler ou maintenir la température de consigne en travail continu directement et immédiatement avant le moment de la fixation du nouveau rail. L'invention vise à remédier à ces problèmes techniques en assurant un comportement thermodynamique contrôlé du rail et un réglage plus précis de sa température au point de fixation sur les traverses. Ce but est atteint au moyen d'un procédé caractérisé en ce qu'on contrôle le comportement thermodynamique du tronçon intercalaire du nouveau rail situé entre le point de réglage primaire de sa température et la zone de fixation de telle sorte que la température du nouveau rail soit homogène dans sa section à une valeur consignée au point de fixation. Selon une première variante avantageuse, on contrôle thermodynamiquement le tronçon intercalaire en l'isolant thermiquement de l'environnement extérieur. De préférence, on isole le tronçon intercalaire au moyen d'au moins un tunnel calorifugé. Selon une variante spécifique, le réglage primaire de la température est effectué en maintenant une température supérieure à la valeur de consigne. Selon une autre variante, on effectue un traitement thermique complémentaire le long du tronçon intercalaire pour compenser les interactions thermiques environnementales. Selon une caractéristique avantageuse, on mesure en continu la température du tronçon intercalaire sur toute ou partie de sa longueur au moyen d'au moins un capteur couplé à un calculateur agissant sur le réglage primaire et/ou sur le traitement thermique complémentaire. Selon une variante spécifique, le traitement thermique complémentaire est réalisé au moyen d'un fluide (gaz ou liquide) thermodynamique. Selon une caractéristique avantageuse de cette variante, le fluide thermodynamique est envoyé sous pression au contact du rail, par exemple, en le projetant sur ses faces latérales. Selon une autre caractéristique avantageuse de cette variante, le fluide thermodynamique est un fluide caloporteur projeté sur ses faces du rail. Selon encore une autre variante du procédé, le traitement thermique complémentaire est réalisé au moyen d'une flamme venant en contact avec le tronçon intercalaire du rail. Selon encore une autre variante, le traitement thermique complémentaire est réalisé au moyen d'au moins un système à induction ou bien encore, par combinaison d'au moins deux des variantes susmentionnées. De préférence, on assure le réglage primaire de la température du tronçon intercalaire par chauffage au moyen d'au moins un système à induction. Un autre objet de l'invention est un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus. Selon une caractéristique avantageuse, ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend un système de contrôle et de gestion de l'énergie thermodynamique du tronçon intercalaire du nouveau rail situé entre lesdits moyens de réglage primaire et la zone de fixation, ledit système étant destiné à homogénéiser la température du nouveau rail à une valeur de consigne au point de fixation. Selon une autre caractéristique, le système de contrôle et de gestion comprend des moyens de traitement thermique complémentaire le long dudit tronçon pour compenser les interactions environnementales extérieures. Selon une première variante, le système comprend au moins un capteur de température disposé sur le tronçon intercalaire, qui est couplé à un calculateur agissant sur le moyen de réglage primaire et/ou sur les moyens de traitement thermique complémentaire. De préférence, le système de contrôle et de gestion comprend trois capteurs de température disposés, respectivement, au niveau du moyen de réglage primaire, le long du tronçon et au niveau de la zone de fixation. Selon une autre variante, les moyens de traitement thermique complémentaire du tronçon intercalaire comprennent au moins un tunnel calorifugé. Selon encore une autre variante du dispositif, les moyens de traitement thermique complémentaire du tronçon comprennent un organe de chauffage fonctionnant selon un ou plusieurs des modes choisis parmi le chauffage par induction, le chauffage par fluide caloporteur ou le chauffage par contact avec une flamme. Selon une variante alternative, les moyens de traitement thermique complémentaire du tronçon comprennent un organe de refroidissement. Grâce aux différentes variantes du procédé de l'invention, il est possible de perfectionner le renouvellement de la voie ferrée par un positionnement plus fiable des nouveaux rails et une fixation ad hoc sur les traverses tout en améliorant la préparation et l'adaptation de la voie aux potentielles variations dimensionnelles des rails en fonction de l'évolution de l'environnement et, en particulier, des différentes conditions climatiques et/ou météorologiques. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées et détaillées ci-après. La figure 1A représente une vue schématique d'un chantier de renouvellement de voie ferrée selon l'art antérieur. La figure 1B représente une vue schématique de détail du chantier de la figure 1A. La figure 2 représente une vue schématique d'un chantier de renouvellement de voie ferrée selon un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention. Les figures 3A, 3B et 3C représentent des vues schématiques de détail de différentes variantes de réalisation du dispositif utilisé pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. La figure 4 représente une vue schématique en coupe d'une variante du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. La figure 5 est un schéma synoptique d'un mode de contrôle thermodynamique du rail selon le procédé de l'invention. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE REALISATION Naturellement, les modes de réalisation illustrés par les figures présentées ci-dessus ne sont donnés qu'à titre d'exemples non limitatif. Il est explicitement prévu que l'on puisse combiner entre eux ces différents modes et variantes pour en proposer d'autres. La figure 1A représente une vue globale d'un chantier traditionnel de renouvellement de voie de chemin de fer dans lesquels on procède, au moyen d'un train de travaux T (représenté partiellement), respectivement, à la dépose des anciens rails A (secteur avant) et à la pose des nouveaux rails B sur les traverses H (secteur arrière). Pour des raisons de clarté, on a supposé ici que les traverses H et le ballast (non visible sur les figures) ne sont pas remplacés. Le nouveau rail B est posé puis fixé progressivement sur les traverses H au fur et à mesure de l'avancée du train, comme illustré par la figure 1. Les wagons avant W1, W2 roulent toujours sur l'ancien rail A tandis que les wagons arrière W3 roulent sur le nouveau rail B. Le wagon central de transport WT assurant le remplacement des rails comprend, de manière traditionnelle, des moyens mécaniques de soulèvement et d'appui des rails et présente un châssis surélevé sans contact de roulement avec la voie (figure 1). Afin d'éviter ou de limiter les risques d'interruptions ou de rupture de la voie susceptibles d'être provoquées par les variations dimensionnelles des rails sous l'effet de conditions climatiques ou météorologiques plus sévères, il est prévu, de manière traditionnelle, de procéder à la fixation définitive des nouveaux rails sur les traverses en portant ces profilés métalliques à une température moyenne dite de « pré-libération » ou de « libération » qui conduit à un allongement ou à une rétractation déterminé du rail. Plus précisément, ces opérations ont but d'anticiper et de simuler les comportements mécaniques du matériau constitutif du rail en fonction des variations de température qui peuvent survenir lors de sa durée de vie. Dans ce but, le tronçon de nouveau rail est soumis, préalablement à sa pose, à un réglage primaire de la température de ce tronçon à une valeur de consigne T1 en un point C situé en amont et à proximité de sa zone de fixation F sur une ou plusieurs traverses H. Ce réglage peut consister en un chauffage ou en un refroidissement local du métal initialement à la température TO, car la période d'intervention sur le chantier est choisie, de préférence, à un moment où la température ambiante est inférieure ou, respectivement, supérieure à la température consignée dite de « pré-libération » ou de « libération ». Lorsqu'il s'agit d'effectuer un apport calorifique, celui-ci est réalisé grâce à des moyens de chauffage constitués, par exemple, d'une source thermique ou d'un système à induction travaillant en amont du tronçon R de rail B sur les traverses H (voir figure 1B). Cet apport thermique au rail B est transmis, par conduction dans le métal, jusqu'à la zone de fixation F du rail B. Inversement, si le réglage thermique du rail peut nécessite son refroidissement local, on utilisera des moyens de climatisation ou d'aération adaptés. La rétractation ou l'allongement ultérieur du rail dû, respectivement, à son éventuel refroidissement ou échauffement après immobilisation définitive (en fonction de la température ambiante) est ensuite géré en appliquant les normes de montage et en respectant d'éventuels jeux imposés par la réglementation en vigueur. Comme illustré par la figure 1B, le tronçon du rail B situé entre le poste C de réglage thermique primaire (chauffage ou de refroidissement) et le poste de fixation F, se trouve, en général, à l'air libre et est donc sujet à des interactions avec l'environnement climatique qui sont susceptibles de conduire à des variations dimensionnelles du rail avant même sa fixation définitive sur les traverses H. Pour résoudre ce problème, le procédé de l'invention prévoit d'effectuer un traitement thermique complémentaire CC en vue de corriger ou de maintenir la température du rail B sur ce tronçon intercalaire R à une valeur de température consignée homogène Tf (température dite de « pré-libération » ou de « libération »), quelle que soit la longueur de ce tronçon et les facteurs d'influence extérieurs. Dans ce but, le procédé est susceptible d'être mis en oeuvre selon différentes variantes de traitement passif, consistant à isoler thermiquement ce tronçon et/ou de traitement actif, consistant à compenser les pertes ou les échauffements thermiques naturels aussi bien que ceux provoqués par des agents extérieurs (vent, pluie, soleil, La figure 2 illustre un premier mode passif de mise en oeuvre du procédé de l'invention dans lequel le tronçon R de rail B, pré-chauffé à la température T1 par les moyens d'induction C, est ensuite introduit dans au moins un tunnel calorifugé D qui le protège et l'isole thermiquement de l'extérieur. Dans ce tunnel qui se prolonge, de façon continue ou discontinue, jusqu'à la zone de fixation F, la température du rail B reste stable autour d'une valeur très proche de la température de pré-libération ou de libération Tf. Les figures 3A à 3B illustrent des variantes actives de mise en oeuvre du procédé dans lesquelles on apporte au rail B une quantité supplémentaire d'énergie calorifique ou frigorifique destinée à compenser les pertes thermiques sur la longueur du tronçon R. Cette modification thermodynamique (apport ou réduction calorifique) permet au rail B de conserver ainsi une température égale ou très proche de la température Tf de pré-libération ou de libération jusqu'à la zone F. Le réglage primaire C de la température est effectué en apportant une température supérieure ou inférieure à la valeur de consigne Tf pour compenser le temps qui passe entre l'apport thermodynamique et la fixation F du rail. Dans le cas d'un complément d'énergie calorifique, celui-ci est délivré par des moyens de chauffage CC identiques ou analogues aux moyens de chauffage primaires C disposés en amont. Les moyens CC permettent ainsi de maintenir ou de corriger la température du tronçon intercalaire R du nouveau rail B avant la zone de fixation F. Selon l'invention, il est possible de combiner ces variantes avec celle de la figure 2 en prévoyant de disposer les moyens de chauffage complémentaires CC à l'intérieur du tunnel calorifugé D. Selon une variante de mise en oeuvre du procédé de l'invention illustré par la figure 4, on effectue le chauffage complémentaire CC par injection d'un fluide caloporteur S (gaz ou liquide) envoyé sous pression au contact du rail B et, de préférence, projeté sur ses faces latérales. Inversement, dans le cas où un refroidissement du rail B est nécessaire, le tunnel D pourra être équipé de moyens de ventilation et/ou de moyens frigorifiques ou de climatisation (pompe à chaleur, ...). Une autre variante, non représentée, pourrait consister à faire passer le tronçon R de 5 rail dans un conduit étanche contenant un liquide ou un gaz à température constante ou bien un fluide dont la température agit sur celle du rail dans le sens recherché (en refroidissement ou en échauffement). Selon encore une autre variante non représentée, il est possible de placer des brûleurs à proximité du rail, soit à l'air libre, soit à l'intérieur d'une enceinte fermée 10 ou semi-ouverte dans laquelle le tronçon intercalaire R est chauffé en translation en étant au contact des flammes. Un mode de mise en oeuvre préférentiel du procédé de l'invention consiste à mesurer en continu la température Ti du tronçon intercalaire sur toute ou partie de sa longueur en vue de contrôler son comportement thermodynamique et de le porter à 15 une température de libération Tf prédéterminée au point de fixation F du rail. A cette fin et comme illustré par la figure 5, le procédé est mis en oeuvre en utilisant, notamment, un système G de contrôle et de gestion de l'énergie thermodynamique. Le système G comprend au moins un capteur et, ici, trois capteurs disposés sur le tronçon intercalaire R, qui sont couplés à un calculateur E (et/ou un 20 microprocesseur) agissant sur le moyen de réglage primaire C et/ou sur les moyens de traitement thermique complémentaire CC, qu'ils soient passifs ou actifs. Ainsi, toute variation par rapport à la valeur de température de consigne Tf pourra être détectée et corrigée sur le tronçon intercalaire R du rail avant la zone de fixation F. 25 Dans la variante représentée sur la figure 5, il est prévu de disposer un premier capteur en amont du moyen de réglage primaire C pour mesurer la température initiale TO du nouveau rail B, un second capteur intermédiaire pour mesurer la température Ti le long du tronçon R et un troisième capteur pour mesurer et confirmer la température Tf de libération au point de fixation F. Le cas échéant, le système de gestion de l'énergie G comprendra également un capteur ou un tachymètre placé au-delà de la zone de fixation F pour déterminer la vitesse d'avance du train. Cette vitesse sera gérée et/ou commandée par le calculateur pour mieux contrôler l'homogénéisation de la température le long du tronçon R. L'ensemble des mesures effectuées par les différents capteurs est enregistré dans la mémoire du calculateur E et vient enrichir les informations contenues dans une base de données gérée par l'opérateur. Comme illustré par la figure 5, il est possible, selon le procédé de l'invention, de mettre en oeuvre le contrôle thermodynamique du tronçon R conjointement et simultanément pour les deux rails B parallèles de la même voie. REVENDICATIONS1. Procédé de renouvellement de voies ferrées comprenant, notamment, la dépose de l'ancien rail (A), la pose du nouveau rail (B) et le réglage primaire de la température (T1) de ce nouveau rail en un point (C) situé en amont et à proximité de sa zone de fixation (F) sur une traverse (H), caractérisé en ce qu'on contrôle le comportement thermodynamique du tronçon intercalaire (R) du nouveau rail (B) situé entre le point (C) de réglage primaire de sa température et la zone de fixation (F) de telle sorte que la température du nouveau rail (B) soit homogène dans sa section à une valeur consignée (Tf) au point de fixation (F). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on contrôle thermodynamiquement ledit tronçon intercalaire (R) en l'isolant thermiquement de l'environnement extérieur. 3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on isole thermiquement ledit tronçon au moyen d'au moins un tunnel calorifugé (D). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réglage primaire (C) de la température est effectué en maintenant une température supérieure à la valeur de consigne (Tf). 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on effectue un traitement thermique complémentaire (CC) le long dudit tronçon intercalaire pour compenser les interactions thermiques environnementales. 6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on mesure en continu la température du tronçon intercalaire sur toute ou partie de sa longueur au moyen d'au moins un capteur couplé à un calculateur agissant sur le réglage primaire (C) et/ou sur le traitement thermique complémentaire ( CC). 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit traitement thermique (CC) est réalisé au moyen d'un fluide thermodynamique (S). 8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le fluide thermodynamique est envoyé sous pression au contact du rail (B). 9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le fluide thermodynamique (S) est un fluide caloporteur projeté sur les faces du rail (B).10. 11. 12. 15 13. 14. 20 15. 25 16. 30 17. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit traitement thermique complémentaire (CC) est réalisé au moyen d'une flamme venant en contact avec ledit tronçon intercalaire du rail. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on assure le réglage primaire (C) de la température du tronçon intercalaire par chauffage au moyen d'au moins un système à induction. Dispositif pour le renouvellement de voies ferrées comprenant des moyens (C) de réglage primaire de la température (T1) du nouveau rail (B) disposés en amont et à proximité de sa zone de fixation (F) sur une traverse (H), caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un système de contrôle et de gestion (G) de l'énergie thermodynamique du tronçon intercalaire (R) du nouveau rail (B) situé entre lesdits moyens (C) de réglage primaire et la zone de fixation (F), ledit système (G) étant destiné à homogénéiser la température du nouveau rail (B) à une valeur de consigne (Tf) au point de fixation (F). Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit système (G) comprend des moyens de traitement thermique complémentaire (CC) le long dudit tronçon (R) pour compenser les interactions environnementales extérieures. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit système (G) comprend au moins un capteur de température disposé sur le tronçon intercalaire (R), qui est couplé à un calculateur (E) agissant sur le moyen de réglage primaire (C) et/ou sur les moyens de traitement thermique complémentaire (CC). Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit système (G) comprend trois capteurs de température disposés, respectivement, au niveau du moyen de réglage primaire (C), le long du tronçon (R) et au niveau de la zone de fixation (F). Dispositif selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement thermique complémentaire (CC) du tronçon (R) comprennent au moins un tunnel calorifugé (D). Dispositif selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement thermique complémentaire (CC) du tronçon (R)comprennent un organe de chauffage fonctionnant selon un ou plusieurs des modes choisis parmi le chauffage par induction, le chauffage par fluide caloporteur ou le chauffage par contact avec une flamme. 18. Dispositif selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement thermique complémentaire (CC) du tronçon (R) comprennent un organe de refroidissement.