Brevet FR3111609A1 — publié le 20211224

La présente invention concerne un support de rails de voie ferrée, le support comprenant au moins une partie en béton présentant des emplacements destinés à supporter les rails, le support s'étendant selon une direction principale, selon laquelle sont répartis les différents emplacements, le support comprenant au moins un accéléromètre préférentiellement noyé dans le béton formant une partie du support, l'accéléromètre étant propre à mesurer une déformation du support et présentant une direction de mesure de l'accélération. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 DÉTECTION DE L'ACCÉLÉRATION DES TRAVERSES DE CHEMIN DE FER DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne les supports de rails de voies ferrées destinées à la circulation de véhicules, notamment de trains, des métros ou de tramways. L'invention se rapporte plus précisément à un support en béton comprenant des instruments de mesure. ETAT DE LA TECHNIQUE Les supports de rails pour voie ferrée sont des éléments placés sous les rails, afin de fournir à ceux-ci un support adapté aux contraintes auxquelles les rails sont soumis. Les supports de rails permettent également de maintenir l'écartement des rails tout en répartissant les charges sur l'assise de ces supports, par exemple un ballast ou une dalle en béton. Les supports peuvent être des traverses ou des supports pour appareil de voie au niveau des aiguillages. Les supports de rails de voies ferrées doivent avoir une durée de vie très longue, de l'ordre de plusieurs décennies, malgré les multiples contraintes auxquelles ils sont soumis. Ces contraintes proviennent notamment du passage de charges sur les rails supportés par les supports, d'autant plus importantes que la vitesse du matériel roulant est élevée ou que le matériel roulant présente un défaut. En outre, les supports de rails doivent être résistants aux aléas climatiques résultant de leur disposition généralement en extérieur. Notamment, un train qui circule avec un défaut de roue va engendrer des surcharges dynamiques importantes qui vont dégrader l’infrastructure (ballast, géométrie de la voie). Un matériel roulant présentant ou un plusieurs plat(s) de roue va dégrader le rail ce qui par la suite dégradera les autres matériels roulants passant sur ce même rail. De ce fait, la conception des supports de rails est aujourd'hui plus basée sur le retour d'expérience que sur la connaissance fine des sollicitations auxquelles ces supports de rails sont soumis en voie. Le document EP 2 602 169 décrit un support de rails en béton, comprenant un capteur extensométrique à fibre optique, noyé dans le béton du support, permettant de mesurer l’état su support. Toutefois, ce type de capteur ne permet pas de distinguer avec précision la présence de défaut sur les matériels roulants, comme par exemple un défaut de roue, ce qui peut être désirable compte-tenu de la répartition des supports sur l’ensemble du parc de voies ferrées. Un but de l’invention est de proposer un support de rails de voie ferrée permettant de distinguer au moins certains des défauts d’un matériel roulant. Un autre but de l'invention est de déterminer un état de la voie ferrée, notamment de la partie de la voie ferrée sur laquelle repose le support. Ces buts sont atteints, au moins en partie, grâce à un support de rails de voie ferrée, le support comprenant au moins une partie en béton présentant des emplacements destinés à supporter les rails, le support s'étendant selon une direction principale, selon laquelle sont répartis les différents emplacements, le support comprenant au moins un accéléromètre, préférentiellement noyé dans le béton formant une partie du support, l'accéléromètre étant propre à mesurer une accélération d’au moins une partie du support et présentant une direction de mesure de l'accélération. Le système peut avantageusement comprendre les caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en l’une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles : - l'accéléromètre est configuré pour mesurer une vibration du support, la vibration du support présentant une fréquence comprise entre 0 Hz exclu et 100000 Hz inclus, préférentiellement entre 0 Hz exclu et 10000 Hz inclus. - l'accéléromètre est un accéléromètre piézo-électrique, - le support présente une épaisseur, et l'accéléromètre est agencé de sorte que la direction de mesure est orientée perpendiculairement à la direction principale du support et suivant l'épaisseur du support, - l'accéléromètre est agencé de sorte que la direction de mesure soit parallèle à la direction principale, - l’accéléromètre est agencé de sorte que la direction de mesure soit normale à la direction principale et normale à la direction selon laquelle l’épaisseur du support s’étend, - l'accéléromètre comprend une borne d'alimentation électrique de l'accéléromètre, et est configuré pour moduler la tension électrique à la borne par une valeur représentative d'une accélération, - deux accéléromètres sont agencés en regard de chacun des emplacements, l'un des accéléromètres étant agencé de sorte à présenter une direction de mesure parallèle à la direction principale, et l'autre accéléromètre étant agencé de sorte à présenter une direction de mesure suivant l'épaisseur du support et normale à la direction principale, - au moins deux accéléromètres sont agencés entre deux emplacements, l'un des accéléromètres étant agencé de sorte à présenter une direction de mesure parallèle à la direction principale, et l'autre accéléromètre étant agencé de sorte à présenter une direction de mesure suivant l'épaisseur du support et normale à la direction principale, Un autre aspect de l'invention est une traverse de chemin de fer comprenant un support conforme à l'invention. Un autre aspect de l'invention est un système de mesure comprenant une pluralité de supports en béton, chaque support en béton étant conforme à l'invention, le système comprenant en outre des moyens de connexion reliant les accéléromètres à une unité de contrôle configurée pour surveiller le trafic ferroviaire à partir des données émises par chacun des accéléromètres. Un autre aspect de l'invention est un procédé de mesure de l’accélération d’au moins une partie d'un support, le support étant support conforme à l'invention. Avantageusement, le procédé conforme à l'invention est un procédé de surveillance d’un trafic ferroviaire dans lequel on mesure l'accélération d'une partie du support au moyen d'un accéléromètre agencé en regard d'un emplacement configuré pour recevoir un rail. Avantageusement, le procédé conforme à l'invention est un procédé de détermination de l'état d'une voie ferrée, dans lequel on mesure l'accélération d'une partie d'un support en béton au moyen d'un accéléromètre agencé entre les emplacements, et dans lequel, préférentiellement, on détermine l’évolution de l’état de compactage d’un ballast à partir de la mesure de l’accélération. DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : la illustre schématiquement une coupe d'un support de rails conforme à l'invention formant une traverse monobloc, la illustre schématiquement une coupe d'un support de rails conforme à l'invention formant une traverse monobloc, la illustre schématiquement une coupe d'un support de rails conforme à l'invention formant une traverse monobloc, la illustre schématiquement un support de rails en béton selon l'invention formant une traverse bi-bloc, la illustre schématiquement un support de rails en béton selon l'invention formant une traverse bi-bloc, la illustre schématiquement un support de rails en béton selon l'invention formant un support pour appareil de voie, la illustre schématiquement un support de rails en béton selon l'invention formant un support pour appareil de voie, la est un schéma en coupe d'une partie d'un support de rails conforme à l'invention, dans lequel au moins deux accéléromètres sont noyés dans le béton du support et agencés de part et d'autre d'un axe correspondant à l'axe de l'âme d'un rail que le support est destiné à supporter. Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Architecture générale du support 1 En référence aux figures 1, 2 et 3, un support 1 comprend au moins une partie en béton qui présente des emplacements 7 destinés à supporter les rails 2. L'emplacement 7 peut être un enfoncement, et/ou un guide, dont la forme est adaptée à recevoir et à maintenir un rail 2. L'emplacement 7 peut également être une partie de la surface formée par le béton, sur laquelle peut reposer le rail 2. Le support 1 s'étend selon une direction principale 4. la direction principale 4 est transverse, ou normale, à la direction selon laquelle s'étendent les rails 2 lorsqu'ils sont posés sur le support 1. La direction principale 4 définit la longueur du support 1. Une deuxième direction 11, perpendiculaire à la direction principale 4, permet de définir l'épaisseur du support. Le support 1 est configuré pour que la deuxième direction 11 soit verticale lorsque le support 1 repose sur la voie. Ainsi, le support 1 comprend au moins une face supérieure, sur laquelle sont répartis les différents emplacements 7 selon la direction principale 4. L'emplacement 7 est généralement munis d'un système d'attache pour maintenir le rail sur l'emplacement. Le support 1 comprend au moins un accéléromètre 3. Le ou les accéléromètres 3 peuvent être noyés dans le béton formant une ou plusieurs parties du support 1. De par un agencement noyé dans le béton, l'accéléromètre 3 n’est pas soumis à l'environnement extérieur. De plus, un contact direct est assuré entre l'accéléromètre 3 et le reste de la structure en béton, sans matériau d’interface entre les deux, ce qui permet de suivre avec précision et sans interférence les déplacements du support 1. De plus, le ou les accéléromètres 3 sont invisibles pour la maintenance de la voie ferrée ce qui permet de mettre en œuvre un bourrage du ballast, une dépose ou une pose de rails plus facilement qu'avec les systèmes connus de l'art antérieur. En variante ou en combinaison, l’accéléromètre 3 peut être monté fixe sur une paroi du support 1. Il est alors possible de démonter le ou les accéléromètre(s) 3 du support pour mettre en œuvre un bourrage du ballast, une dépose ou une pose de rails. Accéléromètre 3 L'accéléromètre 3 est configuré pour mesurer une accélération, et préférentiellement une vibration du support 1. L'accéléromètre 3 peut présenter une seule direction de mesure 5 de l'accélération. En variante, l’accéléromètre peut être configuré pour mesurer l'accélération selon plusieurs directions, par exemple deux ou trois. L'accéléromètre 3 peut être configuré pour mesurer une vibration du support 1 présentant une fréquence comprise entre 0 Hz exclu et 100000 Hz inclus, notamment entre 0 Hz exclus et 10000 Hz inclus, et préférentiellement entre 0 Hz exclus et 2500 Hz inclus. Ainsi, il est possible d'obtenir des informations, suite à la mesure de la vibration du support 1, permettant de caractériser le type de véhicules circulant sur la voie. En effet, l'utilisation des capteurs de l'art antérieur était destinée à mesurer une déformation d’au moins une partie du support 1, dans un objectif de surveillance du support. Dans la présente invention, la largeur du spectre de fréquences mesurables, en particulier entre 500 Hz et 20000 Hz, permet, entre autres, d'obtenir des informations sur l’état du matériel roulant et de discriminer différents véhicules circulant sur la voie de chemin de fer. L'accéléromètre 3 peut-être un accéléromètre 3 piézoélectrique. En particulier, l'accéléromètre 3 peut comprendre une ou plusieurs plaques fabriquées en matériau piézoélectrique. Ainsi, l'accéléromètre 3 présente une robustesse et une simplicité de fabrication avantageuse au regard d'autres structures d'accéléromètre plus fragiles. Sa structure est particulièrement adaptée aux contraintes imposées par l'environnement extérieur. L'accéléromètre 3 peut également comprendre des bornes permettant d'alimenter en tension et en courant électrique l'accéléromètre 3. L'accéléromètre 3 est préférentiellement configuré pour moduler la tension électrique à l'une des deux bornes ou entre les deux bornes par une valeur représentative de l'accélération subie par l'accéléromètre 3. Ainsi, il est possible de réduire le nombre de connexions filaires à noyer dans le béton et donc simplifier la structure du support 1. Agencement du ou des accéléromètres 3 dans le support 1 L'accéléromètre 3 peut être agencé de sorte que la direction de mesure 5 est orientée perpendiculairement à la direction principale du support 1 et suivant l'épaisseur du support 1, et de sorte que la direction de mesure 5 soit verticale lorsque le support 1 repose sur la voie. Cet agencement est particulièrement avantageux pour mesurer l’accélération du support 1 selon la deuxième direction 11. L'accéléromètre 3 peut être également agencé de sorte que la direction de mesure 5 soit parallèle à la direction principale 4. Cet agencement est particulièrement avantageux pour évaluer les sollicitations transversales de la voie selon la direction principale 4. En référence aux figures 1, 2 et 3, le support 1 peut être une traverse monobloc. En référence à la , l'accéléromètre 3 peut être agencé en regard d'un emplacement 7 dans le béton. La distance entre l'accéléromètre 3 et l'emplacement 7 est préférentiellement inférieure à l’épaisseur du support 1, notamment inférieure à 25 cm, notamment inférieure à 10 cm. Ainsi, il est possible de déterminer la charge appliquée par un véhicule sur le support 1 au passage du véhicule. Il est également ainsi possible de déterminer des défauts présents sur une ou des roues du véhicule. En référence à la , l'accéléromètre 3 peut être agencé entre deux emplacements 7. L'accéléromètre 3 peut-être préférentiellement agencé à mi-longueur du support 1, à une distance égale de chacun des deux emplacements 7. Ainsi, il est possible de déterminer un état de la voie ferrée. En particulier, cette mesure peut permettre de déterminer une évolution d’un état de compactage du ballast, disposé en dessous du support 1. En référence à la , deux accéléromètres 3 peuvent être agencés en regard de chacun des emplacements 7, l'un des accéléromètres étant agencé de sorte à présenter une direction de mesure 5 parallèle à la direction principale 4, et l'autre accéléromètre 3 étant agencé de sorte à présenter une direction de mesure 5 suivant l'épaisseur du support 1 et normale à la direction principale 4, c'est-à-dire suivant la deuxième direction 11. En particulier, un agencement d’un accéléromètre 3 propre à mesurer l’accélération dans une direction parallèle à la direction principale 4 du support 1 permet de mesurer les sollicitations transversales de la voie. De plus, un agencement d’un accéléromètre 3 propre à mesurer l’accélération dans une direction parallèle à la direction dans laquelle s’étend l’épaisseur du support 1 permet de déterminer la charge appliquée par un véhicule sur le support 1 au passage du véhicule. Il est également ainsi possible de déterminer des défauts présents sur une ou des roues du véhicule. En référence à la , deux accéléromètres 3 peuvent être agencés entre deux emplacements 7, l'un des accéléromètres 3 étant agencé de sorte à présenter une direction de mesure 5 parallèle à la direction principale 4, et l'autre accéléromètre 3 étant agencé de sorte à présenter une direction de mesure 5 suivant l'épaisseur du support 1 et normale à la direction principale 4. En référence à la , un aspect de l’invention est système 8 de mesure, comprenant une pluralité de supports 1 en béton, le système 8 comprenant en outre des moyens de connexion 6 reliant les accéléromètres 3 à une unité de contrôle 9 configurée pour déterminer des informations représentatives du matériel roulant et l’état de compactage du ballast à partir des données émises par chacun des accéléromètres 3. Les moyens de connexion peuvent être préférentiellement filaires. De par la simplicité d’implémentation et par le bas coût des accéléromètres 3, le système 8 permet de suivre en temps réel le vieillissement des infrastructures, et de planifier et d’améliorer les opérations de maintenance. Il permet en outre de détecter et d’identifier le matériel roulant, de par la précision des mesures transmises à l’unité de contrôle 9 par chaque accéléromètre 3. Enfin, il est possible de détecter des défauts sur le matériel roulant. Cette détection de défauts peut être mise en œuvre en comparant les vibrations entraînées sur le support 1 aux vibrations générées par un véhicule de référence sans défaut. En référence aux figures 4 et 5, le support 1 peut être une traverse bi-blocs comprenant deux blocs de béton, chacun des blocs présentant au moins un emplacement 7. En référence à la , les accéléromètres 3 peuvent être agencés de sorte à présenter une direction de mesure 5 parallèle à la direction principale 4. En référence à la , les accéléromètres 3 peuvent être agencés de sorte à présenter une direction de mesure 5 normale à la direction principale 4, suivant l'épaisseur de la traverse, verticale lorsque le support 1 est monté sur la voie. En référence aux figures 6 et 7, le support 1 peut être un support pour appareil de voie. Une pluralité d'accéléromètres 3 peut être préférentiellement noyés dans le béton formant le support pour appareils de voie, selon les agencements décrits précédemment. La est un schéma en coupe d'une partie d'un support 1 de rails selon un mode de réalisation de l'invention, dans lequel au moins deux accéléromètres 3 préférentiellement noyés dans le béton du support 1 sont localisés de part et d'autre d'un axe correspondant à l'axe de l'âme d'un rail que le support est destiné à supporter. Chacun des accélérateurs 3 est préférentiellement agencé de sorte que la direction de mesure 5 de l’accélérateur est orientée perpendiculairement à la direction principale 4 du support 1 et suivant l'épaisseur du support 1. Ainsi, la disposition des accéléromètres 3 de chaque côté de l'axe 9 correspondant à l'axe de l'âme du rail 2 permet de mesurer les effets du déversement du rail 2. Un autre aspect de l’invention est un procédé de mesure d’une accélération d’un support 1, dans lequel l’accélération est mesurée au moyen d’un accéléromètre 3, préférentiellement noyé dans le béton du support 1. Les accéléromètres 3 peuvent être agencés dans les blocs de béton comme décrits précédemment. Ainsi, un tel procédé peut permettre de mesurer la charge d’un véhicule sur rail, préférentiellement quand les accéléromètres sont disposés en regard des emplacements 7. Il permet également de surveiller un trafic ferroviaire. Un tel procédé peut également permettre de déterminer l'état d'une voie ferrée. Le procédé comprend alors préférentiellement une étape dans laquelle on détermine l’évolution de l’état de compactage d’un ballast à partir de la mesure de l’accélération. Support (1) de rails (2) de voie ferrée, le support (1) comprenant au moins une partie en béton présentant des emplacements (7) destinés à supporter les rails (2), le support (1) s'étendant selon une direction principale (4), selon laquelle sont répartis les différents emplacements (7), caractérisé en ce que : le support (1) comprend au moins un accéléromètre (3), préférentiellement noyé dans le béton formant une partie du support (1), l'accéléromètre (3) étant propre à mesurer une accélération d’au moins une partie du support (1) et présentant une direction de mesure (5) de l'accélération. Support (1) selon la revendication 1, dans lequel l'accéléromètre (3) est configuré pour mesurer une vibration du support (1), la vibration du support (1) présentant une fréquence comprise entre 0 Hz exclu et 100000 Hz inclus, préférentiellement entre 0 Hz exclu et 10000 Hz inclus. Support (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'accéléromètre est un accéléromètre piézo-électrique. Support (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le support présente une épaisseur, et dans lequel l'accéléromètre (3) est agencé de sorte que la direction de mesure (5) est orientée perpendiculairement à la direction principale du support et suivant l'épaisseur du support (1). Support (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'accéléromètre (3) est agencé de sorte que la direction de mesure (5) soit parallèle à la direction principale (4). Support (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'accéléromètre (3) comprend une borne d'alimentation électrique de l'accéléromètre (3), et est configuré pour moduler la tension électrique à la borne par une valeur représentative d'une accélération. Support (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel deux accéléromètres (3) sont agencés en regard de chacun des emplacements (7), l'un des accéléromètres (3) étant agencé de sorte à présenter une direction de mesure parallèle à la direction principale, et l'autre accéléromètre (3) étant agencé de sorte à présenter une direction de mesure suivant l'épaisseur du support (1) et normale à la direction principale (4). Support (1) selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel au moins deux accéléromètres (3) sont agencés entre deux emplacements (7), l'un des accéléromètres (3) étant agencé de sorte à présenter une direction de mesure (5) parallèle à la direction principale (4), et l'autre accéléromètre (3) étant agencé de sorte à présenter une direction de mesure (5) suivant l'épaisseur du support (1) et normale à la direction principale (4). Traverses de chemin de fer comprenant un support (1) conforme à l'une des revendications 1 à 8. Système (8) de mesure comprenant une pluralité de supports (1) en béton, chaque support (1) en béton étant conforme à l'une des revendications 1 à 8, le système (8) comprenant en outre des moyens de connexion (6) reliant les accéléromètres (3) à une unité de contrôle (9) configurée pour surveiller le trafic ferroviaire à partir des données émises par chacun des accéléromètres (3). Procédé de mesure de l’accélération d’au moins une partie d'un support (1), le support (1) étant conforme à l'une des revendications 1 à 8, dans lequel l’accélération est mesurée au moyen de l’accéléromètre (3). Procédé selon la revendication 11, de surveillance d’un trafic ferroviaire, dans lequel on mesure l'accélération d'une partie d'un support (1) au moyen d'un accéléromètre (3) agencé en regard d'un emplacement (7) configuré pour recevoir un rail (2). Procédé selon la revendication 11, de mesure de l'état d'une voie ferrée, dans lequel on mesure l'accélération d'une partie d'un support en béton au moyen d'un accéléromètre (3) agencé entre les emplacements (7), et dans lequel, préférentiellement, on détermine l’évolution de l’état de compactage d’un ballast à partir de la mesure de l’accélération.