+ 2022 OPTIMRAIL – Optimisation tribologique et métallurgique des rails et roues

description de la recherche

Dans un contexte de sobriété énergétique et de réduction des émissions de CO₂, le renouvellement optimisé des rails pour minimiser la consommation d’acier primo-sourcé est un enjeu majeur de la filière ferroviaire. Oscillant entre curative d’urgence et surdimensionnée, cette maintenance ne pourra devenir véritablement prédictive qu’en se basant sur des lois de comportement réalistes, ce qui n’est pas le cas pour un précurseur majeur des défauts : la phase blanche.

Le projet OPTIMRAIL a pour but d’établir une loi de comportement reliant précisément les sollicitations tribologiques aux mécanismes de formation des phases blanches, il s’articule autour de 3 principes :

- Comprendre finement leurs mécanismes d’apparition,

- Quantifier les effets des paramètres tribologiques sur leur évolution,

- Modéliser leur mécanisme de formation grâce à une loi de comportement construite sur des essais réalistes.

Pour cela, le LaMCoS et MATEIS mettront en œuvre :

- de moyens d’essais originaux tribologique (Triboring V2) et thermomécanique (Gleeble) pour reproduire des conditions élémentaires de compréhension et des conditions réalistes de reproduction du contact roue-rail.

- de moyens de caractérisations multi échelles pour étudier finement les stades de transformations des phases blanches et les relier aux paramètres mesurés thermiquement et mécaniquement au cours d’essais réalistes,

- de solides collaborations pour les caractérisations fines par sonde atomique (GPM) des phases blanches et le modèle thermomécanique permettant d’implémenter la loi de comportement (LMA).

Cette collaboration inter laboratoire permet de proposer une modélisation prédictive de la transformation des aciers à rails sous sollicitations tribologiques, dont la méthodologie sera généralisable à d’autres aciers ferroviaires. Celle-ci permettra d’améliorer tant la conception de nouvelles lignes ferroviaires que la maintenance des lignes actuelles dans un contexte de sécurité et de fiabilité accru.

Intérêt pour l'industrie

Comme précisé dans le contexte, le projet OPTIMRAIL adresse les problématiques des industriels du ferroviaire tant du point de vue de la conception que de l’exploitation ou encore de la maintenance. L’usage plus rationnel et optimisé de l’acier à rail a pour conséquence immédiate une réduction des émissions de CO₂ liée au volume d’acier fabriqué pour les roues et rails. Les partenaires ferroviaires historiques des membres du projet OPTIMRAIL sont très intéressés par ce type de projet qui a pour objectif d’aboutir à des lois de transformation des aciers à rails sous sollicitations tribologiques intégrables dans des outils de maintenance prédictive.

Au travers du renforcement du banc d’essais Triboring, des outils d’analyse et de prédiction des transformations des aciers à rails sous sollicitations tribologiques, l’objectif de développement partenarial du projet OPTIMRAIL est de pour proposer aux partenaires historiques et à de nouveaux partenaires fabricants des roues et rails ou encore concepteurs de trains de généraliser ces outils à d’autres types d’acier tels que les aciers bainitiques actuellement en cours de déploiement sur les réseaux ferrés.

Fin 2023, finalisation du 2nd bras dit bleu du Triboring :