Maintenance & Entreprise n°663

SOLUTIONS LE CONTRÔLE

SOLUTIONS LE CONTRÔLE ET L’ANALYSE NON DESTRUCTIVE AVIS D’EXPERT Une innovation pour la surveillance des rails La surveillance de l’intégrité des rails est un enjeu de sécurité majeur pour le transport ferroviaire. L’application des principes du SHM (Structural Health Monitoring) est une solution innovante pour mesurer l’état de santé des rails de façon continue sans perturbation du trafic, ouvrant ainsi la voie à des stratégies de maintenance prédictive. © DR Maxime Darbois, Innovation Manager Infrastructure chez Alstom ©DR Bastien Chapuis, Chef de projet SHM au CEA LIST protocoles de maintenance complexes et coûteux. En effet, la casse de rail est un phénomène fréquent : en Europe, le nombre de casse par an pour 100 km de voie est estimé à 1,5 pour le réseau « grandes lignes », et entre 6 et 10 pour le fret. Chaque ligne de métro connait entre 2 et 4 casses par an. La casse de rail est causée essentiellement par trois phénomènes : l’usure de surface par le contact roue-rail, le vieillissement des joints de soudure, et la sollicitation en fatigue du rail par les passages de trains. L’apparition de défauts, signes précurseurs d’une casse, est à peu près uniformément répartie dans toute la section du rail (voir figure 1). La casse de rail peut provoquer des accidents de train dramatiques et être la cause d’interruptions de service aux conséquences économiques et sociales importantes. Les inspections conventionnelles des réseaux ferrés sont réalisées par des contrôles non-destructifs ultrasonores ou électromagnétiques embarqués et complétées par un contrôle visuel des équipes de maintenance. Ces inspections comportent un risque de sécurité pour le personnel intervenant sur la voie et induisent une perte d’exploitation du réseau ainsi occupé. Une solution innovante de surveillance continue de l’intégrité de la structure par propagation d’ondes élastiques permet de s’affranchir de ces contraintes et d’optimiser le cycle de maintenance complet du rail. Les accidents graves provoqués par une casse de rail sont heureusement rarissimes (le train restant un des moyens de transport les plus sûrs au monde), mais c’est au prix de Figure 1 Il importe donc de mettre en œuvre des moyens de contrôle rigoureux pour prévenir le risque d’accident. Un premier rideau de détection de casse est assuré par les circuits de voie. Mais ils ne fonctionnent qu’en cas de casse franche avec absence de continuité électrique et leur taux de faux négatifs est insatisfaisant (74% dans certaines configurations). Par © DR 12 I MAINTENANCE & ENTREPRISE • N°663 • Août - Septembre - Octobre 2021

LE CONTRÔLE ET L’ANALYSE NON DESTRUCTIVE SOLUTIONS ailleurs, les circuits de voie ont tendance à être remplacés par des systèmes de signalisation plus modernes comme les compteurs d’essieux. La réglementation impose donc un contrôle positif du rail dont la fréquence est définie par le tonnage supporté par la voie et par la vitesse des trains circulés. Un réseau fortement sollicité doit ainsi être inspecté au moins quatre fois par an. Ces contrôles réglementés sont complétés par des inspections visuelles effectuées par les équipes de maintenance lors de « tournées à pied » qui peuvent être programmées toutes les trois semaines dans certains cas critiques. L’inspection visuelle ne permet évidemment pas la détection de défauts internes du rail. Les moyens de détection de casse de rail actuels sont donc problématiques à plusieurs titres : leur performance est insatisfaisante et ils sont voués à disparaître (circuit de voie), ils perturbent l’exploitation en monopolisant des sillons de circulation (contrôles nondestructifs réglementaires), ils sont partiels en n’inspectant que la surface visible du rail (inspection visuelle). Il faut ajouter qu’entre deux contrôles non-destructifs, le gestionnaire ne dispose pas d’information sur l’état de santé de son infrastructure pendant plusieurs mois. C’est pour répondre à ces problématiques qu’Alstom développe en partenariat avec le CEA une solution innovante de détection de casses et défauts de rail par propagation d’ondes élastiques guidées. Cette solution comprend des transducteurs piézo-électriques installés de façon permanente sur le rail et connectés à des coffrets de bord de voie. Ces derniers assurent le pilotage des transducteurs, le traitement local des signaux et la communication de l’information vers un serveur de supervision distant (voir figure 2). Les campagnes d’essais sur site ont démontré une excellente performance de détection de casse, y compris partielle, avec une bonne propagation des signaux ultrasonores dans le rail. La distance entre capteurs peut ainsi être portée à un kilomètre. En mesurant les temps de vol des signaux, la solution permet en outre une localisation précise du défaut. Grâce au traitement local de l’information (edge computing), le volume de données échangé avec le serveur distant est réduit au strict nécessaire, rendant possible l’utilisation de « Cette solution comprend des transducteurs piézo-électriques installés de façon permanente sur le rail et connectés à des coffrets de bord de voie. » Figure 2 réseaux de communication bas-débit de type LPWAN. L’autonomie en énergie de chaque coffret peut être assurée par batterie éventuellement rechargée à l’aide de panneaux photovoltaïques. En installant des capteurs sur le rail de façon permanente, cette solution est une application ferroviaire du SHM (Structural Health Monitoring), approche déjà déployée dans les industries aéronautique ou de la pétrochimie (monitoring de la corrosion dans les tuyauteries). Grâce à une fréquence d’inspection paramétrable, le gestionnaire d’infrastructure dispose ainsi d’une mesure quasi continue de l’état de santé de son réseau, sans perturber son exploitation. La détection précoce de défauts et la surveillance de leur évolution permet l’optimisation de toutes les activités de maintenance et ouvre la voie à des stratégies de maintenance prédictive ● Bastien Chapuis et Maxime Darbois © DR MAINTENANCE & ENTREPRISE • N°663 • Août - Septembre - Octobre 2021 I 13