Chemin de Fer PDF [PDF]

Zitiervorschau

https://www.facebook.com/Les.livres.de.Genie.civil/

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Année universitaire 2012 - 2013

Sommaire 1ère partie Introduction à la technologie ferroviaire Historique des chemins de fer au Maroc Étude du tracé d’une infrastructure ferroviaire Les rails

2ème partie Les traverses et les attaches L’éclissage et les longs rails soudés (LRS) Les structures d’assises La mécanique de la voie

3ème partie Pose de la voie Entretien de la voie Les appareils de voie Équipement des lignes pour la traction électrique

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SOMMAIRE : Introduction au domaine ferroviaire Historique des chemins de fer au Maroc Introduction à la technologie ferroviaire Étude du tracé d’une infrastructure ferroviaire Les rails

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INTRODUCTION AU DOMAINE FERROVIAIRE Le chemin de fer est un système de transport guidé Il se compose : - d'une infrastructure spécialisée, - de matériel roulant et - de procédures d'exploitation. la caractéristique fondamentale du chemin de fer est le roulement acier (roue) sur acier (rail) c'est un transport guidé (par les rails) qui n'offre aux véhicules qu'un seul degré de liberté, en avant ou en arrière. les véhicules (wagons et voitures) ne circulent pas isolément comme sur la route, mais groupés en convoi, le train, tracté par une locomotive. Année universitaire 2012 - 2013

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BREF HISTORIQUE DES CHEMINS DE FER DU MAROC. 1916

1ère ligne à écartement de 0.60m.

1923

1ère voie à écartement normal.

1963

Rachat des concessions et création de l’ ONCF.

1994

2002

Restructuration de l’ONCF.

Réorganisation de l’ ONCF en unités d’affaires. Logique de développement – Projet d’entreprise 2010 – .

2005

Libéralisation du secteur ferroviaire. Processus de transformation de l’ ONCF en Société anonyme

2007

Lancement du projet de la Grande Vitesse

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Période du protectorat

• 3 compagnies co-existent : – compagnie des Chemins de Fer du Maroc : C.F.M. – compagnie des Chemins de fer du Maroc Oriental : C.M.O. – compagnie de la ligne ferroviaire Tanger – Fès : T.F.

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Après l’indépendance

Création de l’Office National des Chemins de Fer : par le dahir n°1-63-225 du 14 rabia I 1383 (6 août 1963)

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Organisation ONCF Direction Générale

Pôle Infrastructure et Circulation

Chargés de mission auprès du D.G.

Pôle Sécurité et Contrôle

Direction des R.H. et Affaires Juridiques

Direction Sourcing Stratégie et Communication

Direction des Finances

Direction des Systèmes D’information

Pôle Fret et Logistique

Pôle Voyageurs

Pôle Maintenance Matériel

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Pôle Développement et Patrimoine

Représentations internationales de l’ONCF

Organisation intergouvernementale pour les transports internationaux ferroviaires (OTIF) Union Internationale des Chemins de Fer (UIC)

Union Arabe des Chemins de Fer (UACF) Comité du Transport Ferroviaire Maghrébin (CTFM)

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ONCF EN CHIFFRES      

Réseau : Lignes ouvertes à la circulation : 2110 Km. Lignes à voie double: 600Km. Lignes électrifiées : 1 245Km. Passages à niveau : 506 dont 38 gardés. Nombre de gares : 117.

   

Matériel roulant : Locomotives électriques : 89. Rames automotrices : 38. Locomotives diesels : 122 dont 38 pour la ligne. Voitures à voyageurs : 448. Wagons : 5696 dont 1504 pour le transport de phosphate.

 

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ONCF EN CHIFFRES  Infrastructure: Signalisation :  610 Km de BAPR  282 km BAL  184 km Block Manuel  662 Km de cantonnements téléphoniques  89 postes électriques  10 postes mécaniques  20 PAI  Installation du Système de contrôle de vitesse ERTMS niveau 1 entre Ain Sebaa et Rabat Agdal 78.4 km (fin des travaux « sol » prévue fin 2011) Télécommunication :  1297 km de RST  1570km fibre optique

12

Sous station :  49 Sous Stations fixes (avec une puissance totale 188 MW )  04 Postes de sectionnement

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Un important Programme d’investissement 2005 - 2009 1- Doublement Méknès /Fès En exploitation

6- Doublement Sidi El Aidi

/

Settat En exploitation

2- Doublement Nouasseur / Jorf Lasfar En exploitation

7- Installations sécurité En exploitation

3- Desserte Tanger/ Port Med En exploitation

8-Electrification axe Nord

4- Sidi Yahia/ M.B.

9- Aménagement gares

KSIRI

Réalisé

5- Desserte ferroviaire

10- Rames automotrices

Taourirt / Nador En exploitation

à deux étages En exploitation

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Projet d’entreprise 2010-2015

50 millions de voyageurs

Horizon 2015

50 millions tonnes de marchandises 50 milliards investissements Année universitaire 2012 - 2013

Quelques investissements du plan 2010 - 2015 1- Grande Vitesse

4- Troisième voie entre Bouknadel et Kénitra

Kénitra - Tanger

2- Triplement des voies Témara - Mohammédia

5- Doublement de la voie entre Benguérir et Marrakech

3- Troisième voie de contournement de Rabat Témara - Bpuknadel

6- Acquisition de 20 locomotives (en cours de livraison)

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Perspectives d’avenir

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Projet: Construction de 200 Km de voie entre Tanger et Casablanca.  Vitesse d’exploitation: 320 km/h Réduction du temps de parcours de 2h10mn Transport de 8 Millions de voyageurs. Rentabilité socio-économique de 12,6%. Echéances: Début des travaux : Juin 2010 Fin des travaux : Décembre 2014 Mise en service : Décembre 2015

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Introduction : Le chemin de fer infrastructure

Train de fret

Le chemin de fer est un système de transport guidé composé de : - l'infrastructure -du matériel roulant. L'infrastructure est composée essentiellement de : - la voie ferrée (formée de deux files de rails posés sur des traverses), et du matériel de signalisation. Le matériel roulant circule communément en convois, appelé trains ou rames. Les convois sont tractés par des locomotives, ou sont autotractés (on parle alors de rame automotrice). Année universitaire 2012 - 2013

Le réseau ferroviaire

Un réseau ferroviaire est un ensemble de lignes de chemin de fer, de gares et d'installations techniques diverses (atelier, dépôts,triages, embranchements particuliers, chantiers intermodaux...) qui permet la circulation de convois ferroviaires ou trains dans un ensemble géographique donné.

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La voie ferrée

L’infrastructure Passage à niveau

Sous-station gare

 la voie ferrée  la gare  le passage à niveau  la caténaire et les sous-stations  la signalisation  les télécommunications Les ouvrages d’art Les tunnels

Ouvrage d’art

signalisation

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tunnel

La voie ferrée

La voie ferrée est constituée de : plateforme ballast traverses (bois, métallique ou béton) Rails Il existe différentes normes d'écartement des rails : l'écartement standard : 1435 mmm qui est le plus répandu ; l'écartement ibérique : 1674 mm (Espagne, Portugal) ; l'écartement russe : 1520 mm (Russie, Biélorussie, Ukraine, etc.) ; l'écartement irlandais : 1600 mm (Irlande). Il existe des réseaux secondaires à voie métrique (1000 mm ou 1067 mm) Année universitaire 2012 - 2013

Le ballast ballast

rail

Plateforme

traverse

On appelle ballast le lit de pierres sur lequel repose une voie de chemin de fer. Son rôle est de transmettre les efforts engendrés par le passage des trains au sol, sans que celui-ci ne se déforme par tassement. Le rôle du ballast est aussi d'enchâsser les traverses afin d'assurer une résistance aux déformations longitudinales (particulièrement important pour la technique des longs rails soudés). On utilise généralement de la pierre concassée, de granulométrie variant entre 25 mm et 50mm, de type plutonique : granite, diorite, etc. On utilise du gravillon fin (10 mm à 35 mm) pour le nivellement. Année universitaire 2012 - 2013

Le rail

Les rails sont de longues barres d’acier profilées, qui mises bout à bout servent à former un chemin de fer. Les rails servent à la fois de guide et de support de roulement pour les véhicules. Étant conducteurs, ils sont souvent utilisés pour la transmission de signaux. Une voie ferrée est constituée de deux files de rails posées en parallèle sur des traverses. Les traverses assurent la transmission de la charge au ballast, et le maintien de l’écartement et de l’inclinaison des rails. Les traverses peuvent être : en bois (généralement du chêne), en acier (plus bruyantes), en béton. Les surfaces de contact entre roue et rail sont de l'ordre du cm2. Entretien du rail : L'entretien de la voie ferroviaire est concentrée sur le ballast et la rectitude d'alignement des rails. La maintenance des rails porte sur leurs défauts internes ou externes. Sous l'action du passage des essieux, les contacts peuvent fatiguer le rail. Des défauts internes ou des soudures mal faites peuvent générer des fissures non débouchantes que l'on détecte par ultra-sons. La surveillance d'un réseau ferroviaire par ces méthodes est critique pour la sécurité mais aussi pour la maîtrise des coûts de maintenance. Année universitaire 2012 - 2013

Long rail soudé

Les longs rails soudés ou LRS, appelés aussi « barres longues », constituent une méthode moderne de pose des voies ferrées qui présente l'intérêt de supprimer la plupart des joints de rails sur des longueurs importantes, souvent de plusieurs kilomètres. Les barres longues sont produites en atelier par la soudure de rails élémentaires. Ces barres longues, dont la souplesse autorise le transport sur des rames de wagons plats, sont ensuite posées et soudées entre elles sur place par soudure aluminothermique. La dilatation du métal avec la température, qui est contrariée dans ce système de pose, se transforme en contraintes de compression ou de tension. Aux extrémités on installe des appareils de dilatation ou des joints à grands permissifs, qui permettent aux rails de coulisser, tout en assurant sans hiatus la continuité du roulement. Année universitaire 2012 - 2013

La gare Gare de Casablanca Voyageurs

Une gare est d'ordinaire un lieu d'arrêt des trains. Une gare comprend diverses installations qui ont une double fonction : permettre la montée ou la descente des voyageurs, ou le chargement et le déchargement des marchandises ; pour certaines d'entre elles, assurer des fonctions de sécurité dans la circulation des trains. Année universitaire 2012 - 2013

Le passage à niveau

Un passage à niveau (PN) est un croisement à niveau d'une ligne ferroviaire avec une voie routière ou piétonnière. La circulation des convois ferroviaires y est toujours prioritaire sur les usagers de la route. Pour réduire les risques de collision, on cherche de plus en plus à éliminer les passages à niveau soit en les remplaçant par des passages dénivelés, soit en les supprimant purement et simplement, ou lorsque cela n'est pas possible, à les automatiser. Année universitaire 2012 - 2013

Importance et intérêt du métier Importance : • Les questions de sécurité que tout cheminot, quel que soit son grade, doit avoir constamment à l'esprit, mettent en jeu les vies humaines ; • La recherche de la qualité et des meilleurs prix de revient interviennent de manière très sensible dans la gestion financière du Réseau. Intérêt : • métier vivant qui implique un commandement, donc, le sens des responsabilités, des initiatives ; • métier varié allant de l'élaboration détaillée, méthodique et lente du programme d'entretien à l'intervention rapide (nécessitant esprit d'à propos et énergie) pour rétablir une voie à la circulation ; • métier dont la technique est en perpétuelle évolution.

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De l’idée au projet

Objectifs

Coûts

Délais

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ETUDE PREALABLE Décision d’entreprendre l’étude de la ligne nouvelle

Recherches des documents existants 1. Cartes disponibles au Sce de la carte 1/50.000° et 1/100.000° 2. Cartes disponibles dans d’autres départements ayant servies pour d’autres projets 3. Documents géologiques disponibles: - au département de la géologie - au LPEE 4. Études effectuées dans la région concernée

Reconnaissances rapides et report des contraintes majeures - Barrages - Routes - Rivières - Failles - Lignes HT et PTT Etc.…

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- Recherches des couloirs possibles - Ebauche de tracés - Etablissement PL simplifiés - Estimation globale

ETUDE PREALABLE (suite) Recherche de trafic potentiel Etude économique

Rapport de synthèse Décision de continuer les études

-Délimitation des bandes à restituer au 1/20000° -Plan des campagnes - géologiques - hydrologiques - de contraintes

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Fourniture de plan au 1/20000°

ETUDE PRELIMINAIRE

Report des tracés préalables au 1/20000° et sur mosaïque photo Définition des normes de tracé

Etude des tracés au 1/20000°

Reconnaissance des tracés Relevé des contraintes Campagne géologique hydrologique

Rapports Contraintes géologique Hydrologique et géotechnique

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Recueil de données sur le trafic potentiel pour l’étude économique

ETUDE PRELIMINAIRE Etude des tracés au 1/20000°

Etablissement PL Définition des OA et OH Définition des protections Calcul des cubatures globales

Estimations Délimitation bandes à restituer au 1/5000°

Plan des campagnes • géotechnique • hydrologique • contraintes

Synthèse des estimations Synthèse des rapports conclusion

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(suite)

Définition des gares Schémas de principes et étude simplifiée Etude des plans de transport Dimensionnement des installations de gares

Fourniture des plans au 1/5000°

Report du tracé retenu à l’issue de l’étude préliminaire

• Campagne géotechnique • Campagne hydrologique • Affinage des recherches de contraintes • Rapport géotechnique (maquette géotechnique) • Rapport hydrologique • Rapport sur les contraintes

Etude au 1/5000°

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ETUDE D’AVANT PROJET

ETUDE D’AVANT PROJET (suite)

Etude au 1/5000°

- Tracé - Profil en long - Calcul des cubatures

Prédimensionnement des - O.A - O.H Protections diverses

Dimensionnement des Ets ferroviaires

Définition des superstructures - Voie - Bâtiments - Signalisation - Télécommunications - Caténaires

Estimation Rapport de synthèse Délimitation des bandes à restituer au 1/1000°

Plans des Campagnes complémentaires Année universitaire 2012 - 2013

Fourniture des plans au 1/1000° Report du tracé sur plans au 1/1000° et sur mosaïque photo

ETUDE D’EXECUTION Campagnes complémentaires - géotechniques - hydrologiques - de contraintes

Etablissement maquette géotechnique Calcul des débouchés d’O.A et d’O.H Affinage de l’ étude au 1/1000°

Piquetage et levé de P.L et P.T Année universitaire 2012 - 2013

ETUDE D’EXECUTION Affinage de l’ étude au 1/1000° Tracé P.L et P.T Calcul des cubatures Mouvement des terres

Piquetage et levé de P.L et P.T - Etudes assainissements - Etude des protections - Etudes O.A et O.H - Etudes des rétablissements

Etudes domaniales et préparation des dossiers d’expropriation

- Estimations et bordereaux de prix - Rédaction des pièces écrites: cahier des charges - Constitution de dossier d’A.O Année universitaire 2012 - 2013

(suite)

Mise au point des établissements ferroviaires

Etudes des superstructures - Voie - Bâtiments et ateliers - Signalisation Télécommunicatios - Caténaires

La ligne nouvelle Tanger – port de Tanger Méditerranée

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La ligne nouvelle Nador - Taourirt

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Introduction : Rails et traverses

• Le rail est un profilé qui supporte la charge de la roue et permet son roulement et son guidage • Dans le cas le plus général, la masse linéaire du rail est de 60kg/m • Les deux files de rail sont fixées sur les traverses qui maintiennent leur écartement et répartissent la charge sur le ballast Année universitaire 2012 - 2013

Les rails 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Différents profils Évolution du rail dans le temps Étude du rail à patin Étude du profil Contact rail-roue Aciers à rails Fabrication des rails Soudure et rechargement des rails Défauts des rails Contrôle non destructifs des rails Année universitaire 2012 - 2013

1. Les rails : les différents profils 1. Profil à gorge

2. Rail à double champignon

3. Rail à patin (ou rail « Vignole »)

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1. Les Rails : le rail à patin La caractéristique essentielle du rail, en dehors de sa forme, est son poids au mètre linéaire. (fiche UIC) II y a un très grand intérêt à utiliser des rails de la plus grande longueur possible puisque ainsi on diminue le nombre de joints. Car les joints : – nuisent à la douceur du roulement ; – fatiguent le matériel roulant ; – constituent des points faibles dans la voie et des points coûteux à cause des organes de consolidation qu'ils nécessitent ;

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1. Les Rails : le rail à patin Il est fixé sur les traverses : • soit directement ; • soit par l’intermédiaire de selles métalliques Les rails sont reliés • par éclissage • par soudure

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2. Les rails : évolution du rail dans le temps 1. poids au mètre linéaire :

I/P (I = inertie verticale et P = poids métrique) 2. Inertie verticale • Le rail supporte et guide la roue du matériel roulant, c'est l'élément essentiel de la sécurité de la voie. • Les rails reçoivent directement les efforts qui s'exercent sur la voie, ces efforts sont verticaux, transversaux et longitudinaux. Année universitaire 2012 - 2013

2. Les rails : évolution du rail dans le temps A. Les efforts verticaux sont de deux sortes : – Les efforts statiques dus à la charge des roues des véhicules. – Les efforts dynamiques.

B. Les efforts transversaux se produisent au contact du bourrelet du rail et de la surface de roulement du bandage de la roue. C. Les efforts longitudinaux. – Le mouvement de progression de la locomotive obtenu par l'adhérence des roues motrices sur le rail provoque une réaction qui tend à faire cheminer le rail en sens contraire du mouvement. – Aux joints, les chocs de toutes les roues du train sur le bout des rails tendent au contraire à déplacer le rail vers l'avant. – Les effets de la dilatation s'exercent également dans le sens longitudinal.

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2. Les rails : évolution du rail dans le temps I étant l’inertie verticale et P le poids métrique, le rapport I/P augmente plus rapidement que P. L’UIC a standardisé deux profils : 54 et 60kg. L’armement pour les voies principales tient compte à la fois de la nécessaire adaptation du poids au rail, au tonnage qui y circule et du soucis d’équilibrer la durée de vie des rails et des traverses.

Tonnage en milliers de tonnes

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2. Les rails : évolution du rail dans le temps

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3. Les rails : étude du rail à patin Champignon : sa largeur doit être choisie de façon : -

à réaliser un effet de frettage de la zone où se produisent les contacts rail-roue à permettre de tracer les congés de raccordement de l’âme et du champignon avec un rayon suffisant à donner une marge d’usure latérale suffisante dans les courbes de faible rayon la hauteur donne toujours une marge d’usure verticale suffisante car cette dernière est faible

Patin : sa largeur conditionne la rigidité du rail dans le plan horizontal

Âme et portée d’éclissage : l’ épaisseur de l’âme doit tenir compte des efforts tranchants qu’elle supporte

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4. Les rails : étude du profil On observe sur la photo des courbes qui représentent les positions d’égale différence entre les contraintes principales (contraintes de cisaillement)

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5. Les rails : le contact rail - roue

Le principe de la circulation ferroviaire repose essentiellement sur le seul phénomène de l'adhérence au niveau du contact roue/rail. C'est par lui que passent l'ensemble des efforts de traction et freinage. Il conditionne également de nombreux paramètres liés à la dynamique même de la circulation (stabilité, déraillement, etc...). Les études théoriques et expérimentales ont abouti à la mise au point de dispositifs permettant de limiter les effets de la dégradation de l'adhérence, en exploitant en toutes circonstances le maximum des possibilités offertes à un instant donné par l'adhérence : ce sont l'antipatinage en traction, et l'antienrayage en freinage.

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5. Les rails : le contact rail - roue La charge de roue joue un rôle considérable dans la fatigue du rail. Dans le cas ferroviaire, une roue chargée sur un rail et sollicitée soit en traction, soit en freinage, crée un contact roue/rail dont la limite d’existence est fixée par son adhérence.

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5. Les rails : le contact rail - roue

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6. Les rails : les aciers à rail Généralités : les principales qualités sont : Résistance à l’abrasion Absence de fragilité Absence de susceptibilité à l’autotrempe - Soudabilité en vue de la confection de barres de grande longueur C’est la considération du diagramme de solubilité fer - Carbone qui permet de déterminer les propriétés principales des aciers. Les aciers à rail se situent dans la gamme inférieur à 0,9% de carbone -

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6. Les rails : les aciers à rail Spécifications techniques pour la fourniture des rails : fiche UIC 860 : -

-

-

Procédés de fabrication : le fabricant applique les meilleures règles de l’art avec les caractéristiques : - Contraintes propres - Teneur en inclusions non métalliques - tenacité Calibres : un jeu de calibres est établi par le fabricant et remis au client ; Marques : en relief - Identification de l’usine productrice - Deux derniers chiffres du millésime de l’année de fabrication - Symbole de la nuance d’acier - Symbole du profil du rail ou la masse du rail en kg/m Marques : poinçonnées à chaud -

N° de la coulée Rang du rail par rapport à la tête du bloom Année universitaire 2012 - 2013

6. Les rails : les aciers à rail Spécifications techniques pour la fourniture des rails : fiche UIC 860 : essai de choc -

Qualité d’exécution : les rails doivent être exempt de tous défauts nuisibles et un examen aux ultra-sons doit être réalisé Parachèvement : le dressage à froid s’effectue par actions graduées et sans chocs. Le perçage des trous se fait par forage Tolérances : -

Profil (fiche UIC) Longueur des barres : Diamètres des trous Etc.

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6. Les rails : les aciers à rail Spécifications techniques pour la fourniture des rails : fiche UIC 860 : Conditions de réception : - Surveillance : le client a le droit de suivre la fabrication - Nature des essais : -

-

Le choc sur chutes de laminage La traction sur éprouvettes Les examens macroscopiques

Analyse chimique Dureté Brinell

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7. Les rails : la fabrication des rails Affinage de la fonte -

Procédé par dilution Procédé par combustion

Coulée Laminage -

Le blooming Le passage au train fournisseur Laminage des rails en cage universelle Chutage et sciage

Marque des rails Préparation définitive des barres -

Tolérances sur les dimensions :

on procède éventuellement au perçage des trous d’éclissage. La figure ci-contre donne les tolérances admissibles Année universitaire 2012 - 2013

8. Les rails : soudure et rechargement Soudabilité des aciers à rails Les procédés de soudage -

Soudage avec métal d’apport Soudage sans métal d’apport

Soudage des cœurs en acier Hadfield Les réparations -

Réparations en voie Réutilisation des rails déposés Cœurs en acier au manganèse moulé Année universitaire 2012 - 2013

9. Les rails : les défauts des rails Usure et durée du rail

•

•

• •

L'usure est fonction du trafic, c'est-à-dire du tonnage, du nombre et de la vitesse des trains. 1°) Usure verticale. - Les limites d'usure varient avec le profil du rail. Cependant, l'usure verticale n'est généralement pas la cause déterminante du retrait du rail de la voie. L'écrasement des abouts, le matage et l'usure des portées d'éclissage ou autres défectuosités locales entraînent souvent le retrait prématuré des rails des voies principales Un rail usé, retiré des voies principales, peut être réemployé dans les voies secondaires où il peut rester encore en service pendant quelque 25 ans. 2°) Usure latérale. - Cette usure est d'autant plus forte que le rayon des courbes est plus petit, que l'empattement rigide des véhicules est plus grand et que le dévers est moindre. On utilise des graisseurs de rail dans les courbes pour augmenter la vie du rail. Année universitaire 2012 - 2013

9. Les rails : les défauts des rails -

Défauts dus à la fabrication Défauts dus à l’utilisation Usure latérale Usure ondulatoire

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9. Les rails : les défauts des rails

Le rail : rupture de rail Défaut de fatigue interne Squat : fissuration et affaissement local de la table de roulement Head checking : écaillage du congé de roulement Endommagement de la table de roulement : patinage, blessures dues aux marques de ballast Corrosion Ébréchure sur rail usinés d’appareil de voie Shelling : défrichage du congé de roulement Usure latérale Décollement de rechargements par soudure à l’arc Année universitaire 2012 - 2013

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10. Les rails : contrôle non destructif Contrôle à l’ultra-son portatif : l’appareil est monté sur un châssis roulant sur la voie et alimenté par une batterie Contrôle par l’engin EM120 : engin de contrôle qui est équipé d’un dispositif de détection avec traçabilité (enregistrement) Année universitaire 2012 - 2013

A suivre

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Sommaire 1ère partie Historique des chemins de fer au Maroc Introduction à la technologie ferroviaire Étude du tracé d’une infrastructure ferroviaire Les rails 2ème partie Les traverses et les attaches L’éclissage et les longs rails soudés (LRS) Les structures d’assises La mécanique de la voie 3ème partie

Pose de la voie Entretien de la voie Les appareils de voie Équipement des lignes pour la traction électrique 4ème partie Contrôle Commande et signalisation Matériel roulant Sécurité et sûreté ferroviaire Année universitaire 2012 - 2013

SOMMAIRE : Les traverses et les attaches L’éclissage et les longs rails soudés (LRS) Les structures d’assises et ballast La mécanique de la voie

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Introduction : Les traverses

• Le rôle des traverses est de maintenir les rails à l'écartement normal et de répartir la charge que les rails reçoivent des essieux sur une étendue suffisante de ballast pour ne pas dépasser une certaine charge unitaire. • Il faut que par leurs dimensions en longueur et en largeur, elles fournissent une surface d'appui suffisante pour que la pression unitaire reste dans certaines limites et que leur épaisseur leur donne la rigidité nécessaire tout en leur laissant une certaine élasticité. • On rencontre trois types de traverses : les traverses en bois, les traverses métalliques, les traverses en béton armé. Année universitaire 2012 - 2013

Traverses et attaches 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Pose sur traverses Traverses en bois Traverses métalliques Traverses en béton armé Pose sur dalles Attaches Cheminement

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1.

Traverses et attaches : Pose sur traverses

les traverses jouent un triple rôle

1. Transmission des charges du rail au ballast 2. Maintien de l’écartement des deux files de rails 3. Maintien de l’inclinaison au 1/20e du rail « Vignole »

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2. Traverses et attaches : traverses en bois •

La surface d'appui d'une traverse ordinaire de 2,60 m x 0,28 étant de 7.280 cm², la pression statique sur le ballast, supposée uniformément répartie serait, dans le cas d'un essieu de locomotive chargé de 24 tonnes, de

•

Mais si l'on tient compte de ce que la traverse n'est bourrée que sur ± 45 cm de part et d'autre du rail, cette pression statique sur le ballast devient :

•

(ballast). Si le bourrage n'existe que sur 40 cm, cette pression monte à 5 kg/cm².

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2. Traverses et attaches : traverses en bois

Production Nature des bois -

-

Bois tendre: n’est plus utilisé du fait de leur mauvaise résistance au vieillissement ; Chêne : bois dur avec une excellence résistance à la compression et à l’arrachement des tirefonds Hêtre : bois dur avec sensiblement les mêmes caractéristiques que le chêne mais facilement attaquable par la pourriture ; Bois divers : acacia, orme, charme ; Bois tropicaux : ils sont d’une grande résistance mécanique (Gabon, Cameroun, Asie du sud-est) Année universitaire 2012 - 2013

2. Traverses et attaches : traverses en bois

Préparation des traverses -

-

Dessiccation Frettage : cette opération consiste à ceinturer les extrémités de la traverse par un collier métallique énergiquement serré. Entaillage - perçage

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2. Traverses et attaches : traverses en bois Imprégnation -

Produits avec les qualités suivantes : -

-

Pouvoir insecticide et fongicide maximal et constant dans le temps Conservation du caractère isolant du bois Absence de toxicité pour le personnel

Installation d’imprégnation Procédés d’imprégnation: les deux procédés principaux sont : -

Procédé Bethell Procédé Ruping Année universitaire 2012 - 2013

2. Traverses et attaches : traverses en bois Imprégnation -

Les causes de détérioration des traverses en bois sont : -

d’ordre mécanique dues à la formation de fentes dues à des attaques biologiques dues à des attaques chimiques

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3. Traverses et attaches : traverses métalliques

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3. Traverses et attaches : traverses métalliques

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Les traverses métalliques rappellent par leur forme celle d'une auge renversée. Elle fournit au rail une bonne surface d'appui, s'accroche bien dans le ballast et emboîte convenablement celui-ci. Les bords inférieurs des ailes, renforcés pour résister aux coups des outils de bourrage, présentent une section triangulaire qui facilite leur pénétration dans le ballast. Quant aux bouts, ils sont emboutis à chaud à la presse de manière à fermer la traverse aux deux extrémités et emprisonner le noyau de ballast. Ces bouts présentent un épanouissement nervure qui offre une plus grande résistance au ripage transversal de la voie. Ainsi conçue, la traverse métallique, bien bourrée, constitue un bon ancrage dans le ballast et s'oppose au déplacement longitudinal de la voie.

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4. Traverses et attaches : traverses en béton armé

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Premier système : traverses monobloc : La traverse est une poutre. Second système : traverses mixtes : La traverse est constituée de deux appuis à large empattement, dont l'écartement est maintenu par une entretoise. Troisième système : traverses en béton précontraint. Le plus généralement, on dispose une selle en acier, en caoutchouc ou en bois comprimé entre le patin du rail et la portée d'appui de la traverse inclinée au 1/20. Le poids de la traverse en béton est au moins double et parfois triple de celui d'une traverse en bois de chêne ce qui rend sa manutention plus difficile. Par suite de son poids élevé, la traverse en béton assure une meilleure stabilité de la voie ; mais elle donne une voie plus rigide car elle ne possède pas l'élasticité de la traverse en bois. Par contre, elle procure une économie de ballast et elle est peu sensible aux agents atmosphériques.

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4. Traverses et attaches : traverses en béton armé Historique : Les TBA présentaient à l’origine deux très graves défauts : - Une tendance aux rupture de fragilité sous l’effet d’une charge appliquée brusquement - Une très faible résistance à la fatigue

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4. Traverses et attaches : traverses en béton armé Les traverses modernes : Le béton précontraint permet : - d’obtenir une meilleure résistance aux efforts alternés - de diminuer l’épaisseur des traverses - de diminuer la quantité d’acier mise en oeuvre

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4. Traverses et attaches : traverses en béton armé Procédure d’agrément et conditions de réception • •

Procédure d’agrément Conditions de réception

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4. Traverses et attaches : traverses en béton armé

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5. Traverses et attaches : pose sur dalles Les dalles sont de deux types : - Béton ordinaire : abandonné suite aux fissurations qui se sont produites - Béton précontraint longitudinalement dont la tenue reste satisfaisante. Outre le prix élevé, un inconvénient majeur réside dans les problèmes posés par leur entretien en cas de mouvement du sol.

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6. Traverses et attaches : attaches Crampons et tire-fonds : Le rail est fixé sur les traverses en bois par des tirefonds (vis à bois) ou des crampons (clous à sertiob carré)

Attaches sur traverses métalliques Le rail est fixé à l’aide de boulons qui prennent appui sur les crapauds

Attaches sur traverses en béton armé Le rail est fixé à l’aide d’un boulon-tirefond vissé dans une gaine isolante ou non elle-même scellée à la traverse ou à l’aide d’un boulon à tête marteau RS

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6. Traverses et attaches : attaches Les attaches élastiques : Elles forment un intermédiaire doublement élastique entre rail et traverse c’est-à-dire opposent une résistance élastique aux mouvements relatifs dans le sens vertical.

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7. Traverses et attaches : cheminement On constate que dans une voie éclissée ordinaire, les rails cheminent longitudinalement dans le sens général du mouvement des trains. Ce mouvement peut être contrarié par des causes locales : - Fréquence des démarrage - Pente ou rampe - Etc.

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1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

L’éclissage et les longs rails soudés (L.R.S.) Éclissage Permissifs de dilatation Généralités sur les longs rails soudés Stabilité des L.R.S. Pose des L.R.S. Dilatation des L.R.S. Utilisation des L.R.S. Année universitaire 2012 - 2013

Introduction : Long rail soudé

Les longs rails soudés ou LRS, appelés aussi « barres longues », constituent une méthode moderne de pose des voies ferrées qui présente l'intérêt de supprimer la plupart des joints de rails sur des longueurs importantes, souvent de plusieurs kilomètres. Les barres longues sont produites en atelier par la soudure de rails élémentaires. Ces barres longues, dont la souplesse autorise le transport sur des rames de wagons plats, sont ensuite posées et soudées entre elles sur place par soudure aluminothermique. La dilatation du métal avec la température, qui est contrariée dans ce système de pose, se transforme en contraintes de compression ou de tension. Aux extrémités on installe des appareils de dilatation ou des joints à grands permissifs, qui permettent aux rails de coulisser, tout en assurant sans hiatus la continuité du roulement. Année universitaire 2012 - 2013

1. L’éclissage et les longs rails soudés (L.R.S.) : l’éclissage L’éclissage permet d’assembler deux rails consécutif. Il doit satisfaire aux 4 conditions : 1.

2. 3. 4.

Relier les rails pour qu’ils se comportent comme une poutre continue en alignement et en nivellement Avoir une résistance à la déformation Empêcher les mouvements verticaux ou latéraux des extrémités des rails l’une par rapport à l’autre Être aussi simple que possible et composé du minimum d’éléments

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1. L’éclissage et les longs rails soudés (L.R.S.) : l’éclissage 2. Entretien des éclissages L’influence de la brisure du profil en long sur l’importance du « coup de marteau » est considérable que l’on peut imputer à : - la création d’une dépression au droit de chaque joint d’où inconfort des voyageurs et fatigue du matériel roulant la déformation des abouts des barres la déconsolidation des attaches et de l’appui des traverses

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1. L’éclissage et les longs rails soudés (L.R.S.) : l’éclissage 3. Utilisation d’éclisse ondulée à profil renforcé à 6 trous 4. Pour l’isolement électrique longitudinal des files de rail, on utilise des joints spéciaux

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2. L’éclissage et les longs rails soudés (L.R.S.) : permissifs de dilatation L’éclisse doit permettre au rail de se dilater et de se contracter librement en fonction des variations de température.

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3. L’éclissage et les longs rails soudés (L.R.S.) : généralités sur les longs rails soudés

On appelle long rail soudé (L.R.S.) une barre dont la longueur est suffisante pour qu’un, au moins, de ses points reste fixe, quelles que soient les variations de température.

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4. L’éclissage et les longs rails soudés (L.R.S.) : stabilité des L.R.S Une voie posée en LRS est soumise, aux température élevées, à des compressions longitudinales. Le phénomène de flambage, qui peut en résulter, est cependant très différent du flambage classique étudié dans la résistance des matériaux : - Le rail est assimilable à une poutre d’élancement infini - Le mouvement latéral du rail est contrarié par des forces antagonistes (frottement des traverses sur le ballast, couple de fixation par les attaches du rail sur les traverses). Année universitaire 2012 - 2013

5. L’éclissage et les longs rails soudés (L.R.S.) : pose des L.R.S. A la pose, on choisit une température de contrainte nulle (25°) Cette « libération des contraintes » est effectuée lorsque la voie est stabilisée, c’est-à–dire lorsque les résistances longitudinales et transversales de ballast ont atteint une valeur suffisante

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6. L’éclissage et les longs rails soudés (L.R.S.) : dilatation des L.R.S.

Rien ne s’oppose à la pose d’une barre de longueur infinie, la contrainte longitudinale étant indépendante de la longueur. Toutefois, des points singuliers (appareils de voie, ouvrages d’art, etc.) obligent à réaliser des joint.

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7. L’éclissage et les longs rails soudés (L.R.S.) : utilisation des L.R.S.

La pose des nouvelles voies se font en L.R.S. Elles sont soudées en longues et transportées sur des rames spécialement aménagées. Les tronçons sont reliés entre eux par soudure aluminothermique. L’entretien du nivellement est moins fréquent dans la voie soudée. L’utilisation de la voie soudée élimine les dépenses relatives au matériel des joints et les dépenses dues à la fatigue plus accentuée de la voie au voisinage des joints. Année universitaire 2012 - 2013

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Les structures d’assise 1. 2. 3. 4.

Rôle des structures d’assise Caractéristiques du ballast Profil du ballast Calcul de l’épaisseur des structures d’assise

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Les structures d’assise 1. Rôle des structure d’assise Généralités

1. Les diverses couches d’assise : - répartissent sur la plateforme les charges concentrées qu’elles reçoivent des traverses - contribuent aux stabilisations longitudinales et latérales de la voie

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Les structures d’assise 1. Rôle des structure d’assise 1. Généralités Si on enlève une voie en place, on voie à l’emplacement de chaque traverse, une surface serrée et unie : c’est ce qu’on appelle le « moule »

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Les structures d’assise 1. Rôle des structure d’assise 2. Les différentes couches d’assise comprennent : 1. -

-

La couche de ballast dont l’épaisseur, mesurée sous traverse : assure le drainage et l’évacuation rapide des eaux Constitue un amortisseur de vibrations Permet la rectification très rapide du nivellement et du tracé

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Les structures d’assise 1. Rôle des structure d’assise 2. Les différentes couches d’assise comprennent : 2. La sous couche dont les rôles sont : La protection de la partie supérieure de la plateforme contre la corrosion Une meilleure répartition des charges transmises Sa nature et son épaisseur dépendent des : - caractéristiques du sol - caractéristiques géologiques et hydrogéologiques du site - conditions climatiques

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Les structures d’assise 2. Caractéristiques du ballast 1. Nature et origine : On emploie comme ballast : - du sable ou du gravier tout venant, de rivière ou de carrière de la pierre cassée, granitique, siliceuse ou calcaire (dans ce cas, elle doit être dure et non gélive) des cailloux du laitier de haut fourneau Année universitaire 2012 - 2013

Les structures d’assise 2. Caractéristiques du ballast 2. Qualité du ballast : La qualité du ballast est définie par un « coefficient de qualité » qui précise la résistance à l’usure, au frottement et aux chocs modérés

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Le ballast • L'épaisseur minimum généralement admise pour la couche de ballast entre la plateforme et la face inférieure des traverses est de 30 centimètres. • Elle dépend de la charge des essieux, car il s'agit de répartir celle-ci sur une surface d'autant plus grande que la charge sera plus élevée. Pour une charge supplémentaire P', l'excédent de hauteur H' fournira le complément de surface S' nécessaire. • Un bon ballast doit présenter les qualités suivantes : perméabilité, élasticité, solidité, se prêter au bourrage, ne pas être gélif, ne pas se désagréger sous l'influence des agents atmosphériques.

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Le coefficient de ballast • Le ballast, constituant la fondation de la voie, est caractérisé par ce que l'on appelle le coefficient de ballast. • Si p est la pression exercée sur l'unité de surface du ballast, l'enfoncement élastique correspondant y de la traverse sera d'autant plus faible que le ballast résistera mieux ; on peut écrire :

• dans laquelle C représente le coefficient de ballast. • Cette formule, dite de Winkler, exprime la valeur de la contre-pression du ballast sur l'unité de surface d'appui des traverses. Année universitaire 2012 - 2013

Les structures d’assise 3. profil du ballast On ballaste à « plancher découvert » c’està-dire que le dessus des traverses est découvert d’où une meilleure visibilité des attaches, économie de ballast et facilités de nivellement de la voie. Le profil du ballast peut être encore plus réduit pour les voies posées sur traverses béton dont le poids élevé contribue à la stabilité de la voie

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Les structures d’assise 4. Calcul de l’épaisseur des structures d’assise 1. La transmission des efforts de la traverse à la plateforme se fait suivant la théorie de Boussinesq dont les résultats concordent étroitement avec les valeurs obtenues lors des essais. Les plateformes peuvent être classées en 3 grandes catégories : Sols qui ne sont jamais saturés Sols saturés à longueur d’année Sols saturés accidentellement

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Les structures d’assise 4. Calcul de l’épaisseur des structures d’assise

2. La couche de forme est en général constituée du même matériau que le corps de remblai mais se distingue dans la cas d’une voie neuve par le taux de compactage En déblai, on complète le terrain en place pour un aménagement de la partie supérieure en couche de forme.

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Les structures d’assise 4. Calcul de l’épaisseur des structures d’assise

En vue d’une bonne qualité globale du système plateforme – couches d’assise, il convient de considérer la classification des plateformes Les plateformes sont classées en six classes : S5 : plateforme rocheuse saine peu altérable S4 : plateforme très bonne S3 : plateforme bonne S2 : plateforme moyenne S1 : plateforme mauvaise S0 : plateforme en sols organiques

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Substitution Soudures Ballastage Bourrage

VOIE DE CHANTIER

Bourreuse

Etirement rails

Bourrage

Régaleuse

Dilatation

Régalage

Epuration

Soudure

Stabilisation

Criblage

Finitionsmanuelles

Serrage

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Dégarnissage

Chargement

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La mécanique de la voie 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Généralités Efforts supportés par la voie Caractéristiques techniques de la voie Défauts géométriques de la voie Phénomènes verticaux Phénomènes transversaux Vibrations de la voie aux passages des trains

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La mécanique de la voie 1. Généralités Constitution de la voie : -

-

Assemblage d’éléments d’élasticités variables Transmission à la plateforme (ellemême déformable) de la charge dynamique des roues La voie comporte deux rails dont l’inclinaison et l’écartement sont maintenus par des traverses reposant sur une épaisseur de ballast La voie supporte des efforts verticaux, transversaux et longitudinaux

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La mécanique de la voie 2. Efforts supportés par la voie 2.1- Poids par essieu Selon la fiche UIC, les voies sont classées en 3 catégories : A : 16 t par essieu B : 18 t par essieu C : 20 t par essieu Elles-mêmes décomposées en sous-groupes d’indices 2, 3 et 4 (charge répartie au mètre linéaire) exemple C4 2.2- Interactions véhicule – voie Les efforts longitudinaux sont dus essentiellement aux accélérations et aux freinage et sont peu important La résistance de la voie aux efforts verticaux reste généralement dans le domaine élastique et la plateforme est suffisamment résistante La résistance opposée par la voie aux efforts latéraux sort rapidement du domaine élastique. Année universitaire 2012 - 2013

La mécanique de la voie 3. Caractéristiques techniques de la voie 3.1- élasticité de la voie a) b)

c)

Module de voie K = r / y (y enfoncement correspondant à une charge r) Coefficient de réaction de traverse r = R / y (y enfoncement à la réaction verticale R d’une traverse par file de rail) = Kl (l est la distance entre deux traverses consécutives) Coefficient de ballast C = r / S = R / yS = p / y (p étant la pression moyenne sur la surface S d’appui de la traverse)

3.2- élasticité des différents composants En fait, la voie est constituée par une chaîne de matériaux ayant chacun leur élasticité propre (plateforme, sous-couche, ballast, traverse, rails, etc.)

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La mécanique de la voie 4. Défauts géométriques de la voie Les défauts de nivellement et les défauts des véhicules (balourd de roue par exemple) provoquent des surcharges dynamiques aléatoires 4.2- Spectres de densité de puissance des défauts de la voie L’analyse des défauts des principales données de la voie (nivellement et dressage de chaque file, écartement) est faite au moyen de la voiture d’enregistrement

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La mécanique de la voie 5. phénomènes verticaux Comportement statique de la voie sous l’action des charges verticales : on dispose de deux facteurs pour conserver la qualité du nivellement, soit améliorer le coefficient de ballast, soit augmenter le nombre de traverses par kilomètre. Une traverse « danseuse » ne repose plus sur son moule de ballast sur lequel elle est brutalement appliquée aux passages des charges. Le méplat d’une roue est constitué par une partie plane sur le cercle de roulement suite à un enrayage. Le RIV a limité la longueur du méplat à 85mm pour une roue d’un mètre. Année universitaire 2012 - 2013

La mécanique de la voie 6. Phénomènes transversaux 1.

Cinématique de l’essieu dans la voie : la solidarité des deux roues d’un même essieu impose une conicité des bandages qui limite dans les courbes les phénomènes de glissement en permettant des cercles de roulement de diamètres différents proportionnels aux chemins à, parcourir. L’essieu, dans un mouvement de lacet, peut occuper diverses positions.

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La mécanique de la voie 6. Phénomènes transversaux 2. Contact rail-roue. Lorsqu’une roue roule sur un rail, le contact se fait par une petite surface de forme elliptique Pseudo-glissement. Conicité équivalente 3. Phénomène dynamique de lacet D’autres phénomènes (frottement entre caisse et bogie, jeu entre essieu et boite d’essieu) accentuent encore la non linéarité du phénomène compliqué enfin par les chocs des boudins sur les rails.

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La mécanique de la voie 6. Phénomènes transversaux 4. Résistance de la voie aux efforts transversaux l’influence des divers facteurs de déstabilisation transversale de la voie : Vitesse Charge d’essieu Serrage des attaches Type de voie Contraintes thermiques Stabilisation de la voie (opération d’entretien)

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La mécanique de la voie 7. Vibrations de la voies aux passages des charges roulantes La voie ferrée, aux passages des charges roulantes, est soumise à un ébranlement du sol et un bruit intense dus aux phénomènes de glissement roue – rail et aux irrégularités du contact de roulement

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A suivre

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Sommaire 1ère partie Historique des chemins de fer au Maroc Introduction à la technologie ferroviaire Étude du tracé d’une infrastructure ferroviaire Les rails 2ème partie Les traverses et les attaches L’éclissage et les longs rails soudés (LRS) Les structures d’assises La mécanique de la voie 3ème partie

Pose de la voie Entretien de la voie Les appareils de voie Équipement des lignes pour la traction électrique 4ème partie Contrôle Commande et signalisation Matériel roulant Sécurité et sûreté ferroviaire Année universitaire 2011 2012 - 2012 2013

SOMMAIRE : Pose de la voie Entretien de la voie Les appareils de voie Équipement des lignes pour la traction électrique

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Pose de la voie 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Position des joints Rails courts pour l’équerrage des joints en courbe Travelage Écartement Tracé en plan Dévers Raccordement de dévers Véhicules pendulaires Raccordement en profil Gabarit Année universitaire 2011 2012 - 2012 2013

Pose de la voie 1. Position des joints

Les joints sont dits : « concordants », « d’équerre » ou « parallèle quand ils sont sur une même perpendiculaire à l’axe de la voie ; « alternés » ou « chevauchant » s’ils ne répondent pas à cette condition. Les joints d’une file de rails présentent un décalage.

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Pose de la voie 2. rails courts pour l’équerrage des joints en courbe L’utilisation de rails de longueurs spéciales dans les courbes est inévitable dans la pose à joints concordants pour tenir compte de la différence de longueur des deux files de rails. La concordance absolue des joints exigerait l’emploi, sur la file intérieure, de rails courts.

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Pose de la voie 3. travelage Le nombre de traverses au kilomètre ou travelage est d’environ 1700 traverses au kilomètre. Le plan de pose qui donne la répartition des traverses par longueur (31 traverses pour 18m) prévoit un resserrement des traverses au joint pour améliorer sa tenue

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Pose de la voie 4. Écartement L’écartement entre les faces internes des rails peut varier entre 1,470 et 1,435m (avec une tolérance de 3mm en moins sur le minimum). Cette latitude de 35mm dans la largeur de la voie facilite l’inscription dans les courbes.

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Pose de la voie 5. Tracé en plan Le tracé théorique d’une ligne comporte des alignements et des courbes circulaires. Les courbes sont définies sur plans par leur rayon et leur angle au centre ou leur longueur mesurée sur l’axe de la voie. Le rayon de courbure des voies principales peut atteindre 1000m pour de grandes vitesses. Dans les gares, sur les voies où la vitesse est faible, on admet des courbes de 150m de rayon. Des courbes de sens contraires doivent être séparées par un alignement droit.

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Pose de la voie 6. Dévers Un élément matériel, de masse m, lié au véhicule, est donc soumis en plus de son poids à une force centrifuge mV2/R. La résultante de ces forces est incliné par rapport à la vertical de a. Pour que le véhicule n’exerce pas d’efforts latéraux néfastes à la stabilité de la voie, il faut donner à la file extérieure des rails un surhaussement on « dévers ».

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Pose de la voie 7. Raccordement de dévers 1. Incidence sur les voyageurs et les véhicules Comme il est impossible de donner le dévers d’un seul coup, on surélève progressivement la file extérieure par rapport à la file intérieure. 2. Le raccordement que l’on doit introduire entre un alignement et un arc de cercle doit posséder les propriétés suivantes : Être tangent à l’alignement et à l’arc de cercle Présenter, au point de tangence à l’alignement, une courbure nulle Présenter, au point de tangence à l’arc de cercle de rayon R, une courbure égale à 1/R D’avoir, entre ces deux points de tangence, une courbure progressive

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Pose de la voie 8. véhicules pendulaires Pour la circulation de véhicules à suspension pendulaire, on peut s’affranchir des conditions d’insuffisances de dévers (la caisse s’incline librement sous l’effet de la force centrifuge)

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Pose de la voie 9. Raccordement en profil Le profil en long d’une ligne se compose de plans constituant les paliers, les pentes et les rampes. Lorsque la différence de déclivité entre deux plans successifs est appréciable, on intercale un raccordement cylindrique pour éviter que la voie ne présente une cassure.

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Pose de la voie 10. Gabarit Il est nécessaire de fixer des gabarit permettant de déterminer le contour maximal de construction du matériel moteur et remorqué ainsi que la position des obstacles fixes par rapport à la voie. Les gabarits de matériel roulant sont : Cinématique tenant compte des déplacements dynamiques auxquels sont soumis les véhicules Statique que ne doivent pas dépasser les véhicules à l’état statique

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Entretien de la voie 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Généralités Évolution de l’entretien Organisation de la révision Moyen de contrôle de l’état de la voie Technique du nivellement Désherbage chimique Renouvellements Désordres provoqués par l’humidité dans les plateformes glaiseuses Année universitaire 2011 2012 - 2012 2013

Entretien de la voie 1. Généralités Les dépenses d’entretien de la voie jouent un rôle considérable dans le bilan global de l’exploitation d’un réseau. L’entretien de la voie proprement dite comprend trois rubriques principales : l’entretien courant dont le but est le maintien de la voie correspondant au service qu’elle doit rendre sous le double aspect de la sécurité et du confort les renouvellements caractérisés par le remplacement systématique des éléments de la voie lorsque l’usure ou le vieillissement est tel que l’entretien courant se révèle impuissant les grosses réparations comportant des opérations non cycliques de substitutions ou des régénérations systématiques intéressant les différents éléments de la voie.

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Entretien de la voie 2. Évolution de l’entretien Les révisions sont cycliques : La révision intégrale se fait à intervalles réguliers et consiste à remettre complètement en état des tronçons de ligne La révision réduite se borne à reprendre les défectuosités qui ne peuvent être tolérées jusqu’à la révision générale On exécute également tous les ans un certain nombre de contrôle de l’état des voies et d’opérations systématiques sur programme (désherbage, passage de la voiture d’auscultation des rails, meulage par un train spécialement conçu à cet effet

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Entretien de la voie 3. Organisation de la révision 1. La révision intégrale (RI) On procède à la remise en état de tout le matériel : Remplacement des rails Consolidation des attaches Remplacement des traverses non consolidables Démontage des éclisses pour examen visuel des abouts des rails et remplacement des éclisses Vérification des joints de dilatation Serrage systématique des attaches Épuration du ballast 2. Le calendrier programme (CP) Le CP, précédé d’une étude détaillée, donne pour chaque nature de travail, le nombre d’heures de MO à prévoir et résume la progression des chantiers d’entretien

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Entretien de la voie 4. Moyen de contrôle de l’état de la voie 1. Tournée à pied et en machine Les tournées à pied sont à la base d’observations réalisées au moyen de règles à dévers, règles d’écartement, canne à boule, cordeau pour le dressage Les tournées en queue de train ou en machine permettent d’observer les oscillations latérales ou les défauts verticaux 2. Voiture d’enregistrement Elle enregistre : Le nivellement longitudinal Le gauche La variation du dévers Les flèches L’écartement

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Entretien de la voie 5. Technique du nivellement 1. Le bourrage manuel On rétablit la régularité transversale et longitudinale de la voie en la soulevant de point en point par des crics. On bourre avec du ballast 2. Le soufflage Le nivellement par soufflage repose sur la détermination de la quantité de ballast dont il faut recharger les moules 3. Le bourrage mécanique Le bourrage est effectué par des paires de bourroirs qui compriment et vibrent simultanément le ballast

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Entretien de la voie 6. désherbage chimique La lutte contre l’envahissement de la plateforme et du ballast par la végétation a pour but de faciliter le travail d’entretien de la voie et d’éviter une pollution rapide du ballast

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Entretien de la voie 7. Renouvellements Le renouvellement complet d’une voie n’intervient que lorsque les révisions ne sont plus à même d’assurer une qualité suffisante

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Les appareils de voie 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Généralités Aiguillage Croisement Traversée Traversée jonction Branchement à trois voies ou branchement double 7. Implantation des appareils de voie Année universitaire 2011 2012 - 2012 2013

Les appareils de voie 1. Généralités L’exploitation des voies ferrées exige des moyens de liaison et de traversée des itinéraires que l’on désigne sous le vocable général d’appareils de voie Ces appareils sont constitués de : l’aiguillage Le croisement La traversée

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Les appareils de la voie • • •

Parmi les appareils de la voie, on distingue : 1°) Les appareils qui servent à faire traverser une voie par une autre voie, ce sont les traversées qui peuvent être rectangulaires ou obliques. 2°) Les appareils qui permettent le passage des véhicules d'une voie sur une autre voie : les branchements. – Les aiguilles aa', bb' sont manœuvrées autour des talons a', b' ; ce sont les pointes a, b qui se déplacent. – Les deux files extérieures de rails sont continues. – Les files intérieures comprennent les parties mobiles aa', bb' qu'on appelle les aiguilles parce que ce sont des tronçons de rails dont les extrémités sont effilées. Les pointes des aiguilles peuvent ainsi venir s'appuyer, sans former de saillie sensible, contre les rails extérieurs aux points a et b.

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Les appareils de voie 2. aiguillage Le doublement des files de roulement est réalisé par des pièces mobiles appelées « aiguilles » qui se mettent en contact des rails adjacents appelés « contre-aiguilles »

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Manœuvre des aiguilles à distance

•

• •

La manœuvre des aiguilles sur place n'est pas possible dans les gares importantes où le nombre des aiguilles est considérable. Les aiguilleurs devraient courir d'une aiguille à l'autre pour les placer successivement dans la position convenable. Ces agents devraient être nombreux et seraient continuellement exposés aux dangers graves de la circulation à travers les voies. On améliore déjà la situation en concentrant un certain nombre de leviers au même endroit (« poste d’aiguillage »), d'où un seul agent donne, sans se déplacer, la position désirée aux aiguilles. Mais la solution complète du problème consiste à réunir dans une cabine le plus grand nombre possible de leviers d'aiguilles. On y concentre aussi les leviers de manœuvre des signaux qui commandent ou protègent la circulation des trains ou des manœuvres dans la gare. Année universitaire 2011 2012 - 2012 2013

Appareils de manœuvre des aiguillages

• Quand la manœuvre des aiguilles se fait sur place, la tringle de connexion t qui réunit les deux pointes est prolongée par une tringle de manœuvre reliée elle-même au levier de manœuvre OA. Un régulateur de connexion permet de régler la longueur de la connexion de manière que les aiguilles s'appliquent bien contre les rails contre-aiguilles. • Un contrepoids C, fixé au levier de manœuvre, maintient l'aiguille fixe dans la position qu'on lui a donnée.

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Les appareils de voie à cœur mobile Cœur mobile

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Les appareils de voie 3. Croisement Le croisement est l’ensemble constitué par un cœur de croisement avec deux contre-rail reliés au cœur par des entretoises de liaison et deux rails extérieurs.

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Les appareils de voie 4. Traversée La traversée proprement dite est composée de deux cœurs de traversée.

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Les appareils de voie 5. Traversée de jonction La traversée de jonction est une traversée oblique dans laquelle les deux voies qui se croisent sont reliées soit d’un seul côté (traversée jonction simple) soit des deux côtés (traversée jonction double)

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Équipement des lignes pour la traction électrique 1. 2. 3. 4.

Historique et généralités Sous-stations Dispositifs d’amenée du courant Retour de courant

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1 Énergie de traction L’énergie de traction est de deux natures : — l’ énergie autonome : les engins embarquent à bord leur combustible. C’est le cas le plus répandu dans le monde puisque 80 % des engins moteurs sont à traction autonome. Les infrastructures nécessaires sont alors limitées à de simples stations-service de ravitaillement ; — l’ énergie électrique distribuée le long des lignes permet son utilisation directe par les engins. Les infrastructures sont dans ce cas très importantes et coûteuses de sorte que les investissements correspondants doivent être rentabilisés par un trafic important et un rendement élevé. L’énergie électrique n’est utilisée que par 20 % des engins moteurs dans le monde. Son extension est fonction de la densité d’industrialisation environnant les réseaux.

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Équipement des lignes pour la traction électrique 1. Généralités

Un circuit de traction comprend : Des sous-stations réparties le long de la ligne qui servent d’intermédiaire entre les lignes haute tension et la voie ferrée Une ligne de contact ou caténaire sur laquelle la locomotive capte le courant au moyen d’un pantographe Un conducteur de retour aux sous-stations : les rails de roulement

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Équipement des lignes pour la traction électrique 2. Sous-stations Les sous-stations convertissent le courant triphasé H.T. en courant de traction de nature et de tension convenable. Pour le courant continu, les distances entre les sous-stations sont de l’ordre de 20km Pour le courant alternatif 50hz, les sousstations se réduisent à de simples transformateurs particulièrement légers Les lignes de contact, pour des raisons d’entretien, sont parfois découpées en tronçons isolés électriquement les uns des autres à l’aide des postes de sectionnement

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Équipement des lignes pour la traction électrique 3. Dispositif d’amenée du courant Le troisième rail est généralement utilisé pour des tensions de l’ordre de 500 à 750 V. La suspension caténaire a pour but de maintenir le fil de contact aussi parallèle à la voie que possible. Il comporte un câble porteur et un fil de contact et entre les deux des pendules régulièrement espacés

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Définition de la fonction « alimentation » Les installations fixes de traction électrique doivent répondre aux critères de fonctionnement suivants : - Alimentation permanente de la caténaire, répondant aux besoins du trafic ; cela implique disponibilité, fiabilité et mise à disposition de la puissance nécessaire. - Détection des défauts d’alimentation (mise à la terre directe ou indirecte de la caténaire) en vue d’assurer la sécurité des circulations et des personnes

- Possibilités de coupures volontaires d’alimentation des caténaires et de la sous-station en vue d’effectuer leur maintenance tout en assurant la sécurité des agents d’intervention : cela implique un système de contrôle/commande à caractère hautement sécuritaire.

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Équipement des lignes pour la traction électrique 4. retour de courant Pour le courant continu, le retour de courant est assuré par les rails Pour diminuer la résistance électrique due à l’éclissage, on réunit les rails voisins par des connexions fixées aux rails par soudure

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Fin

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Sommaire 1. Contrôle – Commande et Signalisation 2. Matériel roulant 3. Sécurité ferroviaire 4. Coût estimatif de l’infrastructure ferroviaire

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La signalisation ferroviaire

Sur les lignes à voies doubles de l’ONCF les trains circulent normalement à gauche.

Les signaux sont implantés soit à gauche de la voie concernée sur des mats ou parfois au sol, soit au dessus de la voie sur des potences. Cependant il peut arriver qu'exceptionnellement, les signaux soient implantés à droite de la voie quand l'installation à gauche n'est pas possible faute de place. Année universitaire 2012 - 2013

La signalisation ferroviaire

Les objectifs de la signalisation sont multiples, on peut cependant les résumer aux cinq principaux points suivants : 1 - permettre un espacement des circulations (pour éviter les rattrapages de trains sur une même voie). 2 - garantir la protection des circulations dans les établissements (croisements). 3 - arbitrer les circulations convergentes sur une même voie (nez à nez sur une voie unique). 4 - éviter les déraillements par excès de vitesse (zones à vitesse limitée, courbes). 5 - protéger les passages à niveau (croisements rail-route). Afin de réaliser l'espacement des circulations, on découpe la voie en sections appelées "cantons". Année universitaire 2012 - 2013

La signalisation ferroviaire

Initialement, le chemin de fer utilise le « cantonnement téléphonique » Les différents types de blocks. Le block manuel (B.M.). Le block automatique à permissivité restreinte (B.A.P.R.). Le block automatique lumineux (B.A.L.). Année universitaire 2012 - 2013

Le block manuel (B.M.) Le block manuel est utilisé sur des lignes peu fréquentées. Le nombre de signaux implantés sur les voies est très réduit. L'inconvénient ce type de block est qu'il ne permet pas un gros débit sur les lignes.

Le block automatique à permissivité restreinte (B.A.P.R.) Le block automatique à permissivité restreinte est utilisé sur des lignes à trafic moyen. La longueur des cantons est relativement importante (plusieurs kilomètres). Ce système présente l'avantage d'une sécurité accrue par rapport au block manuel (le risque d'erreur humaine est diminué), le nombre de signaux implantés reste faible. Ce type de block ne permet pas des débits élevés sur une ligne. En effet le franchissement des signaux d'espacements fermés est interdit, pour éviter des marches à vue trop longues (puisque les cantons sont grands !), d'où son nom de "permissivité restreinte". Année universitaire 2012 - 2013

La signalisation ferroviaire En circulation ferroviaire, il existe 4 types de marche: carré

sémaphore

La marche à vue impose à un conducteur de s'avancer avec prudence, compte tenu de la partie de voie qu'il aperçoit devant lui, de manière à pouvoir s'arrêter avant une queue de train, un signal d'arrêt ou un obstacle. En outre, il ne doit pas dépasser la vitesse de 30 Km/h. L'obligation de marcher en manoeuvre impose au conducteur de s'avancer avec prudence, sans dépasser la vitesse de 30 km/h et en se tenant prêt à obéir aux signaux qu'il pourrait rencontrer et d'obéir à toute injonction d'un agent de manoeuvre. La marche avec prudence impose à un conducteur de limiter sa vitesse compte tenu du motif qui lui a été indiqué. Lorsqu'un train n'est ni en marche à vue, ni en marche en manœuvre et ni en marche prudente, il est en marche normale; la vitesse limite du train dépend de la section de ligne concernée, de la vitesse limite des différents éléments du convoi ainsi que de leur capacité de freinage combinée.

Feu rouge clignotant

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Le block automatique lumineux (B.A.L.)

Le block automatique lumineux est utilisé sur les lignes principales. Ce système est automatique et permet un débit maximal sur une ligne.

Il autorise également un espacement réduit des circulations puisque le franchissement des signaux d'espacements fermés en marche à vue est autorisé (c'est un système "permissif"). Année universitaire 2012 - 2013

La signalisation ferroviaire

avertissement Ralentissement 60

Feu jaune clignotant

La signalisation lumineuse

Rappel de ralentissement 60

Rappel de ralentissement 30

On utilise des panneaux portants un ou plusieurs feux. Ces panneaux sont constitués d'un écran noir bordé d'un liséré blanc. Les signaux lumineux utilisent des couleurs suffisamment différenciées pour ne pas êtres confondues par les conducteurs. Ces couleurs sont le vert , le jaune , le rouge , le blanc , le violet . Année universitaire 2012 - 2013

La signalisation ferroviaire Le feu vert - signal de voie libre (VL). Le feu vert indique au mécanicien que la voie est libre, et normale est autorisée si rien ne s'y oppose.

que la marche

Le feu jaune - avertissement (A). L'avertissement se présente sous la forme d'un feu jaune. Le feu jaune fixe commande au mécanicien de pouvoir s'arrêter avant le signal suivant : carré, sémaphore, carré violet; ou d'être en mesure de respecter un rouge clignotant.

En signalisation mécanique, l'avertissement sous la forme d'un panneau losange jaune.

se présentait

Le feu jaune clignotant(A). Le feu jaune clignotant commande au mécanicien d'être en mesure de s'arrêter avant le signal annoncé à distance réduite par l'avertissement suivant. Année universitaire 2012 - 2013

Principe du Block Automatique Lumineux Le block automatique est l’une des plus anciennes utilisation d’automatismes électriques en signalisation, assurant à la fois la protection des circulations et l’amélioration du débit par rapport aux blocks manuels.

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L’ERTMS (Européen Rail Trafic Management System), présente aujourd’hui deux composantes de base : • L’ETCS :(European Train Control System) le système européen de contrôle des trains. • Le GSM R: Basé sur le standard GSM mais utilisant des fréquences différentes propres au Rail ainsi que certaines fonctions avancées. Il s’agit du système radio utilisé pour échanger des informations (voix et données) entre le sol et le bord. ETCS niveau 1 :Sur des lignes où il existe une signalisation latérale (feux et panneaux de signalisation permettant au conducteur de connaître la vitesse permise).

v=f(s)

Eurocab

Eurobalises Detection occupation Voie

Poste d’aiguillage

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LEU

L’ERTMS ETCS niveau 2 : Les informations peuvent aussi être transmises par radio (GSM-R), et il n’est plus nécessaire de maintenir les signaux latéraux. La détection de l’occupation de la voie continue de s’effectuer au sol

GSM-R

Radioblock

v=f(s)

Eurocab

Eurobalises Detection occupation Voie

Poste d’aiguillage

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La réglementation R.G.S. Règlement Général de Sécurité

géndéfinit les dispositions érales

traduites en procédures de sécurité

applicables par des collaborateurs habilités aux fonctions de sécurité

L’exploitation comprend

Préparation du train Mise en marche du train Circulation du train Maintenance des infrastructures Année universitaire 2012 - 2013

Le Règlement Général de Sécurité  La réglementation de sécurité est constituée par : - le règlement de sécurité de l’exploitation du réseau ferré national ; - les règlements, notices et consignes applicables sur le réseau ferré national. Les différents règlements de sécurité traitent de : - les signaux latéraux (le long de la voie) ;

- les signaux portés par les trains - la circulation des trains sur voie principale (DV et VU) - les différents modes de cantonnements

- la composition des trains, leurs freinage et leurs attelages - la manœuvre en gare et aux embranchements - les travaux sur les voies

- les prescriptions concernant les installations électriques par caténaires Année universitaire 2012 - 2013

Dahir du 07 janvier 2005 Organisation, gestion et exploitation du RFN développement du transport ferroviaire par l’intervention de l’initiative privée par des formules État – secteur privé

nouvelle organisation du secteur ferroviaire

concession en matière de construction et d’exploitation des infrastructures ferroviaires

restructuration de l’ONCF est nécessaire pour lui donner une autonomie complète de gestion (Société anonyme). Année universitaire 2012 - 2013

Dahir du 07 janvier 2005 Organisation, gestion et exploitation du RFN configuration et constitution du RFN

La loi précise

libéralisation de la gestion des activités ferroviaires confiée à des entreprises par : -des conventions de concession de gestion des infrastructures ou -des conventions de concessions d’exploitation des transports ferroviaires

création de la SMCF qui se substituera à l’ONCF

L’autorité gouvernementale est chargée de veiller au respect par le gestionnaire d’infrastructure ferroviaires et par l’opérateur de transport ferroviaire des dispositions de la licence et de la convention d’exploitation des services de transport ferroviaire ou de la convention de concession.

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La sécurité de l’exploitation Prise en compte des risques

d’accidents de trains dus à la survenance d’événements redoutés lors de l’exploitation la rencontre de deux trains circulant en sens inverse sur la même voie (le nez à nez) le rattrapage d’un train par un autre train circulant sur la même voie

les événements susceptibles d’être aggravés du fait du milieu ferroviaire, notamment l’incendie et les risques d’explosion la collision d’un train contre un obstacle

la rencontre de deux trains circulant sur deux voies convergentes (la prise en écharpe) Année universitaire 2012 - 2013

le déraillement d’un train

La sécurité de l’exploitation Prise en compte des risques

d’accidents de personnes

concernant les usagers, survenant en particulier à la montée ou à la descente des trains, ou lors de leur présence dans les trains ou dans les emprises, notamment lors de la traversée des voies

concernant les tiers, du fait de l’exploitation ferroviaire et du risque électrique.

concernant le personnel, du fait de l’exploitation ferroviaire et du risque électrique, lors des déplacements et du travail dans les emprises Année universitaire 2012 - 2013

La sécurité de l’exploitation La sécurité de l’exploitation repose sur l’ensemble des dispositions que prennent les exploitants, en application de la réglementation en vigueur, afin de maîtriser, en toutes circonstances

la sûreté de fonctionnement des éléments du système ferroviaire sous leur contrôle

les défaillances des constituants critiques de l’infrastructure ou du matériel roulant

les effets des événements susceptibles d’être aggravés du fait du milieu ferroviaire (notamment incendie, explosion)

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les risques prévisibles présentés par l’environnement dans lequel les trains évoluent (inondations, vents importants, actes de malveillance).

Exigences générales relatives à l’exploitation Exigence de compétences.

Personnel habilité à l’exercice des fonctions de sécurité et disposant de la documentation nécessaire.

Ne doit pas quitter son service sans être remplacé ou sans avoir pris les mesures nécessaires pour assurer la sécurité pendant son absence.

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Les communications verbales ou écrites concernant la sécurité

Exigences générales relatives à l’exploitation Exigence de documentation.

La documentation doit être obligatoirement écrite et faire l’objet d’une décision d’approbation.

Exigence de traçabilité.

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Exigences concernant les communications entre les agents

La préparation et la circulation des trains La maintenance du matériel roulant.

La préparation et la composition des trains.

La circulation d’un train est subordonnée à : - la vérification de sa composition ; - du fonctionnement des équipements de sécurité et de communication ; - de la conformité des chargements et de leur bon arrimage ; - de l’état des matériels roulants et de leur conformité aux services effectués et aux lignes empruntées ; - du fonctionnement effectif des dispositifs de freinage ;

La conduite des trains.

L’accompagnement des trains.

La mise en marche d’un train ne peut s’effectuer que si : - les conditions préalables à la mise en circulation ont été remplies et vérifiées ; - pour les services de transport de voyageurs, les opérations de débarquement et d’embarquement des voyageurs sont terminées ; - il est l’heure de départ ; - les conditions d’accès à l’infrastructure sont remplies.

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Les types de matériel roulant Voiture à voyageurs

locomotive

wagon

1. Les trains automoteurs thermiques ou électriques 2. Les engins de traction thermiques ou électriques 3. Les voitures à voyageurs 4. Les wagons Rame automotrice Année universitaire 2012 - 2013

La rame automotrice

Rame automotrice

Une rame automotrice, ou train automoteur, est un ensemble de véhicules ferroviaires, destinés au transport de voyageurs, formant une rame indéformable en service courant, intégrant la motorisation. La traction peut être électrique, ou diesel. Une rame automotrice est réversible et est équipée d'une cabine de conduite à chaque extrémité. L'intérêt des rames automotrices réside dans la simplification de l'exploitation, puisque sont supprimées toutes les manœuvres d'attelage/dételage entre locomotives et voitures. Cela procure un gain en frais d'exploitation et en temps, notamment pour les changements de sens de marche dans les gares terminus, gain d'autant plus sensible que la rotation des rames est plus serrée (relations à courte distance, services cadencés). La longueur fixe des rames garantit l'homogénéité des performances de traction. Année universitaire 2012 - 2013

La locomotive locomotive

Un train est constitué d’une série de véhicules sur roues tractés par une locomotive. Il se déplace sur un chemin de fer, c’est à dire une voie qui assure son guidage. Dans la plupart des locomotives diesels, le moteur entraîne un générateur qui produit du courant électrique. Ce dernier actionne des moteurs électriques qui entraînent les roues. Les ingénieurs mirent au point les premières locomotives électriques vers la fin du XIX siècle. Elles prenaient le courant à partir d'une caténaire ou bien d'un troisième rail parallèle à la voie. Les machines électriques possèdent des avantages sur les machines diesel : plus rapides et silencieuses, elles sont plus faciles à conduire. Année universitaire 2012 - 2013

La voiture à voyageurs

 Les voitures servent au transport des voyageurs. Il existe différents types de voitures : Voiture à compartiment Voiture à couloir central Voiture couchettes Voiture lits Voiture restaurant Année universitaire 2012 - 2013

Le wagon

Wagon Wagon Wagon Wagon Wagon

plat couvert tombereau citerne (transport de matières dangereuse) trémie Année universitaire 2012 - 2013

Le pantographe

Le pantographe est le dispositif articulé qui permet à une locomotive électrique de capter le courant par frottement sur la caténaire. Les premiers pantographes avaient la forme symétrique d'un losange, tandis que les pantographes modernes ne comportent qu'un seul bras articulé. Le pantographe est fixé sur le toit de la locomotive au moyen d'isolateurs. Le contact avec la caténaire se fait par une pièce horizontale, l'archet. Le bras articulé est formé de deux éléments, le bras inférieur et le bras supérieur. Le déploiement du bras est assuré par un dispositif pneumatique, qui permet de maintenir une certaine pression sur la caténaire. Son repliement se fait par gravité, lorsque la pression d'air est annulée.

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Le bogie

Un bogie (ou boggie) est un chariot situé sous un véhicule ferroviaire, sur lequel sont fixés les essieux (et donc les roues). Il assure essentiellement la liaison entre le matériel roulant (wagon ou voiture) et l'infrastructure. Description d'un bogie La charge du véhicule repose en général sur le bogie par l'intermédiaire d'un pivot central appelé cheville ouvrière (toutefois, ce pivot est supprimé sur les voitures SNCF de type "Corail". Le bogie peut glisser librement sous la caisse, ce qui améliore le confort. On parle dans ce cas de "pivot fictif"). Chaque bogie possède en général au moins deux essieux. Soit chaque véhicule (locomotive, voiture, wagon) possède ses propres bogies (généralement deux), soit les bogies sont situés aux raccords entre les voitures (cas des rames articulées, notamment les TGV et Talgo).

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L’attelage entre véhicule Attelages ferroviaires attelage ferroviaire à vis L'attelage est l'organe essentiel de formation de la rame. On utilisa des éléments de choc élastiques que sont les tampons. •attelage à vis : c'est un attelage manuel qui comporte deux maillons reliés par une vis à pas contraires : une fois les maillons en place sur les crochets de chaque wagon, le serrage de la vis est manuel ; sur le matériel voyageur, l'attelage est tendu « tampons joints ».

L'attelage automatique est de plus en plus utilisé De base, un attelage assure le couplage mécanique entre véhicules ferroviaires. Certains modèles permettent un couplage électrique et pneumatique. Le couplage et le découplage à l'aide d'attelages automatiques sont rapides et nécessitent un minimum d'opérations manuelles. Le couplage des trains peut donc être fait à très faible vitesse, 3,2 km/h, ce qui fait que les passagers n'ont pas à subir de secousse.

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Le freinage pneumatique Le principe de base du frein pneumatique consiste à transmettre les consignes de freinage émises par le conducteur par le biais d'une conduite pneumatique parcourant toute la longueur du train. Cette conduite est appelée Conduite Générale de frein (CG). Deux principes ont co-existé durant des dizaines d'années : · Le frein à air comprimé : la conduite pneumatique est maintenue sous une certaine pression d'air comprimé, qui correspond à l'état freins desserrés. Toute baisse de pression dans cette conduite entraîne une application (serrage) des freins sur l'ensemble du train. · Le frein à vide : la conduite pneumatique est maintenue sous une certaine pression de vide (pression inférieure à la pression atmosphérique), qui correspond à l'état freins desserrés. Toute hausse de pression dans cette conduite entraîne une application (serrage) des freins sur l'ensemble du train. Les deux types de frein pneumatique répondent intrinsèquement à l'un des deux postulats de base du freinage ferroviaire, à savoir l'automaticité du frein : toute rupture de la CG conduit à une baisse ou une hausse de pression (selon le cas) sur les deux parties du train de part et d'autre du point de rupture, entraînant par là-même l'application des freins sur ces deux parties.

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Trains pendulaires • Avantages des trains pendulaires : – Temps de parcours plus courts grâce à la possibilité de franchir les courbes à des vitesses supérieures.

• Inconvénients: – Efforts plus élevés sur la voie en courbe. – Possibilité d’expérimentation de dis confort par une partie des passagers.

Pendulation active Pendulation naturelle Année universitaire 2012 - 2013

Défis technologiques de la Grande Vitesse • • • • • • • •

La tracé des lignes nouvelles à GV. Le contact roue / rail. Définition mécanique. Contact pantographe / caténaire. Effets aérodynamiques. Freinage. Traction. Circuits de contrôle. Système de diagnoses. Contrôle de vitesse (signalisation)

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La maintenance du matériel roulant La maintenance regroupe les actions de dépannage, de révision et de vérification périodique du matériel roulant. Il existe différentes façons d'organiser les actions de maintenance : Maintenance préventive (attitude dictée par des exigences de sûreté de fonctionnement : Fiabilité, Maintenabilité, Disponibilité, Sécurité) : (La maintenance

préventive se fonde sur l'adage "mieux vaut prévenir que guérir", sur la connaissance des machines, la prise en compte des signes précurseurs et le réalisme économique. La maintenance préventive vise en effet à réduire les coûts des pannes et de maintenance en se fondant sur les constats que la plupart des réparations et immobilisations coûteuses auraient pu être réduites ou évitées par un entretien constant et préventif.)

- Systématique : effectuée selon un échéancier établi à partir d'un temps d'usage ou d'un nombre d'unités d'usage ; - Conditionnelle : réalisée suite à une analyse révélatrice de l'état de dégradation de l'équipement. Maintenance corrective, effectuée après défaillance, attitude fataliste consistant à attendre la panne pour procéder à une intervention : - Palliative : dépannage provisoire de l'équipement lui permettant d'assurer tout ou partie d'une fonction requise, il doit toutefois être suivi d'une action curative dans les plus brefs délais ; - Curative : remise à l'état initial. Année universitaire 2012 - 2013

La maintenance du matériel roulant - En ateliers d’entretien et de révision Ces ateliers procèdent à des interventions d'entretien de deux types: - la maintenance «préventive» qui comprend un entretien technique de toutes les fonctions (révisions périodiques) - la maintenance «corrective» qui comporte les dépannages plus importants, les remplacements d'organes (bogies, moteurs...), et d'éventuelles modifications de matériels roulants. -Ils réalisent des travaux importants de remise en état des matériels (essieux, moteurs, bogies, caisses...) qui nécessitent, dans certains cas, le démontage complet du matériel roulant.

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Contexte et enjeux de la maintenance responsabilités

politique

traçabilité

formation, qualification et maintien de la qualification

règles de maintenance

retour d'expérience

gestion de la documentation

Installations, appareils de mesure et d'essais

contrôle, autocontrôle, suivi des pratiques professionnelles

conformité des pièces de rechange

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Politique et organisation de maintenance Maintenance CORRECTIVE

Maintenance PRÉVENTIVE

• Choix du meilleur compromis entre maintenance préventive et maintenance corrective en fonction des objectifs opérationnels Coûts, indisponibilité, sécurité, confort, régularité... • Optimisation de la maintenance en fonction de l’effet des défaillances (retour d’expérience) Année universitaire 2012 - 2013

Intégration aux besoins de l’exploitant En

– Niveau 1 = opérations de surveillance lors des circulations (conducteur, surveillance de la température des boites d’essieux…)

exploitation

– Niveau 2 = vérifications, tests, échanges rapides d'équipements entre deux circulations (généralement en centre de maintenance)

Hors

– Niveau 3 = visites périodiques préventives et dépose d'organes, généralement hors service commercial (en centre de maintenance)

exploitation

– Niveau 4 = opérations de maintenance majeures, révisions et gros entretiens – Niveau 5 = réhabilitations, transformations ou réparations importantes (en atelier ou en industrie privé) Année universitaire 2012 - 2013

Freinage - 1 • L’énorme quantité d’énergie cinétique a être éliminée lors du freinage d’un train à GV oblige à une révision complète des systèmes classiques de freinage de trains. • Le système conventionnel sabot / roue ne peut plus être utilisé au-delà de 160 km/h, du aux températures élevées produites, ce qui peut causer des dommages importants sur les roues. • Le processus de freinage à GV est réalisé par l’action automatique de tous les systèmes disponibles. Contrôle électro-pneumatique.

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Freinage - 2 • Frein électrique : – Préférable mixte: régénératif et rhéostatique (priorité à l’action régénérative) – Il doit être indépendant de l’existence de tension à la caténaire. – Action automatique avec le frein pneumatique (“blending”).

• Frein pneumatique : AVE S/100 4 disques par essieu remorqué

– De préférence, à disques (largement meilleur réfrigéré que le système sabot / roue) • TGV (4 disques par essieu remorqué et 4 sabots par roue sur les essieux moteurs.) • AVE S/102 (Motrices: 1 disque par essieu / deux demi disques

par roue et Remorques : 2 demi disques par roue / un disque par roue) • ICE 3 (Essieux moteurs : 2 demi disques par roue et Essieux remorqués : 3 disques par essieu Année universitaire 2012 - 2013

Freinage – 5 • Autres systèmes de freinage utilisés sont : • Freinage par induction (courants de Foucault ou “Eddycurrent”) • Patin électromagnétique.

• Avantages : • Distances de freinage plus courtes.

• Inconvénients : • Problèmes avec l’infrastructure : déplacements de la voie, interférences des harmoniques, etc.

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Traction – 1 : Puissance – Rapport puissance / poids : triple ou quadruple par rapport aux trains classiques. – Pour des raisons de fiabilité, c’est important d’avoir une surpuissance disponible au cas de possibles pannes. – La traction triphasée est possible grâce au développement de l’électronique de puissance. Le système est plus léger, plus puissant et les moteurs de traction sont de taille inférieur. Des groupes indépendants peuvent être installés facilement. – Système optimal d’électrification : 25 kV, 50 Hz.

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Traction – 2 : Électronique de puissance Inverseur à courant constant

Inverseur à voltage constant

L

C M

M

SCR : Silicon Controlled Rectifier

Equal to: switch

GTO = Gate Turn-Off SCR-thyristor

GTO-thyristor

IGBT

IGBT = Isolated Gate Bipolar Transistor

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La sécurité ferroviaire

Homme

Infrastructure Matériel roulant

Réglementation

Environnement Année universitaire 2012 - 2013

L’accident ferroviaire Un accident ferroviaire est un accident qui affecte un train en circulation et qui peut être dû à des causes internes ou externes au système ferroviaire. Il est indéniable que le chemin de fer est, statistiquement, l'un des moyens parmi les plus sûrs pour se déplacer. Cependant, le transport ferroviaire étant un transport de masse, les accidents prennent parfois des proportions spectaculaires et entraînent de véritables catastrophes susceptibles de frapper l'imagination. Des installations de sécurité complexes, associées à des enclenchements (mécaniques, électriques ou informatiques) préviennent les risques ferroviaires (prise en écharpe, nez à nez). Cependant, des facteurs humains ou techniques (parfois les deux cumulés) peuvent venir gripper la mécanique que représente l’exploitation ferroviaire et provoquer des catastrophes. C’est ainsi que toute organisation ferroviaire digne de ce nom se doit d’obéir à une réglementation qui prend en compte les différents cas de figure pouvant survenir. Année universitaire 2012 - 2013

Le risque ferroviaire Les risques ferroviaires sont :

Le Nez à nez : il s’agit d’une collision frontale entre deux trains. Il est le plus souvent dû à une erreur humaine. Le rattrapage : contrairement au nez à nez, il s’agit ici d’une collision par l’arrière. Un train percute un autre train qui se situe devant lui. La prise en écharpe : il s’agit d’une collision latérale qui se produit sur un aiguillage. Par exemple un train qui s’engage sur une voie où un autre train circule déjà dans le même sens. L’obstacle : là il s’agit de la collision avec un objet (voiture, coulée de boue, wagon abandonnée...) qui se situe sur la voie où circule le train. Le déraillement : c’est la plupart du temps la suite de l’un des risques précédents. Cependant, le déraillement peut intervenir seul (vitesse excessive du train par exemple). Année universitaire 2012 - 2013

Exemple : Collision de deux trains entre la France et le Luxembourg

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Exemple : Collision de deux trains entre la France et le Luxembourg

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La sécurité ferroviaire

Le facteur humain Année universitaire 2012 - 2013

Le facteur humain Les fonctions de sécurité

Contrôle par la hiérarchie (par l’encadrant de proximité)

Aptitude physique

Aptitude psychologique

Compétences professionnelles

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Les fonctions de sécurité

Les principales fonctions de sécurité

Le conducteur Le garde barrières Le chef de train

Le chef de sécurité

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Les fonctions de sécurité Compétences professionnelles L’aptitude professionnelles est définie pour chaque fonction de sécurité et par les directions centrales opérationnelles

Habilitation Connaissances professionnelles nécessaires à l’exercice de la fonction de sécurité

Capacité à rendre opérationnelles en milieu professionnel, les connaissances acquises

Évaluation périodiques des compétences professionnelles

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L’aptitude physique Règlement médico-social Type de visite médical

Visite médical d’embauche

Visite médical de titularisation

1- Périodicité :

CLASSE I

Visite médical périodique

Visite médical de reprise

CLASSE II

40 ans et moins

Tous les 3 ans

Tous les 4 ans

Au-delà de40 ans

Tous les 2 ans

Tous les 3 ans

3- Audition

Cet examen est complété par l’audiométrie en cas de suspicion d’hypoacousie unilatérale ou bilatérale. Dans ce cas, On tolère :

4- Acuité Visuelle 5- Champ Visuel

Normal

Normal

6- Sens Chromatique

Normal

Normal

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L’aptitude psychologique Règlement médico-social La psychologie appliquée à l'entreprise est un ensemble de techniques, de méthodes et d'aide à la Gestion prévisionnelle des ressources humaines et à la prévention en matière de sécurité ferroviaire. Elle permet par le biais de bilans et d'examens appropriés à : évaluer les aptitudes d'une personne ; cerner ses capacités d'adaptation au métier pourvu ; estimer son potentiel d'évolution au sein de l’entreprise ; prévenir éventuellement les incompatibilités probables entre les aptitudes et les exigences d'un emploi de sécurité.

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Les compétences professionnelles

Cas du conducteur de locomotive Recrutement : apte physiquement (ophtalmo compris) et psychologiquement, Formation : réglementation, locomotives, stage, Perfectionnement et examens annuels Utilisation Connaissance de la ligne

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Le suivi par la hiérarchie L’encadrant de proximité est responsable : de la qualité de la conduite du personnel roulant de ligne et de manœuvre c’est-àdire de la bonne application : de la réglementation de sécurité des règles de conduite des engins moteurs des règles de la sécurité du travail Le nombre d’agent de conduite affecté au dirigeant de proximité doit être limité à 25 au maximum. L’ONCF dispose d’un simulateur de conduite pour déceler des insuffisances techniques ou des réactions lentes faces à des situations bien précises. L’encadrant assure des accompagnements en ligne avec une fréquence de 2 à 3 fois par trimestre pour les conducteurs moyens et 4 à 5 fois pour les conducteurs faibles. L’encadrant assure une formation en « journées mécaniciens »

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Le conducteur de train Conducteur de train : personne capable de conduire de façon autonome, responsable et sûre des locomotives de manœuvre, des trains de travaux et des trains en vue du transport ferroviaire de passagers ou de marchandises. Le respect des temps de conduite et des temps de repos qui peut avoir des conséquences graves sur la sécurité Carte d’habilitation à la conduite : certificat délivré par l’autorité compétente autorisant un conducteur à conduire une locomotive ou un train Le certificat comprend : L’identification du conducteur, de sa catégorie Les contrôles médicaux et psychologiques Les autorisations liées au matériel roulant Les autorisations liées aux infrastructure Lorsque le conducteur se rend compte d’un danger sur sa voie ou la voie voisine, il doit s’arrêter d’urgence pour protéger cet obstacle et il doit émettre un signal d’alerte lumineux et l’alerte radio. Année universitaire 2012 - 2013

Le chef de sécurité Le guidon La casquette

Le chef de sécurité est un collaborateur qui est désigné pour assurer le service de la circulation en application des règlements correspondants. Dans une gare, il doit y avoir un chef de sécurité et un seul. Le signal de départ est donné par le chef de sécurité dans les gares par le guidon vert et blanc le jour et par le feu vert d’une lanterne la nuit. En certaines circonstances (présence d’un obstacle, etc.), le chef de sécurité doit prendre les mesures utiles pour arrêter et retenir les trains.

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La sécurité des personnels Les risques ferroviaires comprennent les risques liés aux circulations ferroviaires « zone de danger » identifiée à proximité des voies : zone dans laquelle une personne, l’outillage ou le matériel qu’elle manipule peuvent être heurtés par un mobile guidé sur rail ou mis en danger par l’effet de souffle provoqué par son passage.

les risques liés aux installations électriques ferroviaires

Les personnels doivent porter, pendant leur déplacement ou leur travail, un équipement de protection individuelle de signalisation visuelle adapté au risque ferroviaire.

Les opérations sur ou à proximité des installations de traction électrique doivent être réalisées selon les conditions et les règles techniques indiquées.

Les équipements électriques des matériels roulants constituent des installations électriques spécifiques nécessitant des mesures de sécurité particulières.

Les particularités des installations électriques de signalisation ferroviaire impliquent la mise en œuvre de techniques spécifiques de la sécurité des personnels appelés à intervenir sur ces installations.

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La sécurité ferroviaire

La réglementation Année universitaire 2012 - 2013

La réglementation R.G.S. Règlement Général de Sécurité

définit les dispositions générales

traduites en procédures de sécurité

applicables par des collaborateurs habilités aux fonctions de sécurité

L’exploitation comprend

Préparation du train Mise en marche du train Circulation du train Maintenance des infrastructures Année universitaire 2012 - 2013

Le Règlement Général de Sécurité  La réglementation de sécurité est constituée par : - le règlement de sécurité de l’exploitation du réseau ferré national ; - les règlements, notices et consignes applicables sur le réseau ferré national.

Les différents règlements de sécurité traitent de : - les signaux latéraux (le long de la voie) ; ils doivent être observés et respectés par les brigades de conduite - les signaux portés par les trains qui doivent être observés par les agents de sécurité des gares et par les gardes barrières - la circulation des trains sur voie principale (ligne à voie unique ou à double voie) - les différents modes de cantonnements : cantonnement téléphonique, BM voie unique et double voie, BAPR, BAL - la composition des trains et de leurs freinage, de leurs attelages - la manœuvre en gare et aux embranchements - les travaux sur les voies - les prescriptions concernant les installations électriques par caténaires

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Les exploitants Les missions des exploitants sont

Gestion du trafic et des circulations

Fonctionnement et entretien des installations techniques et des installations de sécurité

Gestionnaire d’infrastructure

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Réalisation de service de transport

Entreprise ferroviaire

Dahir du 07 janvier 2005 Organisation, gestion et exploitation du RFN développement du transport ferroviaire par l’intervention de l’initiative privée par des formules État – secteur privé

nouvelle organisation du secteur ferroviaire

concession en matière de construction et d’exploitation des infrastructures ferroviaires

restructuration de l’ONCF est nécessaire pour lui donner une autonomie complète de gestion (Société anonyme). Année universitaire 2012 - 2013

Dahir du 07 janvier 2005 Organisation, gestion et exploitation du RFN configuration et constitution du RFN

La loi précise

libéralisation de la gestion des activités ferroviaires confiée à des entreprises par : -des conventions de concession de gestion des infrastructures ou -des conventions de concessions d’exploitation des transports ferroviaires

création de la SMCF qui se substituera à l’ONCF

L’autorité gouvernementale est chargée de veiller au respect par le gestionnaire d’infrastructure ferroviaires et par l’opérateur de transport ferroviaire des dispositions de la licence et de la convention d’exploitation des services de transport ferroviaire ou de la convention de concession.

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La sécurité de l’exploitation Prise en compte des risques

d’accidents de trains dus à la survenance d’événements redoutés lors de l’exploitation la rencontre de deux trains circulant en sens inverse sur la même voie (le nez à nez) le rattrapage d’un train par un autre train circulant sur la même voie

les événements susceptibles d’être aggravés du fait du milieu ferroviaire, notamment l’incendie et les risques d’explosion la collision d’un train contre un obstacle

la rencontre de deux trains circulant sur deux voies convergentes (la prise en écharpe) Année universitaire 2012 - 2013

le déraillement d’un train

La sécurité de l’exploitation Prise en compte des risques

d’accidents de personnes

concernant les usagers, survenant en particulier à la montée ou à la descente des trains, ou lors de leur présence dans les trains ou dans les emprises, notamment lors de la traversée des voies

concernant les tiers, du fait de l’exploitation ferroviaire et du risque électrique.

concernant le personnel, du fait de l’exploitation ferroviaire et du risque électrique, lors des déplacements et du travail dans les emprises Année universitaire 2012 - 2013

La sécurité de l’exploitation La sécurité de l’exploitation repose sur l’ensemble des dispositions que prennent les exploitants, en application de la réglementation en vigueur, afin de maîtriser, en toutes circonstances

la sûreté de fonctionnement des éléments du système ferroviaire sous leur contrôle

les défaillances des constituants critiques de l’infrastructure ou du matériel roulant

les effets des événements susceptibles d’être aggravés du fait du milieu ferroviaire (notamment incendie, explosion)

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les risques prévisibles présentés par l’environnement dans lequel les trains évoluent (inondations, vents importants, actes de malveillance).

Exigences générales relatives à l’exploitation Exigence de compétences.

Personnel habilité à l’exercice des fonctions de sécurité et disposant de la documentation nécessaire.

Ne doit pas quitter son service sans être remplacé ou sans avoir pris les mesures nécessaires pour assurer la sécurité pendant son absence.

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Les communications verbales ou écrites concernant la sécurité

Exigences générales relatives à l’exploitation Exigence de documentation.

La documentation doit être obligatoirement écrite et faire l’objet d’une décision d’approbation.

Exigence de traçabilité.

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Exigences concernant les communications entre les agents

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Coût estimatif de l’infrastructure Ferroviaire au Km en Millions de DH

• Voie unique: Varie entre 26M.DH/Km et 70M.DH selon topographie dont : • 4MDH/Km :Armement voie • 1.5 MDH/Km :Caténaire • 2 MDH/Km :Signalisation Année universitaire 2012 - 2013

Coût des Projets ferroviaires déjà réalisés LONGUEUR DE COÜT EN LA LIGNE EN Km MILLIONS DE DH

PROJET

LIGNE TANGER MED

LIGNE TAOURIRT /NADOR

DOUBLEMENT SIDI EL AIDI/ SETTAT

45

3500

120

2800

26

260

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