Avec plus de personnes sur la bonne voie pour un train à grande vitesse durable, la réduction de la pollution sonore et une gestion sophistiquée du trafic stimuleront l'adoption.

Le sifflet qui descend des voies est le son de la renaissance du rail en Europe. Au tournant, l'adoption accrue du transport ferroviaire à grande vitesse promet de réduire le trafic routier et de réduire les émissions nocives. Les voitures sont les principaux responsables de la pollution de l'air, représentant 14,5 % des émissions totales de carbone de l'Europe. Environ la moitié des vols en Europe sont des trajets court-courriers de moins de 1 500 km, qui génèrent beaucoup plus d'émissions que le trajet équivalent en train.

La politique européenne du Green Deal prévoit de doubler le transport ferroviaire à grande vitesse d'ici 2030 et de le tripler d'ici 2050. À l'heure actuelle, 75 % du fret est transporté par la route, de sorte que le transport de marchandises par rail devrait doubler d'ici 2050.

Rendre les trains plus compétitifs par rapport à la route et à l'avion implique une réforme du marché et des améliorations de l'expérience des passagers ainsi que des mises à niveau des infrastructures. Donner la priorité au transport ferroviaire durable promet des avantages significatifs, mais malheureusement, il s'accompagne de dangers invisibles qui lui sont propres et pas seulement pour les passagers.

Basse fréquence

L'un des dangers les moins connus du transport ferroviaire est le type de pollution sonore que personne ne peut entendre. Des vibrations du sol à basse fréquence et inaudibles émanent du matériel roulant de la voie ferrée lors de son passage. En plus d'affecter l'intégrité structurelle des infrastructures à proximité, ces vibrations peuvent avoir un effet néfaste sur la santé des personnes, provoquant des maux de tête, de la fatigue et même de l'irritabilité chez les personnes qui les subissent.

"Actuellement, il est possible de réduire les vibrations en mettant des patins en caoutchouc sous les chenilles", a déclaré Giovanni Capellari, co-fondateur de Phononic Vibes. "Ce système convient aux nouveaux chemins de fer car vous pouvez les installer pendant la construction." Son entreprise est spécialisée dans la technologie du bruit et des vibrations. Pour une ligne de chemin de fer existante, les patins en caoutchouc coûtent très cher car il faut démonter les rails pour les installer, selon Capellari.

Le projet BioMetaRail recherche et développe des barrières immergées spéciales qui peuvent être déployées le long de la voie pour absorber les vibrations. Les murs barrières dépendent de leur forme pour leurs performances de réduction du bruit, plutôt que des propriétés du matériau.

Connus sous le nom de métamatériaux, ces matériaux composites synthétiques ont des propriétés de conception introuvables dans la nature. Leurs structures internes sont conçues pour interagir avec les ondes sonores à basse fréquence d'un train qui passe pour les piéger et les isoler.

« Fondamentalement, l'idée est que nous utilisons des formes qui ont des effets de résonance à des fréquences typiques des vibrations dans le secteur ferroviaire », a déclaré Capellari. Dans ce contexte, la fréquence des vibrations est typiquement comprise entre 30 et 60 Hertz. Le résultat est une conception pour une structure en béton de deux mètres sur trois qui ressemble à une grande fenêtre.

Cela fonctionne pour les très basses fréquences, ce qui est très bien pour les trains ferroviaires. De plus, les "fenêtres" pourraient être divisées en tailles encore plus petites pour piéger une plus large gamme de fréquences.

Design distinctif

Si les panneaux n'avaient pas leur forme et leur conception distinctives et étaient simplement des dalles de béton, ils ne seraient pas en mesure d'arrêter les vibrations transmises par le sol du train aussi efficacement que les barrières de BioMetaRail. Pour faciliter l'installation, il n'est pas nécessaire de soulever la voie ferrée car ces panneaux peuvent être insérés dans le sol le long de la voie comme une clôture creuse, pour protéger des groupes de maisons ou de bâtiments.

L'équipe de recherche étudie également le matériau, l'épaisseur et la taille idéaux des barrières pour leurs effets d'amortissement des vibrations.

Le projet BioMetaRail de Capellari est une émanation du projet BOHEME, qui signifie Bio-Inspired Hierarchical MetaMaterials. BOHEME étudie et développe différents types de métamatériaux mécaniques inspirés de principes trouvés dans la nature.

Des toiles d'araignées aux verticilles de coquillages, BOHEME caractérise les systèmes naturels et étudie leurs possibles applications. "L'objectif est de prendre les résultats de BOHEME et d'essayer de comprendre la meilleure géométrie (pour les barrières ferroviaires) compte tenu du marché, du coût, de la production et de l'installation", a déclaré Capellari.

"La prochaine étape consiste à aller sur le marché", a-t-il déclaré, ainsi qu'à obtenir la certification pour l'intervention de blocage des vibrations. "Il n'y a pas de système de ce type sur le marché en ce moment."

A terme, ces panneaux tapisseront le sol le long de la voie dans les zones résidentielles, permettant aux réseaux ferroviaires d'augmenter considérablement leur trafic ferroviaire sans nuire aux personnes et aux bâtiments à proximité.

En 2021, il a été proposé d'augmenter les limites de vitesse sur les trains du réseau transeuropéen de transport à 160 km/h ou plus d'ici 2040. L'augmentation du trafic ferroviaire rend également vital que les opérateurs de réseau soient en mesure de surveiller toute la longueur de leurs voies ferrées en temps réel. La surveillance acoustique peut aider à atteindre ces deux objectifs.

Next Generation Rail Technologies de Richard Aaroe a développé un dispositif d'écoute passive qui peut fournir aux opérateurs ferroviaires une alerte précoce en cas d'obstacles sur la voie. Il peut même prédire quelle est l'obstruction la plus probable et où elle pourrait se trouver. Le projet SAFETRACK travaille sur un système autonome pour "donner un avertissement précis en temps réel de tout ce qui se passe sur l'infrastructure", a déclaré Aaroe.

Le système comprend des capteurs, qui captent les vibrations sur la piste, et un logiciel qui identifie l'origine du son sur la piste et ce qui pourrait l'avoir causé.

Micro sophistiqué

"D'une certaine manière, c'est un microphone très, très sophistiqué", a expliqué Aaroe. Les vibrations acoustiques sur la piste qui sont captées par les capteurs ont une "empreinte digitale unique". Le bruit d'une branche d'arbre tombant sur la piste est distinct d'un glissement de terrain, par exemple. L'entreprise d'Aaroe a constitué une "bibliothèque" de ces empreintes acoustiques ferroviaires.

Il compare la technologie au moment où les sous-marins utilisent un sonar pour détecter les navires de surface en captant sa signature acoustique. "Aujourd'hui, cette technologie a évolué de sorte que vous pouvez non seulement détecter qu'un navire passe, mais vous pouvez également détecter le type de moteur, la classe du navire lui-même, la vitesse, la direction, etc. ", Aaroe a dit.

Les mêmes principes s'appliquent à l'acoustique ferroviaire. "Chaque incident a un caractère unique et nous l'avons identifié, puis nous pouvons le signaler au contrôleur de train, à l'opérateur ou même au conducteur lui-même."

Les capteurs sont relativement petits, de la taille d'un smartphone. Une installation comprend quatre capteurs, un sur chaque rail de la voie puis deux autres 10 mètres plus loin sur la voie. Étant donné que le son se propage beaucoup mieux à travers des rails solides que dans l'air, un ensemble de capteurs peut détecter des vibrations acoustiques à cinq kilomètres dans chaque direction.

La technologie est actuellement testée par les réseaux ferroviaires nationaux au Royaume-Uni, en Allemagne et en Espagne, et elle sera bientôt déployée dans trois autres pays, selon Aaroe.

L'Union européenne s'est engagée à développer son transport ferroviaire dans le cadre du Green Deal européen qui vise à faire de l'Europe le premier continent neutre en carbone d'ici 2050. Alors que de plus en plus de personnes optent pour le rail plutôt que pour la voiture, la technologie qui rend les trains plus sûrs et plus silencieux sera de plus en plus important. + Explorer plus loin

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