Le transport ferroviaire est au cœur des plans de l'Europe pour devenir neutre en carbone d'ici 2050, mais les trains bruyants représentent un obstacle qui doit être surmonté.

"Nous avons beaucoup de résistance de la part des personnes (vivant) à côté des voies qui sont contre toute construction et modernisation des lignes", a déclaré Rudiger Garburg, consultant senior pour la technologie du bruit et des vibrations à la compagnie ferroviaire allemande Deutsche Bahn AG. "C'est vraiment un goulot d'étranglement, (quand) on parle de transformer les transports et de transférer le trafic de la route vers le rail."

Selon l'Agence européenne pour l'environnement, les émissions de gaz à effet de serre provenant des transports en Europe ont augmenté en 2018 et 2019, et le transport routier était responsable de près des trois quarts de ces émissions. Dans sa stratégie pour une mobilité durable et intelligente, la Commission européenne vise à déplacer le trafic de la route vers le rail et à doubler son trafic ferroviaire de passagers à grande vitesse à travers l'Europe d'ici 2030 et de doubler le fret ferroviaire d'ici 2050.

Cependant, pour obtenir l'adhésion de la communauté, les gouvernements et les compagnies ferroviaires doivent réduire le bruit ferroviaire. "Le bruit est toujours un problème du système, pas seulement du train", a déclaré Garburg, qui est membre des projets FINE 1 et FINE 2 de Shift2Rail visant à réduire le bruit, les vibrations et la consommation d'énergie. Un système ferroviaire comprend les trains, leurs roues, les rails et les voies qui les supportent.

Pour les trains de voyageurs et de marchandises, qui roulent entre 60 km et 200 km/h, le bruit est principalement généré entre les roues et le rail. Cependant, il est très difficile de déterminer quelle partie du système fait du bruit.

FINE 1, qui impliquait des partenaires du ferroviaire, de la mobilité et de l'automatisation, était un vaste projet visant à réduire les excès de bruit et d'énergie des trains. Il cherchait à modéliser et à prévoir les sources de bruit, entre autres objectifs. Ces informations sont vitales tant pour les régulateurs que pour les constructeurs de trains.

Le projet a par exemple pu simuler le bruit à l'intérieur et à l'extérieur du train produit par les roues en fonte par rapport aux roues en matériaux composites. "Dans le passé, les trains utilisaient un système de freinage en fonte pour les roues", a expliqué Garburg. Bien qu'il soit bon pour le freinage, le fer s'est cisaillé avec le temps, rendant les roues très rugueuses et bruyantes. "Au cours des dernières années, nous avons travaillé très dur pour trouver plus de blocs de freinage (fabriqués à partir de) matériaux composites, pas de fonte."

Limite

En 2019, les normes européennes révisées sur le bruit des trains, qui font partie d'une série plus large de spécifications ferroviaires, sont entrées en vigueur. Contrairement aux voitures, où les constructeurs produisent des milliers de véhicules, les constructeurs de trains n'en produisent qu'un nombre limité. "Vous ne pouvez pas construire un prototype, le tester et travailler dessus", a expliqué Garburg. "Si vous construisez un nouveau train, vous devez garantir que votre train respecte cette limite de bruit, similaire à la pollution de l'air, etc."

Dans le cadre de FINE 1, les membres du projet ont développé des exigences vérifiables et réalistes pour caractériser les sources de bruit. Ces spécifications sont importantes pour créer des normes à suivre par les fabricants et, en fin de compte, rendre les trains plus silencieux. Son successeur, FINE 2, prévoit d'aller encore plus loin dans ces recherches et d'affiner ses modèles de prédiction des sources de bruit.

"Dans FINE 2, nous avons des procédures de mesure spéciales", a déclaré Garburg. L'équipe utilise une caméra acoustique, un réseau de 30 à 40 microphones, pour capter le son du système ferroviaire. Il le compare à une caméra thermique, dans laquelle vous voyez des parties jaunes, rouges et vertes d'un bâtiment pour créer une carte thermique. "Nous utiliserons de telles procédures pour le bruit afin d'obtenir des images qui vous montreront clairement où se trouvent les principales sources de bruit", a-t-il déclaré.

De meilleurs modèles pourraient également permettre aux constructeurs de trains d'obtenir éventuellement une certification virtuelle pour leurs trains afin de montrer qu'ils respectent les normes de l'UE. Tous les trains doivent être certifiés par les autorités réglementaires avant d'être autorisés sur la voie, mais ce processus peut être coûteux et prendre du temps.

Dans le projet partenaire de Shift2Rail TRANSIT, la certification virtuelle est le "rêve à l'horizon", déclare Ines Lopez Arteaga, professeur de génie mécanique à l'Université de technologie d'Eindhoven aux Pays-Bas. "Cela permettrait d'économiser beaucoup d'argent, de temps et de ressources pour pouvoir le faire sur la base de calculs."

Mais il y a de nombreux jalons de recherche à atteindre en premier, a déclaré le professeur Lopez Arteaga, qui est le chef du projet TRANSIT. Nous avons des outils pour prédire d'où provient le bruit des trains, mais ils pourraient être améliorés, dit-elle.

Certifié

Pour le moment, dit-elle, il est possible de mesurer le bruit global qu'un train fait sur les voies, mais l'estimation des composants séparés doit être plus précise. Avec ces informations, il serait possible non seulement de rendre les trains plus silencieux, mais aussi de faciliter la certification de nouveaux trains.

Mais les trains doivent également être testés sur un type de voie spécifique, dont la douceur ne gênerait pas ou ne donnerait pas des mesures de bruit trop positives. Elle compare les trains sur la voie à un enfant jouant avec des billes. "Si vous faites rouler une bille sur une table, cela fait du bruit. Avec les trains, ce sont les roues sur la voie. Vous obtenez un bruit différent selon la rugosité de la table, si elle est en acier inoxydable ou en bois, par exemple", a-t-elle déclaré. .

"Il n'est pas facile de trouver la bonne voie", a expliqué le professeur Lopez Arteaga. "On s'attendrait à ce qu'avec tant de milliers de kilomètres de voies ferrées en Europe, cela ne devrait pas être un tel problème, mais c'est le cas."

L'un des objectifs du projet est de transposer les mesures de bruit d'une voie à l'autre. "Ce serait un très gros avantage", a-t-elle déclaré. "Cela réduirait les contraintes sur le type de piste sur laquelle vous pouvez tester."

Bruit

Outre les roues et les rails, il existe également d'autres composants qui ajoutent au bruit qu'un train fait lorsqu'il passe.

Par exemple, les trains plus anciens avaient leurs unités de climatisation sous le wagon, mais les trains modernes ont été abaissés pour permettre aux personnes à mobilité réduite d'entrer et de sortir plus facilement du wagon. En conséquence, les unités de climatisation sont maintenant au-dessus du wagon, où elles ajoutent au bruit du train.

"Les modèles que nous développons avec l'aide des fabricants visent à établir de meilleures exigences pour leurs équipements", a déclaré le professeur Lopez Arteaga.

L'aspect du projet qui la passionne particulièrement est la modélisation est l'identification des sources de bruit sur les trains à grande vitesse. "Ils veulent que nous identifiions le bruit, mais aussi la direction dans laquelle il va. C'est vraiment, vraiment un défi."

Une fois que l'équipe TRANSIT aura ses résultats, elle les partagera avec FINE 2 pour les évaluer afin de vérifier leurs conclusions, explique le professeur Lopez Arteaga.

Tous ces éléments sont des "petits pas" sur la voie de la caractérisation du comportement de l'ensemble du système ferroviaire, dit-elle. "J'adore les trains ; c'est un système vraiment intéressant. L'ensemble du chemin de fer - le réseau, le système, les trains - est si complexe qu'il y a bien plus qu'il n'y paraît."