L'invention se rapporte à un procédé de pose d'un rail de voie ferrée, comportant un chauffage du rail, et à un train de travaux pour la mise en œuvre d'un tel procédé de pose.
Les rails des voies ferroviaires sont soumis à d'importantes variations de température selon les saisons et les conditions météorologiques. Les rails tendent à s'allonger, à se dilater, sous l'effet d'une hausse de température, et, à l'inverse, à se contracter sous l'effet d'une chute de température.
De nos jours, les rails sont posés de façon continue et ne peuvent donc pas varier de longueur sous l'effet des variations de température. Les rails sont fixés sur la voie à une température moyenne dite « neutre », dont la valeur diffère selon les régions climatiques. Sous l'effet d'une température ambiante supérieure à la moyenne annuelle, les rails, ne pouvant se dilater, subissent une force de compression tendant à pousser la voie hors de son chemin. À l'inverse, sous l'effet d'une température ambiante inférieure à la moyenne annuelle, les rails, ne pouvant se contracter, subissent une force de traction tendant à tirer la voie hors de son chemin.
Lorsque l'on ne maîtrise pas la température du rail lors de la pose, il est nécessaire de procéder à des opérations dites de « neutralisation » mécanique après la pose, et de limiter la vitesse de circulation tant que ces opérations ne sont pas finalisées. La neutralisation mécanique consiste à couper une tranche du rail dont l'épaisseur est fonction d'une différence constatée entre la température au moment de l'intervention et la température « neutre » du lieu, à déboulonner le rail et à le tendre pour combler l'espace laissé par la tranche découpée, avant de reboulonner et le cas échéant de ressouder le rail. Tant que cette opération de neutralisation n'est pas intervenue, la vitesse de circulation sur la voie doit être limitée, le plus souvent à 50 km/h. On comprend qu'une telle organisation des travaux provoque des perturbations importantes du trafic, tant durant l'intervention de neutralisation que durant la phase précédente, entre la pose du rail et la neutralisation.
Une fixation directe des rails chauffés en continu à une valeur proche ou égale à la température « neutre » permet d'atteindre les meilleurs résultats en termes de minimisation des perturbations de trafic.
Une solution de chauffe continue des rails exploitée à ce jour fait appel à la technologie de l'induction. Cette méthode permet d'obtenir des chauffes suffisamment précises pour garantir la pose des rails dans la tolérance exigée de la température « neutre ». On peut alors parler de neutralisation thermique directe fine. Mais le matériel nécessaire à l'intervention est relativement complexe, puisqu'il nécessite un générateur de puissance, ainsi qu'un refroidissement des circuits de puissance, du générateur et des inducteurs.
Pour les chantiers nécessitant une stabilisation ultérieure du ballast, il a été proposé une procédure de « pré-neutralisation » thermique, qui consiste à amener le rail, avant sa fixation aux traverses, à une température suffisamment proche de la température « neutre » du lieu, sans pour autant garantir l'atteinte de la température « neutre ». L'intérêt d'une telle « pré-neutralisation » est de permettre immédiatement une circulation à une vitesse de l'ordre de 80 km/h au lieu de 50 km/h, en attendant les opérations de neutralisation finale mécanique décrites précédemment. Une méthode pour effectuer cette pré-neutralisation thermique consiste à arroser les rails avec de l'eau chaude, solution présentant néanmoins des inconvénients d'exploitation, notamment en termes de rendement et d'acheminement et d'évacuation de l'eau, qui réduisent son intérêt.
Par ailleurs, il a été proposé dans le document
L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique et à proposer un mode de chauffage qui soit performant en termes de rendement, de fiabilité, et de qualité d'exploitation.
Pour ce faire est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un procédé de pose d'un rail d'une voie ferrée à l'aide d'un train de travaux comportant au moins un dispositif de chauffage comportant au moins une zone de chauffage, un ou plusieurs brûleurs à gaz, et un ou plusieurs corps radiants interposés entre le ou les brûleurs à gaz et la zone de chauffage, le ou les corps radiants étant perforés par des orifices débouchant dans la zone de chauffage, procédé suivant lequel :
Le rayonnement, essentiellement dans le spectre infrarouge, assure un excellent rendement de chauffage, avec une faible déperdition. Le rayonnement n'est pas influencé par le vent ou d'autres paramètres climatiques.
Les perforations sont utiles pour optimiser le chauffage des corps radiants, mais ne doivent pas conduire à une prédominance de la convection dans le transfert thermique à la portion de rail.
Naturellement, la puissance de chauffe devra être modulée en fonction des conditions extérieures pour obtenir une température de consigne souhaitée pour le rail.
Suivant un mode de réalisation, l'on module, en fonction d'un ou plusieurs paramètres de commande, un ou plusieurs paramètres de combustion parmi les paramètres suivants d'alimentation d'un ou plusieurs brûleurs modulés parmi le ou les brûleurs à gaz : débit de combustible, débit de comburant, débit d'un mélange combustible comburant.
Suivant un autre mode de réalisation, le ou les brûleurs à gaz comportent au moins deux brûleurs, de préférence au moins quatre brûleurs, et l'on module le nombre de brûleurs activés en fonction d'un ou plusieurs paramètres de commande. On pourra notamment prévoir que le ou les brûleurs à gaz comportent au moins une paire de brûleurs à gaz adjacents situés l'un derrière l'autre dans la direction de pose et/ou que le ou les brûleurs comportent au moins une paire de brûleurs opposés, situés de part et d'autre d'un plan médian de la zone de chauffage parallèle à la direction de pose.
De préférence, le ou les paramètres de commande incluent un ou plusieurs des paramètres mesurés ou estimés suivants : une température de la portion du rail avant le chauffage, une température de la portion du rail après le chauffage, une température de la portion du rail durant le chauffage, une température ambiante extérieure, une vitesse de déplacement du train de travaux, une vitesse de déplacement du rail par rapport au dispositif de chauffage, une durée de chauffage, un écart entre une température de consigne et une température mesurée de la portion du rail avant chauffage, un écart entre une température de consigne et une température mesurée de la portion du rail après chauffage, un écart entre une température de consigne et une température mesurée de la portion du rail durant l'apport de la chaleur, une humidité ambiante, ou une vitesse de vent. On pourra notamment prévoir une ou plusieurs de modalités suivantes :
Suivant un mode particulièrement avantageux, la portion du rail située dans la zone de chauffage est soulevée par rapport à la voie, et en ce que l'on positionne la portion du rail après apport de la chaleur sur la traverse avant de fixer la portion du rail sur la traverse. Le soulèvement de la portion du rail dans la zone de chauffage permet de mieux entourer le rail en le chauffant non seulement par le dessus, mais également par les côtés, et le cas échéant par le dessous, soit par rayonnement direct du ou des corps radiants, soit par rayonnement indirect, en provenance des corps radiants, mais réfléchi par une paroi de la zone de chauffage, pour uniformiser l'apport de chaleur sur le pourtour de la portion du rail et minimiser les pertes. Le fait que la zone de chauffage soit éloignée de la voie, et notamment des traverses, permet de mettre en œuvre le cas échéant une puissance de chauffage élevée, sans risque pour la voie.
Suivant un mode de réalisation alternatif, la portion du rail située dans la zone de chauffage est posée sur la voie. On doit alors veiller à ce que l'apport de chaleur soit dirigé essentiellement vers le rail, pour minimiser l'apport de chaleur aux autres éléments de la voie.
Pour obtenir un positionnement reproductible de la portion du rail à fixer transitant par la zone de chauffage, on pourra notamment prévoir une ou plusieurs des modalités suivantes :
Suivant un mode de réalisation, le déplacement du train de travaux dans la direction de pose est effectué sans arrêt.
Le procédé de pose selon l'invention peut être mis en œuvre notamment pour une première pose d'une voie nouvelle, ou pour un renouvellement ou une rénovation. En particulier, et suivant un aspect préféré de l'invention, celle-ci a trait à un procédé de renouvellement ou de rénovation d'une voie ferrée, comprenant, notamment, une dépose d'un ancien rail, et une pose d'un rail nouveau ou rénové, la pose étant effectuée selon le procédé de pose précédemment décrit.
Suivant un autre aspect de l'invention, celle-ci a trait à un train de travaux de rails pour la mise en œuvre du procédé tel que décrit précédemment.
En particulier, l'invention a trait à un train de travaux comportant au moins un dispositif de chauffage comportant au moins une zone de chauffage, une ou plusieurs unités de chauffage comportant chacune une unité d'un ou plusieurs brûleurs à gaz, et un corps radiants interposé entre le ou les brûleurs à gaz et la zone de chauffage, le ou les corps radiants étant perforés par des orifices débouchant dans la zone de chauffage, le train de travaux comportant :
De préférence, le train de travaux comporte des moyens pour soulever la portion du rail située dans la zone de chauffage par rapport à la voie, et des moyens pour positionner la portion du rail après apport de la chaleur sur la traverse avant de fixer la portion du rail sur la traverse. Comme on l'a précédemment exprimé, le soulèvement de la portion du rail dans la zone de chauffage permet de mieux entourer le rail en le chauffant non seulement par le dessus, mais également par les côtés, et le cas échéant par le dessous, soit par rayonnement direct du ou des corps radiants, soit par rayonnement indirect, en provenance des corps radiants, mais réfléchi par une paroi de la zone de chauffage, pour uniformiser l'apport de chaleur sur le pourtour de la portion du rail et minimiser les pertes. Le fait que la zone de chauffage soit éloignée de la voie, et notamment des traverses, permet de mettre en œuvre le cas échéant une puissance de chauffage élevée, sans risque pour la voie.
Suivant un mode de réalisation, le dispositif de chauffage comporte un ou plusieurs modules de chauffage, chaque module de chauffage comportant une zone de chauffage, un ou plusieurs brûleurs à gaz, et un ou plusieurs corps radiants interposés entre le ou les brûleurs à gaz du module de chauffage et la zone de chauffage du module de chauffage. De préférence, le ou les modules de chauffage comportent au moins un module de chauffage guidé qui est pourvu de moyens de guidage pour assurer le guidage de la portion du rail dans la zone de chauffage du module chauffage guidé, les moyens de guidage comportant de préférence des galets roulant sur la portion du rail, les galets supportant de préférence le module de chauffage guidé.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures.
Sur la
Sur un tronçon avant du chantier, des outils permettent de désolidariser les anciens rails 6 des traverses 8. Au fur et à mesure de leur démontage, les anciens rails 6 sont soulevés et reposés sur le ballast 24 sur les côtés de la voie. Sur le tronçon suivant du chantier, les anciennes traverses 8 sont à nu, ce qui permet de procéder à leur dépose à l'aide d'un groupe d'outils de dépose et leur remplacement par les nouvelles traverses 10 à l'aide d'un groupe d'outils de pose. Les nouveaux rails 12, qui, avant le passage du train de travaux 4, ont été disposés au sol de part et d'autre de la voie 2, sont soulevés et positionnés en respectant la géométrie souhaitée de la voie 2, avant d'être posés sur les nouvelles traverses 10. La fixation finale des nouveaux rails 12 est effectuée au moyen d'attaches après le passage du train de travaux 4.
Afin d'éviter ou de limiter les risques d'interruptions ou de rupture de la voie susceptibles d'être provoquées par les variations dimensionnelles des rails 12 sous l'effet de conditions climatiques ou météorologiques plus sévères, il est prévu de procéder à la fixation définitive des rails nouveaux ou rénovés 12 sur les traverses en portant ces profilés métalliques à une température moyenne du lieu de pose, dite de « pré-libération » ou de « libération ».
Dans ce but, le tronçon de rail nouveau ou rénové à poser 12 est porté à une température de consigne dans une zone de conditionnement 28 située en avant et à proximité de sa zone de fixation 30 sur une ou plusieurs traverses 10. Lorsque l'intervention sur le chantier a lieu à un moment où la température ambiante est inférieure à la température consignée dite de « pré-libération » ou de « libération », ce réglage comporte un chauffage du rail, la zone de conditionnement 28 étant alors une zone de chauffage.
À cet effet, il est proposé, selon l'invention, d'utiliser un dispositif de chauffage 32 illustré schématiquement sur les
Chaque unité de chauffage 36 comporte une unité d'un ou plusieurs brûleurs 42 et un corps radiant 44, interposé entre le ou les brûleurs 42 et la zone de chauffage 28. Le corps radiant 44 est de préférence perforé par des orifices 46 débouchant dans la zone de chauffage 28, et qui peuvent être disposés soit en regard des brûleurs 42, soit en décalage par rapport à ces derniers.
Des moyens de guidage 48 sont prévus à l'entrée 38 et à la sortie 40 de la zone de chauffage 28 du dispositif de chauffage pour assurer le guidage du rail 12 dans la zone de chauffage 28. Dans ce mode de réalisation préféré, la portion du rail 12 traversant la zone de chauffage 28 est soulevée, c'est-à-dire située verticalement à distance au-dessus de sa position finale à la fin du processus de pose. Le dispositif de chauffage peut lui-même être pourvu d'un ou plusieurs actionneurs 50 ou d'un mécanisme de positionnement passif pour assurer son bon positionnement par rapport au rail 12, et compenser les variations de positionnement du train de travaux 4 par rapport à la trajectoire souhaitée de la voie. De préférence, les moyens de guidage 48 incluent des galets roulant sur le rail 12 et supportant le cas échéant l'unité de chauffage 36.
Des pyromètres 52 sont positionnés à l'entrée 38 de la zone de chauffage 28, à l'intérieur de la zone de chauffage 28 et à la sortie 40 de la zone de chauffage 28, et le cas échéant directement à proximité de la zone de fixation 30. Ces pyromètres 52 sont reliés à une unité de commande 54 illustrée sur la
Par ailleurs, l'unité de commande 54 contient en mémoire une température de consigne qui peut avoir été saisie ou programmée, et est représentative de la température de « pré-libération » ou de « libération » recherchée dans la zone de fixation 30, ce qui permet le cas échéant une détermination d'un écart entre la température de consigne et une température mesurée de la portion du rail à fixer avant chauffage, d'un écart entre la température de consigne et une température mesurée de la portion du rail à fixer après chauffage, ou d'un écart entre la température de consigne et une température mesurée de la portion du rail à fixer durant le chauffage.
Enfin, l'unité de commande 54 est reliée à des électrovannes proportionnelles 58 pour moduler le débit de comburant et/ou de carburant pour l'alimentation des brûleurs, ainsi qu'à des allumeurs pour commander l'allumage des brûleurs et à des électrovannes proportionnelles 60, 62 pour contrôler l'alimentation générale en gaz combustible en provenance d'un réservoir de gaz 64 et en gaz comburant en provenance d'un compresseur 66.
Il est ainsi possible de moduler chaque unité de chauffage de façon relativement continue en puissance de chauffe, sur une plage autour d'une valeur nominale, par exemple entre 50% et 150% de la valeur nominale, en faisant varier le débit du comburant et/ou du carburant au niveau des électrovannes 58, 60, 62. En dehors de cette plage de modulation, de plus grandes variations peuvent être obtenues en procédant à l'extinction complète de certaines unités de chauffage 36, ou à leur allumage.
Lorsque le train de travaux 4 avance dans une direction de pose 100, le rail à fixer 12 se déplace, par rapport au dispositif de chauffage 28, dans la direction opposée, et est guidé de sorte qu'à chaque instant une portion soulevée du rail à fixer 12 traverse la zone de chauffage 28. Le cas échéant, le positionnement du dispositif de chauffage est ajusté grâce aux actionneurs 50 ou au mécanisme de positionnement. On fait en sorte que les corps radiants 44 soient proches de la portion du rail à fixer 12, de préférence à une distance inférieure à 20cm, de préférence inférieure à 10cm.
On fait ainsi en sorte qu'à chaque instant, et en fonction de l'avancement du train de travaux 4, une portion du rail à fixer 12 traverse la zone de chauffage 28, où elle est chauffée par le dispositif de chauffage 32 avant de ressortir de la zone de chauffage 28 et d'être acheminée vers la zone de fixation 30, où elle est posée sur une traverse 10 de la voie ferrée.
L'unité de commande 54 détermine par un algorithme de calcul, en fonction de tout ou partie des paramètres discutés précédemment, le nombre de brûleurs 42 et/ou le débit de comburant et/ou de carburant nécessaire au chauffage du rail à fixer 12.
De manière remarquable, le ou les brûleurs à gaz 42 sont alimentés de sorte qu'au moins 75%, et de préférence au moins 80%, et de préférence au moins 85% de la chaleur soient transmis au rail par radiation du ou des corps radiants 44 et qu'aucune flamme n'émerge des orifices 46 dans la zone de chauffage 28. Les orifices 46 ont ainsi pour seule fonction de provoquer un échauffement rapide et uniforme des corps radiants 44.
De préférence, le déplacement du train de travaux dans la direction de pose est effectué sans arrêt, à une vitesse en pratique supérieure à 30 mm/s, de préférence supérieure 100 mm/s.
Naturellement, les exemples représentés sur les figures et discutés cidessus ne sont donnés qu'à titre illustratif et non limitatif.
Le nombre d'unités de chauffage 36 et leur positionnement dans chaque module de chauffage 34 peuvent varier. Il est avantageux d'avoir au moins deux unités de chauffage 36 se faisant face de part et d'autre de la zone de chauffage 28 (comme illustré sur les
Le cas échéant, seulement certains des brûleurs à gaz 42 peuvent être équipés d'une électrovanne 58 de modulation.
On peut également envisager que les électrovannes 58 ne soient pas proportionnelles, mais fonctionnent en tout ou rien, pour éteindre ou allumer les unités de chauffage 36 en nombre correspondant aux besoins. Dans cette hypothèse, on peut envisager que les électrovannes 60, 62 d'alimentation générale en combustible et comburant soient proportionnelles, pour assurer une certaine continuité de variation, ou qu'elles soient elle-même en tout ou rien, auquel cas la modulation de la chaleur apportée s'effectue uniquement par paliers, en changeant le nombre d'unités de chauffage 36 alimentées. On pourra également envisager, sans électrovannes proportionnelles, un mode de fonctionnement pulsé, dans lequel certains des brûleurs à gaz 42 sont allumés en intermittence. On pourra également envisager d'articuler les unités de chauffage 36 de manière à pouvoir les écarter rapidement de la zone de chauffage 28 lorsque l'on souhaite diminuer la quantité de chaleur transmise au rail à poser 12.
En variante, les unités de chauffage utilisent l'air ambiant comme comburant, seul le débit de combustible étant modulé. Dans cette hypothèse, l'électrovanne 62 et le compresseur 66 sont omis. En pratique, le gaz combustible est un carburant de type propane ou GPL.
Suivant la finesse de la modulation constatée, qui dépendra du temps de réponse des unités de chauffage 36, on pourra mettre en œuvre le procédé selon l'invention soit pour une pré-neutralisation thermique, soit même pour une neutralisation thermique fine directe.
L'opération de chauffage du rail à fixer 12 peut avoir lieu alors que le rail à fixer 12 est déjà posé sur les traverses.
Le mode de chauffage des rails qui a été décrit précédemment pour une rénovation de voie ferrée avec remplacement des rails, vaut également pour une rénovation de la voie avec replacement des rails anciens, ou pour une première pose.
Cette liste de références citées par le demandeur vise uniquement à aider le lecteur et ne fait pas partie du document de brevet européen. Même si le plus grand soin a été accordé à sa conception, des erreurs ou des omissions ne peuvent être exclues et l'OEB décline toute responsabilité à cet égard.