Analyse du phénomène de cyclic top sur les infrastructures ferroviaires

Le cyclic top est une cause de déraillement qui est due à une interaction en résonance entre un profil de voie et le véhicule circulant dessus. Le profil de voie est caractérisé par une variation cyclique sous formes de "creux" et de "bosses" du nivellement longitudinal à une certaine longueur d’onde. Un délestage des essieux, voire un déraillement du véhicule, est alors provoqué si la fréquence d’excitation engendrée par le profil vertical du rail et la vitesse du véhicule sont proche d’une fréquence propre de ce dernier. Le cyclic top est, de manière générale, un phénomène peu connu chez les gestionnaires d’infrastructures ferroviaires. Ceci est dû notamment au fait qu’il n’existe à ce jour pas de normes européennes à ce sujet. La nature même du cyclic top, entant qu’interaction entre la voie et le véhicule, rend ce phénomène rare, difficilement prévisible et difficilement identifiable. Ce travail étudie à l’aide de modèles multi-corps la dynamique de ce phénomène. L’ouvrage se structure sur trois axes : le premier consiste en une compréhension plus poussée du phénomène sur base d’une part, d’un état de l’art, et d’autre part, par l’analyse du phénomène sur des modèles multi-corps simples. Le deuxième axe est l’application des modèles implémentés au cas réel d’un accident afin de tenter d’élucider l’hypothèse de cyclic top. Le dernier axe a pour but d’amener une première discussion quant à une démarche préventive par rapport au cyclic top, au vu des résultats obtenus à travers les deux premiers axes. Cyclic top is a derailment’s phenomenon caused by an interaction in resonance between a track profile and the vehicle on it. The track is characterized by cyclic variations under the form of dips and tops of the vertical profile at a specific wavelength. An unloading of the wheelset, or even a derailment, may be caused if the excitation frequency from the track profile and the vehicle’s speed is near a natural frequency of the vehicle. In general, the cyclic top is little known by the railway infrastructure manager. This could be explained notably thanks to the fact there are still no European standards about it. The nature of cyclic top makes this phenomenon rare, complexly predictable and complexly recognizable. This work studies this phenomenon by means of multibody dynamics. The thesis is structured into three axes: the first one tries to understand more deeply the phenomenon by means of a state of the art and by means of the dynamic analysis on simple multibody models. The second axis applies these models on a real case of derailment in order to elucidate the hypothesis of cyclic top as a cause of this derailment. Finally, the last axis suggests a first discussion about a preventive approach in order to decrease the derailment’s occurrence in the future.