Incorporation des appareils de voie dans les longs rails soudés

Incorporation des appareils de voie dans les longs rails soudés : ce mémoire de fin de master en mécanique contient une modélisation des aiguillages dans les voies de chemin de fer. A l’initiative et à la demande d’Infrabel, gestionnaire du réseau ferré belge, ce travail vise à évaluer la possibilité de supprimer les joints de dilatation, ou tout autre dispositif permettant l’élongation et le déplacement des rails, à proximité des appareils de voie. Vu la difficulté d’évaluer dans un cadre théorique/analytique le comportement parfois contre-intuitif de la voie, une étude à l’aide d’éléments finis s’imposait. Le logiciel utilisé est « ABAQUS », produit de la marque Dassault Systèmes. Les éléments finis permettent de tenir réellement compte de chaque traverse et de chaque support dans l’évaluation de la résistance d’une voie soumise à une contrainte thermique. En effet, à partir d’une certaine température, la force de compression générée dans les longs rails soudés finit par vaincre la résistance de la voie et entraîne la destruction de la ligne par flambement. Les simulations réalisées illustrent le comportement de la voie soumise à la dilatation des rails qui la composent. Théorie et simulations convergent lorsqu’elles rendent compte de certaines caractéristiques comme la force de résistance au flambement et le déplacement des extrémités des voies. Une fois les résultats comparés aux expériences et aux observations réalisées par les ingénieurs des chemins de fer, la voie courante modélisée sert de base à la modélisation d’un appareil de voie. Ce modèle d’appareil est ensuite incorporé dans celui des longs rails. Les analyses montrent ensuite une augmentation de la contrainte axiale interne des rails au niveau des aiguilles. Cette augmentation correspond à une diminution de la force thermique maximale menant au flambement de l’ensemble, car il apparaît que l’appareil se comporte comme un lieu privilégié de concentration de contrainte. Finalement, on constate que la résistance de l’appareil dans les longs rails dépend principalement de sa géométrie propre et de la composition et de la résistance du ballast. La conclusion principale du mémoire est la suivante : la force critique de résistance au flambement diminue en raison de la présence de l’appareil mais cette diminution reste suffisamment faible pour qu’on puisse justifier la suppression des joints et appareils de dilatation à proximité des aiguillages tout en conservant une marge de sécurité confortable.