La grande vitesse

Article 6
Voie sur dalle, voie ballastée : l’alternative
Rail & Recherche n°42 - janvier/février/mars 2007

Face au Léman, dans le cadre accueillant de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne, le professeur Robert Rivier dirige le Laboratoire d’intermodalité des transports et de planification (Litep). Il est l’auteur du désormais célèbre audit sur l’état du réseau ferré français et a développé nombre de solutions pertinentes destinées à la gestion des réseaux et des horaires.

C’est avec une partie de l’équipe ayant travaillé sur l’audit que Robert Rivier planche aujourd’hui sur une nouvelle demande de la SNCF : « La SNCF nous confie une étude d’expertise des différentes conceptions de voies pour de futurs TGV à très grande vitesse. Voie ballastée ou voie sur dalle ? Nous devons dans tous les cas comparer les coûts du cycle de vie des différentes solutions envisagées. Il s’agit en fait d’une véritable expertise technico-économique », explique t-il en rappelant les vertus de la méthode : identifier le problème avant de trouver la solution !

Fondations, ballast ou dalle, traverses, rail, l’étude -analyse la voie palier par
palier en intégrant le matériel roulant. « Nous avons d’abord examiné les
solutions mises en oeuvre à travers le monde. Le facteur poids des trains est essentiel et il existe une différence notable entre le Japon où le poids par passager est de l’ordre de 600 kg, alors qu’il s’élève (même si les contraintes techniques ne sont pas strictement identiques) à 800 kg pour la dernière génération de TGV Duplex. »

Dans le cas d’une voie traditionnelle, la nature du ballast est déterminante, tant pour les qualités d’élasticité nécessaires que pour répondre aux problèmes de l’envol de ballast. Robert Rivier et son équipe — Chiara Paderno, Willem-Jan Zwanenburg (doctorants) et Christoph Hofmann (expert des Chemins de Fer Fédéraux suisses) s’interrogent notamment sur la granulométrie — serait-elle trop faible actuellement ? — et sur la nature des roches employées. De même, côté traverses cette fois, le Litep préconise l’emploi de traverses monoblocs plutôt que les bi-blocs utilisées en France.

Dalle, ballast : l’alternative

Quelle est dès lors l’alternative pour les futures voies à grande vitesse ? D’un côté, la voie ballastée dont on connaît les problèmes de maintenance et qui n’est pas forcément moins chère sur l’ensemble de sa durée de vie. De l’autre, la voie sur dalle, dont les coûts de maintenance pourraient être plus faibles mais pour laquelle — et ce point est capital pour Robert Rivier — on manque de retour d’expérience. « Nous sommes contraints dans ce domaine à des hypothèses sur l’usure, l’entretien et le renouvellement. La voie sur dalle ne bouge pas, soit, mais si le terrain bouge comment faire pour redresser une dalle de 8 mètres sur 3 et de 30 cm d’épaisseur ? », interroge-t-il.

Des phénomènes non linéaires

Avec la vitesse, l’augmentation des efforts provoque une surcharge dynamique du contact roue/rail. Cette augmentation n’est pas linéaire et pour Robert Rivier, on touche là à une frontière des connaissances dans ce domaine. « Les effets de tangage, de roulis et de tamis augmentent avec la vitesse. Pour analyser ces phénomènes, comme l’usure ondulatoire du rail ou la mise en résonance des ouvrages d’art, nous manquons de données et rien ne nous dit que les phénomènes seront linéaires. »
L’importance des effets aérodynamiques sous les convois est également à prendre en compte : les énergies mises en oeuvre sont considérables et l’envol de ballast, leur conséquence la plus tangible.

Plus vite, plus cher

Concevoir une nouvelle ligne rappelle le professeur Rivier, c’est intégrer sa maintenance et les caractéristiques des trains. Si les trains roulent plus vite ou s’ils sont plus lourds, ils affectent davantage l’infrastructure qui nécessite donc une surveillance et une maintenance plus soutenues. La vitesse est un système global qui nécessite l’étude intégrée de tous les facteurs. « Une légère augmentation de la vitesse peut avoir des conséquences budgétaires considérables. C’est à partir de ce type de constatation que nous bâtissons notre réflexion. Les aspects économiques mais aussi politiques doivent être pris en considération. » À niveau technique équivalent, plus vite signifie plus cher. Il reste à évaluer cette augmentation et à la réduire le plus possible en évoluant techniquement.