Science Ferroviaire

Résistance des TGV aux vents traversiers

Une méthodologie pour la maîtrise des risques

Problématique

La sensibilité des véhicules aux vents traversiers est un phénomène relativement connu dans le domaine automobile. Ce phénomène, jusqu’alors limité au Japon dans le domaine ferroviaire, compte tenu de la violence des typhons et du faible écartement des voies, a été pris en compte par la SNCF pour la première fois pour la nouvelle ligne à grande vitesse Méditerranée.

Celle-ci, par rapport aux autres lignes nouvelles en service et à la ligne classique Valence - Marseille, présente un risque spécifique de renversement des trains par des vents traversiers violents dû aux facteurs suivants :

• la ligne TGV Méditerranée est située dans une zone météorologique extrêmement ventée (la norme de construction des bâtiments indique des valeurs extrêmes de vent de 183 km/h)

• la présence d’ouvrages d’art de forte hauteur (60 m pour le viaduc des Angles) et de remblais importants (jusqu’à 26 m) apporte un effet d’accélération de ces vents

• par rapport à la ligne classique, la vitesse de circulation de 300 km/h, s’ajoutant vectoriellement à la vitesse du vent, produit une vitesse de vent relatif, vu par le train, supérieure

Phénomène physique

Les efforts exercés sur un train par des vents latéraux ont pour effet, notamment, de décharger une file de rail et de surcharger l’autre file. Lorsque le déchargement est complet, on peut assister au soulèvement d’une ou plusieurs roues puis, si les efforts se maintiennent ou continuent d’augmenter, au renversement.

Le risque de renversement peut être accentué par d’autres efforts qui interviennent sur le train. C’est en particulier le cas de l’effort centrifuge non compensé dans certaines courbes.

Stratégie et méthodologie de protection

Par rapport à ce risque de renversement apporté par de forts vents traversiers, la SNCF a défini, pour la ligne à grande vitesse Méditerranée, la stratégie de protection suivante :

• la sécurité de la ligne est assurée d’une part, par la mise en place d’écrans sur les sites critiques en assurant une vitesse de circulation de 80 km/h par « tous les temps » et d’autre part, par un réseau de surveillance anémométrique déclenchant, par le biais de la signalisation, des réductions de vitesse appropriées à 170 km/h ou 80 km/h.
  
  La méthodologie suivante a été retenue pour répondre à ces objectifs avec l’adoption du principe de double expertise pour chacune des étapes :

• connaissance du vent sur la ligne par des études météorologiques sur les zones concernées. Ces études ont été produites à partir des mesures des stations Météo France les plus proches de la ligne sur les périodes 1992-1995 et 1996-1999 ;

• connaissance du comportement aérodynamique du TGV grâce à des mesures en soufflerie correspondant à chaque véhicule d’une rame TGV Duplex ou TGV Réseau (motrice, remorques), et aux trois configurations topographiques : viaduc, remblai, sol plan ;

• connaissance du comportement dynamique du TGV, grâce à la modélisation dynamique de la rame, du contact roue/rail, ainsi que la modélisation du vent pour chaque configuration (véhicule, topographie). Analyse des déchargements de roues obtenus par rapport au critère de renversement choisi. Réalisation de courbes limites de vent pour différentes vitesses de circulation ;

• expertise complémentaire sur le terrain par experts extérieurs des sites potentiellement critiques et des sites non modélisables (transition entre un site protégé et non protégé) ;

• réalisation d’écrans pare - vents sur les sites les plus critiques pour la sécurité ;

• réalisation d’une surveillance anémométrique dense de la ligne susceptible de déclencher des ralentissements à 170 km/h ou 80 km/h lorsque le vent dépasse les courbes limites.

Ce phénomène de sensibilité des véhicules aux vents traversiers est pris en compte aujourd'hui sur l'ensemble des lignes nouvelles (LGV Est) et fait l'objet d'une normalisation européenne.

Contact : Louis-Marie Cléon