Matériel ferroviaire

Contexte général

Le secteur ferroviaire est un domaine d’application de compétences diverses en acoustique : connaissance des sources, modèles physiques, perception. L’application de plus en plus fine et quantifiée des résultats concrets obtenus ces dernières années en matière de réduction des sources, de connaissance des effets de gêne des riverains et de confort des voyageurs permet l’ouverture de nouveaux champs de recherche.

L’acoustique est une préoccupation très présente dans le transport ferroviaire, notamment au niveau de la réduction
du bruit en environnement et du confort des passagers. La principale préoccupation des acteurs de ce domaine est la connaissance des sources de bruit des matériels et de l’infrastructure.

Sources de bruit

Bruit de contact roue/rail

Le bruit de roulement est la source principale, même aux grandes vitesses commerciales actuelles. Le bruit de roulement a été compris et modélisé depuis 1990. La compréhension des mécanismes excitateurs et des parts rayonnées par la roue et le rail ont permis de développer des solutions de réduction à la source. Ces solutions sont mises en oeuvre de manière opérationnelle depuis 2006-2007.

Bruit aérodynamique

L’exploitation commerciale des trains à grande vitesse a aussi permis de connaître la contribution du bruit aérodynamique. Les approches expérimentales, maquettes en soufflerie et antennerie acoustique (toujours d’actualité), ont commencé dans les années 1995 à 2000. En parallèle, les méthodes de calcul de type LES ont été évaluées. Ces méthodes ne sont aujourd’hui toujours pas industrielles pour le calcul de véhicules « longs » (200 m). Plus récemment, des méthodes avancées en aérodynamique (Lattice – Boltzmann) en liaison avec le secteur automobile se sont avérées prometteuses. Elles permettent de traiter des véhicules longs et fournissent des prédictions du bruit d’origine aérodynamique pertinentes. Par ailleurs, les méthodes d’investigations comme l’antennerie acoustique au passage de trains réels et en soufflerie ont largement progressé pour fournir aujourd’hui les contributions des différentes sources au bruit au passage. Des solutions potentielles ont été évaluées, par calcul et en soufflerie, et sont susceptibles d’être mises en oeuvre pour les futures générations de matériels grande vitesse.

Autres sources

Les autres sources sont traitées par les constructeurs ferroviaires. Le bruit des systèmes de refroidissement moteur a récemment fait l’objet d’importantes réductions (- 10 dB(A) sur le bruit au passage d’un automoteur Diesel). La capitalisation des progrès réalisés dans l’automobile sur le bruit des moteurs thermiques et les récents développements d’encapsulage et de traitements locaux, conduisent à des potentiels de réduction importants.

Si les points singuliers comme le passage des trains sur des ponts métalliques ont été traités, le crissement des freins à disque, le crissement en courbe et le bruit au passage des appareils de voie restent des problématiques d’actualité. La problématique des freins à disque ferroviaire est différente de celle du routier et del’aérien. Les mécanismes ont été compris et modélisés, les solutions sont à concevoir avec un compromis réduction bruit / performance et tenue en service.

Bruit solidien

Les vibrations dans le sol et bruit « solidien » rayonné à l’intérieur des structures des habitations sont aussi des sujets ouverts. De nombreux modèles ont été développés mais insuffisamment validés. Il est donc nécessaire de
coopérer entre la Recherche et les industriels. Les solutions connues sont souvent coûteuses et d’efficacité limitée.

Propagation du bruit

En terme de propagation et de protections acoustiques comme les écrans, les problèmes sont voisins, à la caractéristique des sources près, des problèmes rencontrés dans le secteur routier. La question des effets météo à longue distance est un point ouvert et il est nécessaire de trouver des méthodes fiables et efficaces sur le plan industriel pour calculer le bruit en environnement.

Les écrans, du fait des réflexions caisse / écrans et de sources localisées en partie haute, posent des questions spécifiques. Il est aussi de plus en plus question d’intégrer des écrans dans le paysage ou le milieu urbain (écrans bas…). Des progrès récents dans la compréhension des mécanismes de diffraction permettent de proposer des solutions.

Perception du bruit ferroviaire

Du point de vue perception et de l’écart de perception vis-à-vis des bruits des autres modes, il est nécessaire, pour bien mettre en perspective les spécificités de la gêne liée au bruit ferroviaire, d’étudier les bruits des transports ferroviaire, routier et aérien simultanément. Les recherches sont actuellement concentrées sur les perturbations du sommeil et des activités par les bruits des transports.

Confort à bord

En terme de confort à bord des véhicules, la connaissance des sources est aussi indispensable pour alimenter les modèles de prévision de l’ambiance sonore. Après des tentatives plus ou moins fructueuses d’utiliser des modèles complexes (éléments finis, équations intégrales), on assiste à un retour à des méthodes plus simples basées sur la SEA, les tirs de rayons… La psychoacoustique, traitée en parallèle de la problématique vibroacoustique, vise à faire évoluer les indicateurs de confort à bord des trains. La sonie, par exemple, sera prochainement intégrée dans les spécifications des futurs matériels roulants.