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RÉSUMÉ
Le cahier des charges de tout matériel roulant doit répondre à une grande diversité de matériel tout en obéissant à des principes de dimensionnement constant. Cet article débute par l’analyse des différents types d’exploitation d’un matériel roulant. Il poursuit par la présentation des contraintes de dimensionnement propres à un matériel ferroviaire, le calcul du nombre d’essieux moteurs, de la puissance et des rendements, puis par celle du dimensionnement du freinage. Pour terminer, sont passés en revue le matériel roulant en circulation dans le monde.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Pierre CHAPAS : Ingénieur DPE - Senior Expert (honoraire) ALSTOM Transport
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Jean-Michel PETIT : Ingénieur ENSEM - Senior Expert (honoraire) ALSTOM Transport
INTRODUCTION
De toutes les composantes du système ferroviaire (cf. ), le matériel roulant en est le centre de gravité. Son rôle d’interface vital avec les clients lui impose un cahier des charges rigoureux et d’une grande diversité d’un type de matériel à l’autre pour répondre aux besoins toujours plus spécifiques de la demande.
Nous analyserons en premier lieu ces spécificités en termes d’exploitation. Cette richesse de solutions adaptées obéit cependant à une méthodologie commune : le dimensionnement du matériel ferroviaire, quelle que soit son utilisation, répond aux mêmes critères simples : une charge à remorquer sur un parcours-type dans un horaire donné. Les solutions doivent satisfaire des contraintes pour s’inscrire dans un existant ferroviaire particulièrement lourd à gérer. Il convient d’effectuer l’inventaire exhaustif de ces contraintes, d’en mesurer l’importance relative pour répondre à la demande dans les conditions les plus économiques.
Un exposé théorique se doit d’être illustré par un exercice pratique, c’est pourquoi nous « dimensionnerons » un engin moteur, sachant que la méthode est applicable à tout type de matériel.
Enfin, nous donnerons un aperçu succinct, mais représentatif des matériels existants les plus récents circulant dans le monde.
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2. Critères de dimensionnement et architecture motrice
2.1 Contraintes de dimensionnement
Quel que soit le résultat du dimensionnement apte à satisfaire le programme de traction, le matériel roulant devra s’inscrire dans un ensemble de contraintes propres au transport ferroviaire. Les contraintes essentielles sont d’ordre mécanique ou électrique, et résultent fréquemment de l’histoire ferroviaire.
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Adhérence (cf. [D 5 501, § 1.2])
Le très faible frottement au contact roue-rail limite l’effort maximal de traction résultant du couple moteur : 45 % de la masse adhérente dans les meilleures conditions de contact (rail propre et sec). En freinage, cette valeur est encore beaucoup plus faible, limitée entre 10 et 13 % par tous les réseaux, afin de respecter la distance d’arrêt en toutes circonstances d’état du rail (figure 1).
Dans le cas du roulement sur pneumatiques, utilisé sur certains métros tels que : Paris, Lyon, Montréal, Santiago du Chili, les coefficients d’adhérence peuvent atteindre 70 %.
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Gabarit et masse
Les infrastructures ferroviaires : voies, ouvrages d’art, terminaux, déterminent l’enveloppe géométrique – appelée gabarit. Il impose les dimensions et le volume, ainsi que l’entraxe des bogies de roulement. Le gabarit intègre par ailleurs les distances d’isolement nécessaire par rapport aux obstacles contigus à la voie : c’est le gabarit électrique (figure 2).
Un très grand nombre de gabarits différents existent dans le monde. Chaque réseau, en fonction de son histoire,...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - KALLER (R.), ALLENBACH (J.M.) - Traction électrique. - Presses Universitaires Romandes (1995).
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(2) - NOUVION (F.), WOIMANT (B.), MACHEFERT- TASSIN (Y.) - Histoire de la traction électrique. - Tomes 1 et 2 - Éditions La Vie du rail (1983).
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(3) - NOUVION (F.) - Les techniques de l’électrification ferroviaire. - École supérieure d’électricité no 2032 ; 2033 ; 2142 ; 2143 (1966).
-
(4) - VEERBECK (H.) - Connaissances actuelles de l’adhérence et de son utilisation. - Rail international (1973).
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(5) - CURTIUS (E.W.), KNIFFER (A.) - Nouvelles données relatives à l’adhérence entre roues et rails. - Elektrische Bahnen no 9 (1950).
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(6) - CHAPAS (P.) - La Traction ferroviaire. - Documentation interne ALSTOM...
ANNEXES
UIC – Union internationale des chemins de fer
SNCFALSTOMBOMBARDIERSIEMENSRépertoire des sites ferroviaires (en français). http://www.users.skynet.be/sky34004/repfer.html
La Vie du rail et des transports http://www.webvdr.com
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