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RÉSUMÉ
Tout système de freinage ferroviaire peut se subdiviser en deux grandes fonctions : la commande du freinage, et la production d'effort et dissipation d'énergie. Après un rappel des principales règles de conception de la commande du freinage d'un véhicule ferroviaire, cet article expose l'architecture générale de commande d'un système de freinage ferroviaire telle que définit par les normes européennes actuelles, puis décrit comment cette architecture peut se décliner technologiquement en trois grands systèmes: le frein pneumatique à air comprimé, le frein électropneumatique direct et le frein électrohydraulique. Pour chacun, les principes généraux de fonctionnement, ainsi que les principaux composants et sous-ensembles participant à la commande du freinage de chaque système sont détaillés.
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Florent BRISOU : Ingénieur ENSEM - Senior technical expert systèmes de freinage, ALSTOM Transport (France)
INTRODUCTION
Le transport ferroviaire se distingue par plusieurs spécificités, parmi lesquelles :
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l'objet mobile, à savoir le convoi ferroviaire (ou train), utilise un guidage (la voie ferrée) qui lui impose de circuler entre deux autres convois, lesquels circulent soit dans le même sens que lui (ligne à double voie), soit dans un sens opposé (ligne à voie unique). Sa circulation est donc, sauf cas de conduite dite « à vue » comme pour les réseaux de tramways, régie par des systèmes de signalisation qui vont minimiser à un niveau acceptable le risque de rattrapage ou de collision frontale entre deux trains. Par conséquent, la commande du freinage doit être conçue de manière à présenter un fonctionnement et des performances compatibles avec les exigences des différents systèmes de signalisation rencontrés en exploitation ;
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l'objet mobile est justement un convoi, c'est-à-dire un assemblage de véhicules qui peuvent être identiques ou très différents. Ce convoi peut mesurer de quelques dizaines de mètres à plusieurs kilomètres de longueur. La commande du freinage doit donc être conçue pour pouvoir assurer un fonctionnement et des performances compatibles avec des longueurs et typologies de convois très différentes ;
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un convoi ferroviaire peut être composé de véhicules d'origines très différentes en termes de propriétaire, et il est donc important que la commande du freinage réponde à des normes ou spécifications d'interopérabilité, permettant les échanges de véhicules entre trains de différents opérateurs (au sein d'un même pays, ou entre pays).
Nous présentons ici l'architecture générale de la commande d'un système de freinage telle qu'elle est maintenant définie par les normes européennes, et telle qu'elle se présente d'une manière générale partout dans le monde, puis exposons comment cette architecture générale peut se décliner en trois grands types de systèmes de freinage, chacun ayant été développé pour s'adapter à des conditions d'exploitation et des contraintes d'interopérabilité différentes.
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3. Frein pneumatique à air comprimé
Inventé dans la seconde moitié du XIX e siècle par Georges Westinghouse, le frein pneumatique à air comprimé s'est rapidement imposé partout dans le monde, étant adopté par de très nombreux opérateurs.
Évoluant au fil des progrès des technologies pneumatiques et des réglementations et normes, il reste encore aujourd'hui le système de freinage le plus utilisé dans le monde.
Nous détaillons dans cette partie ses modes de fonctionnement et les performances obtenues.
Si jusque dans les années 1860 différentes solutions technologiques ont été développées pour tenter de répondre aux contraintes d'automaticité et de continuité, aucune ne s'est révélée réellement efficace jusqu'à ce qu'un jeune entrepreneur américain, Georges Westinghouse, invente un système de freinage qui permettra enfin de répondre à ces deux défis.
Dès son plus jeune âge, Georges Westinghouse, fils d'industriel de l'état de New-York et ingénieur, s'intéresse de près au domaine du chemin de fer, et plus particulièrement au freinage. En 1867, il va s'inspirer de l'utilisation de l'air comprimé par l'ingénieur Sommeiller (pour actionner les perforatrices à percussion de la galerie du Mont Cenis) pour imaginer le frein ferroviaire moderne. Il développe alors un premier système de freinage pneumatique. Cependant, celui-ci n'est pas encore automatique (§ 1.1).
Il travaille donc à l'amélioration de son invention afin de conférer à son système un caractère automatique. Ses travaux sont couronnés de succès, et 1869 marque la naissance du frein pneumatique tel que nous le connaissons encore près d'un siècle et demi plus tard. Georges Westinghouse a alors 22 ans, fonde la Westinghouse Air Brake Company (WABCO) et dépose des brevets dans plusieurs pays, dont en France le 9 septembre 1870.
En octobre 1873, George Westinghouse développe...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BOÎTEUX (M.) - Le frein pneumatique ferroviaire – Partie 1 – Généralités sur le frein UIC et sur le frein EP. - Chemins de fer, n° 407 (1991).
-
(2) - BOÎTEUX (M.) - Le frein pneumatique ferroviaire – Partie 2 – Les distributeurs. - Chemins de fer, n° 410 (1991).
-
(3) - BOÎTEUX (M.) - Le frein pneumatique ferroviaire – Partie 3 – Organes de commande. - Chemins de fer, n° 412 (1992).
-
(4) - BOÎTEUX (M.) - Le frein pneumatique ferroviaire – Partie 7 – Dispositifs engendrant ou contrôlant l'effort de freinage. - Chemins de fer, n° 430 (1995).
-
(5) - BOÎTEUX (M.) - Le frein pneumatique ferroviaire – Partie 8 – Dispositifs engendrant ou contrôlant l'effort de freinage. - Chemins de fer, n° 440 (1996).
-
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Transport ferroviaire : systèmes de freinage ferroviaires – Cinématique et performances.
-
Transport ferroviaire : systèmes de freinage ferroviaires – Produire l'effort et dissiper l'énergie de freinage.
-
Matériel roulant ferroviaire – Architecture et conception mécanique.
NORMES
-
Applications ferroviaires – Freinage – Vocabulaire générique - EN14478 -
-
Applications ferroviaires – Freinage – Exigences concernant le freinage des trains tractés par locomotive - EN14198 -
-
Applications ferroviaires – Systèmes de freinage pour trains à grande vitesse – Partie 1 : exigences et définitions - EN15734-1 -
-
Applications ferroviaires – Systèmes de freinage pour trains automoteurs – Partie 1 : exigences et définitions - EN16185 -
-
Applications ferroviaires – Freinage – Distributeurs de freinage et robinet d'isolement - EN15355 -
-
Applications ferroviaires – Freinage – Relais pneumatiques - EN15611 -
-
Applications ferroviaires – Freinage – Valve accélératrice de vidange - EN15612 -
-
...
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
DAKO-CZ, as
FAIVELEY Transport
KNORR Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge
Nabtesco Corporation
WABTEC Corporation
HAUT DE PAGE1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Association of American Railroads (AAR) http://www.aar.org
Union internationale des chemins de fer (UIC) https://www.uic.org
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