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Acoustique des transports ferroviaires

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Contexte
L’aérodynamique ferroviaire

Auteur(s) : Louis-Marie CLEON

Date de publication : 10 mai 2018

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Roulement ferroviaire - Aspect mécanique de traction

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1. Contexte

1.1 Bref historique de l’histoire de l’aérodynamique, de l’aviation au train

L’étymologie du terme aérodynamique vient du grec aerios (qui signifie l’air) et dunamikos (la force). C’est donc une branche de la dynamique des fluides qui porte sur la compréhension et l’analyse des écoulements d’air autour d’un corps en mouvement. Cela concerne les êtres vivants comme les oiseaux, les différents moyens de transport comme les avions, les automobiles et les trains. Historiquement pouvoir voler a toujours fasciné les hommes, depuis le rêve d’Icare dans la mythologie jusqu’à Léonard de Vinci (1452-1519). Celui-ci en observant le vol des oiseaux et leur physiologie découvrit l’existence de différences de pression autour d’une aile (figure 1) et vers 1500 ébaucha plusieurs idées de machines volantes estimant que « l’homme était capable de se maintenir dans les airs par le moyen d’ailes battantes ». Galilée (1564-1642) réalisa ensuite des travaux novateurs sur la nature de la résistance de l’air.

En 1655, Robert Hooke s’inspirant des travaux de Léonard de Vinci, affirma, quant à lui, que tout vol humain sans l’assistance d’un moteur était impossible. On commence alors à mettre l’aérodynamique en équations. Isaac Newton (1643-1727) élabore le principe fondamental de la dynamique : « l’accélération subie par un corps dans un repère galiléen est proportionnelle à la résultante des forces qu’il subit, et inversement proportionnelle à sa masse ».

Daniel Bernoulli (1700-1782) formule son théorème sur l’écoulement des fluides incompressibles. Il énonce que dans le flux d’un fluide une accélération se produit simultanément avec la diminution de la pression et réciproquement. Il a posé ainsi les bases de la dynamique des fluides. Initialement utilisé pour des fluides en circulation dans une conduite, son principe a trouvé un important champ d’application en aéronautique (portance). Leonhard Euler (1707-1783) établit pour sa part une théorie sur la résistance d’un fluide au mouvement d’un corps et Pierre Simon de Laplace (1749-1829) celle sur la vitesse de propagation du son dans l’air. L’application de l’aérodynamique à des objets mobiles a vu le jour lorsque les premiers pionniers de l’aviation...

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - BELL (R.), BURTON (D.), THOMPSON (M.), HERBST (A.), SHERIDAN (J.) - Wind tunnel analysis of the slipstream and wake of a high-speed, - Journal of Wind Engineering and industrial Aerodynamics 134-2014.
(2) - OZAWA (S.) - Aerodynamic forces on train, - JSME 1990 ; 900-37.
(3) - VERGNAULT (E.), MALASPINAS (O.), SAGAUT (P.) - Noise source identification with the Lattice Boltzmann method. - J. Acoust. Soc. Am. 133, 1293-1305 (2013).
(4) - RICOT (D.) - Simulation numérique d’un écoulement affleurant une cavité par la méthode Boltzmann sur Réseau et application au toit ouvrant de véhicules automobiles. - PhD thesis, École Centrale de Lyon (2002).
(5) - BAKER (C.) - The flow around high speed trains. - Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics.

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

1 Normes et standards

Règlement (UE) n° 1302/2014 de la Commission du 18 novembre 2014 – STI (Spécification Technique d’Interopérabilité) « Matériel roulant – Locomotives et matériel roulant destiné au transport de passagers »

Norme EN-14067-6) NF EN 14067-6 Mai 2010

Applications ferroviaires – Aérodynamique – Partie 6 : exigences et procédures d’essai pour l’évaluation de la stabilité vis à vis des vents traversiers

NF EN 14067-5+A1 Janvier 2011

Applications ferroviaires – Aérodynamique – Partie 5 : exigences et procédures d’essai pour l’aérodynamique en tunnel

NF EN ISO 3095 Octobre 2013

Acoustique – Applications ferroviaires – Mesurage du bruit émis par les véhicules circulant sur rails – Applications ferroviaires

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2 Annuaire

ARIA Technologies se consacre exclusivement, depuis sa création en 1990, à l’étude de l’environnement atmosphérique, et en particulier à la simulation numérique de la dispersion des polluants atmosphériques.

http://www.aria.fr

AREP est la filiale d’urbanisme, d’architecture, et d’ingénierie de SNCF Gares et connexions, elle a été créée en 1997.

http://www.arep.fr

L’ONERA (Office national d’études et de recherches aérospatiales) est le principal centre de recherche français dans le domaine de l’aérospatiale.

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Sommaire
Sommaire détaillé

INTRODUCTION

1 - CONTEXTE

1.1 - Bref historique de l’histoire de l’aérodynamique, de l’aviation au train
1.2 - Enjeux pour le transport ferroviaire
1.3 - Spécificités ferroviaires par rapport aux autres modes de transport

2 - LES DIFFÉRENTS PHÉNOMÈNES AÉRODYNAMIQUES DE TRAÎNÉE : PRESSION, COUCHE LIMITE LAMINAIRE, TURBULENCE…

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3 - CONSÉQUENCES ET DOMAINES FERROVIAIRES CONCERNÉS

3.1 - La résistance à l’avancement
3.2 - La sécurité vis-à-vis du renversement du train sur les sites présentant de forts vents traversiers
3.3 - Le passage et le croisement de trains
3.4 - Les écoulements sous caisse et l’envol de ballast
3.5 - Le bruit aéroacoustique
3.6 - Le confort tympanique et acoustique lors des traversées de tunnel
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3.7 - Le fonctionnement des appendices (essuie-vitres, pantographe) et des entrées d’air