Rails de chemins de fer - Aspects métallurgiques

Les rails, dont le but est de porter les essieux des trains et de les guider en alignement comme en courbe (parfois serrée avec un rayon inférieur à 200 mètres), constituent un élément majeur de sécurité pour les personnes et les biens transportés.

Les rails sont supportés par des traverses soit en bois créosoté sur les anciennes voies, soit en béton sur les voies modernes ; les voies européennes comptent 1 700 traverses par kilomètre (2 000 pour les voies lourdement chargées). Les rails reposent sur les traverses, elles-mêmes supportées par une épaisse couche de ballast de pierres calibrées, par l’intermédiaire de semelles en caoutchouc, fixées par des attaches en ressort d’acier élastique.

Ils sont soumis à l’usure et à des défauts de fatigue internes et de surface, susceptibles de dégénérer en ruptures fragiles, pouvant provoquer un déraillement d’autant plus grave que l’accident vient à survenir en courbe.

Il s’agit donc d’un produit extrêmement noble qui doit être réalisé dans un acier de grande pureté et présenter une microstructure adaptée (perlitique jusqu’à nos jours).

Ce produit, outre les contrôles finaux de fabrication, doit être vérifié en voie par ultrasons et visuellement, à une fréquence adaptée à la voie et à la nature des circulations ferroviaires.

Le rail est fabriqué à partir d'aciérie à l’oxygène ou d’aciérie électrique, en utilisant la coulée continue et un dégazage sous vide de l’hydrogène ; il est ensuite laminé à chaud dans sa section définitive sur laminoir dit « universel », qui lamine à la fois le champignon et le patin, ainsi que les deux faces de l’âme.

Le contact rail-roue en acier exige peu de coefficient de roulement et l’usure, même bien mesurable, reste modérée. En conséquence, les changements de rails ou de roues sont limités et la consommation d’énergie reste la plus faible de tous les moyens de transport ; le procédé est donc d’un coût économique intéressant, qui peut être étendu aux voies de lignes à grande vitesse (LGV) et aux trains les plus lourds. L’article présente les divers types de rails et leurs conditions d’utilisation, puis décrit les procédés de fabrication.