Des matériaux légers au service de la nouvelle génération de véhicules ferroviaires

Depuis longtemps, le secteur des transports s’efforce d’utiliser de nouveaux matériaux légers pour concevoir la structure des véhicules. En aéronautique, où le poids est un facteur majeur de la consommation de carburant, les matériaux composites remplacent désormais les métaux aussi bien pour la structure que pour le reste.

Le secteur ferroviaire pourrait lui aussi bénéficier de l’usage de nouveaux matériaux de structure. Le fait de réaliser en composites le corps d’un wagon réduirait de 20 à 30 % le poids du train. Ceci permettrait d’économiser de l’énergie et de réduire les émissions de CO₂ (d’au moins 5 %).

Problèmes de réglementation

La législation européenne actuelle interdit d’utiliser des matériaux composites pour réaliser la structure des wagons. Par conséquent, le secteur ferroviaire n’utilise les composites que pour des composants non porteurs, l’acier restant le matériau principal pour la structure des matériels roulants.

L’un des principaux problèmes à surmonter est le manque de procédures de certification adaptées aux besoins opérationnels spécifiques d’un véhicule ferroviaire. Le projet REFRESCO, financé par l’UE, a été lancé pour résoudre ce problème et d’autres, afin d’ouvrir la voie à l’adoption de nouvelles procédures qui permettront d’utiliser des matériaux composites pour fabriquer les wagons.

Tester les matériaux

Le projet REFRESCO a testé les nouveaux matériaux les plus prometteurs, utilisés dans le secteur des transports ou ailleurs, et susceptibles d’être intégrés au matériel ferroviaire roulant.

Les chercheurs ont analysé les processus et les normes de certification relatifs aux structures des wagons, et constaté que le processus européen actuel de certification ferroviaire peut faire l’objet de solutions innovantes. Cependant, l’ensemble des normes techniques requis pour démontrer la conformité des wagons en composites n’est pas encore en place, et doit donc être développé plus avant.

Après l’analyse des lacunes, les chercheurs de REFRESCO ont conclu que même si certaines normes doivent être adaptées au comportement des matériaux composites, la plupart peuvent être appliquées à un wagon à structure en composites, sans affaiblir la sécurité.

Considérations structurelles

Afin d’étudier les exigences pratiques requises pour utiliser des matériaux composites dans la structure, le projet s’est intéressé à la solidité, la résistance aux collisions et aux incendies, la génération de bruit et de vibration, la compatibilité électromagnétique et la facilité de maintenance.

Les chercheurs ont étudié en détail la résistance aux collisions des matériaux composites à cause des normes strictes en matière de sécurité. En effet, ces matériaux se comportent différemment des métaux comme l’acier ou l’aluminium : ils sont plus fragiles et orthotropes, soulevant des doutes sur la résistance à la collision d’un wagon dont la structure et l’enveloppe sont faites de composites.

Les chercheurs ont conduit des simulations de collision sur des structures actuelles en métal, pour observer leur comportement et servir de référence en matière de sécurité. Des matériaux composites ont été intégrés dans la structure d’une cabine, et les premiers résultats ont montré quelques fissures. Les chercheurs ont cependant constaté qu’en renforçant la structure en composites ou en élargissant les interfaces avec les parties métalliques, il était possible de réussir le test de collision.

Le projet a aussi conclu qu’il faudrait modifier les procédures de maintenance en cas d’usage de matériaux composites. Les ateliers de maintenance devraient être équipés de manière adéquate pour assurer cette maintenance, et les techniciens devraient être formés pour travailler sur des composites.

Les prochaines étapes

Le prix des composites est encore supérieur à celui de l’acier, mais ceci devrait changer car le secteur automobile les utilise de plus en plus. En outre, la production des matières premières des composites augmente, ce qui réduira probablement leur prix un peu plus.

Le projet REFRESCO s’est officiellement achevé en février 2016, mais ses partenaires veulent s’appuyer sur leurs résultats pour travailler avec les régulateurs afin de modifier les procédures de certification, et de permettre au secteur ferroviaire de bénéficier de ces matériaux légers prometteurs.

Pour plus d’informations, veuillez consulter :
site web du projet REFRESCO

Source : CORDIS – http://cordis.europa.eu