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RÉSUMÉ
La problématique du bruit ferroviaire, à bord et en environnement, reste prépondérante et sa réduction est une des priorités du transport ferroviaire, notamment sur le matériel TGV. Ce bruit est constitué essentiellement du bruit de roulement, dû au contact roue/rail, et du bruit d’origine aérodynamique dû à l’augmentation des vitesses. À ces deux composantes, s’ajoute à l’arrêt et à faible vitesse le bruit des équipements. L’état de l’infrastructure a une forte influence sur ces paramètres et contribue ainsi grandement à cette nuisance sonore. Les effets de propagation de ces bruits déterminent au final le confort intérieur et l’acoustique environnementale.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Louis-Marie CLÉON : Ingénieur des Mines, ex directeur technique « Recherche », SNCF
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Franck POISSON : Docteur en acoustique, SNCF « Direction de l'Innovation et de la Recherche »
INTRODUCTION
Bien que des atouts environnementaux soient largement crédités au système ferroviaire, le bruit apparaît encore comme son talon d'Achille, en dépit des progrès indéniables dans le cas des TGV par exemple.
Les recherches sur le bruit ferroviaire ont déjà permis de connaître et réduire le bruit de roulement , source principale du bruit ferroviaire pour les vitesses classiques dans le domaine voyageur. Il est primordial que des progrès similaires soient réalisés dans l'activité du fret ferroviaire. De même, le trafic périurbain dans les grandes agglomérations, et en particulier en Ile-de-France, doit aussi bénéficier de ces progrès pour en poursuivre le développement compte tenu de la densité forte d'habitations le long des plates-formes ferroviaires.
La problématique du bruit – l'exemple du bruit du roulement l'illustre bien – est celle d'un système où toutes les composantes (la roue des véhicules et le rail des infrastructures) contribuent à l'émission. « L'efficacité des solutions repose sur une action simultanée sur toutes les composantes de ce système. » (Extrait de l'éditorial du président Louis Gallois dans la Revue Générale des Chemins de Fer d'octobre 2003).
Si le bruit de roulement évoqué précédemment reste prépondérant jusqu'aux alentours de 300 km/h, le bruit d'origine aérodynamique apporte une contribution non négligeable pour les vitesses supérieures, d'une part parce qu'en réduisant le bruit du roulement, le bruit d'origine aérodynamique apparaît plus tôt et d'autre part parce que ce dernier croît plus vite avec la vitesse.
Ces différentes sources de bruit pour l'environnement nuisent aussi au confort du voyageur et du mécanicien. Des sources ponctuelles, comme le bruit de climatisation, les annonces sonores, les téléphones portables, les conversations trop fortes de voyageurs… peuvent susciter une gêne complémentaire, relevant évidemment du domaine de la physiologie mais aussi de la psychoacoustique.
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4. Sources acoustiques
4.1 Contribution des sources en fonction de la vitesse
Le bruit d'un train en environnement résulte de la contribution de différentes sources de bruit que l'on peut classer en trois catégories : le bruit des équipements, le bruit de roulement, le bruit aérodynamique. Les contributions de ces différentes sources varient essentiellement avec la vitesse de circulation des trains.
En stationnement et à basse vitesse jusqu'aux alentours de 60 km/h, le bruit du train est principalement dû au bruit des équipements techniques. Les plus bruyants sont les systèmes de ventilation utilisés pour refroidir par exemple les moteurs de traction, les convertisseurs électriques, les échangeurs de climatisation… Les bruits de sortie de conduit (admission et échappement des moteurs diesels…) constituent le second type de source. L'augmentation des prestations des matériels roulants conduit souvent à une augmentation de la demande de puissance électrique et donc à un besoin croissant de puissance et de ventilation des équipements.
De 60 à 300 km/h, le bruit de roulement est la principale source de bruit du matériel ferroviaire. Il est dû au défilement de la rugosité du rail sur celle de la roue qui conduit alors à des microdéplacements de la roue et du rail qui rayonnent alors de l'énergie acoustique.
Quand la vitesse augmente, la contribution des sources aérodynamiques évolue. Autour de 320 km/h, leur contribution est du même ordre de grandeur que celle du bruit de roulement. Ces sources sont plutôt localisées au niveau des parties avant de la motrice (nez, étrave), des bogies, du pantographe et des cavités des pantographes.
Le bruit lié aux vibrations de la superstructure du matériel roulant a une influence négligeable sur le bruit global émis.
Dans les situations particulières comme lors des phases de freinage ou dans les courbes de faible rayon, des phénomènes de crissement peuvent créer du bruit. Lors du freinage, ils sont dus au frottement des garnitures sur les disques ou des sabots sur la bande de roulement des roues. En courbe serrée, ils sont engendrés au niveau du contact roue-rail par la différence de vitesse entre la roue intérieure et la roue extérieure non compensée par la conicité des roues. Une des roues est alors amenée à glisser (phénomène de glissement/adhérence) sous la charge et le boudin de la roue (rebord) frotte alors sur le flanc du rail, ce qui produit le bruit de crissement.
Les travaux de caractérisation des différentes sources...
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Sources acoustiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ALIBERT (F.), LETOURNEAUX (F.), COSTE (O.), POISSON (F.) - Noise source caractérisation on a TGV Duplex running up to 350kph by means of a 2D acoustique array - . Congrès Français d‘Acoustique (2003).
-
(2) - BELINGARD (P.), POISSON (F.), BELLAJ (S.) - Experimental study of noise barriers for high speed train - . Congrès international Worshop on Railway Noise (2010).
-
(3) - BONGINI (E.), MOLLA (S.), GAUTIER(P.E.), HABAULT (H.), MATTEI (P.O.), POISSON (F.) - Synthesis of noise of operating vehicles : Development within SILENCE of a tool with listening features - . International Workshop of Railway Noise (2007).
-
(4) - CHEN (H.), CHEN (S.), MATTHAEUS (W.) - Recovery of the Navier-Stokes equation using a lattice Boltzmann method - . Phys. Rev. A, 45, p. 5339-5342 (1992).
-
(5) - CHIELLO (O.), LORANG X.), CORDIER (J.F.), MARGIOCCHI (F.) - Projet Crisfis partie 1 : étude théorique et expérimentale du crissement de freins à disques pour le ferroviaire - . Journée Européenne de Freinage (2006).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
NF ISO 226 Février 2004 Acoustique – Lignes isosoniques normales.
NF EN ISO 3095 Novembre 2005 Applications ferroviaires – Acoustique – Mesurage du bruit émis par les véhicules circulant sur rails.
NF EN ISO 3381 Novembre 2005 Applications ferroviaires – Acoustique – Mesurage du bruit à l'intérieur des véhicules circulant sur rails.
ISO/TS Février 2003 Acoustique – Évaluation de la gêne causée par le bruit au moyen d'enquêtes sociales et d'enquêtes socio-acoustiques.
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