Tu te souviens du "tadac-tadoum" dans les anciens trains ?
😮 Le quoi ?
😋 Ah oui, c'est vrai, t'es trop jeune pour avoir connu ça.
Tiens ! Écoute ça !
😀 Ah oui, c'est rigolo, c'est ce qu'on entendait en train alors ?
C'est le bruit des roues sur les rails.
Plus exactement des joints entre les rails.
😮 Des joints ?
La dilatation
Les rails sont en acier.
😒 Certes.
🤓 Un rail atteint 55ºC au soleil, avec seulement 37ºC pour la température de l'air.
Ah ! 😛 Je te vois venir !
Il va y avoir des histoires de dilatation.
Ben oui.
Et je connais le coefficient de dilatation de l'acier.
On parle de 12 μm par mètre et par degré.
C'est ça.
C'est quoi la longueur d'un rail ?
Les rails de chemin de fer
🤔 Dans les westerns, on voit des rails d'une vingtaine de mètres, je dirais.
On était limité par les techniques de fabrication.
Alors, pour un rail standard de 36 mètres, la dilatation est de combien, entre -20ºC et +60ºC ?
😲 Ah oui, ton rail va s'allonger de plus de 3 centimètres !
Et on laisse alors un espace, un joint de dilatation, entre deux rails.
Accessoirement, c'est pareil pour les structures en béton armé.
Comme l'armature est en acier, il faut prévoir des joints de dilatation sur les ponts, les bâtiments, etc...
Et comment on relie les rails ?
Avec des éclisses.
J'imagine que les trous dans le rail sont plus grands, histoire de laisser la dilatation opérer.
D'un autre côté, vaut mieux que ce soit bien serré, sinon les rails pourraient se désolidariser... C'est curieux, non ?
Du coup, dans un wagon, on entendait les roues passer sur les joints, tous les 36 mètres.
Mais on entendait un "tac-tac", deux coups, puis deux autres coups un poil plus tard ?
Ben oui, un wagon de voyageur standard de 26 mètres possède deux bogies.
Chaque bogie possède deux essieux, deux paires de roues, d'où le tac-tac.
Et on entendait les deux bogies, soit deux fois tac-tac.
Là on voit deux voitures consécutives, deux bogies rapprochés.
Notez le déplacement vertical au passage des roues : de la fatigue mécanique en perspective.
Mais on n'entendait pas les bruits de la voiture suivante.
Vers 130 km/h, ça faisait un cycle toutes les secondes environ.
Pour écouter plus attentivement.
Le bruit ne provient pas du choc des roues sur l'espacement entre les rails,
mais de l'affaissement (très léger, certes) du rail lors du passage de la roue.
Du coup, le bruit reste le même quel que soit l'espacement, et la température.
Disparition des joints
Sur quoi sont fixés les rails ?
Sur des traverses qui étaient en bois, maintenant en béton.
😏 Ah ! Tu vois que je sais !
Et comment les rails sont attachés sur les traverses ?
Avec des espèces de grosses vis et une rondelle.
Dans le temps, c'étaient des crampons, puis des tire-fonds ─tes grosses vis, ou des boulons sur une vis.
Et les traverses sont posées sur quoi ?
Ben des cailloux
🤓 On dit du ballast
Les joints de dilatation étaient non seulement inconfortables,
mais provoquaient également une usure prématurée des roues, et peuvent aussi engendrer des problèmes
liés aux vibrations engendrées, dans le ballast et aux attaches des rails sur les traverses.
🥴 C'est embêtant...
On a donc cherché à limiter le nombre de joints de dilatation.
Tu entends un "tadac-tadoum" quand tu es dans le TGV ?
😯 Ah oui, tiens, c'est vrai ça, on n'entend pas ça quand le TGV bourre.
Longs rails soudés
Les techniques de fabrication des rails se sont améliorées, et les rails se sont allongés.
Mais en plus on les a soudés !
Sur place, à la pose ?
Et oui !
Soudure aluminothermique
L'aluminium est en fait un métal instable, très réactif, il se transforme en oxyde d'aluminium dès qu'il
est en contact avec de l'oxygène. Mais l'oxyde d'aluminium est très stable et solide, et forme immédiatement
une (très fine) couche protectrice sur l'aluminium pur.
Lorsque l'on mélange de l'oxyde de fer et de l'aluminium en poudre (= de la thermite),
une réaction très exothermique est déclenchée en portant la température d'une partie de ce mélange à 1200ºC à 1300ºC
avec un chalumeau oxyacétylénique.
Du métal résultant de la réaction chimique coule et permet de réaliser la soudure.
On obtient alors un rail vraiment très long, plusieurs dizaines de kilomètres.
😶 Sans déconner ?
Le flambage
😧 Mais si les rails sont plus longs, ce sera pire pour la dilatation ! Les espaces vont devenir énormes !
Et cela peut mener à de gros ennuis en cas de canicule ou de grand froid.
En canicule, je comprends, mais au froid ?
Cela provoque de la casse.
Rail cassé sous l'effet du froid. A part un gros bruit au passage du train, peu de conséquences, mais il faut réparer vite fait.
Et sous grosses chaleurs, ça casse aussi ?
Ben non, là, ça flambe.
😧 Ça prend feu ?!
C'est le terme. Flambage ou flambement.
Ça se tord.
Les attaches d'un seul rail ont lâchées.
🤯 Aaaah ! Ça va dérailler !
La voie n'est plus bien droite, ce n'est pas un trucage.
Là, ça va moins bien rouler
Il faut absolument réduire la vitesse dans ces cas-là...
Roulez bourrés !
Ici, c'est suite à un tremblement de terre. Le ballast n'a plus assuré son rôle de maintien, agité par les secousses sismiques.
La dilatation en a bassement profité.
Contenir la dilatation
Mais la dilatation n'a pas disparu !
Comment ça tient ?
Il faut serrer très fort les rails sur les traverses.
Et que les traverses soient elles-mêmes bien maintenues par le ballast.
Certes, mais plus le rail est long, plus les efforts de la dilatation doivent être énormes !
Ah ben non.
Seule la section de rail entre deux traverses intervient. Heureusement.
Ah bon ? 🤔 Remarque, après réflexion, ça parait logique.
Quand le rail tente de se dilater, il est maintenu par les traverses et les attaches. Il exerce alors un
effort de compression important pouvant aller jusqu'au flambage, la déformation de la voie.
Il faut que le ballast tienne bon !
Mais attention, si quelques traverses consécutives sont défectueuses, ça doit craindre !
Effectivement, il ne faut pas qu'il y ait de trop de défauts sur la voie, sinon ça devient vite catastrophique.
Et alors ça doit flamber aussi sec à la première canicule...
Des traverses de 250 à 350 kg sont disposées tous les 60 cm, on a eu tendance à les rapprocher pour que ce soit plus solide.
La compression exercée par la dilatation dans un rail contraint en longueur peut atteindre des valeurs de l'ordre de 60 tonnes,
et donc on parle de 100 à 150 tonnes pour les deux rails. Les traverses maintiennent le rail droit, et la qualité du ballast
a son importance, comme on peut s'en douter.
Les appareils de voie et de dilatation
Mais au bout d'un long rail, il existe forcément ce qu'on appelle un appareil de voie,
autrement dit les aiguillages et autres dispositifs utiles.
De plus, on fera attention dans les courbes, il faut éviter tout déplacement intempestif
car la compression pourrait amplifier le problème.
Nous avons le même problème lors des connexions avec les ponts et les tunnels, où il est
recommandés de réduire ces problèmes de compression.
On dispose alors des appareils de dilatation.
Sur une ligne TGV
On notera que si les rails se dilatent, c'est aussi le cas des caténaires qui alimentent
les trains électriques, autre raison pour ralentir la vitesse des trains en cas de très
fortes chaleurs.
Des poids tirent sur les caténaires pour compenser la dilatation.
Et il s'agit de surveiller de près les déformations des rails pour prévenir les accidents.
Une rame spéciale parcoure la voie afin de mesurer l'espacement des rails et vérifier les caténaires, et ceci à grande vitesse.
Eh bien maintenant vous savez pourquoi les trains ralentissent quand il fait chaud, et pourquoi ils sont plus silencieux.
Ceci dit, quand un train passe des aiguillages, par exemple en sortie de gare, ce bruit existe toujours.
