Matériel roulant pour les climats extrêmes (des déserts à l'Arctique)

SYSTRA Canada se positionne à l’avant-garde en matière de soutien à l’acquisition de matériel roulant pour les trains de marchandises et de voyageurs opérant dans des conditions climatiques extrêmes dans le monde entier. Cette expertise nécessite une compréhension technique des effets des différents environnements sur le matériel roulant, et de ce que les fournisseurs à travers le monde sont en mesure de fabriquer et disposés à le faire.

Notre objectif est d’aider les opérateurs ferroviaires à acquérir du matériel roulant en mesure de fonctionner dans les environnements extrêmes requis, avec la plus grande fiabilité possible et au prix le plus compétitif, tout en respectant les délais d’approvisionnement.

D É F I S

CLIMATS DÉSERTIQUES

Les chemins de fer du désert ont tendance à présenter les facteurs environnementaux et opérationnels suivants, dont certains sont évidents et d’autres moins, qui posent des difficultés pour le matériel roulant :

Chaleur élevée

Une conséquence évidente de l’exploitation dans des environnements désertiques est la chaleur extrême qui peut entraîner la surchauffe des systèmes et le ralentissement des moteurs. La chaleur élevée peut également mettre des vies en danger si un train de voyageurs subit une panne majeure pendant la journée au milieu du désert, avec des températures intérieures qui peuvent dépasser les 50°C.

Sable et poussière

Le sable est sans aucun doute la première chose qui nous vient en tête lorsque nous pensons au désert. Il est à l’origine de nombreux problèmes, notamment l’obstruction des prises d’air utilisées pour le refroidissement et la combustion (pour les moteurs diesel). Le sable plus fin et la poussière peuvent s’infiltrer dans les conduites d’huile et les conduites hydrauliques. La poussière est également aspirée par les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) et finit par s’infiltrer dans tous les espaces intérieurs, y compris les cabines et les zones réservées aux passagers. Le sable peut également former des dunes qui bloquent l’emprise des trains et peuvent même les faire dérailler. La poussière peut également créer de l’électricité statique, qui perturbe les systèmes de signalisation embarqués.

Faible taux d’Humidité

Un faible taux d’humidité et la présence de poussière entraînent un frottement très élevé entre la roue et le rail, ce qui peut provoquer une usure importante de la bande de roulement et des flancs de la roue.

Tracé rectiligne

Malgré le peu d’obstacles dans le désert, les voies ferrées qui le traversent ont étonnamment tendance à être relativement rectilignes. Cela permet de réduire les coûts de construction, mais n’oblige pas les roues à se déplacer latéralement sur le champignon du rail, ce qui, ajouté au frottement élevé décrit ci-dessus, tend à augmenter considérablement la prédominance des roues creuses.

Ballast imprégné de sable

Diminue l’élasticité du ballast, ce qui a pour effet de diriger davantage de vibrations vers le matériel roulant, provocant la rupture des ressorts, des mains courantes et d’autres objets.

CLIMATS ARCTIQUES

Le matériel roulant des chemins de fer en milieu arctique est confronté à deux problèmes majeurs :

Températures extrêmement basses

Les températures extrêmes basses et constantes ont les effets suivants sur le matériel roulant :

Les joints en caoutchouc se contractent, ce qui provoque des fuites d’air dans tous les systèmes, mais surtout dans le système de freinage pneumatique.
Les fluides gèlent, notamment dans les systèmes de toilettes.
Les polymères et les plastiques se cassent, ce qui est particulièrement préoccupant pour les soupapes de frein à air et les caissons.
Les métaux deviennent plus fragiles, ce qui entraîne des bris de joints, l’écaillage des roues (méplats) et des fractures.
Diminution des performances des batteries, ce qui est particulièrement préoccupant pour le matériel roulant alimenté par batterie et les freins à air à commande électronique.

Neige et glace

La situation ne diffère pas particulièrement de celles observées dans n’importe quel autre environnement hivernal. Les précipitations réelles ont tendance à être plus faibles dans l’Arctique, mais en raison des températures froides plus soutenues, la neige et la glace, une fois formées, s’accumulent et ne fondent pas. La neige a tendance à être plus fine et à s’envoler, formant des accumulations plus denses.

La neige obstrue également les prises d’air et peut même entraîner une surchauffe si les systèmes de refroidissement sont obstrués. La neige et la glace peuvent également bloquer les composants de la suspension et des freins à air. Enfin, l’accumulation de neige sur le droit de passage doit également être gérée.

S O L U T I O N S

DÉSERT

En collaboration avec ses clients et ses fournisseurs, SYSTRA Canada a piloté l’acquisition de véhicules ferroviaires destinés à fonctionner dans des climats désertiques grâce aux solutions suivantes :

Des systèmes de CVC puissants pour les voyageurs et des systèmes de refroidissement pour les systèmes de propulsion, ainsi que des blocs d’alimentation redondante (voire « à double redondance ») pour garantir que ces systèmes de refroidissement ne tombent pas en panne.
Des filtres à impulsions pour éviter l’ingestion de sable.
Des joints extra larges sur les raccords à brides pour éliminer l’infiltration de sable et de poussière dans les fluides. De même, des joints sont installés sur les portes et les fenêtres pour réduire la pénétration de sable et de poussière lorsque les portes et les fenêtres sont fermées.
Des chasse-sable « déployables » spécialement conçus, activés depuis la cabine, qui permettent d’enlever le sable par couches.
Des profils de roues et de rails conçus pour améliorer la durée de vie des roues et des rails, ainsi que l’utilisation de modificateurs de frottement, qu’ils soient montés sur le matériel roulant ou en bordure de voie, peuvent aider à compenser les problèmes causés par un frottement élevé et des alignements rectilignes.
Des systèmes de suspension robustes, associés à des dispositifs de sécurité boulonnés (plutôt que soudés), tels que les mains courantes, pour éviter les vibrations excessives et les fissures.
Des solutions opérationnelles peuvent également être déployées, telles que le « mains courantes » et le nettoyage du ballast, afin de réduire les effets négatifs de l’exploitation dans le désert.

ARCTIQUE

Les solutions pour le matériel roulant fonctionnant dans des conditions arctiques peuvent comprendre:

Le remplacement du plus grand nombre possible de composants à base de polymères par des pièces entièrement métalliques.
La réduction des fuites d’air en diminuant le nombre de raccords d’air et en utilisant des joints extra larges.
L’étude de l’utilisation potentielle d’aciers pour temps froid dans les trappes d’aspiration, les roues et autres composants.
L’utilisation des carburants combustibles arctiques et préchauffage.
La réduction de l’infiltration de neige en bloquant physiquement certaines zones d’entrée d’air.
L’application de couvertures chauffantes sur les batteries et le traçage thermique de tous les tuyaux contenant des fluides. L’emplacement des tuyaux à l’intérieur des véhicules peut également être efficace pour prévenir le gel.
L’élimination des points bas dans les tuyaux et conduites d’air et de fluides afin d’éviter l’accumulation de fluides susceptibles de geler.
L’application de séparateurs d’eau robustes dans les compresseurs à air.
L’installation de vannes antigel dans les systèmes de vidange d’eau, afin d’éviter les dommages causés par le gel lorsque le véhicule est à l’arrêt.

applications PRATIQUES

SYSTRA Canada était responsable de l’acquisition de tout le matériel roulant (y compris les locomotives de fret, les wagons et les trains de voyageurs ayant la capacité de rouler jusqu’à 220 km/h) et de l’équipement d’entretien des voies pour le projet du chemin de fer Nord-Sud en Arabie Saoudite. Nous avons également soutenu des projets d’acquisition de matériel roulant et des études dans d’autres régions de l’Arabie saoudite, ainsi que dans les Émirats arabes unis, au Qatar, en Mauritanie et en Égypte, ce qui nous a permis d’acquérir une connaissance unique de l’exploitation de matériel roulant dans les environnements désertiques.

SYSTRA Canada a également contribué avec succès à la définition de la spécification et/ou à la modification du matériel roulant pour l’île de Baffin dans l’Arctique canadien, ainsi que pour de nombreux chemins de fer dans le Nord-du-Québec, de l’Ontario et du Labrador. Nous sommes également familiers avec les contraintes affectant les chemins de fer opérant au-dessus du cercle arctique, soit en Suède, en Norvège et en Russie.

Conclusion

Grâce à notre expertise, les compagnies ferroviaires opérant dans des environnements extrêmes peuvent se procurer des trains plus robustes à moindre coût, qui fonctionneront avec des temps d’arrêt réduits. Cela n’est pas seulement dû à notre expertise technique, mais aussi à notre connaissance de l’industrie et à nos relations avec les fabricants. Nous sommes à l’affut des technologies de pointe permettant de faire face aux environnements extrêmes, tout en tenant compte des considérations budgétaires afin d’éviter de faire grimper le prix du produit.

Cette approche est particulièrement pertinente pour les technologies vertes émergentes et leurs applications. SYSTRA Canada poursuit le développement de son expertise en matière de climats extrêmes, d’ailleurs non limités aux déserts et à l’Arctique, mais également aux conditions climatiques changeantes dans toutes les parties du monde, et pour du matériel roulant allant des trains de fret lourd et aux trains à grande vitesse de voyageurs.

Matériel roulant pour les climats extrêmes (des déserts à l’Arctique)