La thermographie traque les défauts des caténaires ... - Mesures

Reportage
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à la
SNCF
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Une caméra de thermographie infrarouge de Flir Systems,embarquée sur une voiture d’essais
de la SNCF,pourra bientôt inspecter près de 30000 kilomètres de caténaires à la vitesse de
120 km/h.Le coût de ce projet,que la SNCF pourrait être la première à industrialiser en
Europe,est estimé à 132 k€.
Au service maintenance de la
SNCF, c’est bientôt le Tour de
France. Au programme, pas de
course contre la montre, pas de
victoire d’étape, mais un parcours inédit de
30000 kilomètres à bord d’un train roulant
L’essentiel
La SNCF utilise la thermographie
infrarouge depuis
près de 30 ans pour surveiller
les installations électriques
et les postes de
signalisation.
Depuis peu, elle a également
démontré l’intérêt de
la méthode dans la
recherche des défauts de
serrage au niveau des caténaires.
Le coût de ce projet, qu’elle
pourrait être la première
à industrialiser en Europe,
est estimé à 132 k€.
à 120 kilomètres/heure...
Grâce à ce train, la
SNCF compte inspecter
l’ensemble des caténaires
du réseau ferré
français, et traquer tous
les défauts provoquant
un échauffement anormal.
L’objectif, à terme,
est de réaliser un état
des lieux du réseau, et
d’effectuer les interventions
de maintenance
qui s’imposent
afin de prévenir les
incidents.
Pour mener à bien une
MAINTENANCE PRÉVENTIVE
La thermographie
traque les défauts
des caténaires…
à 120 km/h
▼
L’application est unique en Europe. Grâce à une voiture d’essais équipée d’une
caméra de thermographie infrarouge, la SNCF pourra bientôt contrôler, à 120 kilomètres/heure,
les défauts de serrage des caténaires… Ce projet est l’aboutissement
d’une démarche entreprise par la SNCF il y a une quinzaine d’années. Du
jour où la thermographie infrarouge s’est imposée pour contrôler les installations
électriques d’alimentation, jusqu’à l’étude de faisabilité qui est actuellement en
cours de validation, le service maintenance a dû surmonter des contraintes très
spécifiques. Petite histoire du déploiement, à grande échelle, d’une application de
maintenance “pas comme les autres”…
telle expédition, le service Maintenance utilisera
un wagon pas comme les autres.Vulcain,
c’est son nom, embarquera en effet un
groupe électrogène, un système d’acquisition
de données infrarouge et… une caméra
de thermographie.
Ce projet est l’aboutissement d’une démarche
entreprise par la SNCF il y a une quinzaine
d’années.A l’époque, l’activité Infrastructure,
qui gère la maintenance des équipements
au sol (voies, caténaires, systèmes de signalisation…)
cherche une solution pour surveiller
les stations d’alimentation électrique.
Sur ces équipements (que la SNCF nomme
“EALE”, pour Équipement d’Alimentation
des Lignes Électrifiées), le moindre défaut
peut être lourd de conséquences.Au service
maintenance de la SNCF, chacun se souvient
de l’incendie de La Roche sur Foron en 1998,
ou de celui de Médillac en 2002. « Dans le premier
cas, il a suffi d’un défaut de serrage sur un circuit
d’alimentation électrique pour provoquer l’incendie d’une
salle à relais.Le coût de la reconstruction s’est élevé à un
million d’euros. Le deuxième incident, dû lui aussi à un
défaut de serrage, a perturbé le trafic de 83 trains »,
indique Bernard Ponton, expert maintenance
signalisation à la SNCF. Ces incidents ne
sont pas des cas isolés. « Sur l’ensemble du réseau
français,nous comptons en moyenne près de deux incendies
par an », précise M. Ponton.
Pour prévenir le risque d’incendie des EALE
et des installations de signalisation, une
méthode s’est imposée : la thermographie
infrarouge. Au début des années 90, les
régions* de Paris Est et Paris Rive Gauche
réalisent un premier essai avec deux caméras
dotées d’une matrice à balayage, mais il faut
attendre une initiative de la région de Strasbourg
en 2001 pour que le projet prenne
de l’ampleur. Cette année-là, la région
acquiert la caméra à matrice bolométrique
ThermaCam PM 695 de Flir Systems et dresse
un premier bilan. « Sur 344 installations contrôlées,
*Il ne s’agit pas de l’une des 26 régions françaises, mais
de l’une des 23 “régions” délimitées par la SNCF pour
son usage interne.
MESURES 780 - DECEMBRE 2005 - www.mesures.com

MESURES 780 - DECEMBRE 2005 - www.mesures.com
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Un PC,situé à l’intérieur de la voiture d’essais,permet de piloter la caméra et d’enregistrer les résultats.Parmi les échauffements détectés par thermographie infrarouge,tous ne sont pas problématiques.Certains
proviennent des feux de signalisation ou des lampes situées à proximité des voies.
153 présentaient un défaut susceptible de provoquer un
incident »,souligne M. Ponton.
Encouragée par l’intérêt de la méthode, la
région de Strasbourg présente ses résultats
au niveau national. Quelques temps après,
la direction de la SNCF décide de débloquer
un crédit exceptionnel pour la prévention
du risque incendie.
Dès lors, le mouvement s’accélère. Fin 2002,
la SNCF fait l’acquisition de quatre autres
caméras PM 695 pour les régions de Paris-
Nord, Bordeaux, Paris Sud-Est et Lyon, et forme
une dizaine d’agents à l’utilisation de ces
caméras. En 2004, elle lance un appel d’offres
portant sur 18 caméras supplémentaires. Parmi
les 9 sociétés consultées, c’est à nouveau
Flir Systems qui remporte le marché.
La SNCF nomme alors des correspondants
régionaux spécialisés en thermographie infrarouge.
Avec les opérateurs, ils sont près de
80 personnes à utiliser la thermographie au
quotidien…
Des EALE aux caténaires
Dans le même temps, l’activité Infrastructure
doit faire face à d’autres types d’incidents.
En 1988, elle constate d’importants problèmes
d’échauffements sur les caténaires de
la ligne C (l’une des plus fréquentées de la
région parisienne). « Avec la chaleur,les caténaires
se dilataient à tel point qu’ils pouvaient pratiquement
atteindre le haut des voitures, indique Gérard Millot,
expert Maintenance Caténaire à la SNCF.
Le risque,dans cette situation,c’est que le passage d’une voiture
sectionne les câbles et interrompe le trafic ».
Dans un premier temps, l’équipe de maintenance
attribue la présence d’échauffements
à la forte fréquentation de la ligne C. Pour
distribuer davantage d’intensité sur la caténaire,
elle renforce les porteurs existants en
y ajoutant des feeders (fils d’alimentation
supplémentaires). Mais cela ne résout pas le
problème. Pour comprendre l’origine de
l’anomalie, le service maintenance loue alors
une caméra de thermographie infrarouge.
« En nous déplaçant avec la caméra le long de la ligne,
nous nous sommes rendus compte que les zones d’échauffement
se situaient au niveau des jonctions entre les caténaires,
et aux points de contact entre les caténaires et les
câbles d’alimentation, précise M. Millot. Toutes ces
connexions sont des risques d’incidents potentiels ».
La ligne C présente une particularité : elle comporte
pas mal de tunnels. Pour des raisons de
sécurité, l’équipe de maintenance ne peut
donc contrôler les caténaires que la nuit,
lorsque le trafic des trains est interrompu. Mais
« lorsqu’aucun train ne circule, il n’y a pas d’échauffement!
»,précise M. Millot. Impossible, dans ces
conditions, de détecter la moindre anomalie…
« C’est ainsi qu’est née l’idée d’utiliser une caméra
de thermographie embarquée », indique M. Millot.
Le premier essai, réalisé en 1991, n’est pas à
la hauteur des attentes. « Nous avons embarqué une
caméra à bord d’un train de nuit sur la ligne Paris-
Limoges.Mais sur cette ligne,les trains ne tractent presque
jamais.Il n’y a donc pas d’appel d’intensité,et pas moyen
de voir d’éventuelles zones d’échauffements », explique
M. Millot. Le projet tombe dans les oubliettes
jusqu’en 2000, où une recrudescence d’incidents
contraint le service maintenance à
rouvrir le dossier. « En un an,nous avons enregistré
sur l’ensemble des lignes une trentaine d’incidents liés à des
échauffements de caténaires ».A chaque fois, le scénario
est le même. Les connexions défectueuses
provoquent un échauffement du
conducteur. Sous l’effet de la chaleur et de
la contrainte mécanique à laquelle il est soumis,
le câble se dilate, se fragilise, et finit par
lâcher. « Dans le pire des cas, il peut même s’enrouler
autour du pantographe », ajoute M. Millot. L’arrêt
du train et les retards qui en découlent sont
souvent lourds de conséquences. « Sur les lignes
grande vitesse,par exemple,il peut théoriquement circuler
un TGV toutes les cinq minutes, indique M. Millot.
A ce rythme,la moindre seconde d’arrêt a son importance.Outre
l’impact commercial causé par le retard des
trains, il faut aussi compter le coût de la consommation
d’énergie pour les redémarrer.Le démarrage d’un TGV,par
exemple,nécessite à lui seul près de 5000 ampères ».
Lorsqu’elle étudie à nouveau la possibilité
d’embarquer une caméra de thermographie
à bord d’un de ses trains, la SNCF sait désormais
qu’elle doit utiliser une voiture spéciale.
« Un train “classique”ne tracte jamais en continu sur
toute la durée de son parcours,indique M. Ponton.
Sur la ligne TVG Sud-Est,par exemple,le mécanicien tracte
le train sur à peine la moitié du trajet. De plus, deux
conducteurs qui effectuent le même trajet ne tractent pas
aux mêmes endroits ». Pour être sûr de ne manquer
aucun des défauts susceptibles de provoquer
des échauffements, il faut utiliser une
voiture qui absorbe une intensité constante
tout au long du trajet.
Un contrôle à 120 km/h
La première expérience est réalisée en 2004
sur la ligne Paris Austerlitz-Les Aubrais avec la
participation des directions de la Maintenance
et de la Recherche de la SNCF. Sur le
toit d’une voiture d’essais roulant à 120 kilomètres/heure,
une caméra de Flir Systems
acquiert les images thermographiques des
caténaires. A l’intérieur, un PC (équipé du
logiciel ThermaCam Researcher) permet de
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C’est sur cette voiture d’essais,nommée Vulcain,que la SNCF embarquera prochainement la caméra de thermographie infrarouge dédiée à
la surveillance des caténaires.
piloter la caméra et d’enregistrer les images.
Cette fois-ci, l’essai est concluant. « La caméra
nous a permis de détecter et de localiser toutes les connexions
montrant un échauffement anormal », indique
M. Millot. Suite à cet essai, l’équipe de maintenance
démonte certains éléments de caténaires
présumés défectueux afin de confirmer
la validité du diagnostic. « L’expertise a
confirmé que les pièces incriminées avaient commencé à
fondre et risquaient à tout instant de rompre », souligne
M. Millot.
Pour en arriver là, il a fallu surmonter un certain
nombre de contraintes techniques. «Le
choix de la caméra,par exemple,s’est montré déterminant,
explique M. Millot. Il fallait qu’elle ait une vitesse d’ac-
Flir Systems, en bref
Création en 1958 en Suède
Fusion avec Agema en 1997
Acquisition d’Inframetrics
en 1999
Trois sites de production
(un en Suède, deux aux
États-Unis)
Spécialité : caméras de
thermographie infrarouge
pour des applications de
maintenance préventive,
R&D et contrôle de procédés
industriels
Effectif : près de 800 personnes,
dont une quinzaine
en France
Siège :
Issy-les-Moulineaux (92)
quisition assez élevée pour
que nous puissions visualiser
l’ensemble de la caténaire,et
qu’elle soit assez robuste
pour être montée à
l’extérieur de la voiture ».
La caméra Thermo-
Vision A40M de Flir
Systems répondait à ces
critères : le modèle,
basé sur un détecteur
bolométrique non
refroidi de
320x240 pixels, est
utilisable dans une
large gamme de température
(de – 15 à
50 °C) et offre une
vitesse d’acquisition
de 60 Hz.
Autre nécessité, celle de localiser précisément
le défaut. Pour cela, le système d’acquisition
est relié au compteur kilométrique de la voiture
d’essais. Mais cela ne suffit pas toujours.
« Nous avons parfois besoin de “reconnaître”l’endroit précis
où l’échauffement a été détecté », précise M. Millot.Pour
cela, le service maintenance utilise
une caméra CCD “classique” qui acquiert en
parallèle les mêmes images que la caméra de
thermographie.
Cette caméra permet aussi de déterminer
l’origine de l’anomalie. En effet, parmi les
zones d’échauffement détectées en thermographie
infrarouge, toutes ne sont pas problématiques.
« Certaines peuvent venir de feux de
signalisation ou de lampes situées à proximité des voies,
indique M. Millot. Dans ce cas, il n’est pas nécessaire
que l’équipe de maintenance se déplace ».
Reste à résoudre un problème de taille : celui
du traitement des données acquises par la
caméra. « Une minute d’acquisition représente à elle seule
près de 480 mégaoctets de données! », s’exclame
M. Millot. Sur la durée totale du trajet, « il a fallu
trois semaines pour dépouiller les images prises sur un
parcours de 500 kilomètres,soit un total de 21 DVD (une
fois les fichiers gravés et compressés) ».
Autre difficulté, la nécessité de trouver un
“seuil” d’acceptation des défauts détectés. « Pour
l’instant,nous manquons encore de retour d’expérience pour
évaluer la sévérité des défauts,indique M. Ponton. Rien
ne nous permet par exemple de dire qu’un écart de 5 °C est
admissible,mais qu’il faut remplacer la pièce défectueuse si
l’on constate un écart de 6 °C ».
Difficile aussi pour le service maintenance
de prédire le moment où la connexion défec-
La thermographie infrarouge permet de détecter des échauffements
anormaux de caténaires,notamment au niveau des jonctions entre
les différents câbles.
tueuse lâchera afin d’optimiser la périodicité
des interventions. « Lorsque nous détectons un
défaut, nous ne savons pas depuis quand il est présent,
précise M. Millot. La rupture peut donc très bien se
produire six mois,un an ou dix ans après! ».
Vers une future industrialisation
Convaincu par l’intérêt de la méthode, le service
maintenance des caténaires cherche
désormais à industrialiser la méthode. «Le
logiciel d’acquisition est le point le plus critique,indique
M. Millot. Il va falloir trouver un outil permettant
d’automatiser le traitement de toutes ces données, et de
mettre en évidence,le plus rapidement possible,les défauts
qui nous intéressent ».
Parmi les autres améliorations qui sont
actuellement à l’étude, « nous pensons utiliser une
fenêtre de visée moins grande pour nous affranchir des
faux défauts générés par les lampes ou les postes de signalisation
»,souligne M. Millot.
Mais les caténaires ne sont pas toujours à la
même hauteur. Situées habituellement à
5,75 mètres, elles s’élèvent à 6,20 mètres lors
d’un passage à niveau routier. Pour trouver la
fenêtre de visée adéquate, un compromis sera
donc certainement nécessaire...
Le projet a déjà été approuvé par la Direction
de l’Infrastructure de la SNCF. Reste à
réaliser une étude de faisabilité et à lancer un
appel d’offres. Dans les mois à venir, la SNCF
compte développer une voiture dédiée exclusivement
à la surveillance des 30000 kilomètres
de caténaires du réseau ferré français.
« Un même train pourrait nous permettre de détecter les
éventuelles zones d’échauffement des caténaires,de connaître
les endroits où l’on doit utiliser des feeders pour renforcer
les lignes,et même de mesurer la hauteur ou l’épaisseur des
caténaires par un système de mesure laser », indique
M. Millot. Le service maintenance envisage
aussi d’autres applications pour la thermographie
infrarouge. Elle pourrait notamment
s’en servir pour mesurer l’échauffement des
connexions du circuit en retour de traction.
En attendant, elle songe à réaliser un partage
d’expériences via son site intranet afin d’impliquer
tous les opérateurs chargés d’utiliser
la thermographie au quotidien...
Marie-Line Zani
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