Crissement en courbe - igralub.ch

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Le crissement en courbe:
Un problème qui a ses solutions

Le crissement en courbe:
Un problème qui a ses
solutions
De nombreux exploitants ferroviaires et entreprises de transport
cherchent à éviter le crissement en courbe, car ils considèrent
que les réclamations consécutives à ce phénomène
mettent leur image en danger. Igralub AG étudie depuis plus
de 15 ans le problème du crissement en courbe. Nous présentons
l'expérience acquise, ainsi que les critères concernant les
différentes possibilités dans la pratique.
1. Cause du phénomène
La cause du crissement en courbe est connue des spécialistes.
On parle de «Stick-Slip» sur le champignon du rail intérieur, et
de contact du boudin avec le rail extérieur.
Usure ondulatoire
2. Le crissement
Comme la vibration est produite différemment sur le rail intérieur
et le rail extérieur, on a donc des crissements différents.
Le son strident, qui se répète avec une courte périodicité,
apparaît brusquement au niveau de la jante, en raison d'un
gauchissement de l'essieu monté. Le son qui apparaît sur la
table de roulement du rail est un «hurlement soudain»
(provoqué par l'effet Stick-Slip), qui se reproduit avec une très
grande fréquence, car on peut détecter en une seconde
jusqu'à 1000 effets de ce type. Les fréquences et intensités
sonores mesurées sont identiques pour les deux types de
crissement.
Chaque illustration présente un exemple de diagramme
fréquence-temps (Waterfall Plot) du passage d'un train
avec crissement en courbe.
Surfaces de frottement en courbe
Ces frottements conduisent à des vibrations dans les roues.
On peut ici faire une comparaison avec cet instrument de
musique qu'est l'harmonica de verre, sauf que l'on peut avoir
des fréquences jusqu'à 8000 Hz, et l'intensité acoustique peut
à l'occasion atteindre 110 dB. Ce même phénomène apparaît
lors du freinage. Outre le bruit, les surfaces en contact subissent
aussi une dégradation, qui se manifeste par exemple sur
le champignon par une usure ondulatoire, et, sur la roue, au
niveau du boudin ou du flanc latéral du rail.
Sans traitement du champignon

Il n'est pas indispensable d'avoir un film de lubrifiant continu
sur le champignon du rail, sur toute la longueur de la courbe.
Un film de lubrifiant «déchiré» suffit pour interrompre la
formation d'une excitation de vibration, car un certain temps
est nécessaire pour la transmission des vibrations. Et si cette
transmission est de nouveau interrompue, aucun son ne
pourra être émis. L'hypothèse selon laquelle ce ne serait
qu'avec un film de lubrifiant continu et complet qu'il serait
possible d'éviter le crissement, est donc erronée.
Avec traitement
Le crissement en courbe est constitué principalement de ces
deux types de crissement: dans une courbe, on peut aussi ne
voir apparaître que l'un de ces deux types. C'est un fait que,
déjà avec le traitement du champignon du rail intérieur, on
peut aussi faire presque parfaitement disparaître le crissement
sur le rail extérieur opposé. Le coefficient de frottement sur le
champignon du rail se modifie, et le gauchissement de l'essieu
monté n'est pas aussi important qu'à sec. Il en résulte une
réduction de la pression sur le rail extérieur.
Diagrammes de crissement
Crissement mixte (champignon et flanc latéral du rail)
Champignon du rail (rail intérieur)
Flanc latéral du rail/boudin (rail extérieur)
3. Les mesures à prendre
Pour éviter le crissement en courbe, il faut réduire ou supprimer
la création de vibrations entre la roue et le rail. On y arrive par
une diminution du coefficient de frottement. Le produit qui
doit modifier ce coefficient est appelé «Friction Modifyer»
(FM, modificateur de frottement) chez les spécialistes, surtout
aux Etats-Unis. Un FM n'est cependant rien d'autre qu'un
lubrifiant appliqué entre les surfaces en contact, et qui réduit
le coefficient de frottement. Chez les spécialistes, on parle
cependant rarement de «lubrification». Ci-après, et sans tenir
compte de cette objection, on parlera non pas de FM, mais de
lubrifiant, ou de graisse.
Pour lutter contre le crissement, il existe des mesures supplémentaires,
constituées de dispositifs mécaniques insonorisants
sur la roue, sur le rail, ou encore des équipements installés à
côté des voies. Ces solutions, indépendantes du lubrifiant,
exigent des investissements élevés. Elles n'agissent pas sur le
point de création du crissement, et ne font donc pas l'objet
des commentaires ci-après.
3.1 Les systèmes de graissage
On trouve sur le marché un grand nombre de systèmes permettant
d'appliquer un lubrifiant sur la roue et le rail. Jusqu'à
il y a peu, on ne disposait cependant d'aucun système pour le
traitement direct du champignon du rail. Ce champignon,
pour la plupart des exploitants, est véritablement «tabou».
L'introduction d'un système de graissage pour champignons
de rail doit garantir le respect de l'ensemble des conditions
liées à la sécurité, à savoir entre autres la fiabilité, la facilité
d'utilisation et le respect des critères liés à l'environnement. Il
faut ajouter que, pour certains types de systèmes, des extensions
nécessaires après-coup conduisent à des coûts supplémentaires,
et peuvent en partie n'être réalisables que moyennant
des dépenses considérables. Pour lutter avec succès
contre le crissement en courbe, on a besoin de systèmes de
graissage qui traitent séparément soit le champignon, soit le
boudin ou le flanc latéral des rails. Un traitement direct de la
table de roulement des roues peut provoquer des projections
du lubrifiant vers l'extérieur, et est donc peu envisageable.
Dans la plupart des cas, les flancs latéraux des boudins ou des
rails disposent déjà de systèmes de graissage.
3.2 Les critères concernant la mise en place
d'un système de graissage des champignons de rail
Pour qu'un lubrifiant puisse être appliqué sur le champignon,
le système de graissage doit présenter certaines propriétés.
L'application du lubrifiant doit se faire en un certain point (rail

intérieur ou extérieur en courbe, champignon/flanc latéral de
rail), à un certain moment et sur une certaine durée (toutes les
heures, chaque jour), et en des quantités contrôlées. Ces trois
fonctions représentent les exigences minimales pour le succès
d'un système de graissage. Elles permettent de prendre en
considération les contraintes existantes, dépendant de la
situation particulière (tracé de la ligne, fréquence du trafic,
position des courbes, rayon des courbes, mode d'exploitation,
exploitation urbaine, etc.).
3.3 Comparaison des différents systèmes de graissage
On trouve actuellement sur le marché deux groupes principaux
de systèmes, qui se distinguent fondamentalement par
leurs fonctions, leurs installations et leur entretien: les installations
de graissage fixes et les installations de graissage mobiles.
Les installations fixes sont des dispositifs placés à côté des
rails. Des équipements distincts appliquent le lubrifiant soit sur
le flanc latéral du rail extérieur, soit sur le champignon du rail
intérieur. Ce sont les roues qui roulent sur la courbe qui vont
créer le film lubrifiant. Dans certaines conditions météorologiques,
il faut de nouveau lancer la formation du film lubrifiant,
ce qui peut à titre temporaire conduire à un crissement.
Dans le cas des graisseurs mobiles, on tombe sur les systèmes
mécaniques et les systèmes de pulvérisation. Ces derniers
utilisent uniquement de l'air comprimé, sous 6 à 8 bar. Dans
les techniques les plus récentes, en particulier dans les tramways,
il n'y a souvent plus d'air comprimé embarqué. Il est
indispensable d'installer après-coup un compresseur. Les pulvérisateurs
mobiles sont simples et économiques à entretenir.
L'installation de quelques graisseurs mobiles sur un petit pourcentage
des véhicules existants suffit pour traiter la totalité de
la ligne.
Exemples d'installations fixes pour
exploitations de tramways et de chemins de fer
Représentation d'une installation mobile de pulvérisation
de champignon de rail
L'utilisation de bâtons de graphite est encore largement
répandue dans certains pays. La simple mise en place de
supports pour bâtons lubrifiants sur le bogie est convaincante
et intéressante. Malheureusement, ces bâtons lubrifiants ne
satisfont pas aux critères principaux mentionnés plus haut, et
par exemple ils ne permettent pas de doser le lubrifiant et de
définir les intervalles de temps. Ces restrictions se traduisent
par une forte consommation de bâtons. Et de même l'effet
d'entraînement disparaît, de sorte que les bâtons lubrifiants
doivent être placés sur la plus grande partie des essieux disponibles.
3.4. La commande électronique, une garantie de sécurité
Il y a 20 ans, il était impossible d'appliquer un lubrifiant sur
le champignon. Grâce aux progrès de l'électronique et du
système GPS, on trouve maintenant sur le marché des systèmes
de commande qui permettent d'appliquer un lubrifiant.

L'incorporation d'un capteur de courbe dans le véhicule est
maintenant dépassée, grâce à la commande optimisée. Dans
de nombreuses applications d'une installation mobile de graissage
du champignon, on a besoin d'une commande électronique,
et chaque fois que possible autonome.
En collaboration avec Railtec Systems GmbH,
CH-Hergiswil, un nouveau système de commande
(TOR-Control) a été mis au point pour les systèmes
mobiles de lubrification de champignon de rail.
Cette commande reçoit les signaux d'un système GPS et, pour
chaque courbe, indique les entrées et les sorties des courbes,
ainsi que leur rayon. Le système de commande calcule alors les
intervalles entre pulvérisations et définit le traitement du
champignon correspondant, en prenant en compte les durées
d'application prédéfinies, et les quantités exactes de lubrifiant.
Quand le temps est humide, ces pulvérisateurs sont arrêtés.
L'application d'une quantité de lubrifiant trop importante est
exclue, grâce à la surveillance du nombre des véhicules se
trouvant simultanément dans la même zone, par exemple
dans le cas des tramways au centre ville. A partir d'un certain
nombre de véhicules, des systèmes graisseurs sélectionnés
sont déconnectés.
3.5. Commande manuelle
A l'heure actuelle, ce n'est que dans les systèmes mobiles de
pulvérisation que l'on peut trouver cette variété d'instructions
de commande. En présence d'une commande indépendante
du système de guidage, il est facile de modifier cette commande,
et son exécution est rapide. Il est de même possible de
Exemples de commande manuelle
déclencher l'instruction de pulvérisation du champignon à la
main, par une touche disposée dans la cabine de conduite.
Cependant, cette méthode dépend fortement du facteur
humain, et exige une grande discipline. Elle s'applique surtout
aux exploitations ayant peu de véhicules, par exemple les
chemins de fer de montagne, les chemins de fer industriels.
3.6 Les différentes fonctions des systèmes de graissage
La structure du film lubrifiant qui doit assurer la constance
du coefficient de frottement est différente selon le système
utilisé. Dans les installations de graissage fixes, l'opération
utilise en un point donné un éjecteur, ou encore le lubrifiant
est expulsé par un trou aménagé dans le corps du rail. On
trouve aussi des systèmes dans lesquels le lubrifiant est
envoyé, en passant par une fente, sur une plaque de graissage
latérale. Au contraire, dans les installations mobiles de pulvérisation,
l'application du film sur le champignon s'effectue par
une pulvérisation uniforme.
Il suffit de peu de temps pour que les installations fixes forment
un encrassement sur la voie ou sur le flanc latéral du rail.
La graisse résiduelle va se lier aux salissures et au sable, ce qui
réduit l'adhérence sur le champignon, et est susceptible de
conduire à des situations critiques pour tous ceux qui partici-
Exemple d'accumulation de salissures

pent au trafic, notamment dans les exploitations de tramways.
Des rainures supplémentaires vont servir à recevoir les résidus
de graisse qui se sont accumulés ou qui n'ont pas été projetés
au bon endroit. En cas de pluie, cette graisse va pénétrer dans
le sol, ce qui est critiqué par les environnementalistes, et a
conduit à une destruction partielle des installations.
Les installations dans lesquelles le lubrifiant est envoyé sur le
corps du rail en passant par des trous exigent de grands investissements.
Elles sont soumises à des exigences élevées au
niveau de l'exploitation et de l'entretien. Pour pouvoir fonctionner
convenablement, elles ont besoin de paramètres
rigoureux: des sites d'implantation appropriés, des vitesses
correctes des véhicules, un nombre et un emplacement
Installation fixe avec des trous percés dans le corps du rail
optimaux des trous aménagés dans le corps du rail, une quantité
de graisse rigoureusement dosée, et un état optimal des
roues.
Dans les installations mobiles de pulvérisation, les contrôles
périodiques de fonctionnement et l'ajustement des buses se
font au dépôt, ce qui exclut tout risque de graissage exagéré.
Le choix entre des installations fixes et des pulvérisateurs
mobiles décide définitivement du rendement et de la rentabilité
de l'investissement.
Exemples de positions des buses
4. Le lubrifiant correct pour le champignon
Un lubrifiant destiné au traitement du champignon doit présenter
les propriétés suivantes: une teneur élevée en lubrifiant
solide, une bonne formation d'un film de lubrifiant, une
bonne adhérence, à sec, avec un effet hydrophobe, un effet
d'entraînement et une biodégradabilité. La teneur élevée en
lubrifiant solide est nécessaire pour la persistance du coefficient
de frottement souhaité. Sous une pression élevée, les
lubrifiants solides vont remplir les fissures et trous microscopi-

ques apparaissant sur la surface des rails et des roues, ce qui
augmente l'aire des surfaces de contact, avec pour conséquence
une plus grande adhérence (effet de freinage). Les
huiles et les graisses dont la teneur en lubrifiant solide n'est
pas élevée, c'est-à-dire inférieure à 15 %, satisfont médiocrement
à ces exigences, et il faut donc en utiliser de plus
grandes quantités. Conséquence: un risque de surgraissage.
Les bords des rails vont s'ébrécher, et l'aspect des rails est
encore plus négatif. Pour que le coefficient de frottement
reste constant quand le temps est humide, il est important
que le lubrifiant soit hydrophobe.
Comparaison des lubrifiants par l'essai au toucher:
5. Essais et exemples d'installations
Avant de déterminer un système de graissage, le client doit
avoir la certitude que le lubrifiant prévu va réduire avec succès
le crissement en courbe. On utilise pour cela un essai de bruit
sur site. Déjà dans cette phase, le lubrifiant doit apporter un
résultat convaincant. Il suffit d'une application à la main, avec
un pinceau ou un pistolet, un jour sec. Bien que cette application
soit en contradiction avec toutes les mesures de sécurité
dans les chemins de fer, cette façon de faire est tolérée. Cet
essai donne des résultats sans dépenses élevées en temps et
interventions, et donne un résultat clair. Des sonomètres et
des protocoles correspondants vont ensuite évaluer les résultats.
Un lubrifiant qui ne satisfait pas parfaitement
aux spécifications
Mesures de l'intensité acoustique à Hong Kong
Mesures acoustiques à Kuala Lumpur
Le Headlub, un lubrifiant hautement spécialisé pour le
champignon des rails, se caractérise par un effet d'entraînement
sur plus de 200 m et une grande résistance du film.
Demandez notre documentation.
Grâce à plusieurs années de coopération avec de nombreux
fabricants de systèmes de graissage partout dans le monde,
Igralub dispose d'un large choix de lubrifiants biodégradables
appropriés, qui font en permanence l'objet de nouveaux travaux
de développement.
Pour effectuer l'essai, on doit savoir parfaitement quel est le
point correct d'application dans la courbe. Avant l'essai, il faut
donc analyser le crissement en courbe qu'il s'agit de traiter –
comme décrit au paragraphe 2. C'est ainsi qu'un lubrifiant
ayant un bon effet d'entraînement pourra être appliqué sur le
champignon, déjà avant la courbe. L'application ne doit alors
être effectuée qu'une fois. Si le lubrifiant est appliqué un trop
grand nombre de fois, on est confronté à des problèmes
d'adhérence, qui sont immédiatement enregistrés par le

véhicule. Dans ce cas, il va être difficile de convaincre le client
d'effectuer un traitement du champignon du rail. Après un ou
plusieurs passages, un essai au toucher permettra de vérifier si
le lubrifiant est bien réparti sur toute la courbe, et si le film
lubrifiant a bien commencé à se former sur le champignon.
Dans la plupart des cas, ces opérations sont immédiatement
suivies d'essais de freinage, qui vont encore être complétés par
une application d'eau sur le film lubrifiant. Si le client se décide
pour un système mobile de pulvérisation, il pourra par exemple
transformer, pour l'essai sur champignon, un système déjà en
place de lubrification des boudins. Il est recommandé d'installer
la buse de champignon en arrière du premier bogie.
L'étape suivante va définir la fonction de l'instruction de
pulvérisation. Pour cela, il faut installer dans la cabine de conduite
une touche pour l'envoi d'impulsions. Dans cette phase
des essais, il n'est pas encore nécessaire de distinguer le traitement
du champignon gauche et du traitement de droite.
Il manque pour cela un dispositif pouvant pulvériser individuellement
le champignon du rail de gauche ou de droite.
Application au pinceau
Bouton installé pour marche d'essai
Consultation sur site
Inspection des voies
Evaluation de la distance de freinage avec un ordinateur

Avec environ 10 secondes de pulvérisation par impulsion, il est
possible de pulvériser des courbes de faible longueur. Si ce
temps ne suffit pas pour une courbe plus longue, on appuiera
de nouveau sur la touche d'impulsions. Ce dispositif d'essai
suffit pour desservir chaque courbe, et pour collecter les
premiers renseignements avec ce système.
Dans le cas des systèmes fixes de graissage, la mise en place
d'une installation pilote ne s'effectue le plus souvent que dans
une courbe, pour des raisons de coût. Le nombre des systèmes
de graissage à acquérir dépend du choix du système. Dans les
installations fixes, ce sont les courbes critiques au niveau du
bruit qui définissent le nombre des systèmes nécessaires. Dans
le cas des systèmes mobiles, il est fait référence à la totalité de
la flotte: par exemple pour des tramways, un nombre maximal
de 5-7 véhicules est suffisant. Il existe aussi des exploitants qui
traitent l'ensemble des courbes, avec une seule camionnette
de service. Chez les petits exploitants de tramways, on utilise
de même avec succès, contre le crissement en courbe, des
véhicules spéciaux pour l'entretien des rails. Si on compare les
coûts d'acquisition, les deux systèmes se distinguent fortement
l'un de l'autre. Avec le prix d'une installation fixe, on
peut acheter plusieurs installations mobiles de pulvérisation.
Exemples de voitures d'entretien pour exploitations de
tramways
6. L'expérience acquise
Depuis l'introduction des systèmes GPS et le développement
des pilotages électroniques, on a observé une forte augmentation
de la demande portant sur des installations mobiles de
graissage du champignon des rails. Grâce à ses nombreuses
années d'activité dans la lutte contre le crissement en courbe,
Igralub a l'expérience de tous les groupes de systèmes de
graissage. Des réductions de bruit très importantes, allant
jusqu'à 20 dB, ont pu être atteintes. Et simultanément la
durée des crissements a pu diminuer de 98 %. Le traitement
du champignon n'a pas seulement pour avantage de réduire
le crissement en courbe, mais encore va empêcher, sur une ligne
droite, le phénomène d'usure ondulatoire sur le champignon du
rail et la table de roulement des roues.
Avec l'utilisation de lubrifiants à teneurs élevées en lubrifiants
solides, il est entre autres possible d'optimiser aussi les installations
fixes déjà en place. Les quantités éjectées peuvent
alors être considérablement réduites.
Calcul: Epaisseur du film sur la surface du rail après
une pulvérisation
Largeur de la surface traitée: ca. 30 mm
Vitesse du véhicule en courbe: 40 km/h
Durée de pulvérisation:
10 sec
Quantité par buse: 0,250 cm 3
Longueur du film de lubrifiant: approx. 100 m (10 s mit 40 km/h)
Aire entièrement traitée: 3m 2
Epaisseur du film (théorique) 0,083 µm
Des efforts importants ont de même effectués dans l'espace
asiatique pour réduire les bruits. Par exemple, Igralub a pu
l'année dernière réduire de plus de 90 % le crissement en
courbe à Hong Kong sur les tramways de la KCRC. Avec une
simple instruction par un bouton placé dans la cabine de
conduite, des signaux donnent au conducteur instruction de
lancer la pulvérisation avant les courbes. C'est par radio que
sont définis les intervalles de temps. D'autres exploitants de
Commande de traitement du champignon à Hong
Kong, par le conducteur, avec instructions

Signalisation pour exécution des instructions avant la courbe
Bangkok
tramways et de chemins de fer en Suisse, en Allemagne et en
Autriche, ont des résultats analogues.
Des mesures du coefficient de frottement sur le champignon
des rails, après traitement sur une longue durée, ont donné
des valeurs comprises entre 0,25 et 0,5, avec le plus souvent
une moyenne de 0,37.
Pour assurer une réduction parfaite du crissement en courbe,
il ne faudrait utiliser que des systèmes de graissage qui satisfont
à tous les critères ci-dessus.
Shanghai Chine
7. Consultation et exécution des projets
Igralub propose une assistance-projet partout dans le monde.
Nous disposons d'évaluations et d'expériences complètes dans
le domaine de l'introduction de systèmes de lubrification des
têtes de rail et des boudins de roues? Il vous suffit de nous
contacter!
Exemples de consultations, de séminaires et
d'assistance sur site
Shenzhen China
Auteur:
André Kofmehl, MLaw
CEO Igralub AG, Zürich
Hong Kong
Note: ce texte a été
publié par extraits dans
l'édition ETR
de septembre 2008

Contact:
IGRALUB AG FÜR SCHMIERTECHNIK
Mainaustrasse 15
CH-8008 Zurich
Tél. +41 44 422 0002
Email: info@igralub.ch
www.igralub.ch
www.igralub.de
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