Une surveillance continue des points clés ferroviaires avec les ultrasons

Les points où deux lignes de chemin de fer se croisent ou divergent sont dotés de mécanismes compliqués de commutation des voies en forme de X, qui incluent une structure fixe en forme de V, appelée cœur de croisement. Le seul point où les roues du train perdent le contact avec la voie se trouve précisément au niveau de cette structure. Chaque roue saute un petit écart, ce qui provoque un impact répétitif et continu sur le cœur de croisement.

Ces dispositifs sont donc soumis à une forte usure, susceptible de provoquer des ruptures et donc des déraillements de trains, c’est pourquoi ils sont fabriqués dans un acier au manganèse extrêmement dur. Cet acier permet de réduire le recours aux inspections, mais ne l’élimine pas pour autant. Or, toutes les méthodes d’inspection actuelles présentent des inconvénients qui affectent leur viabilité. Par exemple, les méthodes optiques ne peuvent détecter que des défauts superficiels. Les méthodes radiographiques (rayons X) sont coûteuses et dangereuses pour les inspecteurs. Les méthodes ultrasoniques actuelles souffrent d’une rétrodiffusion acoustique trop importante lorsqu’elles sont appliquées à l’acier au manganèse.

Ausculter les cœurs de croisement

L’inspection des cœurs de croisement exige traditionnellement leur démontage complet. Cette opération est extrêmement longue et coûteuse. Pour limiter les frais, les ingénieurs ferroviaires ont donc tendance à les remplacer plus fréquemment que nécessaire, ce qui, bien que plus prudent, reste aussi plus onéreux. C’est donc pour remédier à cela que le projet SAFTInspect, financé par l’UE, a mis au point un nouveau dispositif d’inspection des cœurs de croisement par ultrasons, automatisé et capable de détecter des défauts sous la surface. Outre le scanner, l’équipe a également mis au point des algorithmes de traitement des données et des logiciels associés.

Le dispositif est constitué d’un châssis à roues, appelé «Cross Inspect», qui se déplace le long de la voie. Le cadre détecte la présence d’un cœur de croisement lorsqu’il passe au-dessus. Des électro-aimants fixent le cadre au cœur pour permettre le balayage, puis se désengagent lorsque celui-ci est terminé. Une fois fixés, deux moteurs séparés passent un scanner à ultrasons innovant sur la longueur et la largeur de la surface du cœur de croisement. Ce scanner intègre plusieurs avancées récentes qui permettent son fonctionnement avec l’acier au manganèse. Les échos ultrasonores rebondissent sur tout défaut de l’acier.

Analyse et visualisation

Un transducteur relaie les échos collectés pour permettre un traitement et une analyse à distance. «Le transducteur comprend également de multiples mécanismes qui projettent de l’eau sur le cœur de croisement, créant un milieu ultrasonore», explique Roberto Puyol, chef de projet.

Une unité d’analyse séparée, incluant des algorithmes développés dans le cadre du projet, traite les données des échos. Cela permet d’obtenir des images en 2D et 3D de tout défaut détecté. Le système surveille également l’évolution de ces défauts. En fonction de l’état des cœurs de croisement, il recommande des mesures de maintenance appropriées. Celles-ci peuvent aller du remplacement du cœur de croisement à la limitation temporaire de la vitesse du train sur certains tronçons de la voie.

«Les résultats ont été très satisfaisants», rapporte Roberto Puyol. «Nous avons pu détecter des fissures de 0,5 mm dans des cœurs de croisement jusqu’à une profondeur de 5 cm.» Les tests ont également démontré l’efficacité des technologies de visualisation mises au point par le projet.

Mais malgré des résultats prometteurs, il n’en est qu’à ses débuts. Une autorité ferroviaire du gouvernement espagnol a exprimé son intérêt pour l’utilisation du système SAFTInspect afin de vérifier l’intégrité des cœurs de croisement sur un tronçon d’intersection de 15 m. Avant que cela ne soit possible, l’équipe doit mettre au point le matériel et revoir la conception du logiciel. Elle travaillera également sur des méthodes supplémentaires qui tiennent compte des limites des techniques de balayage optique et à rayons X.

Lorsqu’il sera prêt à être diffusé à grande échelle, SAFTInspect fournira un moyen fiable, pratique et peu coûteux de surveiller l’état des cœurs de croisement des chemin de fer.

>> Pour aller plus loin : http://crossinspect.com/

>> Source : Ultrasonic inspection solution for railway crossing points - Résultats de la recherche de l'UE