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May 11, 2024

Des mâts composites innovants cherchent à réduire les coûts et à accroître l'efficacité de l'électrification ferroviaire

Le cabinet de conseil en ingénierie Furrer+Frey dévoilera cette semaine ses mâts composites innovants pour l'électrification ferroviaire, qui pourraient révolutionner la manière dont l'électrification ferroviaire est réalisée.

Le cabinet de conseil en ingénierie Furrer+Frey dévoilera cette semaine ses mâts composites innovants pour l'électrification ferroviaire, qui pourraient révolutionner la manière dont l'électrification ferroviaire est réalisée.

Le développement du mât a réuni les ingénieurs en électrification des transports publics Furrer+Frey, les équipes des universités de Cranfield, Southampton et Newcastle et le fabricant de matériaux composites Prodrive, ainsi que les développeurs de technologies ferroviaires TruckTrain. Le projet a été financé en partie par le ministère des Transports (DfT) et Innovate UK dans le cadre du concours First Of A Kind. Les premiers mâts composites ont été créés et testés à la station d'alimentation de St Bride, juste à l'extérieur de Newport au Pays de Galles.

Alors qu'un mât en acier traditionnel de même taille pèse environ 750 kg, les mâts composites pèsent environ 80 kg, mais ont la même résistance. La réduction du poids constitue un gain significatif en termes de productivité et de réduction des coûts.

Noel Dolphin, responsable des projets au Royaume-Uni chez Furrer+Frey GB, a déclaré à NCE : « Si vous disposez d'un mât bien conçu qui nécessite une installation plus petite et plus légère qui utilise moins de carburant, cela peut être réalisé plus rapidement et vous êtes donc plus efficace. »

Cependant, ce n’est qu’un facteur parmi d’autres. Dolphin explique : « Le poids mort ne représente qu'une petite partie de la charge sur un pieu. C'est le poids, le vent qui souffle dessus, le poids de la glace, la façon dont les câbles pendent – ​​c'est tout un système. Nous avons donc conçu un mât qui est non seulement plus léger, mais qui présente également une moindre résistance au vent.

Ceci est important car cela signifie que les pieux qui les maintiennent en place peuvent également être beaucoup moins profonds.

Ayant travaillé sur l'électrification du Great Western Railway, Dolphin en explique l'importance : « La fondation moyenne sur pieux sur Great Western était de 4,7 m. Vous avez donc un mât de 6 m de haut et vous devez ensuite enfoncer un pieu en acier dans le sol pour le maintenir, qui se trouve à environ 5 m sous terre. Il y a un coût énorme à enfoncer 11 000 fois un pieu de 5 m dans le sol. » Dans les zones où les conditions du sol sont moins sûres, les pieux peuvent être encore plus profonds que 5 m.

« La moyenne sur la ligne principale de Midland est de 3,7 m, nous allons donc dans la bonne direction », déclare Dolphin.

Les pieux des prototypes de mâts composites réduisent cela de plus de moitié, avec des pieux d'une profondeur de seulement 1,25 m – le pieu de mât d'électrification le moins profond jamais installé.

« Si vous installez un pieu qui fait la moitié de la longueur, vous pouvez en faire deux fois plus, et le prix du pieu lui-même est inférieur, ce qui rend l'ensemble du système plus efficace. »

Mais cela va au-delà de l’installation. Les nouveaux pieux seront équipés de capteurs qui indiqueront à quel point ils se sont pliés ou affaissés par rapport à leur position verticale, afin que les ingénieurs sachent quand ils doivent être remplacés. Il s’agit d’un système bien plus efficace que celui actuellement utilisé.

"Nous avons récemment travaillé sur Thameside, qui est un C2C reliant Londres à Southend et une grande partie de cette route est marécageuse", explique Dolphin. « Tous les deux ans, nous devons mesurer l'inclinaison de chaque structure, et il y a 2 300 structures sur la section que nous examinons. Cela signifie que quelqu'un monte, mesure les angles et les note dans un rapport. Pourtant, un conducteur vous signale encore occasionnellement qu'une structure a commencé à s'incliner. En raison du terrain marécageux, environ 50 structures sont remplacées chaque année sur ce tracé.

« De toute évidence, si vous pouvez avoir une structure qui rend compte périodiquement, vous obtenez de bien meilleures informations et vous pouvez voir son historique, mais aussi personne ne sort. Donc, si vous pouvez y intégrer des capteurs à faible coût, vous pouvez économiser sur ce montant.

Jusqu’à présent, seule une poignée de prototypes de mâts ont été fabriqués – et deux d’entre eux ont déjà été physiquement testés jusqu’à leur destruction en laboratoire en appuyant sur les cantilevers jusqu’à ce qu’ils se plient. Il s'agissait de voir si leur résistance réelle correspondait à ce qui avait été calculé dans les modèles d'analyse par éléments finis des ingénieurs, ce qu'ils ont fait.

Les mâts de démonstration ont été fabriqués à la main par Prodrive, surtout connu pour travailler sur des voitures de Formule 1. Cependant, cela ne concerne que les prototypes.