Alstom au CSTB : des trains taillés pour se jouer du vent

L’aérodynamique est une discipline fondamentale dans le développement de la grande vitesse ferroviaire. C’est pourquoi le constructeur Alstom a choisi de travailler, depuis une dizaine d’années, avec le CSTB (Centre scientifique et technique du bâtiment), qui dispose d’une soufflerie sur son site de Nantes. Annuellement, y sont organisées cinq à dix sessions d’essais sur maquettes à échelle réduite. « Lorsque nous devons faire la preuve que nos trains peuvent rouler en toute sécurité, et cela dans le monde entier, il est important d’avoir l’expertise d’un spécialiste indépendant du monde ferroviaire », insiste François Lacôte, directeur technique d’Alstom.
L’aérodynamique dite « instationnaire » s’intéresse aux phénomènes qui apparaissent lors des états transitoires. Il s’agit, par exemple, de l’effet des vents traversiers, de celui des ondes de pression générées par un train entrant dans un tunnel (avec leurs implications sur le confort des voyageurs ou la fatigue des structures), ou encore des envols de ballast, au demeurant inconnus des TGV, même à 574,8 km/h !
Avec 28 marches d’essais effectuées à plus de 500 km/h pour un parcours cumulé supérieur à 700 km, le dernier record du monde, le 3 avril 2007, a d’ailleurs permis d’engranger un nombre considérable d’informations liées à ces états transitoires, l’avant de la rame étant instrumenté en capteurs de pression, tout comme d’ailleurs les ponts franchis sur lesquels avaient aussi été montées des jauges d’effort…
Dans le domaine ferroviaire, l’aérodynamique dite « stationnaire » renvoie, quant à elle, à la résistance à l’avancement d’un train dans l’air, qui croît comme le carré de la vitesse. Et comme la puissance à installer à bord augmente avec le cube de cette même vitesse, l’on conçoit aisément que les concepteurs d’un train destiné à rouler très vite aient tout intérêt à diminuer la part aérodynamique de la résistance à l’avancement. Le choix par Alstom d’une architecture de train articulé pour ses trois générations de TGV et son AGV participe, bien évidemment, de cette démarche. En effet, on constate que l’impact des bogies sur la part aérodynamique de la résistance à l’avancement est extrêmement important, tandis que leur plus petit nombre influe directement sur la part de cette résistance liée au roulement. Enfin, la réduction des césures intercaisses liée à cette architecture (voire leur obturation par bavettes) améliore encore la traînée aérodynamique, s’opposant à la formation d’écoulements tourbillonnaires dans ces zones…
Lors de la conception d’un train à grande vitesse, cette autre discipline que l’on appelle « aéroacoustique » joue également un rôle considérable. Il faut savoir que si le bruit dû au roulement croît comme le cube de la vitesse, celui lié à l’aérodynamique varie avec sa puissance 6, voire sa puissance 8 ! A basse vitesse, le bruit de roulement prédomine très largement, mais pour des vitesses plus élevées, c’est le bruit aérodynamique qui devient prépondérant. Les courbes représentatives des niveaux de ces bruits en fonction de la vitesse de circulation se croisent généralement dans la