Mécanique Modélisation du comportement dynamique du couple ...

RésuméAujourd’hui, le captage du courant électrique reste un des verrous technologiques majeurs àl’augmentation de vitesse des trains. Par ailleurs, les incidents y afférant sont à l’origine deplus d’un million de minutes de retard chaque année en Europe. La maîtrise de l’interactionpantographe-caténaire nécessite donc une étude approfondie tant pour la conception des futurscomposants que pour l’évolution de la stratégie de maintenance.Deux objectifs ont guidé les recherches menées dans cette thèse. Le premier était de contribuerau développement d’un outil de simulation fiable, robuste et flexible permettant demieux comprendre les phénomènes mécaniques en jeux et d’analyser les effets des défautsprésents dans la caténaire sur le couplage pantographe-caténaire. Le deuxième objectif étaitde mettre au point des outils de traitement du signal capables d’analyser les mesures enligne, enregistrées à 300 km/h par un pantographe instrumenté, dans le but de détecter,localiser et identifier ces mêmes défauts.La modélisation du comportement dynamique du système pantographe-caténaire s’appuiegénéralement sur la méthode des Éléments Finis. En effet, elle est la seule à offrir la flexibiliténécessaire pour la modélisation en trois dimensions des géométries complexes et variéesdes caténaires. La simulation temporelle du couplage dynamique entre le pantographe et lacaténaire réunit par ailleurs des problématiques complexes : propagation d’ondes, chargesmobiles, périodicité des structures, contact unilatéral et non-linéarités géométriques fortes.Afin de mieux mesurer l’impact de ces différents phénomènes et de spécifier les hypothèsesacceptables, un modèle analytique simple a été développé. Celui-ci offrant un plan de contactparfaitement continu, à l’inverse du modèle Éléments Finis, les effets numériques dus à ladiscrétisation ont pu être mesurés et corrigés par des améliorations simples. La confrontationdes résultats de ces deux modèles complémentaires ainsi qu’une comparaison aux mesures apermis de valider les codes et de déterminer certains paramètres tels que l’amortissement.Enfin, l’introduction de défauts dans la simulation autorise la génération de signatures temporellespropres à chaque défaut présent dans la caténaire, en vue de leur détection.Des méthodes de traitement du signal spécifiques ont en effet été testées, afin non seulementde détecter les défauts, mais de les localiser et de les identifier. Étant donnés l’environnementet les conditions d’essais, ces traitements doivent tenir compte du manque de reproductibilitéet de l’aspect non-déterministe des mesures sur une caténaire soumise aux conditionsclimatiques et à l’usure. Les ondelettes, dotées de qualités intrinsèques pour la détection,ont donné des résultats très encourageants et les dernières avancées de ces méthodes, lesondelettes adaptées, rendent cet outil incontournable dès lors que l’on souhaite discriminerles défauts tout en minimisant le nombre de fausses alertes. Enfin, en créant une bibliothèqueexhaustive de signatures de défauts simulés, l’outil de détection acquerra la robustesse et lafiabilité indispensable à une évolution de la stratégie de maintenance.