EN 14067 Applications ferroviaires - Aérodynamique

La norme européenne « EN 14067 Applications ferroviaires - Aérodynamique » comprend les sous-sections suivantes publiées sous le même titre :

• La norme « EN 14067-1 Partie 1 : Symboles et unités » s’applique au domaine de l’aérodynamique ferroviaire. Elle définit les symboles et les unités utilisés dans les formules et les calculs aérodynamiques. Les définitions qu’elle contient expliquent les symboles et classent les unités. Toutefois, la signification de ces symboles peut varier selon le domaine d’application. Des symboles supplémentaires doivent être définis en fonction de l’application.

Cette norme vise à uniformiser les études d'ingénierie, les simulations, les essais et la documentation dans le domaine de l'aérodynamique ferroviaire. Elle s'applique de manière générale à l'aérodynamique des applications ferroviaires et définit les éléments suivants :

• Symboles clés (par exemple, pour les vitesses, les pressions, les forces, les coefficients, les champs de référence, les densités)
• Unités physiques correspondantes
• Règles pour leur application dans les équations

Cette norme facilite une communication claire entre les fabricants, les gestionnaires d'infrastructures, les laboratoires d'essais, les organismes de certification et les chercheurs travaillant sur les lignes ferroviaires à grande vitesse, les lignes ferroviaires conventionnelles, les effets du vent latéral, l'aérodynamique des tunnels, l'écoulement de l'air, les ondes de pression et les charges aérodynamiques en normalisant la représentation.

Elle ne comprend pas de valeurs limites spécifiques, de procédures de test ou d'exigences de performance ; celles-ci sont traitées dans d'autres sections de cette norme.

Les ingénieurs et les chercheurs se réfèrent à cette norme dans les situations suivantes :

• Lors de l'écriture de code de simulation (dynamique des fluides numérique)
• Lors de la communication des résultats d'essais en soufflerie ou sur piste
• Lors de la préparation des spécifications techniques ou des documents d'appel d'offres
• Vérification de la conformité aux exigences des spécifications d'interopérabilité technique aérodynamique.
• La norme « EN 14067-2 Partie 2 : Aérodynamique sur voie ouverte » définit les phénomènes physiques spécifiques à l’aérodynamique ferroviaire et fournit des recommandations pour la documentation des essais. Les constructeurs de locomotives doivent connaître le coefficient de traînée des trains afin d’optimiser la puissance de leurs locomotives. Les compagnies ferroviaires en ont également besoin pour établir leurs horaires et leurs besoins énergétiques, déterminer le type et le nombre de locomotives nécessaires pour une rame donnée et faciliter leurs décisions d’achat de matériel.

Bien que la traînée des trains soit généralement la principale composante de la traînée, il est difficile de l'isoler des autres composantes ; il faut donc également prendre en compte les termes non aérodynamiques dans cette section.

La résistance au mouvement est exprimée par une formule standard applicable à tous les types de trains. Par ailleurs, les méthodes de mesure utilisées pour obtenir la résistance au mouvement d'un train, et qui permettent d'établir la formule correspondante, sont définies et décrites dans un document distinct (WI 00256127).

La norme EN 14067-2 couvre les points suivants :

• Trains à grande vitesse et trains conventionnels
• Certification et évaluation des véhicules ferroviaires.
• Les responsables des infrastructures et les fonctionnaires des chemins de fer
• Des véhicules potentiellement plus légers (tramways, métros) dans les situations pertinentes

Les principaux effets aérodynamiques pris en compte sur les pistes ouvertes sont les suivants :

• Surpression (variation temporaire de pression ressentie lorsque deux trains se dépassent ou lorsqu'un train franchit un aiguillage en bordure de voie)
• Ruissellement (un flux d'air à grande vitesse qui se forme autour et derrière un train en mouvement, présentant un risque pour les travailleurs riverains des voies ou les objets légers)
• Caractéristiques du flux d'éveil
• Les variations de pression affectant les passagers (par exemple, lorsque les fenêtres sont ouvertes ou lors de la manœuvre des portes)
• Forces aérodynamiques agissant sur les structures, les personnes ou les objets non fixés à proximité des voies ferrées.

Cette norme décrit comment ces effets résultent de la vitesse du train, de sa forme (conception du nez et de la queue), de la rugosité de sa surface, de la géométrie de son soubassement et des vents latéraux.

• La norme « EN 14067-3 Partie 3 : Aérodynamique dans les tunnels » définit les phénomènes physiques spécifiques à l’aérodynamique ferroviaire et fournit des recommandations pour la documentation des essais. Cette norme offre une description des phénomènes physiques fondamentaux propres à l’aérodynamique ferroviaire lorsque les trains entrent, traversent ou sortent des tunnels. Elle met en évidence les conditions d’écoulement confiné particulières aux tunnels par rapport aux voies ouvertes.
• Cette norme est principalement informative. Elle ne définit pas de valeurs limites contraignantes, de critères d'acceptation ni de procédures d'essai et d'évaluation détaillées. Elle décrit plutôt l'aérodynamique et propose des recommandations pour la documentation des essais et des mesures. Les principaux phénomènes aérodynamiques étudiés en soufflerie sont :
• Ondes de pression : Il s’agit d’ondes de compression et de raréfaction créées lorsque le train entre et sort du tunnel, et elles se propagent à des vitesses proches de celle du son.
• Onde de micropression ou impulsion de micropression à la sortie du tunnel : il s’agit de la libération soudaine d’air comprimé, créant des effets explosifs audibles.
• Variations temporaires de pression à l'intérieur du train : celles-ci affectent le confort des passagers, notamment en provoquant une gêne au niveau des oreilles, particulièrement lorsque les fenêtres et les portes sont ouvertes ou que l'isolation contre la pression est insuffisante.
• Effet piston : L'air déplacé par le train agit comme un piston, créant un flux d'air longitudinal dans le tunnel.
• Augmentation de la traînée aérodynamique due à la restriction du flux.
• Différences de pression entre les entrées du tunnel et le long du train.
• Impacts sur l'infrastructure du tunnel : par exemple, les charges sur le revêtement du tunnel, les systèmes de ventilation ou les équipements routiers.

Cette norme explique comment ces effets dépendent des facteurs suivants :

• Vitesse du train.
• Taux de congestion des trains (section transversale du train / section transversale du tunnel).
• Longueur et géométrie du tunnel (voie unique ou double, type d'entrée, raccordements par puits).
• Conception avant et arrière du train et étanchéité de surface.
• Longueur des trains et configurations des passages à niveau (rencontre avec des trains dans des tunnels à double voie).
• La norme « EN 14067-4 Partie 4 : Exigences et procédures d’évaluation de l’aérodynamique sur les voies ouvertes » décrit les exigences, les procédures d’essai, les méthodes d’évaluation et les critères d’acceptation des véhicules ferroviaires circulant sur les voies ouvertes. Elle définit les exigences et les méthodes d’évaluation relatives aux variations de pression et aux effets du vent le long de la voie. Les méthodes d’évaluation de la résistance opérationnelle sont également abordées. Les contraintes exercées sur les éléments d’infrastructure par les variations de pression et les effets du vent induits par le passage des trains sont également traitées. Des dispositifs d’essai pour l’évaluation du bombement du ballast sont proposés pour les voies ballastées.

Ces exigences s'appliquent uniquement aux véhicules des systèmes ferroviaires lourds dont la vitesse maximale dépasse 160 km/h et non aux autres systèmes ferroviaires. Cette norme s'applique à tous les véhicules et infrastructures ferroviaires à voie ouverte dont l'écartement nominal est compris entre 1 435 mm et 1 668 mm.

Les effets aérodynamiques induits par les trains peuvent avoir les impacts suivants :

• Travailleurs en bordure de voie et passagers sur les quais (vitesses du flux d'air).
• Objets en bord de route et structures légères (par exemple, débris épars, panneaux de signalisation, abris légers).
• Infrastructures fixes le long de la voie (par exemple, écrans antibruit, supports d'équipements de voie aérienne, bords de quai).
• Transitions de pression (coup de pression en tête qui se produit lorsque les trains se croisent ou passent par des points fixes).
• Charges aérodynamiques sur les structures et les personnes à proximité de la voie ferrée.

Cette norme s'applique à :

• Trains à grande vitesse (généralement au moins 200 km/h, où l'aérodynamisme est primordial).
• Trains de voyageurs et de marchandises traditionnels.
• Nouveaux modèles de véhicules, modifications ou homologations de type.
• Évaluations de la conformité des infrastructures.

Cette norme est conforme aux exigences des spécifications d'interopérabilité technique pour les réseaux ferroviaires à grande vitesse et conventionnels au sein de l'UE.

• La norme « EN 14067-5 Partie 5 : Exigences et procédures d’évaluation de l’aérodynamique dans les tunnels » décrit les exigences aérodynamiques, les procédures d’essai, les méthodes d’évaluation et les critères d’acceptation des véhicules ferroviaires circulant dans les tunnels. Elle traite des variations de pression aérodynamique, des charges, de la formation d’ondes de micropression et d’autres considérations aérodynamiques liées à l’exploitation en tunnel. Elle définit les exigences relatives à la conception aérodynamique des véhicules ferroviaires et des tunnels pour les systèmes ferroviaires lourds. Ces exigences s’appliquent exclusivement aux systèmes ferroviaires lourds.

Cette norme garantit la sécurité et le confort d'exploitation des véhicules ferroviaires en tunnel en maîtrisant les effets aérodynamiques liés aux géométries étroites. Elle porte sur les phénomènes spécifiques aux tunnels et leurs effets sur :

• Confort des passagers et de l'équipage (inconfort auditif dû aux changements de pression, obstruction des oreilles).
• L’intégrité structurelle et l’étanchéité du train (charges de pression sur la caisse du wagon, les fenêtres et les portes).
• Infrastructure des tunnels (revêtement, ventilation, équipements fixes, charges sur les stations souterraines).
• Ouvriers routiers et personnel d'entretien à l'intérieur des tunnels.
• influences environnementales à l'extérieur du tunnel (par exemple, micro-ondes de pression ou bangs soniques aux entrées).
• Compatibilité dans les situations où les trains à grande vitesse partagent les tunnels avec le trafic conventionnel.

Cette norme s'applique à :

• Ligne ferroviaire à grande vitesse (où les effets sont les plus graves).
• Chemin de fer traditionnel dans de longs tunnels.
• Nouveaux modèles, modifications, homologations de type et contrôles de conformité des itinéraires.
• Conformité aux spécifications techniques d'interopérabilité de l'UE pour les systèmes ferroviaires à grande vitesse et conventionnels.
• La norme « EN 14067-6 Partie 6 : Exigences et procédures d’essai pour l’évaluation de la résistance au vent latéral » décrit les lignes directrices pour l’évaluation de la résistance au vent latéral des voies ferrées. Cette norme s’applique à toutes les voitures de voyageurs, locomotives et motrices (dont la vitesse maximale est comprise entre 140 km/h et 360 km/h) et aux wagons de marchandises (dont la vitesse maximale est comprise entre 80 km/h et 160 km/h), pour des écartements de voie compris entre 1 435 mm et 1 668 mm. Pour les voitures de voyageurs, locomotives et motrices dont la vitesse maximale est comprise entre 250 km/h et 360 km/h, la démonstration de la stabilité au vent latéral est requise. Cette norme ne s’applique pas aux tramways et aux véhicules de transport ferroviaire urbain.

Cette norme porte sur les points suivants :

• Forces et moments aérodynamiques causés par les vents obliques (vents de travers, angles de lacet).
• Risque de basculement (perte de contrôle des roues, soulèvement des roues sous le vent).
• Déraillement dû à des forces latérales excessives.
• Compatibilité avec l'infrastructure (catégories d'exposition ferroviaire, sections exposées au vent).

Cette norme s'applique à :

• Tous les véhicules de voyageurs, locomotives, motrices et rames automotrices.
• Trains à grande vitesse, trains de voyageurs classiques et, dans certains cas, certains véhicules de fret.
• Nouveaux modèles, modifications, homologations de type et évaluations spécifiques aux itinéraires.
• Respect des spécifications d'interopérabilité technique pour les lignes ferroviaires à grande vitesse et conventionnelles dans l'UE.

Cette norme s'applique aux véhicules circulant sur des voies ouvertes (à l'exclusion des tunnels, des ponts ou des sections couvertes dans certains cas, sauf indication contraire).

• La norme « EN 14067-7 Partie 7 : Principes fondamentaux des procédures d’essai de lancement de ballast provenant des trains » aborde les sujets suivants :
• Aspects économiques de la projection du ballast.
• Comparaison des méthodes utilisées en France et en Espagne pour les véhicules ferroviaires.
• Méthodes d'évaluation des infrastructures.
• Revue de la littérature existante.
• Prochaines étapes et recommandations concernant la normalisation et la recherche.

Cette norme fournit des orientations et des informations de base pour l'élaboration, la mise en œuvre et l'interprétation des procédures d'essai relatives au dynamitage du ballast induit par le passage des trains. Elle ne définit pas de valeurs limites contraignantes, de critères d'acceptation ni de méthodes d'essai obligatoires.

En résumé, les objectifs de cette norme sont les suivants :

• Harmoniser la compréhension et les approches à travers l'Europe.
• Afin de favoriser une évaluation cohérente des véhicules et des infrastructures ferroviaires.
• Afin de faciliter la comparaison des résultats d'essais obtenus par différentes méthodes/dans différents pays.

Depuis de nombreuses années, notre organisme, fort d'une équipe compétente et expérimentée, comprend les besoins de ses clients, leur fournit les services d'essais avancés requis et les accompagne dans la mise en place, l'application et l'amélioration de leurs systèmes de management. Dans ce cadre, nous proposons également des services d'essais conformes à la norme EN 14067.