Afin de réduire les coûts de maintenance liés à l'entretien et au remplacement des rails, Eurotunnel a chargé le sidérurgiste Corus d'accroître leur durée de vie de moitié.
Les rails du tunnel sous la Manche ont la vie dure. Chaque année, ils doivent supporter le passage de près de 100 millions de tonnes de convois remplis de passagers et de marchandises : c'est la voie ferroviaire la plus empruntée d'Europe. Cette circulation exceptionnelle entraîne une dégradation accélérée des rails. Afin de réduire les coûts de maintenance et de minimiser les arrêts de trafic, Eurotunnel a demandé début 2007 à Corus Rail France de mettre au point des aciers mieux adaptés. Le sidérurgiste, associé à la société Railtech et à l'Insa Lyon, doit trouver une solution d'ici à mars 2011 pour accroître de 50 % la durée de vie des rails.
UNE MICROSTRUCTURE EN AIGUILLES CONTRE LES FISSURES
Les dégradations sont différentes selon que les rails se situent dans le tunnel ou sur les boucles de retournement (les voies qui permettent aux trains de faire demi-tour).
Dans le tunnel, long d'environ 56 km, « les rails présentent des défauts de fissuration liés à la fatigue », explique Frédéric Fau, le responsable chez Corus Rail France des relations techniques avec les clients. Comme pour toute ligne de chemin de fer, l'acier est soumis à des contraintes mécaniques continuelles qui entraînent en surface l'apparition de microfissures. Elles peuvent se propager et finir par fendre le rail. Un risque qui se pose avec acuité dans le tunnel sous la Manche, qui comporte en plus - fait aggravant - de nombreuses courbes. « Pour le moment, des campagnes de meulage sont réalisées une à deux fois par an, continue Frédéric Fau. Mais c'est coûteux, polluant, et cela oblige à interrompre le trafic. » L'acier perlitique utilisé jusqu'à présent, constitué de deux phases imbriquées de ferrite (fer pur) et de cémentite (carbure de fer), atteint ses limites...
La solution proposée par Corus ? Des rails en acier dit bainitique. Il s'agit globalement des mêmes phases que l'acier perlitique, mais agencées sous la forme d'un amas désordonné de micro-aiguilles. Cette structure particulière, obtenue par laminage à 950-1 200 °C et refroidissement naturel, initie les fissures plus tardivement. « Dorénavant, toute la difficulté est d'ajuster la composition chimique de l'acier aux contraintes particulières de ce tunnel », précise Frédéric Fau.
L'usure des rails au niveau des boucles de retournement (15 km de voies) est aussi une particularité de cette ligne. Dans ces zones à faible rayon de courbure (entre 300 et 500 mètres), les roues agissent comme de véritables limes et arrachent à chaque passage des particules d'acier. L'effet conjugué de la force centrifuge et des glissements provoqués au sein des bogies (dans lesquels les roues sont interdépendantes) impose l'emploi d'un acier très dur. Cette fois-ci, Corus propose d'utiliser un acier MHH, ultradur, obtenu par traitement thermique de l'acier perlitique classique. C'est l'usine Corus de Hayange (Moselle) qui est chargée de leur production. « Le rail est réchauffé par induction puis refroidi à l'air comprimé, indique Frédéric Fau. Ce qui a pour résultat de réduire l'espacement entre les lamelles de ferrite et de cémentite. » Plus dense, ce type d'acier est déjà utilisé pour le transport de minerais. Avec ces deux solutions complémentaires, Corus espère être sur la bonne voie. .
