La mesure des voies ferrées grâce au système GEDO de Trimble

Il est vrai que les chemins de fer ont joué un rôle déterminant dans le développement de notre pays. Bien que nous nous rappelons tous avoir été enfants et avoir contemplé avec émerveillement le passage de ces locomotives géantes du CN ou du CP, il faut avouer que prendre le train n'est sans doute pas le premier choix qui vient à l'esprit de la plupart des Canadiens pour planifier leur prochain voyage. Les liaisons interurbaines ferroviaires au Canada ne sont pas aussi élaborées que celles présentes dans la plupart des grands pays européens, où prendre le train s’avère le moyen le plus simple et le plus efficace de se déplacer.  

Toutefois, ce qui semble gagner du terrain au Canada au cours des dix dernières années, c'est bien l'expansion et la création de réseaux urbains de système léger sur rail, ou SLR. Des milliards de dollars sont actuellement investis par tous les niveaux de gouvernement dans des projets ferroviaires à travers le Canada. Vancouver, Calgary, Edmonton, la région du Grand Toronto et Ottawa sont en train d'étendre leurs réseaux de SLR. Montréal prépare un tout nouveau réseau de SLR de 67 km avec une extension possible de 32 km déjà en discussion. Les villes de Québec et de Hamilton comptent également des projets qui devraient démarrer prochainement. 

Le SLR et les mesures de voies ferrées représentent la nouvelle tendance du moment, mais ils impliquent un nouvel ensemble de notions et un langage qui, je dois l'admettre, m'étaient étrangers avant de me lancer dans ce domaine. Tout arpenteur peut interpréter un alignement ou un bord de pavage, mais des notions comme l'écartement, le dévers, le gauche, la courbure et les cordes impliquent un peu de recherche avant même de pouvoir commencer. 

Allons-y donc… 

Pour vous aider avec les notions de base, l'écartement constitue la distance entre les deux faces intérieures des champignons des rails (tête de rail) d'une voie. Dans la plupart des villes canadiennes, l'écartement standard de 1 435 mm (4 pi 8 1⁄2 po) est appliqué, mais vous seriez surpris d'apprendre qu'à Toronto, pour des raisons historiques, un écartement légèrement plus large (+60 mm) est adopté. Le dévers, également qualifié de surélévation, est couramment associé à la mesure de la différence de hauteur entre les deux rails. Comme pour une route, le dévers sera plus prononcé dans les courbes. Le gauche de la voie (en anglais twist) est calculé comme la différence de dévers sur une distance spécifique. Cette valeur s’avère importante pour le confort de conduite en général, mais également pour la sécurité des voies (par exemple, pour éviter les déraillements) ainsi que pour réduire l'usure de la voie et du matériel roulant. 

Certains géomètres sont probablement familiers avec le guide de jalon pour rail (en anglais rail shoe) permettant d’effectuer des mesures à la face interne du rail. Vous pouvez imaginer à quel point il pourrait être coûteux et laborieux de prendre autant de mesures afin de pouvoir en tirer l'écartement, le dévers et le gauche en plus des coordonnées XYZ pour la géométrie des voies sur une longue ligne de base. Fort heureusement, Cansel propose une solution pour réaliser avec efficacité un grand nombre de mesures des voies grâce au système Trimble GEDO. Ce système de chariot modulaire peut être combiné à différents capteurs afin d’exécuter un grand nombre d'opérations concernant les voies. Celles-ci comprennent notamment la documentation de base relative aux voies et les relevés finaux « tel que construit », l'installation des voies et la production de données de correction pour la bourreuse. Des solutions logicielles sont également prévues afin de générer des rapports, d'effectuer des analyses de dégagement et de restructurer les voies. 

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Le système GEDO de Trimble est actuellement utilisé sur plusieurs projets SLR canadiens. 

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Installation des voies 

Dans le cadre d'un nouveau projet ferroviaire ou d'un projet d'extension, la première étape consiste à installer un système de voies là où il n’existait rien auparavant. Nous pouvons distinguer deux catégories. La première est celle des voies ballastées, où une couche importante de pierre concassée est posée avant d'installer les traverses, auxquelles les rails seront fixés. Celle-ci est ensuite recouverte d'une autre couche de ballast, puis portée à la géométrie de conception au moyen de plusieurs passages de bourrage. Cette opération est réalisée à l'aide d'une énorme machine munie de griffes permettant de fixer les rails avec la possibilité de les déplacer. L'autre catégorie s’avère beaucoup moins accommodante et est communément appelée fixation directe ou FD. Les rails sont installés sur une fondation en béton avec très peu d’espace pour un ajustement après le coulage final.  

Dans les deux cas, le chariot GEDO de Trimble sera utilisé en conjonction avec une station totale de haute précision afin de les ajuster précisément aux spécifications de conception, directement sur le terrain. Cette approche géodésique visant à obtenir une précision au millimètre près repose sur un réseau de contrôle fin et précis. Cela est vrai pour tout projet, mais plus encore avec la nature longue et linéaire des projets ferroviaires.  

Le flux de travail habituel consiste à installer la station totale sur un trépied au-dessus du rail inférieur, puis à calculer la position de la station totale au moyen d'un processus de résection avec plusieurs points de contrôle en s'assurant d'utiliser un contrôle d'un chevauchement entre chaque installation. Ensuite, la station totale réalisera des mesures sur un prisme de haute précision installé sur un point déterminé et fixe du chariot. Les dimensions intérieures du chariot ayant été établies au mm près par un processus d'étalonnage en usine, combinées aux capteurs d'écartement et de dévers (une précision au mm près !), permettent au logiciel de terrain, à partir des données de conception de la voie, de contrôler les paramètres de géométrie de la voie et de proposer des rectifications en temps réel au cours du processus d'installation des rails. 

 

Le système GEDO de Trimble est actuellement utilisé sur plusieurs projets LRT canadiens. 

Pré-mesure pour le bourrage des voies 

Les bourreuses sont utilisées pour positionner les nouveaux rails selon les spécifications de conception et représentent un outil indispensable pour l'entretien des voies. Les voies sur ballast constituent des systèmes agiles destinés à se déformer sous le poids d'un train, puis à reprendre rapidement leur position initiale. Toutefois, avec le temps, le passage répété des trains finit par faire dévier la voie de sa configuration d'origine.  

 

Image courtoisie de : www.plasseramerican.com  

La majorité des bourreuses opèrent en fonction d'une position relative. Cela revient à dire qu'elles opèrent sur une petite longueur de voie afin de collecter les données de géométrie et ensuite procéder au bourrage de cette zone, sans pour autant confronter ces données à la conception globale de la voie. Une fois encore, c'est là que la solution de chariot GEDO de Trimble intervient. Dans la section précédente, nous avons expliqué comment nous pouvons adopter une approche géodésique pour implanter la voie en fonction de la conception prévue. Vous auriez raison si l'idée vous venait d'utiliser ces mesures pour orienter la bourreuse. Cependant, comme vous le savez, installer une station totale et être amené à la déplacer à des intervalles de quelques centaines de mètres exigerait énormément de temps. Il convient donc de trouver une solution plus efficace.  

Lors de votre prochain voyage à Montréal ou à Ottawa, vous pourriez bien tomber sur un projet de SLR recourant au système ingénieux de double chariot avec une station totale installée sur l'un des chariots. Il s’agit du système GEDO Vorsys. 

GEDO Vorsys de Trimble 

Avec ce système, nous pouvons calculer les cordes le long du design en effectuant des mesures à l’aide de la station totale (installée sur un chariot) à deux points de contrôle perpendiculaires à la voie et distants de quelques dizaines de mètres. Le second chariot portant un prisme est ensuite déplacé vers l'instrument. Cela nous permet de comparer le versine mesuré au versine de conception qui peut être transformé en corrections précises. Ces mesures peuvent ensuite être facilement transférées du logiciel de bureau à la bourreuse via une clé USB. Cette approche s’avère très efficace, et surtout, elle nous permet de couvrir jusqu'à 1,5 kilomètre de voie par heure. La vitesse constitue un facteur important, étant donné que l'installation d'une nouvelle voie peut nécessiter de quatre à sept passages de bourreuse avant d'atteindre le niveau désiré. 

Les bourreuses modernes peuvent exploiter le fichier de correction et procéder au bourrage automatiquement, sans que l'opérateur ait besoin de manipuler les commandes ! 

Ces deux applications sont les plus courantes pour nos nombreux projets SLR canadiens. Toutefois, nous aurions également pu parler de comment intégrer un scanner laser au système de chariot afin de réaliser un modèle tel que construit de haute densité de la voie et de ses environs. Nous aurions ensuite pu combiner ces données avec un modèle de wagon en 3D pour analyser les conditions de dégagement et de collision. Enfin, n'oublions pas non plus l'intégration de systèmes de mesure inertielle avec le système de chariot GEDO. Cela vous apportera une toute nouvelle dimension d'efficacité aux opérations effectuées dans la phase d'entretien et d'exploitation de ces projets. Nous laisserons cela pour un autre article ! 

Pour en apprendre davantage au sujet du système de mesure de voie GEDO de Trimble, ou pour découvrir notre vaste gamme de solutions destinées aux géomètres ferroviaires, n'hésitez pas à communiquer avec votre représentant Cansel.