À Toulouse, les méthodes du cyclisme accélèrent l'étude d'un carénage de train

À Toulouse, ALTEN présente une application ferroviaire de méthodes conçues pour améliorer les casques des cyclistes de haut niveau. Sur un carénage étudié pour Alstom, l’entreprise annonce une réduction de 10,5 % de la résistance à l’air. Elle estime aussi que l’optimisation a pris six fois moins de temps qu’avec les méthodes habituelles.

Steve Péguet, directeur scientifique d’ALTEN, a détaillé ce résultat lors d’une visite des laboratoires toulousains, en octobre. Il évoque un mois d’étude, calculs compris, contre six mois estimés avec la méthode habituelle.

En conception industrielle, chercher une meilleure forme signifie souvent en essayer beaucoup. Plus les calculs sont rapides, plus les ingénieurs peuvent explorer de possibilités avant de retenir celles qui méritent des essais physiques.

Du casque de contre-la-montre au carénage ferroviaire

Tout commence par un problème familier aux cyclistes : à grande vitesse, une bonne partie de l’effort sert à vaincre la résistance de l’air. Pour gagner quelques secondes en contre-la-montre, les ingénieurs étudient minutieusement la forme des casques.

Avec la Fédération française de cyclisme, ALTEN a développé des méthodes permettant de simplifier les modèles en trois dimensions et de concentrer les calculs sur les zones qui influencent le plus l’écoulement de l’air.

Une technique appelée « morphing » permet ensuite de déformer progressivement la géométrie numérique d’un objet. On modifie une courbure, on relance le calcul, on compare la traînée obtenue. Puis on recommence.

Ce procédé permet surtout d’explorer des formes qui n’auraient pas nécessairement été envisagées au départ. Il facilite la comparaison de nombreuses variantes sans devoir redessiner intégralement chaque modèle.

Le principe peut s’appliquer à un casque comme à un carénage ferroviaire. Les dimensions et les contraintes changent, mais la question demeure : quelle forme permet de mieux guider l’air ?

Trouver plus vite, sans confondre calcul et essai réel

Le groupe français a confirmé en octobre le transfert de ses travaux sur les casques vers les carénages ferroviaires. Le résultat de 10,5 % et la comparaison des délais proviennent toutefois des déclarations de son directeur scientifique, rapportées par le média Alliancy. ALTEN ne publie pas le protocole permettant de vérifier ces performances indépendamment.

Il ne faut pas non plus confondre les 10,5 % de traînée annoncés sur un carénage avec une économie équivalente d’électricité pour un train entier. La consommation dépend aussi de sa vitesse, de sa masse, de son trajet et des autres résistances au mouvement.

L’aérodynamique est déjà un outil classique de conception ferroviaire. La nouveauté revendiquée par ALTEN porte davantage sur la rapidité avec laquelle les ingénieurs peuvent rechercher une forme satisfaisante. Chaque nouvelle simulation demande du temps de calcul, avant même les étapes de fabrication, d’essai et de validation des pièces retenues.

Au laboratoire ALTEN de la rue Alain-Fournier, à Toulouse, les équipes travaillent notamment sur la mécanique des fluides numérique, l’optimisation des géométries et les méthodes de simulation. Le groupe collabore également avec le LAAS-CNRS sur les outils scientifiques destinés aux cyclistes.

Le carénage étudié pour Alstom illustre ce transfert vers l’industrie ferroviaire. Sa validation sur un matériel en exploitation n’est pas établie. À Toulouse, le laboratoire d’ALTEN développe les outils permettant de comparer davantage de formes avant de passer aux essais physiques.