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A u service maintenance de laSNCF, c’est bientôt le Tour deFrance. Au programme, pas decourse contre la montre, pas de

victoire d’étape, mais un parcours inédit de30000 kilomètres à bord d’un train roulant

à 120 kilomètres/heu-re... Grâce à ce train, laSNCF compte inspecterl’ensemble des caté-naires du réseau ferréfrançais, et traquer tousles défauts provoquantun échauffement anor-mal. L’objectif, à terme,est de réaliser un étatdes lieux du réseau, etd’effectuer les inter-ventions de mainte-nance qui s’imposentafin de prévenir lesincidents.Pour mener à bien une

telle expédition, le service Maintenance uti-lisera un wagon pas comme les autres.Vul-cain, c’est son nom, embarquera en effet ungroupe électrogène, un système d’acquisi-tion de données infrarouge et… une camé-ra de thermographie.Ce projet est l’aboutissement d’une démarcheentreprise par la SNCF il y a une quinzained’années.A l’époque, l’activité Infrastructu-re, qui gère la maintenance des équipementsau sol (voies, caténaires, systèmes de signa-lisation…) cherche une solution pour sur-veiller les stations d’alimentation électrique.Sur ces équipements (que la SNCF nomme“EALE”, pour Équipement d’Alimentationdes Lignes Électrifiées), le moindre défautpeut être lourd de conséquences.Au servicemaintenance de la SNCF, chacun se souvientde l’incendie de La Roche sur Foron en 1998,ou de celui de Médillac en 2002. « Dans le pre-mier cas, il a suffi d’un défaut de serrage sur un circuitd’alimentation électrique pour provoquer l’incendie d’unesalle à relais.Le coût de la reconstruction s’est élevé à un

million d’euros. Le deuxième incident, dû lui aussi à undéfaut de serrage, a perturbé le trafic de 83 trains »,indique Bernard Ponton, expert maintenan-ce signalisation à la SNCF. Ces incidents nesont pas des cas isolés. « Sur l’ensemble du réseaufrançais,nous comptons en moyenne près de deux incen-dies par an », précise M. Ponton.Pour prévenir le risque d’incendie des EALEet des installations de signalisation, uneméthode s’est imposée : la thermographieinfrarouge. Au début des années 90, lesrégions* de Paris Est et Paris Rive Gaucheréalisent un premier essai avec deux camérasdotées d’une matrice à balayage, mais il fautattendre une initiative de la région de Stras-bourg en 2001 pour que le projet prennede l’ampleur. Cette année-là, la régionacquiert la caméra à matrice bolométriqueThermaCam PM 695 de Flir Systems et dresseun premier bilan. « Sur 344 installations contrôlées,

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L’application est unique en Europe. Grâce à une voiture d’essais équipée d’unecaméra de thermographie infrarouge, la SNCF pourra bientôt contrôler, à 120 kilo-mètres/heure, les défauts de serrage des caténaires… Ce projet est l’aboutisse-ment d’une démarche entreprise par la SNCF il y a une quinzaine d’années. Dujour où la thermographie infrarouge s’est imposée pour contrôler les installationsélectriques d’alimentation, jusqu’à l’étude de faisabilité qui est actuellement encours de validation, le service maintenance a dû surmonter des contraintes trèsspécifiques. Petite histoire du déploiement, à grande échelle, d’une application demaintenance “pas comme les autres”…

L’essentiel

� La SNCF utilise la thermo-graphie infrarouge depuisprès de 30 ans pour sur-veiller les installations élec-triques et les postes designalisation.

� Depuis peu, elle a égale-ment démontré l’intérêt dela méthode dans larecherche des défauts deserrage au niveau des caté-naires.

� Le coût de ce projet, qu’el-le pourrait être la premièreà industrialiser en Europe,est estimé à 132 k€.

Vuà la

SNCF

Reportage

M A I N T E N A N C E P R É V E N T I V E

La thermographietraque les défautsdes caténaires…à 120 km/h

Une caméra de thermographie infrarouge de Flir Systems,embarquée sur une voiture d’essaisde la SNCF,pourra bientôt inspecter près de 30000 kilomètres de caténaires à la vitesse de120 km/h.Le coût de ce projet,que la SNCF pourrait être la première à industrialiser enEurope,est estimé à 132 k€.

*Il ne s’agit pas de l’une des 26 régions françaises, maisde l’une des 23 “régions” délimitées par la SNCF pourson usage interne.

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153 présentaient un défaut susceptible de provoquer unincident »,souligne M. Ponton.Encouragée par l’intérêt de la méthode, larégion de Strasbourg présente ses résultatsau niveau national. Quelques temps après,la direction de la SNCF décide de débloquerun crédit exceptionnel pour la préventiondu risque incendie.Dès lors, le mouvement s’accélère. Fin 2002,la SNCF fait l’acquisition de quatre autrescaméras PM 695 pour les régions de Paris-Nord,Bordeaux, Paris Sud-Est et Lyon, et for-me une dizaine d’agents à l’utilisation de cescaméras. En 2004, elle lance un appel d’offresportant sur 18 caméras supplémentaires. Par-mi les 9 sociétés consultées, c’est à nouveauFlir Systems qui remporte le marché.La SNCF nomme alors des correspondantsrégionaux spécialisés en thermographie infra-rouge. Avec les opérateurs, ils sont près de80 personnes à utiliser la thermographie auquotidien…

Des EALE aux caténairesDans le même temps, l’activité Infrastructu-re doit faire face à d’autres types d’incidents.En 1988, elle constate d’importants pro-blèmes d’échauffements sur les caténaires dela ligne C (l’une des plus fréquentées de larégion parisienne). « Avec la chaleur, les caténairesse dilataient à tel point qu’ils pouvaient pratiquementatteindre le haut des voitures, indique Gérard Mil-lot, expert Maintenance Caténaire à la SNCF.Le risque,dans cette situation,c’est que le passage d’une voi-ture sectionne les câbles et interrompe le trafic ».Dans un premier temps, l’équipe de main-tenance attribue la présence d’échauffementsà la forte fréquentation de la ligne C. Pour

distribuer davantage d’intensité sur la caté-naire, elle renforce les porteurs existants eny ajoutant des feeders (fils d’alimentationsupplémentaires). Mais cela ne résout pas leproblème. Pour comprendre l’origine del’anomalie, le service maintenance loue alorsune caméra de thermographie infrarouge.« En nous déplaçant avec la caméra le long de la ligne,nous nous sommes rendus compte que les zones d’échauf-fement se situaient au niveau des jonctions entre les caté-naires, et aux points de contact entre les caténaires et lescâbles d’alimentation, précise M. Millot. Toutes cesconnexions sont des risques d’incidents potentiels ».La ligne C présente une particularité :elle com-porte pas mal de tunnels. Pour des raisons desécurité, l’équipe de maintenance ne peutdonc contrôler les caténaires que la nuit,lorsque le trafic des trains est interrompu.Mais« lorsqu’aucun train ne circule, il n’y a pas d’échauffe-ment! »,précise M.Millot. Impossible,dans cesconditions, de détecter la moindre anoma-lie… « C’est ainsi qu’est née l’idée d’utiliser une camérade thermographie embarquée », indique M. Millot.Le premier essai, réalisé en 1991, n’est pas àla hauteur des attentes. « Nous avons embarqué unecaméra à bord d’un train de nuit sur la ligne Paris-Limoges.Mais sur cette ligne,les trains ne tractent presquejamais.Il n’y a donc pas d’appel d’intensité,et pas moyende voir d’éventuelles zones d’échauffements », expliqueM.Millot. Le projet tombe dans les oubliettesjusqu’en 2000, où une recrudescence d’in-cidents contraint le service maintenance àrouvrir le dossier. « En un an,nous avons enregistrésur l’ensemble des lignes une trentaine d’incidents liés à deséchauffements de caténaires ».A chaque fois, le scé-nario est le même. Les connexions défec-tueuses provoquent un échauffement duconducteur. Sous l’effet de la chaleur et de

la contrainte mécanique à laquelle il est sou-mis, le câble se dilate, se fragilise, et finit parlâcher. « Dans le pire des cas, il peut même s’enroulerautour du pantographe », ajoute M. Millot. L’arrêtdu train et les retards qui en découlent sontsouvent lourds de conséquences. « Sur les lignesgrande vitesse, par exemple, il peut théoriquement circu-ler un TGV toutes les cinq minutes, indique M. Mil-lot.A ce rythme,la moindre seconde d’arrêt a son impor-tance.Outre l’impact commercial causé par le retard destrains, il faut aussi compter le coût de la consommationd’énergie pour les redémarrer.Le démarrage d’un TGV,parexemple,nécessite à lui seul près de 5000 ampères ».Lorsqu’elle étudie à nouveau la possibilitéd’embarquer une caméra de thermographieà bord d’un de ses trains, la SNCF sait désor-mais qu’elle doit utiliser une voiture spécia-le. « Un train “classique”ne tracte jamais en continu surtoute la durée de son parcours, indique M. Ponton.Sur la ligne TVG Sud-Est,par exemple,le mécanicien trac-te le train sur à peine la moitié du trajet. De plus, deuxconducteurs qui effectuent le même trajet ne tractent pasaux mêmes endroits ». Pour être sûr de ne man-quer aucun des défauts susceptibles de pro-voquer des échauffements, il faut utiliser unevoiture qui absorbe une intensité constantetout au long du trajet.

Un contrôle à 120 km/hLa première expérience est réalisée en 2004sur la ligne Paris Austerlitz-Les Aubrais avec laparticipation des directions de la Mainte-nance et de la Recherche de la SNCF. Sur letoit d’une voiture d’essais roulant à 120 kilo-mètres/heure, une caméra de Flir Systemsacquiert les images thermographiques descaténaires. A l’intérieur, un PC (équipé dulogiciel ThermaCam Researcher) permet de

Vu à la

SNCF

Reportage

Un PC, situé à l’intérieur de la voiture d’essais, permet de piloter la caméra et d’enregistrer les résultats.Parmi les échauffements détectés par thermographie infrarouge, tous ne sont pas problématiques.Certainsproviennent des feux de signalisation ou des lampes situées à proximité des voies.

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piloter la caméra et d’enregistrer les images.Cette fois-ci, l’essai est concluant. « La caméranous a permis de détecter et de localiser toutes les connexionsmontrant un échauffement anormal », indiqueM. Millot. Suite à cet essai, l’équipe de main-tenance démonte certains éléments de caté-naires présumés défectueux afin de confir-mer la validité du diagnostic. « L’expertise aconfirmé que les pièces incriminées avaient commencé àfondre et risquaient à tout instant de rompre », sou-ligne M. Millot.Pour en arriver là, il a fallu surmonter un cer-tain nombre de contraintes techniques. « Lechoix de la caméra,par exemple,s’est montré déterminant,explique M.Millot. Il fallait qu’elle ait une vitesse d’ac-

quisition assez élevée pourque nous puissions visuali-ser l’ensemble de la caténai-re,et qu’elle soit assez robus-te pour être montée àl’extérieur de la voiture ».La caméra Thermo-Vision A40M de FlirSystems répondait à cescritères : le modèle,basé sur un détecteurbolométrique nonrefroidi de320x240 pixels, estutilisable dans unelarge gamme de tem-pérature (de – 15 à50 °C) et offre unevitesse d’acquisitionde 60 Hz.

Autre nécessité, celle de localiser précisémentle défaut. Pour cela, le système d’acquisitionest relié au compteur kilométrique de la voi-ture d’essais. Mais cela ne suffit pas toujours.« Nous avons parfois besoin de “reconnaître”l’endroit pré-cis où l’échauffement a été détecté », précise M. Mil-lot.Pour cela, le service maintenance utiliseune caméra CCD “classique” qui acquiert enparallèle les mêmes images que la caméra dethermographie.Cette caméra permet aussi de déterminerl’origine de l’anomalie. En effet, parmi leszones d’échauffement détectées en thermo-graphie infrarouge, toutes ne sont pas pro-blématiques. « Certaines peuvent venir de feux designalisation ou de lampes situées à proximité des voies,indique M. Millot. Dans ce cas, il n’est pas néces-saire que l’équipe de maintenance se déplace ».Reste à résoudre un problème de taille : celuidu traitement des données acquises par lacaméra. « Une minute d’acquisition représente à elle seu-le près de 480 mégaoctets de données ! », s’exclameM.Millot. Sur la durée totale du trajet, « il a fal-lu trois semaines pour dépouiller les images prises sur unparcours de 500 kilomètres,soit un total de 21 DVD (unefois les fichiers gravés et compressés) ».Autre difficulté, la nécessité de trouver un“seuil”d’acceptation des défauts détectés.« Pourl’instant,nous manquons encore de retour d’expérience pourévaluer la sévérité des défauts,indique M.Ponton.Rienne nous permet par exemple de dire qu’un écart de 5 °C estadmissible,mais qu’il faut remplacer la pièce défectueuse sil’on constate un écart de 6 °C ».Difficile aussi pour le service maintenancede prédire le moment où la connexion défec-

tueuse lâchera afin d’optimiser la périodici-té des interventions. « Lorsque nous détectons undéfaut, nous ne savons pas depuis quand il est présent,précise M. Millot. La rupture peut donc très bien seproduire six mois,un an ou dix ans après! ».

Vers une future industrialisationConvaincu par l’intérêt de la méthode, le ser-vice maintenance des caténaires cherchedésormais à industrialiser la méthode. « Lelogiciel d’acquisition est le point le plus critique,indiqueM. Millot. Il va falloir trouver un outil permettantd’automatiser le traitement de toutes ces données, et demettre en évidence,le plus rapidement possible,les défautsqui nous intéressent ».Parmi les autres améliorations qui sontactuellement à l’étude, « nous pensons utiliser unefenêtre de visée moins grande pour nous affranchir desfaux défauts générés par les lampes ou les postes de signa-lisation »,souligne M. Millot.Mais les caténaires ne sont pas toujours à lamême hauteur. Situées habituellement à5,75 mètres, elles s’élèvent à 6,20 mètres lorsd’un passage à niveau routier. Pour trouver lafenêtre de visée adéquate,un compromis seradonc certainement nécessaire...Le projet a déjà été approuvé par la Direc-tion de l’Infrastructure de la SNCF. Reste àréaliser une étude de faisabilité et à lancer unappel d’offres. Dans les mois à venir, la SNCFcompte développer une voiture dédiée exclu-sivement à la surveillance des 30000 kilo-mètres de caténaires du réseau ferré français.« Un même train pourrait nous permettre de détecter leséventuelles zones d’échauffement des caténaires,de connaîtreles endroits où l’on doit utiliser des feeders pour renforcerles lignes,et même de mesurer la hauteur ou l’épaisseur descaténaires par un système de mesure laser », indiqueM. Millot. Le service maintenance envisageaussi d’autres applications pour la thermo-graphie infrarouge. Elle pourrait notamments’en servir pour mesurer l’échauffement desconnexions du circuit en retour de traction.En attendant, elle songe à réaliser un partaged’expériences via son site intranet afin d’im-pliquer tous les opérateurs chargés d’utiliserla thermographie au quotidien...

Marie-Line Zani

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SolutionsVu à la

SNCF

Reportage

Flir Systems, en bref

� Création en 1958 en Suède� Fusion avec Agema en 1997� Acquisition d’Inframetrics

en 1999� Trois sites de production

(un en Suède, deux auxÉtats-Unis)

� Spécialité : caméras dethermographie infrarougepour des applications demaintenance préventive,R&D et contrôle de procé-dés industriels

� Effectif : près de 800 per-sonnes, dont une quinzai-ne en France

� Siège :Issy-les-Moulineaux (92)

C’est sur cette voiture d’essais,nommée Vulcain, que la SNCF embarquera prochainement la caméra de thermographie infrarouge dédiée àla surveillance des caténaires.

La thermographie infrarouge permet de détecter des échauffementsanormaux de caténaires,notamment au niveau des jonctions entreles différents câbles.

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