Soutenance de thèse de Matthieu Ems (département mécanique)

Réduire les émissions de particules, notamment les PM10, les PM2.5 et les ultrafines (<100nm) est devenu un enjeu environnemental et de santé publique. Leur dispersion dans l’environnement proche au cours du freinage à friction est liée, d’une part, aux sollicitations thermomécaniques à l’interface garniture – disque, et d’autre part, à l’encombrement sous véhicule qui va influencer leur trajectoire initiale.

Cette thèse fait partie du projet BREAQ visant à réduire l’exposition aux particules fines issues du freinage ferroviaire.

Les travaux présentés dans ce mémoire s’intéressent plus particulièrement à relier la production de particules aux paramètres thermomécaniques dans le contact d’un frein à disque et à évaluer leur trajectoire par une technique de visualisation.

Un banc d’essai de freinage à échelle réduite est dimensionné de sorte à conserver une équivalence sur la densité de flux thermique dissipée et est intégré dans une soufflerie pour émuler le déplacement d’un train.

Les conditions d’écoulement d’air sont combinées à celles de freinages afin d’être représentatives de trajets urbains réels.

Les particules de différentes tailles sont quantifiées par des compteurs et spectromètres en temps réel, en fonction des paramètres de freinage et d’écoulement.

Les données montrent une influence des conditions tribologiques sur le profil des émissions.

Les résultats mettent en évidence des phases d’émission de particules (mise en contact, maintien de l’effort, retrait).

Une analyse PIV (Particule Imaging Velocimetry), habituellement utilisée pour calculer le champ de vitesse d’un fluide ensemencé, est adaptée à notre étude pour estimer la dispersion des particules proche du système de freinage.

Les champs de vitesse estimés des particules sont en cohérence avec les mesures des compteurs.

L’analyse PIV a permis de proposer un indicateur de présence, temporel et spatial des particules émises, au cours des différentes phases d’un freinage.

Ces résultats se veulent être une base de données expérimentale pour la validation de modèles CFD de transport particulaire : ils doivent permettre à terme de développer des outils innovants de prédiction/contrôle de l’impact environnemental des matériels roulants ferroviaires (métro, train régionaux, TGV).

Rapporteurs     

• RICHARD Caroline,  Professeure des Universités, Université de Tours (GREMAN UMR CNRS 7347).
• DAZIN Antoine, Professeur des Universités, ENSAM, Lille (LMFL UMR CNRS 9014).

Examinateurs

• TRUNFIO SFARGHIU Ana Maria, Chargée de recherche, INSA, Lyon (LAMCOS UMR CNRS ).
• BOHER Christine , Professeure des Universités, IMT, Albi (ICA UMR CNRS 5312).

Co-Directeurs de thèse

• DUBAR Laurent, Professeur des Universités, Université Polytechnique Hauts-de-France, Valenciennes (LAMIH UMR 8201).
• KEIRSBULCK Laurent, Professeur des Universités, Université Polytechnique Hauts-de-France, Valenciennes (LAMIH UMR 8201).

Co-encadrants

• BASLEY Jérémy, Maitre de conférences, Université Polytechnique Hauts-de-France, Valenciennes (LAMIH UMR 8201).
• MERESSE Damien, Maitre de conférences, Université Polytechnique Hauts-de-France, Valenciennes (LAMIH UMR 8201).
• WATREMEZ Michel, Maitre de conférences, Université Polytechnique Hauts-de-France, Valenciennes (LAMIH UMR 8201).

Invitée

• PAJOT Karine, Docteure, Ingénieure, Alstom, Saint-Ouen-sur-Seine.

Particulate Matter, Freinage ferroviaire, Suivi de particules