La réduction de l’impact environnemental du secteur des transports est une des priorités nationales. Le Lamih (Laboratoire d’automatique, de mécanique et d’informatique industrielles et humaines), qui travaille dans le domaine du transport et des mobilités au sens large, s’intéresse à cette thématique. Les recherches du laboratoire sous la double tutelle du CNRS et de l’UPHF s’orientent depuis plusieurs années sur les problématiques liées au ferroviaire.
Il est considéré comme respectueux de l’environnement, car il a un faible impact sur l’émission de gaz à effet de serre et émet peu de polluants. Mais le freinage mécanique des véhicules émet des particules fines, ce qui augmente leur concentration dans l’air, en particulier dans les réseaux souterrains.
Le département Mécanique du laboratoire s’est ainsi penché sur ces problématiques d’émissions et leur caractérisation. À la fin des années 2010, le Lamih a commencé par lancer, avec Alstom, une thèse sur la compréhension de la génération de particules fines des trains, notamment des métros qui circulent en milieu confiné.
« Nous avons mobilisé des compétences en tribologie et en mécanique des fluides pour concevoir un modèle d’émissions de particules. Cette première thèse nous a permis de mieux appréhender les phénomènes complexes mis en jeu lors du freinage », explique Laurent Keirsbulck, directeur du département Mécanique.
Encouragé par les premiers résultats de cette étude, le Lamih rejoint ensuite le projet Breaq (Braking Emissions Characterisation & Mitigation for Air Quality Improvement), projet financé à hauteur de sept millions d’euros par l’Ademe.
L’objectif du projet, porté par Alstom, concerne toujours les particules fines. Son ambition est toutefois plus large, et se structure autour de trois axes de recherche : réduire la production de particules, capter les particules à la source et, enfin, modéliser leur diffusion, notamment pour mettre au point des systèmes d’extractions d’air efficaces dans les espaces souterrains. Afin de tester les différents travaux menés dans le cadre du projet, le Lamih a placé la soufflerie du campus du Mont Houy, de l’Université polytechnique Hauts-de-France, intégrée dans la plateforme régionale des Hauts-de-France « Contraero », au cœur de son projet. L’équipement a l’avantage d’être doté d’une « veine » d’essais particulièrement longue, adaptée aux expérimentations des véhicules ferroviaires.
Cet équipement est utilisé dans le cadre du projet Breaq pour mieux caractériser et modéliser les émissions de particules fines. Le Lamih a notamment installé un dispositif de freinage caréné, afin de tester différents paramètres de cette opération.
« Une des particularités est que nous pourrons le faire en dynamique, grâce à la soufflerie qui offre différentes vitesses de vent, comme dans des conditions réelles », poursuit Laurent Keirsbulck.
Ces travaux permettront d’éprouver les différentes hypothèses théoriques des chercheurs, et de développer un modèle numérique plus précis d’émissions.
Les partenaires du projet, qui doit durer jusqu’en 2025, étudient déjà plusieurs pistes pour restreindre les émissions. Tout d’abord, les capter dès leur émission. Une autre voie explorée concerne la modification des matériaux utilisés pour réaliser les plaquettes de frein. Dernière piste : modifier la séquence de freinage des trains.
« Les trains, comme les métros, pourraient commencer à freiner plus tôt, et plus longtemps. Cela permettrait de réduire le volume de particules produites dans les stations, qui sont des lieux clos. »
Plus largement, le laboratoire mise sur cette plateforme unique au nord de la France, dédiée au transport terrestre, pour participer à la réduction de l’empreinte environnementale du secteur. Grâce aux différents instruments de mesure que compte la soufflerie, la plateforme permet de mener de nombreuses recherches sur l’aérodynamisme des véhicules, phase clé de leur développement, pour abaisser leur consommation.