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Plus de sécurité avec COGI

Avec COGI, les joints isolants sont sous contrôle

Système GCF innovant pour la sécurité des voies

La sécurité passe par la fibre optique. Dans le ferroviaire aussi. COGI, le système mis au point par le département de recherche et de développement de GCF pour le Contrôle optique des joints isolants promet de révolutionner la technologie et les procédures de surveillance des joints de rail isolants collés, un des points les plus vulnérables de l'infrastructure ferroviaire.

Innovant et unique en son genre, le nouveau système a été conçu selon des spécifications techniques et fonctionnelles de RFI, testé et certifié en laboratoire avant d’être vérifié et validé sur le terrain pendant des mois par des organismes de certification agréés. Il est aujourd’hui breveté et prêt à être mis en œuvre sur les réseaux ferroviaires. Il permet de mesurer à distance, en continu et en temps réel, avec des échelles de résolution micrométriques, les déformations des joints isolants collés qui se créent au fil du temps – en particulier l’ovalisation des trous des éclisses due à l'action cyclique des charges dynamiques et des fluctuations thermiques, et le décollement consécutif des joints – permettant ainsi d’identifier les déformations et erreurs d'alignement anormales, qui sont souvent à l’origine d’incidents ferroviaires, et d’intervenir en temps utile.

Un saut de qualité non négligeable en matière de sécurité si l'on considère que l’identification des dysfonctionnements des joints repose aujourd’hui uniquement sur le contrôle visuel – non exempt de possibilités d’erreur – de la part des agents de maintenance..

« Le COGI, explique Marco Renzetti, ingénieur du département de R&D de GCF, est un dispositif optique passif doté de moyens d’ancrage magnétique qui permet une installation rapide sur n’importe quel type de rail. À travers deux connecteurs plug and play, il est raccordé à un système de diagnostic développé spécialement qui, depuis un serveur ou le cloud, permet de surveiller en continu l’écartement du joint à une fréquence de l’ordre du kHz et avec une résolution de l’ordre du micron. Ce qui permet d’identifier non seulement le décollement proprement dit mais aussi tous les mouvements et micromouvements des joints isolants ».

Installation et test du dispositif COGI

COGI : principe de fonctionnement

L’âme du COGI, sa partie sensible, est constituée d’un filament de fibre optique doté d’un réticule de Bragg réalisé spécialement à partir d’un projet et d’un brevet GCF par Diamond SA qui a transformé le filament de fibre optique en transducteur opto-mécanique de précision. Cette même entreprise réalise également le capteur et les câbles de raccordement en utilisant des connecteurs à faible perte conçus pour résister aux environnements hostiles et maintenir un haut niveau de protection. « Les déformations mécaniques longitudinales de traction/compression subies par la fibre optique, explique Elisa Duca, ingénieure du département de R&D de GCF, provoque une variation géométrique du réticule qui, à son tour, entraîne une variation de la longueur d’onde de la lumière réfléchie. De cette manière, le logiciel de diagnostic peut détecter de manière précise et répétible la déformation subie par la fibre pour la comparer aux variations normalement provoquées par les changements de température et déterminer le moment où le dépassement d’un seuil nominal standard est dépassé ».

Ces derniers mois, Ferrovie Emilia Romagna a promu l’installation du système COGI et la réalisation d’essais de validation sur le terrain dans les installations ferroviaires de la gare de Crespellano, sur la ligne Casalecchio-Vignola (km 12-579) où sept joints collés isolants surveillés avec COGI ont été identifiés : « Pendant trois mois, explique Ilario Febi, de la division R&D de GCF, un logiciel développé spécialement a collecté les données transmises par le COGI parallèlement aux activités périodiques d’inspection visuelle de la part du personnel FER. Un instrument d’échantillonnage à une fréquence de 1 kHz et une résolution en longueur d’onde de 8 pm, correspondant à une résolution spatiale minimum de l’ordre de 10 microns, ont été utilisés pour l’expérimentation ». Deux essais de fatigue ont été réalisés simultanément afin de tester les modalités de réaction et, pour ainsi dire, de discernement de COGI au passage des trains mais aussi d’engins ferroviaires affectés à la maintenance des voies et du ballast : « Dans ce cas également, poursuit Ilario Febi, le capteur de COGI a continué de lire la déformation du joint pendant et après les opérations de bourrage sans subir aucun type de dommage, d’interruption ou de déplacement de nature à dépasser les seuils d'alarme ».

COGI, le logiciel

Ci-dessus : à l’écran, dans la salle des opérations, les données en temps réel relatives à l’état de tous les joints d’une certaine zone surveillée avec COGI.

COGI : les développements immédiats et à moyen terme

Maintenant, tandis que les démarches pour l’extension internationale de la validité du brevet hors UE sont sur le point d’aboutir, le système de diagnostic innovant de GCF va être installé sur un tronçon de 7 km de la ligne Oleggio – Bellinzona. « L’expérimentation, commente Marco Renzetti, a amplement démontré qu’il est aujourd’hui possible de mesurer de manière fiable, continue et à distance l’état d’un nombre élevé de joints isolants collés depuis une salle de contrôle et de collecter des données statistiques précieuses pour améliorer l’efficience et l’efficacité des inspections visuelles ». Grâce à la résolution atteinte par le capteur COGI, à la plage de mesure et à l’échantillonnage garanti par le système, il est par exemple possible de détecter le processus d’ovalisation des trous de l’éclisse qui amorce la rupture du JIC (Joint isolant collé). Il sera possible de gérer un système d'alarmes automatiques qui, en fonction de seuils préétablies, pourront être transmises par e-mail, SMS, ou push notification à un ou plusieurs référents de la sécurité.

Mais ce n’est pas tout.

L’expérimentation a montré qu’il est possible, grâce à COGI, d’estimer de manière prédictive et avec une bonne approximation la vie utile d’un JIC en se basant sur les données provenant des signaux de transit du train telles que l’estimation de la charge axiale et l’énergie absorbée par le JIC roue après roue.

La division R&D de GCF, avec l'aide d’un parcours de dottorato executive, œuvre au développement d’un algorithme de prédictions spécifique qui pourra exploiter davantage encore les capacités de COGI pour la surveillance de la sécurité de l’infrastructure ferroviaire.

Et Elisa Duca de conclure : « COGI présente différents avantages : il est fiable, précis, rapide à installer et à configurer, économique, totalement passif, c’est-à-dire ne nécessitant aucune alimentation électrique, excluant donc de par sa conception toute possibilité d'interférence avec les champs électriques caractéristiques de l’environnement ferroviaire. Mais c’est surtout un système modulaire, ouvert à d’ultérieures évolutions en termes de fonctionnalités et de capacité prédictive ».

Vidéo : Le système COGI

COGI, essais en ligne avec les moyens opérationnels