Crédit photo en-tête de page : Eric Pothier

Matériaux composites, le pari de la légèreté

Plus légers donc moins énergivores, les matériaux composites correspondent aux exigences des trains de demain. À condition d’établir les normes européennes indispensables pour une utilisation à grande échelle.

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C’est ce qu’on appelle un test grandeur nature. En mars 2022, un TGV Paris-Hendaye a heurté une biche à pleine vitesse. L’animal n’est plus… Mais le nez de la locomotive a bien résisté. De quoi réjouir Tanguy Choupin, chef de projet « Matériaux et procédés innovants » au département « Physique du système ferroviaire » de la SNCF. En 2019, c’est lui qui avait proposé de remplacer les nez originels par des matériaux composites issus de l’aéronautique.

Les matériaux composites ? L’assemblage d’une matrice organique (polyester ou résine époxy) et d’un renfort fibreux (verre ou carbone) qui possède bien des avantages. Ce « plastique renforcé », utilisé depuis le début des années 1960 dans l’aviation, est idéal pour fabriquer des pièces complexes de grandes dimensions. Mais il cumule aussi légèreté et résistance. Un atout pour réduire la masse des trains, diminuer leur consommation d’énergie et embarquer plus de passagers. 

« Cette technologie nous offre une formidable opportunité de mettre le bon matériau au bon endroit. Utiliser du composite verre époxy à la place du verre polyester permet de rendre les étraves plus résistantes aux chocs tout en améliorant l’aérodynamisme », explique Karim Slimani, responsable des matériaux composites et expert Synapses à la direction du Matériel de SNCF Voyageurs.

Plus durable à bien des égards

Concernant le nouveau nez des TGV, le procédé sera industrialisé fin 2022. « C’est plus cher qu’un matériau classique, mais ça durera nettement plus longtemps. À raison de 450 nez cassés par an, on devrait s’y retrouver », assure Tanguy Choupin.

Identifier les matériaux du futur susceptibles d’être utilisés dans le ferroviaire, voilà la mission du groupe « Matériaux et procédés innovants ». Des matériaux plus légers donc, moins énergivores pour construire le train du futur… Ainsi, plus un train électrique sera léger, plus il pourra embarquer de batteries à son bord. Même logique pour les projets Train Léger innovant, Draisy et Flexy, dont le poids réduit par rapport aux trains actuels permettra de moins solliciter les voies, et donc d’augmenter leur durabilité.

En savoir plus sur les Trains Légers et très Légers

Cette technologie nous offre une formidable opportunité de mettre le bon matériau au bon endroit. Utiliser du composite verre époxy à la place du verre polyester permet de rendre les étraves plus résistantes aux chocs tout en améliorant l’aérodynamisme.

Karim Slimani, responsable des matériaux composites et expert Synapses à la direction du Matériel de SNCF Voyageurs

Quand la lourdeur des trains se paiera cash

Le groupe travaille sur des nouveaux matériaux composites bio-sourcés et recyclables. Les plus résistants possible. Car plus un matériau est durable, moins il impacte l’environnement.

La difficulté d’une telle démarche ? « Adapter ces matériaux aux usages du ferroviaire, ultra-exigeant en termes de résistance au feu et de toxicité », explique Tanguy Choupin. Avant de remplacer des pièces semi-structurelles comme les sièges en métal et des pièces structurelles comme les bogies1  ou la caisse extérieure en alu d’un train… ll faut des normes.

À cet égard, les chercheurs de la SNCF participent au Comité Européen de Normalisation (CEN) chargé d’établir des règles pour pouvoir utiliser ces matériaux. Mais le défi est aussi pécuniaire : les matériaux composites deviendront intéressants financièrement quand la lourdeur des trains se paiera cash. À l’image de l’aéronautique où chaque kilo en moins sur un avion est synonyme d’économie substantielle.

C’est là tout l’intérêt de la recherche : anticiper les projets de demain pour les rendre réalisables. 

C’est plus cher qu’un matériau classique, mais ça durera nettement plus longtemps. À raison de 450 nez cassés par an, on devrait s’y retrouver.

Tanguy Choupin, chef de projet « Matériaux et procédés innovants » de la direction Technologies, Innovation et Projets Groupe de la SNCF

Trois questions à Tanguy Choupin

Est-ce que vous concevez vous-mêmes des matériaux composites ?

À 90%, nous travaillons avec des matériaux industriels déjà « sur étagère ». Mais on se laisse l’opportunité de concevoir des matériaux prometteurs : si on trouve un matériau vert, peu cher, dont il faut développer la partie sécurité pour l’adapter à nos besoins, on peut collaborer avec un fournisseur intéressé afin de développer le matériau avec lui.

Intervenez-vous au moment de la fabrication des matériels ?

Nous collaborons avec les fabricants de trains. Nous intervenons aussi au moment de l’élaboration du cahier des charges qui guide la fabrication du matériel roulant.

Mais la maintenance reste au cœur de vos projets ?

Oui, une pièce qui casse régulièrement par exemple, c’est du ressort de la SNCF. Tout comme le réaménagement à mi-vie des trains. Au bout de 15 ans, on déshabille le train pour tout changer. Là on peut intervenir pour amener des innovations matériaux dans la confection des habillages intérieurs : siège, panneaux d’habillage, bar, etc.

Nos partenaires

La SNCF compte un technicentre spécialisé dans la réparation des pièces de carénage composites situé à Rouen. Tous les matériaux composites sont testés et validés à l’Agence d’Essai Ferroviaire (AEF) située à Vitry-sur-Seine (Val-de-Marne).

En savoir plus sur l’AEF

Les partenaires externes sont des fournisseurs de pièces composites ferroviaires, des sous-traitants spécialisés dans ce domaine ainsi que des laboratoires académiques et industriels. 

Le projet « Traverse composite »

1 Un bogie (ou boggie) est un chariot situé sous un véhicule ferroviaire, sur lequel sont fixés les essieux (et donc les roues).