À 14 h 24 précises, en ce jeudi d’août, le train 1F34 quitte la gare de Londres Victoria à destination d’Eastbourne. Environ 150 personnes sont à bord. Rob Bradley voyage avec sa fille de six ans. Les sœurs Milly et Daisy Stevens rentrent de vacances en Espagne avec leur mère. Susan Lees est installée dans la huitième voiture ; elle a réussi à attraper le train à la toute dernière minute. Pour l’instant, c’est un trajet d’été tout à fait ordinaire à travers le sud de l’Angleterre.

Une heure et demie plus tard, peu avant Lewes, le train commence à tanguer. Rob Bradley sent soudain sa voiture se soulever. Bagages et passagers sont projetés vers l’avant, le train poursuit sa course et de la poussière pénètre dans les voitures. Bradley et sa fille s’en sortent indemnes. Plus à l’arrière, trois voitures basculent le long du talus. La mère des sœurs Stevens est projetée contre le plafond et se fracture plusieurs côtes. Milly et Daisy doivent ramper à travers les voitures couchées sur le côté pour parvenir à sortir.

« Heureuse d’être encore en vie »

Susan Lees, qui se trouve dans la dernière voiture, racontera plus tard que le train a soudain accéléré et que sa voiture s’est inclinée sur le côté. Puis elle se renverse. Susan Lees est ensuite évacuée par une porte qui, la voiture étant couchée sur le flanc, est pratiquement devenue une ouverture dans le toit. « Je suis simplement heureuse d’être encore en vie », confie-t-elle ensuite aux journalistes. Trente personnes sont blessées, dont vingt doivent être prises en charge à l’hôpital.

À Lewes, la journée est chaude, ensoleillée et presque sans vent ; la station météorologique la plus proche mesure environ 27 °C. Ailleurs au Royaume-Uni, la température atteint ce jour-là 38,1 °C, soit la valeur la plus élevée de l’année. Le sud de l’Angleterre vient de connaître plusieurs semaines de temps exceptionnellement chaud et sec.

Il n’est pas encore établi de manière définitive si la chaleur a causé l’accident. Ce qui est certain, c’est que la voie présentait déjà une déformation avant le déraillement. Des images prises depuis un train ayant franchi l’endroit environ deux heures plus tôt montrent une irrégularité visible du rail. D’autres voyageurs indiquent par la suite que leurs trains avaient auparavant fortement secoué au même endroit. Le Rail Accident Investigation Branch (RAIB), l’organisme britannique chargé d’enquêter sur les accidents ferroviaires, examine désormais le rôle qu’ont pu jouer les semaines de chaleur et de sécheresse, le sous-sol argileux et des travaux antérieurs sur la voie.

Après près de trois semaines de fermeture, la ligne est de nouveau ouverte au trafic voyageurs depuis le 1er septembre. Auparavant, Network Rail avait renouvelé environ 500 mètres de voie, remplacé 850 traverses et stabilisé le talus endommagé.

Un été de records

Des événements comme l’accident de Lewes ont été signalés dans de nombreuses régions du monde cet été. À Bollebygd, en Suède, un train de marchandises déraille fin juin. Selon le gestionnaire d’infrastructure Trafikverket, la cause probable est une solkurva — littéralement une « courbe solaire » —, terme suédois désignant un flambage de la voie provoqué par la chaleur.

Une déformation de ce type a également provoqué un grave accident au Canada début juillet. Près de Repentigny, dans la province de Québec, un train de marchandises de près de trois kilomètres et demi, composé de 172 wagons, déraille ; selon la compagnie Canadian National Railway (CN), 46 wagons quittent les rails. Des perturbations et restrictions d’exploitation liées à la chaleur sont également signalées aux États-Unis, au Japon et en Australie, ainsi que dans de nombreux pays européens.

Ces derniers mois ont fait de vastes régions de l’hémisphère Nord le théâtre d’un été de records. Dans de nombreux pays, des records de température ont été battus, souvent dans des séries de mesures remontant à plus d’un siècle. Et les études montrent que le risque de flambage de la voie augmente avec la température.

La chaleur met les rails sous pression

« La chaleur met la voie sous pression », explique Stefan Distlberger, ingénieur et Head of Business Development chez Vossloh, spécialiste des technologies ferroviaires. Sous l’effet direct du rayonnement solaire, les rails peuvent atteindre une température supérieure d’environ 20 °C à celle de l’air ambiant. Dans une voie soudée en continu, cela génère d’importantes forces longitudinales de compression.

« Si la résistance latérale de la voie — assurée notamment par le ballast, les traverses et les systèmes de fixation — n’est plus suffisante, la voie peut se déformer latéralement : c’est le flambage de voie. »

Les forces en jeu sont considérables. Pour un profil de rail étudié par le Transportation Safety Board of Canada (TSB), le Bureau de la sécurité des transports du Canada, une hausse de la température du rail d’environ un demi-degré Celsius génère déjà près d’une tonne supplémentaire de force de compression longitudinale. Lorsque la température du rail dépasse de 15,5 °C sa température neutre, la force de compression atteint environ 28 tonnes dans chacun des deux rails.

Une température élevée ne suffit toutefois pas, à elle seule, à provoquer un flambage. La situation peut devenir critique lorsqu’un train circule sur une section de voie déjà fortement sollicitée : les forces dynamiques supplémentaires peuvent suffire à faire dévier la voie latéralement.

C’est pourquoi les opérateurs ferroviaires imposent souvent, par précaution, des réductions de vitesse en période de forte chaleur. Les trains plus lents exercent des sollicitations dynamiques moindres sur la voie et réduisent ainsi le risque de flambage. En revanche, lorsque la voie s’est déjà déformée sous l’effet de la chaleur, ralentir ne suffit pas nécessairement : la ligne doit alors parfois être fermée et la voie réparée.

Des dizaines de facteurs interagissent

« La chaleur et la pression ne provoquent pas automatiquement des problèmes », souligne Stefan Distlberger. « Un flambage se produit là où la voie oppose le moins de résistance latérale. »

À Lewes, en Angleterre, les enquêteurs cherchent par exemple à déterminer si la sécheresse prolongée a pu favoriser des mouvements du sous-sol argileux et ainsi modifier la géométrie de la voie. Au Canada, après l’accident de Repentigny, les enquêteurs ont constaté l’absence ou le déplacement de dispositifs anti-cheminement, destinés à empêcher les rails de se déplacer longitudinalement. Et à Bollebygd, en Suède, l’enquête se poursuit afin de déterminer quels facteurs, outre la chaleur, ont pu contribuer au flambage présumé.

Il est désormais possible d’identifier numériquement les endroits où se situent ces points faibles, explique Distlberger. Le logiciel Track Stability, développé par Vossloh, combine des informations sur la conception et l’état de la voie avec des données issues de trains d’inspection et des constats visuels.

« Selon la ligne, entre 30 et 40 facteurs influencent le résultat : notamment la conception de la superstructure et de l’infrastructure, des paramètres d’exploitation tels que la charge à l’essieu et la vitesse, ainsi que l’état des composants. »

Pour des points sélectionnés, le logiciel calcule la marge de sécurité vis-à-vis du flambage de la voie et détermine à quelles températures et vitesses des seuils critiques sont atteints. Cette marge est exprimée sous forme d’écart de température en kelvins ; une différence d’un kelvin correspond à un degré Celsius. Une carte avec code couleur indique les zones où la voie est stable et celles qui nécessitent un examen plus approfondi.

Augmenter la marge de sécurité

Le diagnostic permet ensuite de formuler des recommandations concrètes : travaux de bourrage du ballast, ajout de dispositifs d’ancrage des traverses, systèmes de fixation plus robustes, éclaircissement de la surface des rails ou réduction temporaire de la vitesse.

Stefan Distlberger, Head of Business Development chez Vossloh

Distlberger donne un exemple concret : « Si l’on calcule les valeurs pour cette ancienne configuration de fixation sur une traverse en bois, on obtient une marge de résistance de 81 kelvins. » En remplaçant cette configuration par un système de fixation moderne sur une traverse en béton, la résistance augmente de 45 kelvins et la marge atteint 126 kelvins. « Même courbe, même rayon, mais plus de 50 % de marge supplémentaire avant d’atteindre le risque de flambage — simplement en modifiant la configuration du système de fixation. »

Le logiciel permet également de comparer à l’avance différentes variantes par simulation.

« Nous pouvons non seulement identifier les endroits où un risque apparaît, mais aussi calculer quelle mesure permet d’améliorer le plus efficacement la stabilité », explique Distlberger.

Pour les gestionnaires d’infrastructure, cela signifie qu’ils peuvent concentrer leurs moyens sur les points réellement critiques et appliquer de manière plus ciblée les restrictions d’exploitation. Cela améliore la sécurité et la disponibilité du réseau tout en permettant d’éviter des interventions et des coûts inutiles.

« Au lieu de ralentir par précaution toute une ligne en cas de forte chaleur, on peut réduire la vitesse uniquement là où cela est réellement nécessaire », explique Distlberger.

À terme, des preuves fiables de stabilité pourraient également contribuer à permettre certains travaux en plein été qui ne sont pas autorisés dans le cadre réglementaire actuel.

L’importance pratique d’une telle marge de sécurité calculée s’est manifestée peu après l’accident de Lewes. Quelques jours seulement après la réouverture, le trafic sur la ligne près de Lewes a de nouveau été temporairement restreint afin de procéder à une inspection préventive de la voie ; une nouvelle inspection a suivi deux jours plus tard. Network Rail a indiqué que l’été exceptionnellement chaud et sec avait affecté l’état de la voie sur certaines sections de la ligne, entraînant des limitations de vitesse et un horaire réduit pendant plusieurs semaines.