06/07/2016 - Soutenance de thèse de Olivier Vo Van

Avis de Soutenance

Olivier VO VAN
Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :
Introduction de variabilité dans un modèle dynamique d’interaction pantographe-caténaire

Soutenance prévue le Mercredi 6 Juillet 2016 à 14h

Arts et Métiers ParisTech
151 Boulevard de l'Hôpital
75013, Paris
Grand Amphithéâtre

Composition du jury proposé :

M. Stephano BRUNI, Pr., MECC, Politecnico di Milano, Rapporteur
M. Izhak BUCHER, Pr., Dynamics Laboratory, Technion, Rapporteur
M. Jerôme ANTONI,Pr., LVA, INSA Lyon, Examinateur
M. Etienne BALMES, Pr., PIMM, Arts & Métiers ParisTech, Examinateur
M. Jean-Pierre MASSAT, Dr., I&P, SNCF Réseau, Examinateur

Résumé :

L’alimentation électrique des trains s’effectue en général par une interface pantographe-caténaire représentant un système mécanique couplé complexe. Les phénomènes dynamiques intervenant dans l’interaction entre le pantographe et la caténaire sont encore mal connus. Par ailleurs, le comportement dynamique du système est très variable car sensible à de nombreux paramètres. La première contribution de cette thèse est de proposer une analyse détaillée de l’interaction dynamique pantographe-caténaire en étudiant en particulier la réponse dynamique du pantographe à la géométrie de la caténaire ainsi que les propagations, réflexions et transmissions des ondes dans cette dernière. Il a ainsi été démontré que la coïncidence spatiale, temporelle ou fréquentielle de ces différents phénomènes est à l’origine de la majorité des variations des quantités d’intérêt. Par ailleurs, l’étude des ondes a montré que les pendules entourant le poteau avaient une importance particulière dans l’interaction dynamique et que les paramètres tels que le rapport des impédances dynamiques et la somme des vitesses des ondes dans les câbles étaient des variables dimensionnantes dans la caténaire. La seconde contribution a été de réduire les principales incertitudes épistémiques liées au modèle telles que l’amortissement dans la caténaire, la raideur de contact et la taille des éléments. La dernière contribution était d’implémenter des paramètres variables dans le modèle en utilisant les mesures disponibles. À partir de ce modèle aléatoire, les incertitudes ont été classées en utilisant les indices de Sobol sur des critères géométriques et dynamiques. L’absence de corrélation entre les critères géométriques et dynamique observée a des conséquences notables sur la politique de maintenance. Enfin, le grand nombre d’études de sensibilités réalisés a permis de souligner la maturité de l’outil de simulation et de proposer des orientations pour les travaux futurs pour la conception, maintenance ou homologation de pantographes ou de caténaires.

Mots clés : dynamique pantographe-caténaire, propagation d’ondes, coïncidences de fréquences, amortissement, contact, problème statistique inverse, propagation d’incertitude, qualité de captage

 

Summary: Introduction of variability into pantograph-catenary dynamic simulations

In railways, electrical current is generally collected by the train through a complex coupled mechanical system composed of a pantograph and a catenary. Dynamic phenomena that occur during their interaction are still not fully understood. Furthermore, the system behavior is sensitive to numerous parameters and thus highly variable. The first contribution of this thesis is a detailed analysis of the pantograph-catenary dynamic interaction separating phenomena due to the dynamic response of the pantograph to the catenary geometry from wave propagations, reflections and transmissions that occur in the catenary. The coincidence of frequencies or characteristic times is then shown to explain most variations in the quantities of interest. Moreover, droppers surrounding the mast have been shown to be particularly important in dynamic interaction. Ratio of wire impedances and sum of wave velocities also appeared to be dimensioning quantities for catenary design. The second contribution was to reduce epistemic uncertainty linked with model parameters such as catenary damping, contact stiffness and element size. The final contribution was to use the model in a configuration with random parameters. An initial step was to statistically characterize physical catenary parameters using available measurements. From this random model, ranking of uncertainties using Sobol indices on static and dynamic criteria was shown to be possible. An absence of correlation between geometric and dynamic criteria was also found, which has notable implications for maintenance policies. The high number of sensitivity studies also gave the occasion to highlight the maturity of simulation tool and propose directions for further work on design, maintenance or certification of pantographs and catenaries.

Keywords: Pantograph - catenary dynamics, wave propagation, frequency coincidences, damping, contact, statistical inverse problem, propagation of uncertainty, current collection quality