L’AEF partenaire du projet TOXinTRANSPORT : Caractérisations toxicologiques in vitro, chimiques et physiques de particules prélevées dans l’air d’habitacles de transport en roulage

Dans le domaine de l’exposition aux particules, la communauté scientifique, mais aussi les personnes en responsabilité  comme les autorités, les exploitants, les services HSE, aspirent depuis de longues années à disposer de métriques permettant de s’approcher au plus près de l’impact réel sur le vivant. En d’autres termes, si la mesure de la taille, de la concentration en masse ou en nombre, de la composition chimique en métaux, HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques), etc., sont des approches largement reconnues et exploitées, il existe une attente en matière d’évaluation de la réactivité chimique des particules inhalées, et au-delà de leur effet sur le système pulmonaire : le projet TOXinTRANSPORT, financé par l’ADEME (Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie) pour une durée de 3 ans, a pour ambition de travailler dans cette direction.

Le projet a pour objectif principal de contribuer à l’émergence de nouveaux paramètres permettant de s’approcher de l’impact des particules inhalables sur le vivant. Pour ce faire, de nouvelles méthodologies de mesure vont être améliorées/développées et testées en conditions réelles exigeantes (micro-environnements). Les données produites par ces nouvelles approches seront intégrées et testées par des outils et spécialistes de l’expologie.

Dans le cadre du projet TOXinTRANSPORT, l’Agence d’Essai Ferroviaire s’est associé à 5 autres laboratoires, afin de travailler conjointement sur la problématique des particules. L’AEF apporte sa connaissance du monde ferroviaire et ses compétences en termes de conduite de campagne de mesures de Qualité de l’Air. 

Le but du projet est d’évaluer l’apport des méthodes de caractérisation de la toxicité des particules (PM) en complément de méthodes de caractérisation chimique et physique pour étudier des environnements marqués par des particules de natures différentes tels que celles rencontrées dans des habitacles de transports en roulage (ferroviaires souterrains vs. automobiles) ou des souterrains (quais vs. parkings souterrains). 

Une première campagne de mesure a été réalisée en mars 2020. Le site de mesure est une station gare souterraine où circulent des RER du réseau francilien gérée par la SNCF (collaboration avec Gares&Connexions).

Deux baies de mesure ont été installées sur le quai afin d’accueillir l’ensemble des appareils de mesure nécessaires dans le projet (photo). Des contraintes particulières ont été mises en œuvre pour prendre en compte la présence du public : délimitation d’un périmètre de travail pour la sécurité des voyageurs sur le quai, ou encore par exemple, la limitation au maximum de la présence d’objets visibles.

Les données obtenues au cours de cette campagne sont en cours de traitement et d’analyse. 

Une deuxième campagne de mesure est en cours de réalisation. Les mesures sont réalisées dans une rame RER du réseau francilien gérée par la SNCF (collaboration avec Transilien).

Pour le transport ferroviaire, le contact entre la roue et le rail représente un enjeu majeur.  Le contact sur le boudin, qui réalise le guidage dans les courbes de petit rayon et les passages d’aiguille, sur une surface plus petite que celle d’une pièce de 1 centime, est essentiel pour éviter un déraillement à faible vitesse. De plus, pour éviter les usures prématurées du boudin et du rail extérieur, qui s’avèrent extrêmement couteuses pour l’exploitant,  la meilleure prévention est la bonne lubrification de ce contact roue-rail.

Les nombreuses études dans le domaine ont ainsi démontré qu’un rail posé en courbe et non graissé pouvait supporter un trafic de 200 millions de tonnes avant son retrait du service et qu’avec le même rail graissé, cette valeur pouvait atteindre 800 millions de tonnes.

La SNCF utilise depuis les années 60 un lubrifiant à base de bitume, très efficace mais qui représente une source de pollution sur le ballast et potentiellement sur les cours d’eau et les nappes phréatiques via les eaux de ruissellement. Cet impact environnemental pose de plus en plus de problèmes avec nos voisins européens du fait des lignes frontalières, la grande majorité de ceux-ci mettant en œuvre des produits biodégradables, ce qui d’après la définition du guide OCDE 301B signifie « qu’au moins 70% de la quantité du produit déposé a disparu après une exposition de 28 jours à 22°C ».

Il n’existe actuellement aucun texte réglementaire ou normatif prescrivant un type de lubrifiant particulier. La SNCF a donc du développer sa propre spécification technique matériel (STM) définissant ses exigences, y compris au niveau environnemental.  Le produit recherché doit ainsi être éco-compatible, c’est-à-dire être non seulement biodégradable mais également être non toxique. Des tests avaient en effet été réalisés avec la graisse biodégradable utilisée par la DB lors de l’ouverture de la ligne LGV Est. Ils s’étaient révélés concluants au niveau technique mais la cellule toxicologique de la SNCF avait fourni un avis défavorable pour cause de toxicité, montrant ainsi que biodégradable n’était pas synonyme de non-toxique.

Aujourd’hui, la SNCF a pris la décision stratégique de remplacer l’huile bitumineuse actuelle du système de lubrification du boudin de roue par un lubrifiant éco-compatible. Ce changement représente un investissement important, environ 4 M€, le différentiel de prix étant important pour une consommation annuelle de l’ordre de 150 tonnes. Mais les responsabilités sociales et environnementales de la SNCF associées au risque à court terme de se voir interdire de circuler à l’international ont décidé l’entreprise à engager ce changement.

Dans cette démarche, l’AEF participe activement à la recherche et la validation de ces produits éco compatibles.

Un point d’entrée unique pour les problématiques « Chimie » au sein de la Direction du Matériel !

Les problématiques nécessitant une expertise physico-chimique sont nombreuses au sein du Matériel mais n’apparaissaient pas jusqu’’ici clairement au sein de l’organisation. Les personnes confrontés à ces thématiques ne savent souvent pas vers quels acteurs se tourner pour trouver des solutions.

Pour pallier ce manque, un Ingénieur Composant Clé (ICC) « Technologie Chimie » a été identifié afin de constituer un point d’entrée visible par tous et chargé de centraliser les demandes émanant de l’ensemble des activités de la SNCF.

Il sera notamment en charge :

• De la structuration et de l’animation d’un réseau de spécialistes
• De la constitution de Groupes de Travail permanents ou ponctuels afin de répondre aux différentes sollicitations de manière transverse et de mettre une place une stratégie commune sur les sujets traités
• D’augmenter la performance industrielle et d’être en liaison avec les Business Units (BU) mises récemment en place au sein du Matériel
• De capitaliser les connaissances dans un objectif d’harmonisation, de partage et de transmission du savoir
• D’assurer le lien avec la cellule toxicologique.

Elle a notamment vocation à intervenir dans les spécialités suivantes :

• Peintures et pelliculage ;
• Colles ;
• Lubrifiants ;
• Produits de nettoyage et détaggage ;
• Identification et analyse d’échantillons inconnus ;
• Essais et expertises corrosion ;
• Risques chimiques, Santé & Environnement

Quelques exemples de GT en cours :

• Traitement de la problématique liée aux Graisseurs de Boudins de roues (GRB)

Objectif : Faire le point des problématiques liées au GRB (salissure; incendie; pb de graissage, inhibition des graisseurs à grande vitesse pour limiter les salissures).

Intervenants : RTN nettoyage /graissage ; IVS TGV; ICC sous système SIVAE…

• Développement des WC embarqués du futur

Objectif : Identifier des technologies alternatives au système actuel (remplissage et vidange des effluents en technicentre de maintenance).

Intervenants : CIM; ICC Sanitaire.

• Problèmes liés au détaggage

Objectif : Impact du produit de détaggage sur la peinture.

Intervenants :RTN nettoyage/RTN peinture.

Si vous êtes vous aussi confrontés à une de ces thématiques n’hésitez pas à contacter la famille Technologique à cette adresse :

aef.famille.techno.chimie@sncf.fr

Sandrine MULLER, ICC de cette famille technologique Chimie, ou Simon LEROUX, son adjoint, vous répondront pour trouver les meilleures solutions.

Échantillon prélevé sur les voies à la suite d’un deshuntage

L’AEF à la recherche des causes de déshuntage et de pertes d’adhérence

Les conditions climatiques (dépôts de feuilles d’arbres ou de follicules de maïs en automne) voire des relargages accidentels des trains (huiles ou graisses) peuvent être à l’origine d’une pollution sur le rail et les roues, véritable menace pour la sécurité ferroviaire (perte d’adhérence, déshuntage du matériel ferroviaire…).

Bien que différentes réflexions sur le matériel ou l’infrastructure sont en cours de longue date pour pallier ces incidents, l’analyse « chimique » de cette pollution n’est que relativement récente et la compréhension des phénomènes de formation en jeu n’est encore que partielle ; une thèse, portée par SNCF Réseau vient d’être lancée sur ce sujet avec la participation de l’AEF.

Depuis quelques années, suite à des incidents ou de manière préventive, l’AEF a réalisé des essais de caractérisation des dépôts présents sur les rails ou sur les roues afin d’en déterminer la nature, et si possible l’origine. Un protocole de prélèvements des dépôts a été mis en place par celle-ci afin d’éviter toute contamination de ces derniers.

Concernant la partie analytique, les équipements présents à l’AEF permettent notamment de:

• Rechercher la présence de molécules organiques par spectrométrie Infra-rouge
• Déterminer la composition élémentaire globale par spectrométrie de fluorescence des rayons X
• Rechercher l’organisation cristalline des éléments minéraux présents par diffraction des rayons X
• Observer jusqu’à une échelle de quelques centaines de nanomètres la forme/structure des échantillons avec un microscope électronique à balayage et de déterminer localement la composition élémentaire par analyse EDX (analyse dispersive en énergie).

Il a ainsi été mis en évidence que les échantillons prélevés avaient souvent une base de carbone organique (plus ou moins marquée), d’origine végétale, avec la plupart du temps la présence d’éléments métalliques d’origine ferroviaire, liée à l’usure mécanique des différents matériaux, et également de silice, provenant du ballast ou de la projection de sable.

Il est également à noter que l’humidité  ambiante a un impact important sur le « comportement » de cette pollution. En effet, dans certaines circonstances, l’humidité va donner à cette pollution un caractère « glissant » pouvant être responsable de perte d’adhérence, alors que dans des conditions météorologiques plus « sèches », l’échantillon va se transformer et pouvoir acquérir un pouvoir isolant venant perturber le fonctionnement des circuits de voies avec des risques de deshuntage.

Certains cas, plus rares, ont également mis en avant la présence de dépôts d’huile ou de graisse (provenant des graisseurs de boudins par exemple).

     
Spectromètre à fluorescence X

Comparaison du spectre Infrarouge d’un échantillon avec celui de la cellulose