Modélisation multi-physique des mécanismes de formation de la phase blanche

Les Transformations Tribologiques de Surface (TTS), connues sous le nom de phases blanches (White Etching Layer) dans le contact roue-rail, correspondent à des transformations progressives et irréversibles à la surface des rails pouvant conduire à la fissuration puis la rupture des rails. Ces zones de structures nanocristallines sont constituées de plusieurs phases qui témoignent d’une plasticité sévère et d’élévations de température (pouvant dépasser la température d’austénitisation). Un scénario de formation progressive des WEL a été proposé par l’introduction de stades d’évolution de la microstructure dans le cas d’aciers perlitiques utilisés dans le ferroviaire. Ces stades se définissent par des indicateurs obtenus par une méthode d’observations multi-échelles. Un modèle thermomécanique prenant en compte un couplage entre pression hydrostatique, cisaillement et température est présenté. Des simulations 2-D par éléments finis représentatives des conditions du contact roue-rail ont permis de reproduire qualitativement des zones de WEL. Ce modèle est de même capable de rendre compte des effets de la dynamique ferroviaire sur la cinétique de formation de WEL qui pourrait plus particulièrement expliquer la formation éparse de WEL par ilot. Des essais représentatifs des conditions du contact-roue rail ont été effectués pour valider le rôle du cisaillement dans la formation de WEL. D’une part, des essais cycliques de cisaillement pur sous température contrôlée (éprouvette « chapeau ») ont été réalisés en utilisant le simulateur thermomécanique GLEEBLE. D’autre part, des essais de type galet sur rail circulaire ont été menés pour déterminer le couplage pression-cisaillement