C’est ce qu’on appelle un test grandeur nature. En mars 2022, un TGV Paris-Hendaye a heurté une biche à pleine vitesse. Le nez de la locomotive a bien résisté. De quoi réjouir l'équipe « Matériaux et procédés innovants » au département « Physique du système ferroviaire » de la SNCF. En 2019, elle a proposé de remplacer la matière des nez de TGV par des nouveaux matériaux composites, issus de l’aéronautique, mais à prix ferroviaire.

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.

En 2024, l’équipe étudie l’allègement des sièges de trains avec de nouveaux procédés composites.

« 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.

Concernant le nouveau nez des TGV, le procédé est désormais industrialisé. « C’est plus cher qu’un matériau classique, mais la durée de vie est nettement supérieure. 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.

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 bogies 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.

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.

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.

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.

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).

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