Conséquences sur le coupon élémentaire

4.5 Actions de maintenance

4.5.4 Conséquences sur le coupon élémentaire

Comme le montre la figure 4.9, l’action de maintenance agit à la fois sur l’état de la pleine

barre et sur l’état de la soudure, ainsi que sur la probabilité d’existence de cette dernière.

Les paragraphes suivants ont pour objet la description probabiliste de l’impact des actions

de maintenance sur le coupon élémentaire.

État du coupon élémentaire

Le coupon élémentaire est remis à neuf que l’action de maintenance sélectionnée soit

cu-rative (C) ou de type renouvellement (R). Autrement dit, la pleine barre et la soudure se

retrouve dans l’état neuf (N) quelle que soit leur état précédent. Ceci se traduit en termes

probabilistes par l’intermédiaire des lois de transition artificielleQ

act

etQ

act

définies comme

suit :

Q

^act_pb

(resp.Q

^act_sd

)

X

_pb,t

(resp.X

_sd,t

)

X

_pb,t−1

(resp.X

_sd,t−1

) A

^s_t₋₁

N OX1 X2S SRup

N C 1 0 0 0

OX1 C 1 0 0 0

X2S C 1 0 0 0

SRup C 1 0 0 0

N R 1 0 0 0

OX1 R 1 0 0 0

X2S R 1 0 0 0

SRup R 1 0 0 0

.

En ne s’intéressant qu’à l’état du coupon élémentaire, une simple réparation et un

renou-vellement ont exactement le même effet. En revanche, ces deux actions n’ont pas les mêmes

coûts ni les mêmes conséquences sur le processus de création ou de suppression de soudures.

4.5 Actions de maintenance 149

Existence de la soudure

Rappelons que les soudures aluminothermiques sont introduites sur la voie suite à la pose

de coupons neufs lors d’une opération de maintenance. Chaque réparation entraîne

théori-quement l’introduction de deux soudures. Toutefois, lorsque le défaut a lieu au droit d’une

soudure, la réparation du coupon correspondant conduit à l’ajout de deux nouvelles

sou-dures de réparation et supprime la soudure défectueuse. Il se peut également que plusieurs

soudures soient proches de la position d’un défaut. Dans ce cas, une réparation entraîne

généralement le retrait des soudures proches du défaut, faisant ainsi chuter le nombre de

soudures total sur la voie. La quantité de soudures n’augmente donc pas forcément

linéai-rement en fonction du nombre de réparations effectuées. Plus précisément, ce phénomène

de recouvrement de soudures se produit d’autant plus souvent que les défauts sont peu

dispersés, conduisant à des concentrations locales de soudures. À l’inverse, si les défauts

apparaissent de manière uniforme sur la voie, la probabilité de faire chuter le nombre de

soudures lors d’une réparation est plus faible.

Dans la suite, nous proposons une méthode empirique permettant de tenir compte de cette

réalité pratique. En se fixant un contexte z, la modélisation adoptée permet de calculer

l’espérance du nombre de soudures présentes à l’instanttsur la voie étudiée, composée de

N

ce,z

coupons élémentaires de longueur L

. Cette quantité, notéeN

_sd,z,t

, est définie par

N

z,sd,t

=N

_ce,z

ω

⁺_sd_,_z_,t

, (4.6)

où ω

⁺_sd_,z,t

=P(E

_sd,t

=présente;z) désigne la probabilité d’existence d’une soudure sur le

coupon élémentaire à l’instantt.

Décrivons à présent l’approche empirique proposée permettant de caractériser le

proces-sus de création/suppression d’une soudure conditionnellement aux actions de maintenance

effectuées. Deux situations sont envisageables :

1. L’action de renouvellement est sélectionnée (A

t−1

=R). La voie est donc entièrement

remise à neuf et par conséquent les soudures de réparation sont toutes supprimées.

Néanmoins, un certain nombre de soudures aluminothermiques, notéN

_sd,z,1

, est

réa-lisé afin d’assembler les coupons neufs entre eux selon la technique dite des longs rails

soudés. Cette quantité de soudures dépend donc de la longueur des rails de

renouvel-lement : une longueur de rail importante implique moins de soudures à réaliser. Par

conséquent, la probabilité d’existence d’une soudure sur le coupon élémentaire après

un renouvellement est égale à la probabilité d’existence d’une soudure à l’instant

initial ω

⁺_sd_,z,1

(cf. équation (4.1)), quel que soit le nombre de soudures effectuées dans

le passé.

2. Une action corrective est déclenchée suite à la détection d’un défaut (mineur, critique

ou rupture). Dans ce cas, il convient de distinguer les deux cas suivants :

(a) Aucune soudure n’est présente sur le coupon élémentaire (E

_sd,t−1

= absente).

La pose du nouveau coupon s’effectue donc en réalisant deux soudures. D’après

la modélisation de la voie considérée, ceci se traduit en ajoutant de manière

déterministe une soudure au coupon élémentaire. La probabilité qu’une soudure

existe à l’instant t sachant qu’une action corrective a été effectuée et que le

150 Chapitre 4. Application à la prévention des ruptures de rails

coupon ne possédait pas de soudure est égale à P(E

sd,t

= présente|E

sd,t−1

=

absente, A

^s_t₋₁

=C) = 1.

(b) Le coupon élémentaire possède déjà une soudure (E

_sd,t−1

=présente). Dans ce

cas, il est nécessaire de tenir compte d’un possible recouvrement de soudure. Par

conséquent, la probabilité de présence de la soudure après réparation ne vaut

plus forcément un, puisqu’en pratique plusieurs soudures peuvent être

suppri-mées lors de l’opération de maintenance.

Afin d’estimer cette probabilité, nous avons été contraint d’étudier la distribution spatiale

des avaries. L’objectif est de calculer une estimation de la loi de probabilité des Points

Kilométriques (PK) associés aux défauts. Soient pk

et pk

le PK initial et le PK final

délimitant la section de voie considérée. Notons Y

_pk

la variable aléatoire à valeurs dans

{pk

, . . . ,pk

}représentant la PK d’un défaut. Il s’agit d’estimer pour touty=pk

, . . . ,pk

,

la distribution des PK d’avaries, notéePb(Y

_pk

=y), en exploitant les informations spatiales

contenues dans la baseAvaries.

Par la suite, nous réalisons une mesure de la dispersion des défauts. Nous calculons pour

cela l’entropie des PK d’avaries. Plus précisément, nous utilisons l’entropie normalisée,

notéeH(Y

_pk

)∈[0,1], qui a pour définition

H(Y

_pk

) =− ¹

log(pk

−pk

)

pkf

X

y=pki

P(Y

_pk

=y) logP(Y

_pk

=y). (4.7)

Lorsque la distribution spatiale des défauts est uniforme, la dispersion est maximale et

H(Y

_pk

) = 1, tandis qu’à l’inverse si tous les défauts sont localisés au même PK, le lieu

des avaries est déterministe et H(Y

) = 0. Autrement dit, plusH(Y

) est proche de un,

moins il y a de chance qu’un recouvrement de soudure ait lieu lors d’un changement de

coupon.

Nous notons enfin τ

_sd⁺_,z

=P(E

sd,t

=présente|E

sd,t−1

=présente, A

^s_t₋₁

=C;z), le taux de

création d’une soudure après une opération de maintenance corrective sur un coupon

pos-sédant déjà une soudure. Ce taux est fixé de façon à vérifier les deux conditions suivantes :

(i) Si la dispersion des défauts est uniforme, chaque coupon élémentaire devrait posséder

une soudure au bout d’un certain temps. Aussi, la probabilité asymptotique

d’exis-tence d’une soudure, notée lim

t→∞

P(E

_sd,t

=présente;z) =ω

⁺_sd_,z,∞

doit tendre vers

1. (ii) Si tous les défauts apparaissent au même PK, seul un coupon sur la section de voie

étudiée présente des défauts. Or, d’après l’hypothèse des coupons élémentaires

in-dépendants et identiquement distribués, la probabilité asymptotique qu’un coupon

particulier présente tous les défauts est donnée parω

⁺_sd_,z,∞

= 1/N

ce,z

.

De façon à vérifier les conditions précédentes, nous utilisons l’entropie définie par l’équation

(4.7) afin de traiter les cas intermédiaires. Nous cherchons τ

_sd⁺_,z

tel que la probabilité

asymptotique d’existence d’une soudure soit égale à :

ω

_sd⁺_,z,∞

= ¹

N

ce,z

+H(Y

)^N

^ce^,^z

−1

N

ce,z

.

4.5 Actions de maintenance 151

En utilisant les propriétés asymptotiques associées à la chaîne de Markov représentant le

processus de suppression/création de la soudure, nous en déduisons

τ

_sd⁺_,z

= 2− ¹

ω

⁺_sd_,z,∞

.

L’approche décrite dans les paragraphes précédents permet de construire la LPC W

act sd,z

contrôlant l’évolution du processus d’existence d’une soudure :

W

_sd^act_,z

E

_sd,t

E

_sd_,t₋₁

A

s t

absente présente

absente C 0 1

présente C 1−τ

_sd⁺_,z

τ

_sd⁺_,z

absente R 1−ω

_sd⁺_,_z_,₁

ω

⁺_sd_,_z_,₁

présente R 1−ω

_sd⁺_,_z_,₁

ω

⁺_sd_,_z_,₁

.

Reprenons l’exemple du contexte z correspondant aux courbes de rayon inférieur à 500

mètres dans le tronçon central du réseau RER A (entre les stations La Défense et

Vin-cennes). Cette zone correspond àL

_v,z

= 6246 mètres de rails . En considérant un coupon

élémentaire de longueurL

= 25 mètres, la voie étudiée est constituée de N

ce,z

= 249.8

coupons élémentaires indépendants. Les figures4.10aet4.10breprésentent respectivement

la distribution spatiale des avaries pour les files hautes et pour les files basses dans ce

contexte. La table 4.2donne l’entropie normalisée de la localisation des défauts ainsi que

la valeur deτ

_sd⁺_,z

pour les deux types de files.

20415⁰ 22614 23118 25166 25612 26149 26595 27428 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4^{x 10} −3 PK Probabilite

(a)File haute

20415⁰ 22614 23118 25166 25612 26149 26595 27428 1 2 3 4 5 6 7^{x 10} −3 PK Probabilite (b) File basse

Fig. 4.10– Distributions spatiales des défauts sur les courbes de rayon inférieur à 500 mètres sur le tronçon central du RER A.

152 Chapitre 4. Application à la prévention des ruptures de rails

Nous observons graphiquement que les défauts apparaissent de manière plus dispersée sur

les files hautes. Ceci est confirmé numériquement par une entropie des PK de défaut plus

importante comparée à celle calculée sur les files basses. Le taux de création d’une soudure

est plus élevé d’environ 10%sur les files hautes que sur les files basses.

File haute File basse

H(Y

) 0.907 0.809

τ

_sd⁺_,z

0.898 0.765

Tab.4.2– Entropie normalisée de la localisation des défauts et taux de création de soudure dans le contexte des courbes de rayon inférieur à 500 mètres sur le tronçon central du RER A.

Remarque 4.2 (Notations VirMaLab)

En reprenant les notations de l’approche VirMaLab, le processus d’évolution du

sys-tème (coupon élémentaire) suite à une action de maintenance est caractérisé par la loi de

transition artificielleΛ

act

définie par

Λ

^actz

=Q

^act_pb

·F

_pb^sys_,z

·W

_sd^act_,z

·Q

^act_sd

·F

_sd^sys_,z

. (4.8)

D’après les équations(4.1)et4.8, nous déduisons la LPC de transition générale du système,

notéeΛ

et définie par

Λ

= Σ

· (

Λ

act z

si action de maintenance

Λ

^sysz

sinon ^,

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