Mesures de température

Dans cette partie, nous nous intéressons à l’analyse des valeurs minimales et maximales de température enregistrées à différentes profondeurs dans les structures. Ces valeurs sont comparées avec la température de l’air ambiant et cela pour les structures bitumineuses. Les évolutions des gradients de température des couches de GB4 calculés sur les structures de la LGV BPL sont aussi étudiées.

V.2.1 Sections bitumineuses 1 et 4

Le comportement des enrobés bitumineux étant fortement dépendant de la température, cette dernière représente un paramètre clef pour l'analyse du comportement des couches bitumineuses. Des sondes de température sont installées sur les sections 1 et 4 au sommet et à la base de la couche de grave bitume et à la base de la couche de GNT de la structure. L’ensemble des mesures des sondes sont enregistrées toutes les 15 minutes. En raison d'un problème technique, l'enregistrement des données météorologiques a été suspendu pendant 6 mois à compter de juin 2017, sur le site 4. Pour le site 1, les paramètres météorologiques sont enregistrés depuis avril 2017.

126 Chapitre V

V.2.1.1 Variations journalières

On s’intéresse ici à l’observation des variations journalières de température des différentes couches. Les Figure V.1 et Figure V.2 présentent, respectivement pour les sections 1 et 4, les variations de température de la sous-couche de la structure, par rapport aux températures de l'air ambiant en termes de températures minimales et maximales quotidiennes. Les températures de l’air sont enregistrées avec les stations météorologiques présentes sur site, et cela pour une période de 30 mois, allant d'octobre 2016 jusqu’à avril 2019.

Figure V.1 - Evolution de la température de la couche bitumineuse et de l’air ambiant (valeurs minimales et maximales quotidiennes) sur la section 1 pour 30 mois

Figure V.2 - Evolution de la température de la couche bitumineuse et de l’air ambiant (valeurs minimales et maximales quotidiennes) sur la section 4 pour 30 mois

-25 -15 -5 5 15 25 35 45

sept.-16 janv.-17 mai-17 sept.-17 janv.-18 mai-18 sept.-18 janv.-19 mai-19 sept.-19

Te mpe ra tu re ( °C) Date

Air Ambiant min Air Ambiant max Sommet GB min

Sommet GB max Base GB min Base GB max

-25 -15 -5 5 15 25 35 45 Te mp era tu re( °C) Date

Sommet GB min Sommet GB max Base GB min

Les graphiques des Figure V.1 et Figure V.2 montrent une bonne répétabilité des mesures, ainsi que les variations saisonnières typiques de température au niveau des couches de GB. Les valeurs maximales de température journalière de l’air sont représentées en points bleus sur les graphiques, et les pics minimaux journaliers en marron. Les résultats montrent notamment que la protection thermique apportée par la couche de ballast entraine des amplitudes de température considérablement inférieures à celle de l’air ambiant. Les différences de température entre le haut et le bas de la couche bitumineuse sont également faibles (de l’ordre de 3 °C au maximum).

La température de l'air la plus élevée atteinte est de 37°C, en été 2017 et en été 2018, pour la section 1 et de 36°C en été 2018 pour la section 4. Quant à la température maximale au sommet de la couche de GB, elle atteint une valeur maximale de 24°C pour cette période. En hiver, les valeurs minimales indiquées sur les graphiques indiquent une température de l'air de -9 °C pour les deux sites et des valeurs allant de 1 à 3°C pour le sommet de la couche d’enrobé. (Rose et al., 2002) ont obtenu des mesures de température similaires pour des mesures réalisées dans une couche bitumineuse sous-ballast au Kentucky, aux États-Unis.

En conclusion, pour les 30 mois de surveillance, la température maximale de la couche bitumineuse était de 24 °C pendant l'été et la température minimale de 2°C en hiver. Cela signifie que les matériaux bitumineux présentent des fluctuations de température limitées, en hiver autant qu'en été. La sous-couche ne gèle jamais ; aucune température négative n’étant jamais mesurée sur les sites instrumentés de la LGV BPL. En été, la température dépasse rarement les 24°C. (Trinh et al., 2011) avaient déjà vérifié le rôle de protection « anti-gel » du ballast sur le site du Moulin Blanc situé au Pk 230+400 de la ligne classique 262 000 de Douai à Blanc – Misseron.

En raison de la présence du ballast, les variations de température dans la couche bitumineuse sont bien inférieures à celles observées sur les chaussées bitumineuses, où les variations de température typiques des couches de surface sont comprises entre -10°C et +60°C en France. Ces variations de température limitées dans la structure de la voie ferrée sont très favorables car elles limitent la diminution du module de la couche bitumineuse à haute température, ainsi que le risque de fissuration thermique à basse température.

V.2.1.2 Gradient de température

Il est intéressant de calculer le gradient de température dans les couches de grave bitume sur la voie ballastée. Les Figure V.3 et Figure V.4 montrent les variations du gradient de température entre le sommet et la base de la couche bitumineuse de 12 cm d'épaisseur dans la structure de voie des sections 1 et 4 respectivement, pour la période allant d'octobre 2016 jusqu’à avril2019. Sur la base des 30 mois, les gradients de température restent relativement faibles. Pendant les périodes printemps-été, un gradient de 0,2°C/cm n'est jamais dépassé et le gradient négatif le plus élevé sur les mois d'automne-hiver est de -0,25 °C/cm sur la section 4 et -0,12°C/cm sur la section 1. Ces valeurs de gradient restent largement plus faibles, en comparaison avec celles observées sur les chaussées, où des dépassements de 1°C/cm sont assez fréquents. Compte tenu de ces faibles gradients de température, on pourra considérer, dans les modélisations, une valeur de température constante sur toute l’épaisseur de la couche d’enrobé, sans prendre en compte les variations de la température avec la profondeur.

128 Chapitre V

Figure V.3 - Gradient de température entre le haut et la base de la sous-couche de GB sur la section 1

Figure V.4 - Gradient de température entre le haut et la base de la sous-couche de GB sur la section 4