Les hivers canadiens ne sont pas seulement synonymes de routes glacées et de vents glacials. Ils peuvent aussi poser des défis économiques et opérationnels importants pour les chemins de fer de marchandises. Lorsque les températures descendent à moins de 25 degrés Celsius sous zéro, la longueur, le poids et la vitesse des trains doivent être réduits pour que ceux-ci puissent être opérés en toute sécurité. Ces mesures entraînent l'augmentation des coûts et la diminution de la fréquence des services, mais contribuent à la diminution des risques, comme les mouvements non contrôlés des trains. Ce type d'incidents sont survenus assez souvent pour figurer sur la Liste de surveillance de 2022 du Bureau de la sécurité des transports du Canada (BST).
Depuis 2013, le BST a enquêté sur 18 incidents semblables. L'une des enquêtes a permis de déterminer que le froid extrême avait affaibli le système de freins pneumatiques, qui n'a pas pu arrêter un train en marche. À l'époque, le BST ne pouvait tester les wagons qu'à l'extérieur, dans des conditions naturelles allant jusqu'à 25 degrés Celsius sous zéro. Pour évaluer les facteurs inconnus du rendement dans le climat nordique plus froid du Canada, d'autres essais étaient nécessaires.
Pour combler cette lacune, les chercheurs du Centre de recherche sur l'automobile et les transports de surface du Conseil national de recherches du Canada (CNRC) a construit le système modulaire de freins pneumatiques par temps froid (FPTF), le premier système de ce genre à reproduire les fonctions de freinage d'un train de plus de 180 mètres de long à l'intérieur d'une chambre climatique contrôlée. Pour les scénarios où des trains plus longs sont mis à l'essai, plusieurs modules de FPTF peuvent être raccordés. Mis à l'essai à l'intérieur de l'installation de recherche d'essais climatiques du CNRC, les freins pneumatiques sont soumis à des températures allant de 45 degrés Celsius à 45 degrés Celsius sous zéro, intervalle de températures englobant toutes les conditions météorologiques présentes le long du réseau ferroviaire de l'Amérique du Nord.
« Nos recherches approfondies menées dans cette installation permettent de mesurer les défaillances du système de freinage en cas de froid extrême, » dit Elton Toma, ingénieur principal du CNRC et responsable technique du projet de FPTF. « Nos observations peuvent aider les compagnies ferroviaires canadiennes à adapter leurs pratiques opérationnelles et d'entretien aux environnements extrêmement froids dans lesquels ils mènent leurs activités, et les organismes de réglementation canadiens à adapter leurs règles aux difficultés particulières que présentent les conditions météorologiques du Canada. »
« Nous ne pouvons peut-être pas contrôler la météo à l'extérieur, mais nous pouvons créer un environnement contrôlé en laboratoire pouvant atteindre 40 degrés Celsius sous zéro afin de comprendre ce qui contribue aux défaillances mécaniques à cette température, » ajoute M. Toma. « Le système de FPTF a changé la capacité de l'industrie à étudier le fonctionnement des freins pneumatiques par temps froid ».
Mises à l'essai dans les conditions climatiques canadiennes
En 2021, le chemin de fer de la baie d'Hudson (en anglais seulement), établi au Manitoba, est devenu la première entreprise à travailler avec le CNRC dans l'installation d'essai du système de FPTF. Le chemin de fer de la baie d'Hudson, qui mène ses activités à longueur d'année dans certaines des températures les plus froides du Canada, a envoyé une douzaine de systèmes de freins pneumatiques provenant de wagons en usage au CNRC à des fins d'essai. Dans le laboratoire, les systèmes ont été soumis à des températures allant jusqu'à 40 degrés Celsius sous zéro. Des manœuvres de freinage contrôlées et des chutes de pression simulées ont permis de reproduire les situations que connaît le chemin de fer de la baie d'Hudson pendant ses opérations hivernales.
Les essais ont révélé qu'après 10 à 15 ans d'utilisation, les systèmes n'étaient pas aussi fiables à de basses températures. Ils ont également permis de cerner les températures auxquelles les défaillances surviennent. Lorsque ces systèmes ont été remis à neuf, leur rendement s'est considérablement amélioré, à un niveau équivalent à celui des nouveaux systèmes, même à 40 degrés Celsius sous zéro. « La recherche nous a permis de mieux comprendre les limites opérationnelles de nos systèmes de freins pneumatiques dans le froid extrême, » dit Brett Young, gestionnaire général du chemin de fer de la baie d'Hudson.
Grâce à ces données, le chemin de fer de la baie d'Hudson a diminué le temps des trajets de 10 pour cent, alors que les services voyageurs ont augmenté en fiabilité et que le transport de marchandises hebdomadaire a doublé. En s'appuyant sur les leçons tirées, le chemin de fer de la baie d'Hudson a apporté, et apporte toujours, des améliorations positives à ses pratiques opérationnelles et d'entretien, améliorant ainsi la sûreté et l'efficacité.
En ce qui concerne le Arctic Gateway Group, qui possède et exploite le chemin de fer de la baie d'Hudson, le partenariat avec le CNRC est essentiel. « Il (le CNRC) nous donne accès à la recherche de pointe, fondée sur un large éventail de partenaires universitaires et de recherche, qui travaillent activement à nous aider à préserver la force du chemin de fer de la baie d'Hudson aujourd'hui et à l'avenir » dit M. Young.
En fin de compte
Après le succès du chemin de fer de la baie d'Hudson, le CNRC a poursuivi les essais sur les freins pneumatiques par temps froids en collaboration avec Transports Canada. Les travaux sont maintenant terminés, et le rapport final est en cours de rédaction pour ouvrir la voie à des collaborations futures avec d'autres compagnies de chemin de fer canadiennes.
Grâce au système de FPTF, le CNRC aide le secteur ferroviaire du Canada à s'adapter aux climats les plus rigoureux dans le but d'améliorer la sûreté, l'efficacité et la résilience dans l'ensemble du vaste réseau nordique du pays.