La liaison ferroviaire Riedbahn entre Francfort-sur-le-Main et Mannheim est l'une des lignes les plus fréquentées de la Deutsche Bahn (DB) et nécessite d'importantes réparations.
Pour y parvenir, la DB a adopté une stratégie de construction radicale : la fermeture de l'intégralité du tronçon de 70 kilomètres pendant cinq mois pour effectuer la réparation en une seule fois.
Les principaux défis à relever sont les suivants :
- Réaliser un audit approfondi et très détaillé de l'infrastructure ferroviaire et du système en place
- Analyser les réparations et les améliorations nécessaires, et élaborer un plan pour réaliser tous les travaux dans le délai imparti de cinq mois
- Prouver aux voyageurs que la gêne occasionnée par ces améliorations en valait la peine
Des solutions de prises de vue aériennes depuis le sol
La filiale de la Deutsche Bahn, DB Engineering and Consulting (DB E&C), utilise les drones DJI Mavic 3 Enterprise pour effectuer des relevés numériques et créer des nuages de points 3D et des orthophotos très précis de l'infrastructure et du terrain.
Cela permet non seulement de diviser par dix le temps de levé topographique pour la planification par rapport aux méthodes traditionnelles, mais également de produire des outils de données qui permettent d'éviter des erreurs coûteuses par la suite.
Un retour sur investissement optimisé avec des résultats impressionnants
- Amélioration des performances et de la sécurité par rapport à l'intervention de géomètres humains travaillant à proximité de trains à grande vitesse
- Réduction des coûts de planification grâce à la rapidité de fonctionnement des drones, renforcée par la richesse des données collectées
- Précision accrue, au centimètre près, grâce à des capteurs embarqués de première qualité, dotés de capacités de capture oblique intelligente
- Les nuages de points 3D et les orthophotos de qualité supérieure facilitent les audits d'infrastructure, l'analyse de la rénovation requise et les simulations permettant de détecter des erreurs de planification
Une ligne ferroviaire très fréquentée
La liaison ferroviaire Riedbahn de 70 kilomètres entre Francfort-sur-le-Main et Mannheim est l'une des lignes les plus fréquentées de la Deutsche Bahn, empruntée par des milliers de personnes chaque jour. Cependant, elle fait également partie des lignes les plus saturées, et le passage quotidien de 300 trains interurbains et locaux a eu de lourdes conséquences sur les infrastructures au sol.
La DB a fait le choix de réparer ce tronçon grâce à une rénovation massive de la Riedbahn, dont les premiers travaux ont débuté en décembre 2022 et s'achèveront au second semestre 2024 après une pause.
Traditionnellement, les stratégies ferroviaires prévoient des travaux successifs sur des petites portions de voie entre les passages de train avec un trafic ferroviaire réduit. Les retards et les perturbations engendrés par cette approche interminable et fragmentée suscitent le mécontentement des passagers et un grand nombre de plaintes.
Ainsi, pour réparer la Riedbahn, la Deutsche Bahn a adopté une stratégie radicale en fermant l'intégralité du tronçon pendant cinq mois pour effectuer tous les travaux nécessaires en une fois.
Grâce à ses services de planification et avec l'aide de drones, la filiale DB E&C contribue à la réussite de ce projet exceptionnel.
Des défis exceptionnels pour un projet de grande envergure
Entre juillet et décembre 2024, la DB effectuera toutes les révisions nécessaires de l'ensemble du réseau ferroviaire et des ballasts de la Riedbahn. Toutes les technologies de contrôle et de sécurité de la liaison seront également réparées ou remplacées.
Plus de 150 aiguillages, quatre passages à niveau et plus de 10 km de murs anti-bruit seront également rénovés. La modernisation d'une vingtaine de gares tout au long du parcours est également prévue.
La Deutsche Bahn estime que sa stratégie peu orthodoxe et globale, adoptée pour la Riedbahn, lui permettra d'atteindre ses objectifs et de remettre la liaison en service dans les temps, avec l'assurance qu'aucune réparation future ne sera nécessaire au cours de la prochaine décennie. Lors de la préparation du projet, l'entreprise a adopté une approche tout aussi globale pour planifier et relever les défis suivants :
- Amélioration de la sécurité et de la fiabilité de la liaison
- Redéfinition de la façon dont les travaux qui perturbent les déplacements des voyageurs sont réalisés
- Efforts en amont grâce à des analyses précises et une planification préalable du chantier
- Réduction considérable du temps et des coûts du projet par rapport aux anciennes méthodes
- Gestion habile du cadre réglementaire strict de l'Allemagne pour les activités aériennes
- Amélioration de la sécurité des travailleurs qui rénovent les infrastructures ferroviaires
- Validation de la stratégie de Deutsche Bahn, plus rapide et plus efficace, pour de futurs chantiers
Des données aériennes de drones et un traitement continu pour des résultats de projet optimaux
Sur le projet Riedbahn, l'utilisation des drones Mavic 3 Enterprise par DB Engineering & Consulting s'est organisée en trois phases générales.
Dans la phase initiale, en grande partie achevée aujourd'hui, les drones ont survolé toutes les zones et tous les équipements du tronçon ferroviaire à l'aide de leurs caméras et capteurs pour capturer des images et des données. Cela a permis de compiler des informations détaillées sur des zones spécifiques, puis de les assembler pour élaborer une carte 3D de l'ensemble du chantier.
Parmi les capacités potentielles et utilisées de ce processus, citons notamment :
- L'établissement d'un inventaire précis de tout le matériel du réseau ferroviaire
- L'utilisation de ces informations pour mettre à jour les cartes obsolètes de l'équipement une fois le projet terminé
- Le traitement des données pour créer des nuages de points 3D et des orthophotos des installations actuelles
- L'identification des travaux nécessaires, puis la planification des calendriers de construction optimisés
De meilleurs drones, pour de meilleures performances
Les drones Mavic 3 Enterprise utilisés pour ce chantier bénéficient d'améliorations majeures par rapport aux modèles Phantom 4 que l'entreprise utilisait jusqu'à présent.
Selon Tim Dippel, consultant multicoptère pour la division drones de DB Engineering & Consulting, le nouvel engin a volé plus rapidement et couvert davantage de zones par mission.
Ses capteurs plus puissants ont également collecté des données plus détaillées et précises que l'ancien modèle, en capturant une image toutes les 0,7 seconde par rapport aux 2,5 secondes du Phantom 4. La fonction de capture oblique intelligente du drone, quant à elle, prend des images sous plusieurs angles à la fois, avec une précision allant jusqu'au centimètre près.
L'amélioration de 50 % de l'autonomie de la batterie constitue une autre amélioration majeure qui permet des vols plus longs de 45 minutes.
Dippel affirme que le Mavic 3E égalait même les performances du grand et puissant drone M300 de DJI, que la Deutsche Bahn utilise régulièrement pour des travaux très exigeants de levé topographique, de cartographie et de modélisation.
Le Mavic 3E étant beaucoup plus petit, pliable et facile à transporter, il se démarque de ce modèle plus grand et coûteux. Par ailleurs, il nécessite de transporter moins de batteries pour effectuer une journée complète de travail.
Une cartographie et des modèles de précision : les clés du succès final
Une fois traitées par un logiciel spécialisé, les données aériennes des drones ont produit des cartes 3D et des modèles exacts des équipements. Ces outils informatisés ont permis aux ingénieurs de la Deutsche Bahn de voir l'infrastructure en détail, son état et le terrain environnant, puis d'interagir avec elle à l'écran.
Les techniciens ont pu ainsi déterminer les travaux à effectuer, les planifier et créer des calendriers de chantier et des stratégies de stockage coordonnés sur l'ensemble du projet Riedbahn afin d'optimiser l'efficacité.
Alors que la phase initiale du levé topographique et de la planification touche à sa fin, la deuxième étape a déjà commencé avec des simulations des rénovations prévues par rapport aux modèles d'origine.
Après le gros oeuvre, place aux finitions
Dans certains cas, cet examen a déjà permis aux ingénieurs de la Deutsche Bahn d'identifier les erreurs ou les incompatibilités entre le chantier prévu et l'infrastructure ou le terrain environnant. Par conséquent, des corrections ont pu être apportées rapidement, évitant ainsi les coûts élevés et la perte de temps occasionnés si le chantier avait dû être adapté une fois les travaux de rénovation lancés.
Cette deuxième phase de vérification de la planification et de l'organisation du chantier se poursuivra à l'approche du lancement des travaux en 2024.
Tout au long des travaux de rénovation de la Riedbahn, des modèles d'évolution originale, simulée et finale des travaux seront mis à la disposition de toutes les personnes impliquées dans la direction du chantier pour une utilisation pratique tout au long des travaux.
Satisfaire les organismes de réglementation, assurer la sécurité des employés
De par son utilisation fréquente de drones pour divers types de travaux, la Deutsche Bahn bénéficie d'un degré relativement élevé de liberté pour utiliser ces engins sans avoir besoin de l'approbation au cas par cas des autorités.
Pourtant, compte tenu de l'ampleur du projet Riedbahn, l'entreprise a dû dissiper certaines inquiétudes des autorités de réglementation concernant les vols dans le cadre de ce projet.
La technologie de détection d'obstacles hautement sophistiquée intégrée au Mavic 3E et les fonctions de sécurité automatisées qui prennent le relais dans des situations inattendues ou anormales, ont beaucoup évolué pour répondre aux préoccupations des régulateurs.
Ainsi, il a aussi été essentiel de rappeler qu'un drone qui survole l'infrastructure ferroviaire sur quelques centaines de mètres pour collecter des données tandis que les trains circulent est une option de levé topographique bien plus sûre qu'un homme au sol qui effectue le même travail.
Résultats
Selon Dippel, les performances améliorées du Mavic 3E et sa technologie de collecte de données exceptionnelle ont permis d'obtenir des résultats de levé topographique et de modélisation trois à quatre fois plus rapidement qu'avec le Phantom 4. Le drone a également travaillé dix fois plus vite que des géomètres humains classiques (qui offrent toutefois l'avantage de fournir une précision au millimètre près, bien que la précision au centimètre des drones soit suffisante dans le projet Riedbahn).
Cette rapidité s'est traduite par une réduction des coûts de levé topographique et de planification, et a déjà permis aux ingénieurs d'identifier les erreurs de planification qui auraient été très coûteuses à corriger une fois le chantier lancé.
Cela représente également de grandes économies en matière d'approvisionnement.
« Le Mavic 3E a l'avantage d'être beaucoup plus portable et facile à utiliser, tandis que ses capteurs restituent des détails incroyables dans des conditions de faible luminosité, ce qui permet de l'utiliser sur des périodes plus longues de la journée. Plus rapide, très polyvalent et collectant de meilleures données, le Mavic 3E est supérieur à tous points de vue ». Tim Dippel, consultant multicoptère pour la division drones de DB Engineering & Consulting
Les capacités des drones au service des futurs projets ferroviaires de la DB
La DB envisage de continuer à utiliser les drones Mavic 3E pour affiner les plans de construction de la Riedbahn. Les efforts collectifs pour respecter le calendrier et le budget du projet seront déterminants pour convaincre les clients que la gêne occasionnée par la fermeture de cinq mois en valait la peine.
La Deutsche Bahn tiendra ensuite compte de ce facteur pour décider de renouveler (ou non) sa stratégie radicale de rénovations de grande envergure en une seule fois et l'appliquer à de prochains chantiers du réseau ferroviaire.
« Notre travail contribue à l'objectif de la Deutsche Bahn de prévenir toute nouvelle rénovation de la Riedbahn pendant encore 10 ans, explique Dippel à propos de l'approche peu conventionnelle du projet. Les travaux de construction à petite échelle ne seront donc plus nécessaires sur la ligne avant la prochaine décennie. En raison de l'importance de la Riedbahn, le projet a un impact positif sur l'ensemble du réseau ferroviaire de la société. En cas de succès, la Deutsche Bahn pourrait donc diversifier ses méthodes de rénovation du réseau national à l'avenir ».
Le triomphe de Riedbahn pourrait également stimuler l'activité de drones de la Deutsche Bahn E&C’s
Le projet Riedbahn constitue une étape importante dans le savoir-faire de DB Engineering & Consulting, qui propose ses services de drones depuis 2017.
Outre les travaux de capture d'images, de levé topographique et de collecte de données, ces activités intègrent la plateforme cloud Drones2BIM de l'entreprise. Cette ressource permet à toutes les personnes et équipes impliquées dans divers projets d'accéder aux informations et aux modèles exacts d'infrastructure en cours de construction.
Développée et exploitée par la filiale de DB E&C, infraView, la plateforme Drones2BIM génère automatiquement des orthophotos et des nuages de points 3D traités dans des navigateurs Web, avec des dessins intégrés et de nombreux outils de mesure. La ressource devient ainsi la pièce maîtresse du travail numérique de l'entreprise grâce aux données collectées par des drones, ce qui permet de réduire les coûts du projet tout en augmentant l'efficacité et la qualité de manière durable.
Drones2BIM fournit actuellement des milliers d'ensembles de données accessibles dans le monde entier, nombre qui ne cesse d'augmenter avec le temps, et constitue un pilier des services de construction, de supervision, de conception et environnementaux que DB E&C propose à ses clients.
