Dans le secteur ferroviaire les sollicitations sévères au contact roue/rail engendrent l'usure et la dégradation prématurée du rail. La prédiction de la durée de vie et l'optimisation des propriétés mécaniques des solides en contact, selon le mode de fonctionnement (chargement, topologie...), sont des verrous scientifiques dont la résolution passe par une meilleure compréhension des phénomènes induits à différentes échelles. Les phénomènes comme le squat et le head-check modifient la morphologie, les propriétés thermomécaniques et la texture cristallographique du rail, particulièrement en surface. Cette étude se focalise sur les défauts de type head-check, qui se caractérisent par des modifications microstructurales importantes dans les premiers millimètres sous la surface du rail liée à la déformation plastique de cisaillement et dont les profondeurs affectées dépendent de l'histoire de chargement.

Dans l'optique de caractériser l'influence de ce gradient de la microstructure sur les propriétés thermomécaniques du rail, plusieurs campagnes d'essais de traction monotone sont menées, sur des éprouvettes extraites de rails de vieillissement différents. Ces éprouvettes sont au préalable analysées par EBSD (Laboratoire Roberval, UTC) pour la caractérisation des gradients microstructuraux. Ces essais couplés à des mesures de champs cinématique (Corrélation d'Image Numérique) et thermique (Thermographie Infrarouge) permettent d'accéder, respectivement aux champs de déformations mécaniques et aux champs thermiques, à une échelle mésoscopique.

L'analyse des premiers résultats sur un rail de 44 mois de services présentant d'importants défauts de type head-check et des amorces de fissures en surface, permet d'illustrer une hétérogénéité des champs thermiques à l'échelle de la microstructure. Cependant, la pré-fissuration rend difficile l'analyse des champs de déformations sub-superficielles. A l'inverse, un essai réalisé sur un rail d'un mois de service ne présentant aucune pré-fissuration et peu d'hétérogénéité des champs de déformations n'a révélé aucun gradient des propriétés mécaniques en profondeur, ce qui révèle une faible modification micro-structurale.

Ainsi, la mise en évidence de l'influence des zones de désorientation sur les champs de déformations nécessite la recherche d'une éprouvette présentant un bon compromis entre microstructure affectée et fissures en surface. Ce choix permettrait grâce aux moyens expérimentaux mis en œuvre, d'évaluer l'influence de la microstructure sur les propriétés thermomécaniques du rail.