Un copilote à bord

Les systèmes de contrôle logiciels sont désormais incontournables dans les transports ferroviaires. Dotés d’une formidable capacité de traitement des données, ils garantissent la sécurité, la ponctualité et l’efficacité énergétique des déplacements tout en optimisant les horaires des trains en temps réel.

En quittant son domicile de Nuremberg, en Allemagne, Brigitte Schäfer repense à un titre qu’elle a lu ce matin dans le journal : « Le monde se rétrécit. » Elle se dit que la longueur de son trajet en voiture jusqu’au bureau où elle est consultante en stratégie d’entreprise, et celle de son vol pour Paris, en vue de sa réunion de demain, n’en seront pas pour autant raccourcies. Le train constituerait le moyen de transport le plus  éco-efficace pour ces deux déplacements. Il permettrait à Brigitte Schäfer d’émettre trois fois moins de CO2 dans le premier cas et sept fois moins dans le second. Mais, privilégiant le confort et la fiabilité, elle n’a aucune envie de rester debout dans des wagons bondés ni de subir d’éventuels retards.

copilote

D’après les experts, les voyages et déplacements enregistreront une hausse annuelle d’environ 1,6 % à l’échelle mondiale d’ici 2030, et seuls les systèmes de transport en commun seront en mesure d’éviter une croissance parallèle de la consommation d’énergie et des émissions de CO2. La planification en temps réel permettrait de fiabiliser les trajets en train et de les rendre ainsi plus attractifs. Le logiciel Falko de Siemens Mobility, par exemple, exploite des algorithmes d’optimisation afin de générer des horaires, les adapter aux circonstances et les implémenter en temps réel.

Il simule en outre la consommation d’énergie et les émissions de CO2 de différents itinéraires. Falko peut coordonner le freinage et l'accélération de plusieurs trains d’une même ligne avec une précision telle que l’énergie réinjectée dans le réseau par les moteurs électriques en phase de freinage peut être réutilisée pour l’accélération d’autres trains. Les unités de stockage temporaire d’énergie, très onéreuses, ne sont ainsi plus indispensables à bord des rames ou le long des voies, ce qui se traduit par des économies d’énergie pouvant atteindre 25 %. Le logiciel Falko est déjà utilisé par 21 systèmes de transport suburbain et régional dans le monde, ainsi que sur une ligne ferroviaire de transport de minerais en Australie.

« L’expérience prouve cependant que les processus informatisés fonctionnent rarement de manière optimale lorsque les machines impliquées sont pilotées pas des hommes », précise Horst Ernst, responsable de la stratégie de gestion des produits et du portefeuille de Siemens Rail Automation. C’est la raison pour laquelle les systèmes d’aide à la conduite prennent peu à peu la relève. Ils sont en mesure d’ajuster l’espacement entre les trains, permettant d’en augmenter le nombre en circulation sur une même ligne. Ils garantissent par ailleurs un rendement énergétique et une ponctualité hors pair.

ATO, un système d’automatisme performant

Siemens a ainsi développé ATO (Automatic Train Operation), qui peut être intégré au système d’automatisme d’aide à la conduite Trainguard MT. Avec ATO, le conducteur se contente d’envoyer un signal pour l’arrêt ou le départ et n’intervient qu’en cas de danger. ATO utilise la configuration de l’itinéraire mémorisée pour gérer de manière optimale l’accélération et le freinage selon les virages afin que de garantir la ponctualité du train. Il offre une réduction de la consommation énergétique pouvant s’élever à 30 % par rapport à un conducteur humain, qui a tendance à trop freiner, ce qui l’oblige ensuite à accélérer de nouveau.

Associé à Trainguard MT, le principe des « cantons mobiles » permet de rapprocher sensiblement les trains. Avec l’ancien système de signalisation basé sur des « cantons fixes », chaque trajet est subdivisé en tronçons délimités par des balises – de petites plaques équipées de transpondeurs placées le long des voies. Au passage d’un train, les signaux du tronçon précédent passent automatiquement au rouge. Une fois que le train a dépassé les balises suivantes, libérant ainsi le premier tronçon, le train suivant peut alors s’engager sur la voie.

cantons mobiles
Les cantons mobiles optimisent l’espacement des rames de métro en Chine (à gauche) et à Nuremberg. L’ETCS évitera bientôt le changement de locomotive sur les liaisons grandes lignes.

Grâce aux cantons mobiles, les balises enregistrent le passage des trains mais également leur vitesse, favorisant la précision du calcul des distances de sécurité. Le train suivant peut donc simplement ralentir au lieu de marquer un arrêt complet. Mise en oeuvre sur un réseau de métro, cette technologie est capable de réduire l’espacement entre deux rames de 90 à 100 secondes, ce qui représente une augmentation de 50 % de la capacité de transport de la ligne. Déployé dans 21 réseaux de métro dans le monde, Trainguard MT est l’automatisme le plus utilisé. Il a notamment été adopté, en combinaison avec ATO, par plusieurs grandes villes chinoises, dont Canton et Pékin.

Ce système est également en service dans le métro de Nuremberg. Les lignes U2 et U3 sont ainsi entièrement automatiques (sans conducteur) depuis 2008. Trainguard MT assure à la société de transport une réactivité et une souplesse exceptionnelles en cas de pics d’affluence soudains, grâce à l’ajout de rames supplémentaires en un temps record. Le problème des métros bondés appartient désormais au passé. « Il est relativement simple d’automatiser une ligne de métro car tous les paramètres des rames sont connus », explique Horst Ernst. « Mais les choses se compliquent pour le trafic grandes lignes dans la mesure où la composition des trains peut varier au jour le jour. » Les cantons mobiles n’étant compatibles qu’avec des trains complets, il n’est pas possible, pour le moment, d’exploiter ce système pour des applications supposant une configuration modulable. « Dans le domaine ferroviaire, les cycles d’innovation sont assez longs. Une fois adoptée, une technologie doit rester en service pendant 20 ou 25 ans », commente Horst Ernst.

La fin du changement de motrice

L’Europe est toujours en attente de la généralisation du système européen de contrôle des trains ETCS, European Train Control System). L’ETCS remplacera à terme les systèmes nationaux sur les lignes régionales et longue distance, rendant superflu le changement de locomotive aux frontières et ouvrant la voie à un trafic transfrontalier optimisé. Siemens a joué un rôle déterminant dans la définition des normes de l’ETCS et a fourni les équipements de la première ligne régulière (Jüterbog-Halle-Leipzig) en 2005. Avec 50 millions de kilomètres exploités en 2009, l’entreprise dispose également de la plus vaste expérience en la matière.

L’ETCS mémorise l’ensemble des données du trajet, y compris les pentes et la vitesse maximale autorisée. Le système vérifie en permanence si le train circule sur la bonne voie et dans la direction prévue. Il contrôle par ailleurs s'il est adapté à l'itinéraire et s'il respecte les règles de circulation, telles que les limitations de vitesse au niveau des chantiers et à l’approche des gares.

L’ETCS comporte plusieurs niveaux. Selon sa configuration, le système garantit le respect de la signalisation de voie (niveau 1), permet de supprimer la signalisation de voie grâce à une transmission continue des données de signalisation (niveau 2) et prend en charge le futur système de signalisation basé sur des cantons mobiles (niveau 3). Un train équipé de l’ETCS pourrait ainsi voyager directement de Nuremberg à Athènes sans changement de locomotive, ce qui est actuellement quasiment impossible en raison de la variété des systèmes de contrôle utilisés au niveau national. La durée des trajets en serait sensiblement réduite. Nous sommes cependant encore loin du déploiement complet de l’ETCS. L’implémentation initiale à l’échelle européenne n’est pas prévue avant 2014. Néanmoins, cette technologie favorise déjà la sécurité, la fiabilité et parfois l’efficacité énergétique des liaisons ferroviaires. En Espagne, par exemple, le Velaro exploite la technologie ETCS de Siemens pour parcourir les 650 kilomètres qui séparent Madrid de Barcelone en moins de trois heures. En Chine, les nouveaux trains à grande vitesse équipés de l’ETCS affichent quant à eux une ponctualité de 98 %.

Ces performances attirent une nouvelle clientèle. Brigitte Schäfer a ainsi renoncé à la dernière minute à se rendre à Paris en avion, lui préférant le confort du train pour pouvoir préparer sa réunion.

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Auteur : Bernhard Gerl