Quand la grande vitesse bouleverse la signalisation

REPÈRES

REPÈRES
Les prin­ci­pales évo­lu­tions de la signa­li­sa­tion fer­ro­viaire fran­çaise au long des trente der­nières années sont liées à la grande vitesse. L’ouverture de chaque ligne à grande vitesse a été l’occasion d’innovations mar­quantes en la matière, reprises ensuite sur le réseau clas­sique. Il importe de sou­li­gner à cet égard le très fort niveau d’intégration du sys­tème fer­ro­viaire et l’importance de l’ingénierie sys­tème pour maî­tri­ser les inter­ac­tions entre ses divers éléments.

Signalisation par informatique

Suivre les trains auto­ma­ti­que­ment via des balises, et non plus par annonces de poste en poste, était déjà une avan­cée majeure. Ajou­ter des fonc­tion­na­li­tés d’aide à l’exploitation (pro­gram­ma­tion auto­ma­tique des iti­né­raires à par­tir du fichier théo­rique et du sui­vi) amé­lio­rait l’exploitabilité et dimi­nuait le coût d’exploitation des postes d’aiguillage à relais. La sou­plesse de la tech­no­lo­gie infor­ma­tique per­met­tait ain­si un saut de pro­duc­ti­vi­té et de qualité.

Une idée venue du Japon
La signa­li­sa­tion en cabine n’était pas une idée tota­le­ment nou­velle. Elle était déjà mise en oeuvre au Japon sur le Shin­kan­sen, et c’est le chef du dépar­te­ment de la signa­li­sa­tion de la SNCF de l’époque qui avait rap­por­té cette idée d’un voyage au Japon.

Cette démarche prag­ma­tique évi­tait de s’attaquer au cœur du sys­tème, à savoir les « enclen­che­ments de sécu­ri­té », qui ne posaient au reste aucun pro­blème ni de sécu­ri­té, ni d’obsolescence, et dont l’informatisation appa­rais­sait à tous comme un sujet com­pli­qué sans gain finan­cier cer­tain. Ain­si sont nés, dans les années 1970, les pro­gram­ma­teurs d’itinéraires des postes de Saint-Cloud, de Juvi­sy et de Lyon Part-Dieu, pour citer les plus importants.

Cette pre­mière géné­ra­tion de sys­tèmes infor­ma­tiques de signa­li­sa­tion non liés à la sécu­ri­té a joué un rôle très impor­tant dans l’évolution de la signa­li­sa­tion fran­çaise. Elle a créé les condi­tions favo­rables et consti­tué le pre­mier pas vers l’informatisation des fonc­tions de sécu­ri­té pour les lignes à grande vitesse.

Inventer la transmission voie-machine

Quand la direc­tion de la recherche de la SNCF a com­men­cé à réflé­chir à la grande vitesse fer­ro­viaire, il est appa­ru très rapi­de­ment qu’il n’était plus pos­sible, au-delà de 220 km/h, de conti­nuer à deman­der au conduc­teur de res­pec­ter une signa­li­sa­tion laté­rale par toutes condi­tions atmo­sphé­riques. Il fal­lait envi­sa­ger de lui pré­sen­ter les infor­ma­tions de signa­li­sa­tion direc­te­ment en cabine.

Au-delà de 220 km/h, il n’est plus pos­sible de res­pec­ter une signa­li­sa­tion latérale

Cette pre­mière géné­ra­tion de TVM (TVM 300), déve­lop­pée avec Ansal­do (alors CSEE Trans­port), est ana­lo­gique et élec­tro­nique (les relais d’acquisition et de codage-déco­dage de l’information sont analogiques).

Elle ne traite que l’espacement des trains, les postes d’aiguillage res­tant en tech­no­lo­gie clas­sique à base de relais. Elle per­met de trans­mettre une ving­taine d’informations entre le sol et le bord et de faire rou­ler des TGV à 300 km/h avec un espa­ce­ment de cinq minutes entre deux trains. Cette TVM équipe les lignes Sud-Est et Atlan­tique. Les pre­mières esti­ma­tions de tra­fic sur la ligne Nord, qui devait être pro­lon­gée par une ligne à grande vitesse en Grande-Bre­tagne après le pas­sage par le tun­nel sous la Manche, mon­traient en revanche que, compte tenu des débits à satis­faire, il fal­lait un espa­ce­ment de trois minutes, inac­ces­sible à la TVM 300.

Le construc­teur CS, deve­nu Ansal­do, eut alors l’idée d’utiliser simul­ta­né­ment toutes les fré­quences de modu­la­tion pos­sibles, la pré­sence ou l’absence d’une fré­quence étant inter­pré­tée à bord comme une infor­ma­tion binaire, 0 ou 1. De la sorte, il était pos­sible de trans­mettre un mes­sage de 20 bits, ce qui aug­men­tait consi­dé­ra­ble­ment la capa­ci­té de trans­mis­sion de la TVM puisqu’elle pas­sait à 2 puis­sance 20 mes­sages (en réa­li­té un peu moins, un cer­tain nombre de bits étant uti­li­sés pour la pro­tec­tion des mes­sages). La TVM 430 était née, repo­sant cette fois sur l’informatique aus­si bien au sol qu’à bord.

Utiliser toutes les fréquences de modulation

Une tech­no­lo­gie qui s’exporte
La signa­li­sa­tion fran­çaise fon­dée sur la TVM 430 s’est lar­ge­ment expor­tée. Elle per­met aux rames Tha­lys de faire le tra­jet Paris-Bruxelles et aux rames Euros­tar de faire les tra­jets Paris-Londres et Londres-Bruxelles. Elle équipe le tun­nel sous la Manche (par­cou­ru par les Euros­tar à 160 km/h) et la ligne bri­tan­nique à grande vitesse entre la sor­tie du tun­nel et la gare de St. Pan­cras à Londres (CTRL, Chan­nel Tun­nel Rail Link). Elle équipe éga­le­ment la ligne à grande vitesse coréenne et consti­tue la base du sys­tème de trans­mis­sion voie-machine lar­ge­ment répan­du en Chine.

C’était un saut tech­no­lo­gique majeur : pour la pre­mière fois, des fonc­tions de sécu­ri­té fer­ro­viaire étaient tota­le­ment prises en charge par un sys­tème infor­ma­tique. Tout était à inven­ter : les prin­cipes de sécu­ri­té des archi­tec­tures infor­ma­tiques mises en oeuvre, le pro­ces­sus de déve­lop­pe­ment, la preuve de sa sécu­ri­té par une approche pro­ba­bi­liste, mais aus­si son homo­lo­ga­tion, les métho­do­lo­gies de véri­fi­ca­tion et d’essais. Les essais pou­vaient du reste, pour la pre­mière fois, se dérou­ler en majeure par­tie en pla­te­forme et non plus uni­que­ment sur site.

La TVM 430 a été un for­mi­dable ter­rain d’innovations. Elle a per­mis à l’ingénierie SNCF et à Ansal­do d’acquérir une expé­rience qui a consti­tué le socle des déve­lop­pe­ments ulté­rieurs pour les lignes nou­velles, pour le réseau clas­sique fran­çais, tech­niques qui ont été expor­tées par la suite. Cette TVM per­met aujourd’hui de rou­ler jusqu’à 320 km/h avec un espa­ce­ment de trois minutes entre deux trains. Elle équipe toutes les lignes à grande vitesse en ser­vice (hor­mis les lignes Sud-Est et Atlan­tique), et équi­pe­ra celles qui res­tent en pro­jet à ce jour.

Informatiser la sécurité

Une syn­thèse
Un poste d’aiguillage infor­ma­ti­sé « de syn­thèse » (dit PAI 2006), en cours de déploie­ment, reprend les prin­cipes des pro­duits exis­tants des construc­teurs (Ansal­do, Alstom et Thales) en aug­men­tant leur capa­ci­té en nombre d’entrées-sorties et donc en nombre d’itinéraires.

La TVM ne concer­nait que la signa­li­sa­tion. L’informatique allait péné­trer au cœur même des postes, pour des rai­sons éco­no­miques certes – les tech­no­lo­gies de sécu­ri­té à relais étaient spé­ci­fiques et oné­reuses –, mais sur­tout parce que ces tech­no­lo­gies ris­quaient de dis­pa­raître par obso­les­cence. Cette infor­ma­ti­sa­tion répon­dait à deux besoins dis­tincts : d’une part le pro­gramme des lignes à grande vitesse, d’autre part la moder­ni­sa­tion des postes d’aiguillage des lignes clas­siques. C’est ain­si qu’est né le SEI (sys­tème d’enclenchement infor­ma­tique), déve­lop­pé lui aus­si par Ansal­do, qui a la par­ti­cu­la­ri­té d’intégrer la TVM 430 et équipe toutes les lignes à grande vitesse construites depuis le lan­ce­ment de la ligne Méditerranée.

Le pre­mier poste d’aiguillage infor­ma­tique pour ligne nou­velle (le SEI pour la Médi­ter­ra­née) et le poste pour réseau clas­sique de Roanne ont lar­ge­ment béné­fi­cié de l’expérience acquise avec la TVM 430 de la ligne à grande vitesse Nord.

Aide à l’exploitation

Cette géné­ra­tion d’outils (appe­lée Mis­tral, acro­nyme pour Modules infor­ma­tiques de signa­li­sa­tion et de trans­mis­sion des alarmes), four­nie par ATOS Ori­gin, a pour objet de stan­dar­di­ser l’interface entre les postes d’aiguillage et les opé­ra­teurs, de dimi­nuer les coûts de pos­ses­sion et d’améliorer l’ergonomie de cette inter­face en cas de situa­tions per­tur­bées. Le pre­mier exem­plaire de Mis­tral a été ins­tal­lé au poste de Mar­seille pour la mise en ser­vice de la ligne Méditerranée.

Stan­dar­di­ser l’interface entre les postes d’aiguillage et les opérateurs

Il appa­raît qu’une dimi­nu­tion signi­fi­ca­tive des coûts d’exploitation du réseau pour­rait être atteinte tout en amé­lio­rant l’efficacité opé­ra­tion­nelle de sa ges­tion, en dimi­nuant le nombre de centres de com­mande et en met­tant à dis­po­si­tion des exploi­tants des outils plus per­for­mants (Mis­tral Nou­velle Géné­ra­tion). Ce pro­jet condui­ra, à terme, à télé­com­man­der les 1 500 postes gérant les 14 000 km du réseau principal.

Vers la commande centralisée du réseau (CCR)

Inter­con­nexions
Le réseau fran­çais inter­con­necte for­te­ment lignes à grande vitesse et lignes clas­siques. La per­for­mance du sys­tème dépend alors de la qua­li­té de la ges­tion des rac­cor­de­ments entre ces der­nières ; l’outil Mis­tral a été conçu dans ce but.

La pre­mière ligne à grande vitesse à avoir été consi­dé­rée comme une par­tie inté­grante de l’ensemble du réseau est la ligne Médi­ter­ra­née. Le poste de Mar­seille com­mande à la fois la zone de Mar­seille et la ligne Médi­ter­ra­née jusqu’à Valence, ce qui faci­lite gran­de­ment l’insertion des TGV sur le réseau clas­sique à proxi­mi­té de Mar­seille. Sous cet angle, le pro­jet CCR est une étape de plus vers l’intégration des lignes à grande vitesse dans le sys­tème glo­bal de ges­tion du réseau.

Télécoms et signalisation

Les sys­tèmes modernes de signa­li­sa­tion ont un besoin vital des réseaux de trans­mis­sion, mais aus­si des exi­gences très éle­vées en matière de dis­po­ni­bi­li­té, de maî­trise des temps de réponse et de sûre­té (au sens de pro­tec­tion contre des intru­sions malveillantes).

Les sys­tèmes modernes de signa­li­sa­tion ont un besoin vital des réseaux de transmission

Les pre­mières géné­ra­tions de lignes à grande vitesse uti­li­saient les sys­tèmes clas­siques de trans­mis­sion télé­com (réseaux SDH avec des sup­ports phy­siques de trans­mis­sion cuivre ou fibres optiques). Ces sys­tèmes sont aujourd’hui obsolètes.

Avec l’évolution des sys­tèmes de trans­mis­sion vers les tech­no­lo­gies de trans­mis­sion fon­dées sur le pro­to­cole Inter­net (IP), les sys­tèmes de signa­li­sa­tion com­mencent à recou­rir à des réseaux de trans­mis­sion ouverts et non phy­si­que­ment dédiés (plu­sieurs réseaux logi­que­ment dis­tincts coha­bitent sur un même réseau phy­sique). Ce qui n’est pas sans lan­cer de nou­veaux défis pour garan­tir le niveau de sécu­ri­té requis pour des appli­ca­tions ferroviaires.

Système de contrôle-commande européen (ERTMS) et GSM R

Le sys­tème de contrôle-com­mande des cir­cu­la­tions ERTMS (Euro­pean Rail Traf­fic Mana­ge­ment Sys­tem) consti­tue la der­nière évo­lu­tion tech­no­lo­gique majeure dans le domaine de la signa­li­sa­tion. Le GSM R (R pour rail­way) est le sys­tème de trans­mis­sion radio (voie et don­nées) stan­dar­di­sé au niveau euro­péen pour les appli­ca­tions fer­ro­viaires. C’est un réseau dis­tinct du réseau GSM public mais qui repose sur la même tech­no­lo­gie en y adjoi­gnant un cer­tain nombre de fonc­tion­na­li­tés spé­ci­fi­que­ment ferroviaires.

Des lignes à part
Les pre­mières lignes à grande vitesse ont été consi­dé­rées à l’origine comme des lignes à part. Elles étaient et sont encore à ce titre presque toutes exploi­tées à par­tir d’un poste cen­tral de com­mande assu­rant à la fois la fonc­tion aiguillage et la fonc­tion régu­la­tion. L’avantage de cette solu­tion est d’avoir une ges­tion spé­ci­fique et opti­mi­sée pour le tra­fic de type TGV. L’inconvénient, consta­té de manière évi­dente sur la ligne Nord en région pari­sienne, est jus­te­ment la dif­fi­cul­té de prendre en compte le rac­cor­de­ment de ce der­nier avec le tra­fic du réseau classique.

Ces deux avan­cées tech­no­lo­giques se com­binent pour faire émer­ger l’interopérabilité des exploi­ta­tions au niveau euro­péen, c’està- dire la pos­si­bi­li­té pour un train don­né d’aller dans tous les pays euro­péens sans chan­ger de loco­mo­tive ou de conduc­teur au pas­sage des frontières.

Les divers pays euro­péens avaient en effet his­to­ri­que­ment déve­lop­pé des sys­tèmes de signa­li­sa­tion dif­fé­rents et de contrôle de vitesse natio­naux incom­pa­tibles les uns avec les autres.

À titre d’exemple, une rame Euros­tar, pour pou­voir cir­cu­ler en France, en Bel­gique et en Grande-Bre­tagne doit être équi­pée de sept sys­tèmes dif­fé­rents de contrôle de vitesse.

En ce qui concerne la France, le sys­tème ERTMS niveau 2 est ins­tal­lé sur la ligne à grande vitesse est-euro­péenne et se trouve en cours d’homologation. RFF pré­voit d’équiper toutes les lignes à grande vitesse à venir en ERTMS niveau 2 (en super­po­si­tion avec la TVM 430 pour les lignes en pro­jet à ce jour, afin de lais­ser le temps à la SNCF d’équiper toutes ses rames TGV en ERTMS). Les rames à grande vitesse SNCF sont ou seront équi­pées d’un équi­pe­ment de bord dit bistan­dard trai­tant à la fois la fonc­tion TVM et la fonc­tion ERTMS.

Au niveau euro­péen, depuis décembre 2009, des rames TGV fran­çaises aptes à cir­cu­ler sur ces réseaux cir­culent tous les jours sur les réseaux belge et hol­lan­dais équi­pés d’ERTMS niveau 2 avec une excel­lente dis­po­ni­bi­li­té. Ce sont les seuls maté­riels à fran­chir une fron­tière entre deux pays euro­péens grâce à l’ERTMS niveau 2.

Des défis et des perspectives

Les évo­lu­tions de la tech­nique et celles de l’organisation de l’activité fer­ro­viaire obli­ge­ront certes les ingé­nieurs de la signa­li­sa­tion à rele­ver de nou­veaux défis, mais elles leur per­met­tront aus­si de s’inscrire très dyna­mi­que­ment dans de nou­velles perspectives.

La modi­fi­ca­tion de l’organisation fer­ro­viaire en Europe, avec l’apparition de nom­breux acteurs nou­veaux, aux objec­tifs par­fois dif­fi­ciles à ali­gner, est indu­bi­ta­ble­ment source de com­plexi­té. Main­te­nir un haut niveau de sécu­ri­té mal­gré cette répar­ti­tion des res­pon­sa­bi­li­tés (voire cet écla­te­ment) est un pre­mier défi. Il s’agit de ren­for­cer la com­pé­tence d’ingénierie sys­tème, qui devient clef dans un monde écla­té, de manière à maî­tri­ser les inter­faces entre l’infrastructure et les mobiles.

Paral­lè­le­ment, il fau­dra réus­sir à conser­ver et à péren­ni­ser les com­pé­tences, notam­ment sur des tech­no­lo­gies anciennes voire obso­lètes, mais qui doivent, pour des rai­sons pra­tiques, res­ter maîtrisées.

Le fer­ro­viaire est per­çu comme trop cher, trop long, pas assez « agile » face aux évo­lu­tions de la tech­no­lo­gie, aux per­for­mances de ses concur­rents et aux besoins des clients. Il fau­dra rac­cour­cir les délais de réa­li­sa­tion des pro­jets de signa­li­sa­tion, car la concur­rence des autres modes de trans­port est redoutable.

Pas­ser d’un « para­digme » d’ingénieurs signa­li­sa­tion à celui d’ingénieurs système

Le che­min par­cou­ru avec suc­cès pour per­mettre des per­for­mances crois­santes est déjà long. Il convient de pour­suivre cette moder­ni­sa­tion du réseau, et à cet effet de mettre l’accent sur la défi­ni­tion des besoins et d’investir dans les études d’émergence, mais aus­si de mettre en place pour la réa­li­sa­tion des pro­jets de signa­li­sa­tion des orga­ni­sa­tions per­for­mantes, admet­tant en par­ti­cu­lier l’innovation.

Plus glo­ba­le­ment, il faut pas­ser d’un « para­digme » d’ingénieurs signa­li­sa­tion à celui d’ingénieurs système.

L’ingénierie SNCF a bien l’intention de conti­nuer à jouer un rôle majeur dans l’évolution du sys­tème fer­ro­viaire (notam­ment de la grande vitesse et des zones denses).

Elle s’appuiera sur son expé­rience, en étant déli­bé­ré­ment à l’écoute de ses clients à com­men­cer par RFF, en étant tour­née vers l’avenir et ouverte aux inno­va­tions, aux évo­lu­tions tech­no­lo­giques et, de façon géné­rale, aux autres.

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