Les systèmes d'espacement des trains
Définition
Le système d’espacement des trains de même sens, est destiné à éviter les rattrapages et consiste à fractionner la ligne
en plusieurs cantons dont l’entrée est protégée par un signal d’arrêt.
Principe
Compte tenu de leur masse importante, de leur vitesse élevée, de la faible adhérence rail-roue, les trains ont besoin
d’une distance importante pour s’arrêter.
De ce fait, la distance nécessaire pour obtenir l’arrêt est généralement plus grande que la partie de voie visible par
le conducteur. Dans ces conditions, le conducteur d’un train en marche ne voyant pas à temps la queue d’un train arrêté
ou circulant à plus faible vitesse devant lui risquerait de le heurter.
Pour prévenir le risque de rattrapage : un dispositif d’espacement des trains appelé « cantonnement » est mis en place
selon les principes suivants :
- la ligne est divisée en portions de voie appelées « cantons »
- l’entrée de chaque canton est normalement commandée par un signal
- un seul train est normalement admis dans chaque canton
- aucun train ne peut normalement pénétrer dans un canton occupé, du fait du maintien à la fermeture du signal d’entrée
du canton durant tout le temps de son occupation
Dans certains cas particuliers, la pénétration d’un train dans un canton occupé ainsi que les modalités de
franchissement du signal d’entrée du canton sont prévues dans une procédure propre à chaque mode de cantonnement.
Les différents modes de cantonnement
On distingue :
- le cantonnement téléphonique
- le block manuel par appareils (BM)
- le block automatique : lumineux (BAL) ou à permissivité restreinte (BAPR)
- l’ETCS 1 généralement superposé à la signalisation au sol
- l’espacement sur lignes à grande vitesse (TVM, ETCS 2)
Sur les sections de lignes équipées en cantonnement téléphonique ou en block manuel par appareils, les signaux de
cantonnement sont manoeuvrés au sol ou depuis des postes par des agents du service du gestionnaire d’infrastructure (GI)
chargé de la gestion des circulations dénommés « gardes ».
Sur les sections de lignes équipées en BAL ou BAPR, les signaux de cantonnement se ferment automatiquement dès
l’occupation du canton et restent fermés jusqu’à sa complète libération.
Sur les sections de lignes à signalisation de cabine, équipées en TVM ou ETCS, les informations liées à l’espacement des
trains sont données au conducteur automatiquement directement en cabine de conduite.
Pour déterminer le mode et le cas échéant les postes de cantonnement d’une section de ligne, il faut consulter les RT.
1 - BA
Block Automatique
Principe
Le block automatique se caractérise en block automatique lumineux (BAL) et en block automatique à permissivité restreinte (BAPR) par :
- le fonctionnement entièrement automatique des signaux de cantonnement dont le changement d’état (fermeture ou ouverture) est provoqué par le passage des circulations sans aucune intervention humaine ;
- l’état d’occupation de chaque canton, agissant directement sur le signal d’entrée correspondant est obtenu par le circuit de voie en BAL, généralement par un comptage d’essieu en BAPR.
Le BAL permet un débit élevé des circulations sur la ligne.
Fonctionnement d’un circuit de voie
Un circuit de voie est principalement constitué de trois éléments :
- un émetteur, branché à l’une des extrémités de la zone. Il délivre un courant qui peut être de différente nature selon les types de circuit de voie (continu, impulsionnel, alternatif, etc.) ;
- une ligne de transmission, constituée par les deux files de rails ;
- un récepteur, branché à l’autre extrémité de la zone. Il assure le filtrage, l’amplification et la transformation du signal reçu via les rails, ce qui agit sur un relais appelé relais de voie. Les contacts de ce relais sont utilisés pour établir ou couper le circuit électrique du signal d’entrée du canton.
Lorsqu’aucun véhicule n’est présent sur la zone délimitant le circuit de voie (voie libre), le signal délivré par l’émetteur parvient au récepteur à travers la ligne de transmission, et le relais de voie est excité. Le feu d’entrée du canton est à voie libre (cas 1 ci-dessous).
Lorsqu’un véhicule est présent, son premier essieu agit comme une faible résistance, appelée shunt, qui court-circuite la transmission. Dans ce cas, le niveau du signal parvenant au récepteur n’est plus suffisant et le relais de voie se désexcite, ce qui entraine la fermeture du signal d’entrée du canton (cas 2 ci-dessous).
Fonctionnement des compteurs d’essieux
Un compteur d’essieux est un dispositif technique servant à détecter la présence d’une circulation sur une section, par
comptage des essieux qui franchissent les détecteurs encadrant cette section.
Un point de détection est installé à chaque extrémité de la section, et chaque fois qu’un essieu passe sur ce point au
début de la section, un compteur s’incrémente. Quand le train passe sur le point de détection en fin de la section, le
compteur décrémente. Si le nombre final est zéro, la section est présumée libre pour un deuxième train et le signal
d’entrée du canton présentera l’indication « voie libre ».
1.1 - BAL
Block Automatique Lumineux
Le signal d’entrée du canton présente une indication liée à l’état d’occupation du ou des cantons suivants, selon les
règles suivantes :
- indication d’arrêt lorsque le canton est occupé par au moins une portion du train
- annonce lorsque le canton suivant est occupé
- voie libre par défaut (sauf signaux Nf)
La longueur maximale d’un canton est en principe de 2800 m. Elle est généralement de 1500 m sur les lignes parcourues à
la vitesse maximale de 160 km/h.
Avantages du BAL
Le BAL offre un niveau élevé de sécurité et permet un débit important.
Limites
L’installation du BAL est très coûteuse, et son fonctionnement nécessite une garantie de contact électrique entre la
roue et le rail.
Implémentation
Simuler correctement le système BAL nécessite de respecter les critères suivants :
- lorsque la tête du train pénètre dans un canton, le signal d’entrée de celui-ci passe en indication d’arrêt
- lorsque la queue du train libère un canton, son signal d’entrée passe en annonce
- lorsque la queue du train libère un canton, le signal d’entrée du canton précédent passe en voie libre
- les signaux présentent une voie libre par défaut, sauf les signaux Nf qui sont par défaut en indication d’arrêt
1.2 - BAPR
Block Automatique à Permitivité Restreinte
Le signal d’entrée du canton est un signal qui présente une indication liée à l’état d’occupation du canton suivant
(indication d’arrêt ou de voie libre). Sur certaines lignes l’occupation du canton n’est pas obtenue par le circuit de
voie mais par un système de comptage d’essieux entrants et sortants.
Les cantons sont beaucoup plus longs que le BAL (jusqu’à 15 km et plus) et par conséquent le débit est moins important.
Avantages du BAPR
Le BAPR offre un bon niveau de sécurité et il est moins coûteux que le BAL.
Limites
Ce type de block n’est adapté qu’aux lignes conventionnelles à trafic moyen compte tenu de l’espacement imposé entre 2
trains successifs.
2 - ERTMS
European Rail Traffic Management System
Introduction
L’ERTMS, pour European Rail Traffic Management System, est un système qui vise à harmoniser la signalisation
ferroviaire en Europe.
Il est composé de trois sous-systèmes :
- un système de signalisation : l’ETCS
- un système de communication : GSM-R / GPRS / FRMCS
- un système de gestion du traffic : l’ETML
2.1 - ETCS
European Train Control System
Généralités
ETCS est le système européen de contrôle commande des trains. La partie bord est interopérable. La partie sol peut être
différente selon les pays tout en répondant aux mêmes objectifs de fonctionnalité.
Il existe quatre niveaux différents dont deux sont en service : L’ETCS 1 et L’ETCS 2. L’ETCS 0 est interdit en France.
L’ETCS 3 est encore à l’état de développement dans la plupart des pays de l’Union européenne.
Il s’agit d’un système de signalisation de cabine et de contrôle de vitesse faisant appel aux trois composantes
suivantes :
- sol : pour la gestion des circulations comprenant notamment l’espacement, la protection des points à protéger et des
circulations
- bord : pour l’affichage des ordres et informations à destination du conducteur et le contrôle de la bonne exécution de
ceux-ci, dénommé EUROCAB
- liaison : pour les échanges de données entre le sol et le bord :
- liaison ponctuelle unidirectionnelle du sol vers le bord par EURO BALISES,
- liaison radiotéléphonique continue et bidirectionnelle par GSM-R DATA pour ETCS2 dénommé EURORADIO.
Sur le RFN, sont mis en oeuvre les niveaux d’exploitations suivants :
L’ETCS1 sur certaines lignes parcourables jusqu’à 220 km/h. Il correspond à un système de signalisation de cabine,
généralement superposé à la signalisation au sol existante, dont les informations entre le sol et le bord sont
transmises ponctuellement par eurobalise.
L’ETCS2 sur certaines lignes à grande vitesse. Il correspond à un système de signalisation de cabine dont les
informations entre le sol et le bord sont transmises en temps utile ou cycliquement par liaison permanente GSM-R DATA.
L’ETCS2 est un système qui ne nécessite pas la matérialisation des cantons sur le terrain.
Préalablement à tout déplacement, les données relatives au train doivent être saisies ou paramétrées à bord. Ainsi, le
système peut, à partir des données bord et sol, superviser le train, c’est-à-dire contrôler sa vitesse et ses
déplacements et intervenir en cas de nécessité.
La détection d’une circulation sur une partie de voie est réalisée au moyen de circuits de voie ou de compteurs
d’essieux.
En ETCS2, la combinaison des équipements sol et bord est telle qu’elle ne nécessite, normalement, pas de signalisation
complémentaire au sol.
Équipement bord
Le bord est constitué d’un DMI, d’un EVC, de capteurs odométriques (de vitesse), d’antennes pour la lecture des PI ETCS,
un modem GSM-R (Euroradio) pour ETCS2, d’une unité juridique d’enregistrement des paramètres d’exploitation,
d’interfaces avec le train.
Le DMI
Le DMI est l’interface entre le conducteur et la machine. Il permet d’afficher les ordres et instructions en fonction
des données sol et/ou bord. Le conducteur renseigne également le système par saisie de données.
L’espacement des circulations et la protection des points dangereux se traduisent par l’affichage en temps utile d’une
vitesse but et d’une distance but. La vitesse but doit être respectée par le conducteur au point défini par la distance but.
En « marche normale », le DMI indique au conducteur la vitesse autorisée qui ne doit pas être dépassée. Dans ce cas, il
n’y a pas d’affichage de la distance but et de la vitesse but.
Un secteur pouvant présenter différentes couleurs est utilisé pour indiquer les ordres de vitesse ou d’arrêt.
Enfin, d’autres indications sont affichées telles que la signalisation de traction électrique, le niveau d’exploitation,
le mode technique. Les changements d’indication au DMI peuvent être accompagnés d’indications sonores. Une zone en
partie basse du DMI est également réservée pour l’affichage de messages textuels. Certaines informations complémentaires
peuvent également être affichées par l’entreprise ferroviaire.
Dans cet exemple, le conducteur autorisé à circuler à 140 km/h maximum, circule à 125 km/h, il va devoir observer une
phase de ralentissement afin de respecter la vitesse maxi de 100 km/h (vitesse But) à une distance de 2850 mètres (distance But).
Le DMI utilise un code couleur, avec la signification suivante :
- blanc/gris clair/gris foncé : aucune action immédiate n’est exigée du conducteur
- jaune : le conducteur doit intervenir si la vitesse réelle est proche de la vitesse autorisée (risque de passer à
la couleur orange en l’absence de réaction)
- orange : l’intervention est insuffisante (risque de passer à la couleur rouge en l’absence de réaction du conducteur)
- rouge : réaction trop tardive du conducteur, prise en charge par le système (peut revenir au jaune, au gris ou au
blanc après une action appropriée)
ETCS niveau 1
Transmission sol-bord
Ce niveau utilise une transmission ponctuelle à l’aide de balises placées au pied des signaux et en amont. Ces balises
(eurobalises) communiquent les données de signalisation au train.
Détection des trains
Le niveau 1 nécessite l’utilisation d’un système de détection des trains au sol (tel que des circuits de voie, compteurs
d’essieux et autres). Toutes ces informations sont donc transmises ponctuellement au train. La cadence de l’information
donnée pouvant être augmentée en jouant sur le nombre de balises, ou en installant une boucle (euroloop), équivalent
d’une balise, mais longeant la ligne sur une certaine distance.
ETCS niveau 2
Transmission sol-bord
Les données de signalisation sont transmises de manière permanente, via le réseau GSM-R. Le train communique constamment
sa position (qu’il détermine avec un odomètre) au centre de contrôle qui lui communique en retour les actions à
effectuer (vitesse, arrêt, etc.).
Des eurobalises sont toujours présentes sur la voie pour recaler éventuellement l’odométrie embarquée.
Détection des trains
Un système de détection des trains au sol s’appuie sur l’existence des circuits de voie pour localiser un train aval sur
un canton. Cette information est transmise au radio block center (RBC) qui gère ensuite l’espacement entre deux circulations.
Le train suiveur reçoit une nouvelle autorisation de circulation par l’intermédiaire de la liaison radio GSM-R.
Dès que le train aval libère un canton le poste central de commande reçoit l’information correspondante du sol qui est
transmise par liaison radio au train suiveur.
Avantage
Le niveau 2 rend disponible quasi immédiatement une information « libératoire » pour le train suiveur et contribue ainsi
à augmenter la fluidité. Cette immédiateté est la différence par rapport à la signalisation conventionnelle, où une
demi-minute est parfois nécessaire pour libérer un aiguillage alors que le train est déjà bien loin.
Les modes techniques
Les modes techniques utilisés sur le RFN sont :
Mode FS : Conduite en supervision complète.
Toutes les données train et voie sont disponibles à bord.
Le DMI affiche :
- la vitesse réelle du train et la vitesse autorisée
- lors de l’approche d’un EOA, d’un repère d’arrêt ETCS ou un heurtoir, la vitesse but et la distance but
Le système « bord » supervise la vitesse, le déplacement du train, le respect de l’EOA matérialisé par un repère
d’arrêt ETCS, un signal d’arrêt ou un heurtoir en ETCS1.
Mode OS : Conduite en marche à vue.
Toutes les données train et voie sont disponibles à bord sauf l’assurance de la libération de toute ou partie de la
voie allouée au train.
Le DMI affiche les mêmes indications qu’en mode FS.
Le système « bord » assure également la supervision comme en mode FS.
Mode SR : Conduite sous la responsabilité des agents.
Ce mode technique est utilisé pour les situations dégradées et la procédure « Mise en service » lorsque le bord n’a
pas reçu d’allocation de voie. Le système « bord » ne supervise que la vitesse du mode SR et le franchissement des
repères d’arrêt ETCS et des signaux d’arrêt.
Mode SH : Circulation en manœuvre.
Ce mode technique est sélectionné par le conducteur pour les mouvements de manœuvre. Le système « bord » ne supervise
que la vitesse du train.
Mode NL : Conduite d’un engin moteur non en tête du mouvement
Ce mode technique est utilisé en cas de pousse ou de double traction.
Protection contre le rattrapage
En mode FS, une vitesse autorisée affichée sans la présentation de l’EOA signifie « marche normale ».
La MA constituée d’un ou plusieurs cantons est allouée canton par canton, par ajout successif d’un canton.
Si le canton en aval du dernier canton alloué est occupé le train doit être en mesure de s’arrêter avant l’entrée de ce
canton. Le conducteur est alors avisé par une indication sonore au DMI.
Dès lors, les indications de conduite (vitesse but égale à 0 et une distance but) permettant de respecter la courbe de
freinage sont affichées.
Le conducteur doit ralentir de façon à être en mesure de s’arrêter avant l’EOA, tout en respectant la vitesse autorisée.
2.4 - FRMCS
Futur Système de Communications Mobiles Ferroviaires