KVB : la sécurité mais sans la capacité

La saturation du réseau ferroviaire francilien résulte de l’accumulation de plusieurs faits à commencer évidemment par la hausse de la fréquentation, plus de 30% sur les dix dernières années, entraînant une augmentation de la charge des trains, qui se répercute sur la régularité. L’accumulation de retards est une source majeure de perte de capacité sur l’infrastructure, générant ainsi une saturation technique : le système n’est plus en capacité d’écouler normalement les circulations.

Cette saturation a également d’autres causes, liées aux limites des systèmes d’exploitation ferroviaires actuels. L’introduction du contrôle de vitesse par balises (KVB) à partir de la fin des années 1980, a entraîné une diminution de la capacité du réseau évaluée autour de 15%. A l’époque, elle était relativement transparente mais aujourd’hui, elle est une des causes des difficultés quotidiennes : pas la plus simple à expliquer ni à contourner puisque concernant la sécurité des circulations et donc des voyageurs.

Au KVB se sont ajoutées de nouvelles pratiques de conduite, avec notamment la Vitesse Sécuritaire d’Approche – VISA – recommandant au conducteur se présentant devant un signal à l’avertissement de réduire la vitesse de son train à 30 km/h à une distance de 200 m en amont de ce signal. On rappellera que l’avertissement demande en principe au conducteur d’être en mesure de s’arrêter au signal suivant. La VISA rapproche le « signal au jaune » du sémaphore (rouge clignotant) imposant l’arrêt au pied du signal et un départ en marche à vue à 30 km/h maximum.

Des méfaits de la robustesse

A ces éléments s’ajoutent les méthodes de tracé des trains et la conception des horaires, avec deux facteurs structurants.

Le premier est d’ordre technique : un train peut être tracé au plus tôt 35 secondes après le retour du signal à voie libre. Ainsi, si le temps de retour à voie libre derrière un train est de 150 secondes, ce n’est au plus tôt qu’à la 185ème que peut être nominalement tracé le train suivant.

Le second est d’ordre commercial et contractuel. Le temps de stationnement nominal en Ile de France est de 40 secondes. Cela ne veut pas dire que le train doit obligatoirement s’arrêter 40 secondes en gare. En revanche, c’est un moyen d’ajouter 10 à 15 secondes de détente en certains points, qui au final peuvent représenter plusieurs minutes de temps de parcours. La tendance en Ile de France est plutôt à l’augmentation des temps de stationnement, du fait de la hausse du trafic, mais aussi de l’architecture du matériel roulant pas toujours compatible avec des échanges performants, et dans le but d’augmenter artificiellement le taux de ponctualité afin de limiter le niveau des pénalités encourues dans le contrat STIF – SNCF. En gonflant les temps de parcours, on peut ainsi faire entrer plus de trains dans la catégorie « à l’heure », c’est-à-dire avec moins de 5 minutes de retard sur l’horaire théorique. On est assez loin du principe de Raoul Dautry, directeur des Chemins de fer de l’Etat : « mes trains sont à l’heure parce qu’ils sont tendus ». Les marges de robustesse ont en effet un effet pervers en ce sens qu’elles constituent un moyen de tolérer une forte dispersion des comportements de conduite.

RATP – SNCF : des conduites différentes

La conduite est en elle-même un sujet et la comparaison avec la RATP est quelque peu biaisée : un conducteur du RER RATP a déjà 10 ans d’expérience de la conduite du métro. Il est donc habitué aux marches tendues, aux intervalles resserrés, à la précision de l’arrêt en station (puisque la longueur des trains est souvent égale à celle des stations… voire légèrement supérieure !) et à une gestion des temps de stationnement. La conduite du RER RATP capitalise donc sur ces acquis de l’expérience.

En revanche, côté SNCF, la banlieue est plutôt au début de la carrière et le processus de formation des conducteurs prévoit un bagage polyvalent. Or la conduite d’une rame de banlieue à 80 km/h avec un arrêt tous les kilomètres n’a pas grand-chose en commun avec la traction d’un train de fret à 100 km/h avec 2400 tonnes d’hydrocarbures... La spécialisation progresse, pas forcément au rythme que souhaiterait le STIF qui a compris que dédier les conducteurs par ligne était un moyen de gagner en régularité (suppression des interdépendances liées au roulement des agents d’un axe à l’autre) et en performance par des pratiques adaptées à chacune des lignes.

On notera toutefois qu’elle peut exister dans les faits : un conducteur sur la banlieue Saint Lazare ne conduit pas de la même façon que son homologue du RER D ou de Paris Montparnasse.

Les limites de la signalisation classique

A partir de 2008, le pôle recherche de Transilien a lancé une étude sur l’amélioration de l’exploitation du réseau francilien face l’augmentation durable du trafic. L’objectif principal était de rompre avec la logique selon laquelle une hausse du débit pour augmenter la capacité de transport se traduirait mécaniquement par une diminution de la vitesse, donc une hausse des temps de parcours.

Les études ont défini qu’au-delà d’une certaine capacité, la signalisation classique n’était plus en mesure d’offrir une performance suffisante, en fixant la limite à 16 trains par heure et par sens, et en considérant qu’au-delà, la vitesse chuterait à 60 km/h, générant une exploitation type RER C.

On notera tout de même que, sur la ligne A, jusqu’à la mise en exploitation du SACEM (Système d’Aide à la Conduite, à l’Exploitation et à la Maintenance) la capacité du tronçon central du RER A était de 24 trains par heure à une vitesse de 100 km/h. SACEM a permis de repousser la limite à 30 trains par heure et par sens, sans faire chuter la vitesse des trains.

Capitaliser sur l’expérience des métros automatiques

Devenu un projet commun RFF-SNCF dès 2009 et étroitement lié au projet EOLE, les études ont naturellement porté sur les apports potentiels de l’ERTMS, mais dès 2010, il est apparu que le niveau 2 serait insuffisant et que le niveau 3 était encore très hypothétique. C’est ainsi que la réflexion s’est naturellement orienté vers la technique CBTC – Communication Based Train Control – constituant la pierre angulaire des métros automatiques.

Le concept repose sur la réduction de l’intervalle entre les trains pour augmenter le débit des infrastructures existantes sans nécessiter la construction de nouvelles – et par conséquent coûteuses – voies. Le contrôle continu de la position des trains, la définition d’une courbe de freinage optimale par rapport à un point à protéger en principe mobile, mais qui peut aussi être fixe, et l’affranchissement vis-à-vis d’un système de signalisation fixe constituent les fondements du projet alors baptisé NExT : Nouvelle Exploitation des Trains.

EOLE-signalisation

Dans ses principes, il propose des fonctionnalités comparables au SACEM mis en place en 1989 sur le tronçon central du RER A : SACEM calcule la vitesse pouvant être atteinte par un train en fonction de la distance le séparant du précédent et d’une courbe de freinage type.

Le projet RFF-SNCF est conçu pour aller plus loin en utilisant les 3 couches fonctionnelles d’un CBTC à savoir :

  • le contrôle continu de la vitesse des trains sur des cantons mobiles déformables (Automatic Train Protection),
  • le pilotage des trains (Automatic Train Operation) sur ordre de départ du conducteur toujours présent, à l’image des lignes classiques du métro,
  • la supervision du trafic et la régulation des circulations de sorte à assurer le respect de l’horaire sur des points critiques, notamment à la sortie des zones équipées du CBTC vers de sections d’exploitation classique.

NExTEO définit trois niveaux de régulation : automatique, suggérée ou manuelle. Dans le premier cas, l'algorithme gère lui-même le trafic et le système informe les agents de régulation des décisions prises. En mode suggéré, le système propose des scénarios de gestion d'une situation dégradée. En mode manuel, l'agent reprend la gestion complète du trafic.

Deux niveaux de conduite sont définis : le pilotage assisté et le pilotage contrôlé. Dans le premier cas, le conducteur, après avoir assuré le service voyageur, délivre l'autorisation de mise en mouvement. NExTEO assure traction et freinage jusqu'à la prochaine gare. C'est l'équivalent de la conduite programmée d'une ligne de métro conventionnelle, à ceci près que la conduite du train n'est pas attachée au respect de cantons fixes, mais à un point à protéger (le train précédent) lui-même mobile. Le pilotage contrôlé rend au conducteur la responsabilité complète de la conduite du train, le système n'assurant que le contrôle du respect des informations de vitesses transmises, soit une application dans le principe proche du SACEM existant actuellement sur le RER A.

EOLE-Nexteo

NExTEO devra aussi être « interfacé » avec les systèmes d’exploitation existants, d’une part puisqu’en dehors du tronçon central, les trains seront suivis et conduits de façon classique, et d’autre part en raison de l’existence du block automatique lumineux et du KVB qui permettra d’exploiter le tronçon central avant la mise en service de NExTEO, en secours ou en cas de circulation de trains non équipés pour le CBTC. C'est une des spécificités de l'application à une section de ligne. Jusqu'à présent, la SNCF avait su gérer la transition entre les systèmes de contrôle de vitesse (KVB sur le réseau classique, TVM sur ligne nouvelle), tandis que les métros automatiques n'avaient pas à gérer de changement de mode de conduite en ligne. NExTEO a donc développé une fonction de transition dynamique, qui sera utilisée entre la bifurcation de Bezons et la gare de Nanterre La Folie ainsi qu'entre Rosa Parks et Pantin.

EOLE premier terrain d’application

La première application visée est sur le RER E dans le cadre de son prolongement à Mantes la Jolie. NExTEO – Nouvelle Exploitation des Trains Est-Ouest – sera déployé dans un premier temps entre Nanterre La Folie et Pantin, pour gérer le tronçon central parcouru à la fois par les RER E « ouest » venant de Mantes la Jolie et faisant terminus à Rosa Parks, soit 6 trains par heure, et les RER E « est » venant de Chelles, Villiers et Tournan, faisant terminus à Nanterre, soit 16 trains par heure. NExTEO devra gérer la circulation de 22 trains par heure entre Nanterre et Pantin avec une vitesse maximale de 120 km/h entre La Défense et Haussmann Saint Lazare. Cette exploitation ne sera possible qu’avec le retrait des MI2N, insuffisamment performants, et qui ne seront pas équipés du CBTC : seul le nouveau matériel RERng en sera doté.

NExTEO est calibré sur le RER E pour un débit maximal de 28 trains par heure, lié à la configuration des gares de La Défense et Porte Maillot, ne disposant que d’une voie par sens, et un intervalle minimal de 108 secondes. Ainsi, NExTEO anticipe l’augmentation de la desserte qui sera rendue possible par la mise en service de LNPN en Ile de France afin de dédier la ligne existante entre Nanterre et Mantes aux trains du RER.

En janvier 2016, le marché NExTEO a été officiellement remporté par Siemens qui renforce sa position sur les automatismes en Ile de France, ayant déjà remporté depuis 20 ans les lignes 1, 4 et 14 du métro.

La mise en place de NExTEO est étroitement associée à l'arrivée du RERng puisque les MI2N ne seront pas équipés en raison de leurs performances insuffisantes pour assurer les temps de parcours requis par le RER E avec une cadence de 22 trains par heure dans le tronçon central. L'autorisation de mise en exploitation du système est prévue en mars 2022. Entre décembre 2020 et mars 2022, le RER E sera exploité jusqu'à Nanterre La Folie en signalisation latérale classique avec le seul prolongement des 16 trains existants de Haussmann à Nanterre. L'arrivée des RERng à partir de novembre 2020 permettra de constituer une flotte de validation de NExTEO, et l'exploitation en régime de croisière est fonction de la mise en service de la ligne jusqu'à Mantes la Jolie, prévue en décembre 2022.

151215_MI2Nrosa-parks3

Paris Rosa Parks - 15 décembre 2015 - C'est en amont de la gare Rosa Parks qu'aura lieu la transition dynamique entre la signalisation classique et le domaine NExTEO. On aperçoit à droite le mur de soutènement prévu pour élargir l'emprise ferroviaire et installer les deux voies de retournement des missions Ouest venant de Mantes la Jolie. Quant au MI2N, il est appelé à d'autres utilisations que sur EOLE, dès lors que les RERng arriveront.© transportparis

Au-delà d’EOLE

Le système développé pour le RER E n’a pas vocation à être cantonné à cette seule ligne d'autant que le CBTC fait désormais partie de la STI Contrôle Commande Signalisation au titre des systèmes nationaux autorisés. Outre le fait qu’une extension de Pantin à Noisy le Sec pourrait être mise en œuvre à terme, il pourrait être déployé sur d’autres lignes à fortes fréquences du réseau francilien. C’est en particulier le cas pour les lignes B et D, d’abord sur le tunnel Châtelet – Gare du Nord afin d’assurer non seulement l’écoulement des 32 trains par heure et par sens, mais aussi de faciliter une évolution à 36 trains, au bénéfice de la ligne B (passage de 20 à 24 trains) ou de la ligne D (passage de 12 à 16 trains). La configuration des deux gares encadrantes, Châtelet les Halles avec 2 voies pour le RER B et 3 voies pour le RER D et Gare du Nord avec deux voies pour chaque ligne, ainsi qu’une vitesse de 90 km/h, rendent plus aisés les objectifs de très haut débit.

Par conséquent, NExTEO aurait a priori vocation à être installé sur une section RATP, ce qui pose la question d’une stratégie de développement en ile de France en proposant un système d’exploitation commun aux deux opérateurs. Sur la ligne B, le tronc commun Aulnay – Bourg la Reine semble une application cible pertinente, ou a minima entre La Plaine et Bourg la Reine. Sur la ligne D, c’est la section Stade de France – Villeneuve Saint Georges qui semble désignée pour disposer d'un périmètre d'action suffisant afin de pouvoir réguler le trafic en amont du tronçon central.

Sur le réseau SNCF, on pensera également au réseau Saint Lazare, d’abord sur le groupe II de Paris à Saint Cloud (voire au-delà si la branche Versailles était, comme nous le suggérons, prolongée à Saint Quentin en Yvelines en remplacement de la ligne U).  Les acquis de développement de NExTEO sur la supervision et la régulation pourraient également être mis à profit pour intégrer les futurs Centres de Commandement Unique (CCU) ayant vocation à succéder en Ile de France aux CCR (Commandes Centralisées du Réseau), tout en conservant des principes conventionnels d’exploitation.

Reste une question : les principes de NExTEO pourraient-ils constituer le socle d’un système unique aux deux opérateurs pour les sections à fort trafic ? Quelles seront les suites du partenariat entre les ingénieries de la RATP et de la SNCF sur l’élaboration fonctionnelle de NExTEO ? Ce système pourrait-il être décliné afin de succéder sur la ligne A au SACEM développé dans les années 1980 ?

En avril 2016, la Région et le STIF ont demandé à la RATP et à la SNCF de plancher sur une solution unique à l'Ile de France, notamment pour enterrer définitivement - ou du moins pour quelques décennies - le second tunnel Châtelet - Gare du Nord.