Envoyer les bons signaux

Le tunnel de base du Saint-Gothard est, avec ses 57 km creusés à travers les Alpes, le tunnel ferroviaire le plus long et le plus profond jamais construit. Pour pouvoir exploiter pleinement le potentiel offert par cette infrastructure stratégique vitale, il fallait une signalisation de pointe.
 
  • L’ETCS permet aux trains de franchir les frontières sans être obligés de s’arrêter pour changer de locomotive.
  • La Suisse est l’un des premiers pays à avoir adopté le système, lequel se développe partout dans le monde.
  • L’ETCS niveau 3 introduira la technologie des cantons mobiles, ce qui permettra de réduire l’intervalle entre les trains et d’augmenter la capacité globale des grandes lignes.
Les Alpes ont été de tous temps une gigantesque barrière naturelle à la circulation des personnes : une magnifique chaîne de montagnes rocheuses, par endroits impénétrable, qui dessine un arc de plus de 1 000 km au cœur de l’Europe.

Or, une nouvelle génération de tunnels est en train de remettre en question cette domination des Alpes, redessinant par la même occasion la carte de l’Europe. Le Saint-Gothard, dernier-né des tunnels transalpins et aussi le plus long, est la pièce maîtresse d’un ambitieux programme d’amélioration des liaisons ferroviaires suisses, de réduction du trafic routier et de sauvegarde de l’environnement alpin. Il a été construit par AlpTransit Gotthard AG, filiale de la Compagnie des chemins de fer suisses, pour le compte du gouvernement fédéral helvétique.
 

La force du signal

Partenaire et maître d’œuvre du consortium Transtec Gotthard, Thales a signé le 29 avril 2008 un contrat de 2 milliards de francs suisses portant sur le déploiement de la technologie ferroviaire. Thales a assuré non seulement la direction du programme en tant que chef de projet général du consortium mais également des fonctions clés telles que la gestion RAMS (fiabilité, disponibilité, maintenabilité et sécurité), les finances et la responsabilité de la mise en service. Une signalisation ferroviaire de pointe était primordiale pour donner vie au rêve de transports transalpins à grande vitesse.

« Thales avait pour mission de déployer le système de signalisation du tunnel du Saint-Gothard, explique Denis Laroche, directeur du développement de l’activité chez Thales. Il s’agit d’un système électronique qui contrôle les trains et assure la sécurité du trafic. »

La signalisation déployée dans le Saint-Gothard est un système ETCS niveau 2, dans lequel le train est relié au système de signalisation par des communications radio permanentes. Cela permet de faire circuler des trains en toute sécurité jusqu’à 250 km/h. En service depuis longtemps, l’ETCS niveau 2 a largement fait ses preuves : Thales a ainsi déployé le même système dans le tunnel jumeau du Saint-Gothard, celui du Lötschberg inauguré en 2007.

L’absence totale de signaux physiques dans le tunnel du Saint-Gothard pourra en étonner certains. En fait, toutes les informations dont les conducteurs ont besoin s’affichent directement en cabine sur un écran. Il est, en effet, impossible aux conducteurs de trains circulant à grande vitesse d’avoir une vision satisfaisante des signaux latéraux classiques.

« Faire circuler des trains à grande vitesse dans des tunnels en augmentant sensiblement la capacité des lignes est une entreprise très délicate, assure Alfred Veider, directeur de la stratégie et de la politique produits dans le domaine de la signalisation grandes lignes chez Thales. Un système de contrôle des trains d’une extrême fiabilité est un impératif absolu. »

Conçu pour réduire les temps de trajet et répondre à la demande d’augmentation de la fréquence des trains – jusqu’à 300 par jour – l’ETCS permet également de traverser l’Europe sans avoir besoin de changer de locomotive pour s’adapter aux différents systèmes de contrôle des trains.

« La Suisse a été l’un des premiers pays à adopter l’ETCS et son réseau grandes lignes est une référence dans le monde entier, souligne Denis Laroche. Le Saint-Gothard, qui fait partie du corridor Rotterdam-Gênes, est au cœur du réseau ferroviaire européen. Le programme est donc vital non seulement pour la Suisse, mais pour l’Europe toute entière. »

Le tunnel est la promesse d’un fret plus rapide et plus vert, mais aussi d’amélioration considérable des temps de trajet pour les voyageurs. Avec la nouvelle liaison à grande vitesse, le trajet entre Zurich et Milan durera seulement trois heures, soit 40 minutes de moins que le trajet actuel le plus rapide.
 

Partir de zéro

Construire et mettre en service un tunnel ferroviaire moderne n’est pas une mince affaire. Le Saint-Gothard comporte deux tunnels – ou « tubes » – parallèles, un pour chaque sens de circulation. Il a fallu plus de dix ans pour creuser les 2 300 m de tunnel sous le massif du Saint-Gothard et les aménager intérieurement.

C’est Transtec Gotthard – le consortium responsable de la maîtrise d’œuvre du programme – qui s’est chargé de transformer ces tubes en béton nus en lignes à grande vitesse opérationnelles, avec voie, alimentation électrique et signalisation. Thales a participé activement à la gestion du consortium.

Au départ, « faire converger les cultures et les intérêts différents des partenaires du consortium pour une exécution efficace du programme a été une vraie gageure », confie Kurt Sauerwein, directeur général de Thales Rail Signalling Solutions. Afin de répondre à l’exigence ambitieuse de réduire à trois minutes l’intervalle entre les trains, dans un contexte de trafic mixte (marchandises et voyageurs) et de vitesses pouvant atteindre 250 km/h, Thales a développé plusieurs fonctions nouvelles qui permettent des communications étroites entre l’ETCS niveau 2, un système RBC (radio block centre), quatre systèmes d’enclenchement et un centre de contrôle du trafic.

Mais comment passe-t-on d’un tunnel vide à un chemin de fer performant ? « La première étape est la mise en place d’installations provisoires, explique Peter Huber, directeur général du programme Transtec Gotthard. Il faut une alimentation électrique de 50 Hz, des éclairages, des télécommunications et un système de climatisation. C’est ce que nous avons installé en premier. »

« On pourrait penser que la climatisation est un luxe dans un tunnel ferroviaire. En fait, sans elle le travail aurait été impossible. La chaleur générée par l’énorme surcharge de roche peut faire grimper jusqu’à 46 °C la température à l’intérieur du tunnel. La climatisation et la ventilation ont permis de l’abaisser à 29 °C, ce qui est déjà plus supportable. »

La voie a été installée en premier, suivie de la caténaire, ce réseau de fils conducteurs aériens qui fournit aux trains une puissance de traction de 15 000 volts. Bien que la plupart des composants soient massifs et lourds, ils ont tous été mis en place avec une extrême précision, les tolérances se mesurant en fractions de millimètre. L’équipement de signalisation a été installé une fois les travaux de voie achevés.
 

Mouvements « underground »

Travailler dans le tunnel ferroviaire le plus long du monde pose un certain nombre de difficultés spécifiques. En particulier l’accès au lieu de travail : « Dans un programme de ce type, la logistique est extrêmement complexe, confie Denis Laroche. Cela prend du temps de rejoindre son lieu de travail au milieu du tunnel ; il fallait donc que les transports soient parfaitement organisés. » Il était hors de question d’y aller à pied (il faut plus de 11 heures pour aller d’une extrémité du tunnel à l’autre) ; c’est pourquoi des trains provisoires ont été mis en place.

Pour Verena Tschirner, adjointe à la coordination de la mise en service chez Thales, la journée de travail commençait généralement par un trajet en train jusqu’au cœur de la montagne. « On empruntait un train spécial pour se rendre au milieu du tunnel, soit un trajet d’à peu près 50 minutes. Tout le personnel prenait ce train le matin et le reprenait le soir pour rentrer. »

Quand le programme a atteint son intensité maximale, jusqu’à 780 personnes s’affairaient à diverses tâches dans le tunnel et aux alentours ; il était par conséquent vital d’assurer une coordination et une planification parfaites.

« La signalisation était la dernière pièce du puzzle, commente Verena Tschirner. On ne peut l’installer que lorsque toutes les autres pièces sont en place, notamment le réseau radio et les alimentations électriques. Le travail d’équipe et la communication sont essentiels. Mon travail consistait à organiser tous les échanges avec Transtec, afin que tout se déroule correctement en temps voulu. »

L’approche collaborative adoptée par les partenaires du consortium a porté ses fruits. « Malgré la complexité du programme, nous avons réussi à déployer la totalité du système ferroviaire, y compris la signalisation, avec un an d’avance », déclare fièrement Peter Huber.

« Sans une équipe extrêmement motivée, nous n’aurions jamais pu y arriver, ajoute Kurt Sauerwein. Dès le départ, mettant en pratique la devise ‘One Thales’, nous avons travaillé en toute transparence avec nos collègues allemands (RBC, compteurs d’essieux), autrichiens (enclenchements ELEKTRA) et portugais (réseau sécurisé de données de signalisation). »

 

Plug and play

Deux facteurs ont contribué au bon déroulement du programme. Tout d’abord, l’ETCS demande moins d’équipements de voie que les systèmes classiques, parce qu’il ne nécessite pas de signaux. Ensuite, un énorme travail préparatoire a été effectué en amont du déploiement. « Cela faisait six ans que nous avancions sur le programme, quand les travaux sur place ont commencé, fin 2013. Nous avions donc déjà une bonne longueur d’avance », explique Leif Leopold, directeur général du projet chez Thales.
Les essais ont été une étape cruciale : la signalisation réunit plusieurs systèmes vitaux différents qui doivent fonctionner parfaitement ensemble. « Nous avons procédé aux essais dans notre laboratoire spécialisé de Zurich. Ils ont duré quatre ans, poursuit Leif Leopold. Cela nous a permis de simuler le fonctionnement de la nouvelle liaison ferroviaire, avant même que la construction du tunnel ne soit achevée. »

Le succès du programme tient en partie au choix de notre laboratoire suisse pour procéder aux essais, estime Leif Leopold : « Cela nous a permis de gagner la confiance du client et d’instaurer de bonnes relations de travail avec lui. Il y a eu en outre très peu de changements au sein de l’équipe pendant les huit années qu’a duré le programme. C’est très important de conserver le même noyau d’experts. »
Les systèmes de signalisation du type ETCS niveau 2 assurent l’acheminement et le contrôle des trains, le maintien d’un intervalle suffisant entre les trains et la prévention des mouvements incompatibles. Dans les tunnels très longs, en raison de l’environnement confiné, des dispositions supplémentaires sont nécessaires pour protéger les voyageurs en cas d’urgence.

Dans le cas du Saint-Gothard, on a choisi d’installer un système automatique d’urgence. Ainsi, en cas de détection d’un incendie, le système démarre en quelques secondes, déclenchant une procédure intelligente d’évacuation du tunnel qui prend en compte l’état du trafic et la localisation du danger. « Les algorithmes du système génèrent le meilleur plan d’évacuation beaucoup plus rapidement que n’importe quel individu », explique Leif Leopold.

Ces développements montrent que la signalisation est en train de devenir un enjeu majeur d’innovation. La sécurité des tunnels en est un exemple. L’amélioration de la capacité en est un autre. Intégrer la signalisation et la gestion du trafic, par exemple, permet aux opérateurs de prédire et de régler les conflits de trafic bien avant qu’ils ne provoquent des perturbations.

« La gestion du trafic permet de tirer pleinement parti au quotidien des capacités offertes par le réseau, estime Alfred Veider. C’est une nouvelle source de valeur ajoutée pour les opérateurs, domaine dans lequel Thales est très bien placé. »

 

Prochaines étapes

Les développements futurs promettent de nouveaux gains d’efficacité. L’ETCS niveau 3 – prochain bond dans l’évolution de la signalisation ferroviaire – implantera la technologie des cantons mobiles sur les grandes lignes, ce qui permettra de faire circuler plus de trains sur la même voie. Pour cela, il faut que les trains puissent déterminer leur position sans infrastructures de voie.

Thales apporte une contribution active à l’élaboration de ce standard. L’expertise du Groupe en matière de signalisation ferroviaire et d’aéronautique est un facteur de différenciation : parmi les technologies en cours d’évaluation figurent la localisation par satellite et la navigation inertielle. Une unité de mesure inertielle Thales TopAxyz a déjà été utilisée avec succès pour recueillir des données de localisation à l’intérieur du tunnel du Saint-Gothard.

En plus d’accroître la capacité, le déploiement de l’ETCS niveau 3 devrait accélérer le rythme de l’automatisation. Le fonctionnement automatique des rames, par exemple, est utilisé depuis plus de trente ans dans les métros, mais reste rare sur les grandes lignes. Les choses pourraient changer bientôt.

« L’ETCS niveau 3 ouvre la voie à l’application des commandes de vol électriques dans le domaine ferroviaire, affirme Alfred Veider. À partir du moment où vous avez des communications radio avec le train, vous avez beaucoup plus de latitude pour déployer le fonctionnement automatique, voire autonome, des trains sur une liaison radio. Or, avec l’ETCS, cette liaison radio est déjà là. »


John Coutts