Ferroviaire: une technologie de pointe
Cet article a été écrit par John Coutts et publié dans le magazine Innovations n°5.
En 2015, le métro de Londres (London Underground) a transporté 1,3 milliard de voyageurs, un chiffre record ! La demande, qui progresse au rythme de plus de 90 000 voyageurs par jour (de quoi remplir un stade de football !), n’est pas près de fléchir, si l’on en croit les prévisions qui évaluent à 10 millions le nombre d’habitants de l’agglomération londonienne d’ici à 2030.
L’essentiel de cette croissance devra être absorbé par le réseau actuel. C’est pourquoi Transport for London (TfL), l’organisme responsable des transports dans la capitale britannique, a décidé d’investir dans le renforcement des capacités, notamment en remplacant la signalisation actuelle par un système CBTC (communications-based train control). Cette technologie de pointe permet d’augmenter la fréquence et la vitesse des trains sur les lignes existantes.
En collaboration avec TfL, Thales déploie actuellement la signalisation CBTC sur l’ensemble du réseau souterrain : les District, Circle, Hammersmith & City et Metropolitan Lines (respectivement verte, jaune, rose et magenta sur les plans du métro). Cet ensemble de lignes, qui représente 40 % du réseau, est considéré comme le plus complexe du monde.
« La technologie CBTC en cours de déploiement est le système SelTrac de Thales, explique Andrew Hunter, responsable Ingénierie système du programme pour Thales. Il s’agit d’un système éprouvé, déjà déployé sur plus de 70 lignes dans le monde, en particulier sur la Jubilee Line et la Northern Line
du métro de Londres. »
Une signalisation plus intelligente
Le système SelTrac est une illustration de l’aide que peuvent apporter les technologies numériques aux opérateurs pour mieux exploiter leurs réseaux. Il permettra en effet d’augmenter de plus de 30 % la capacité des lignes souterraines du métro londonien. Et ce n’est pas tout : une signalisation plus efficace, c’est aussi des trajets plus rapides, moins de retards et une plus grande fiabilité.
Les améliorations de la capacité et de la fiabilité que procure la technologie CBTC sont de deux sortes. Premièrement, elle réduit l’intervalle entre les rames, ce qui permet de faire circuler plus de trains sur n’importe quelle portion de ligne dans des conditions optimales de sécurité. Elle utilise pour cela la technologie des « cantons mobiles » : chaque rame du réseau connaît exactement sa position et calcule en permanence l’intervalle de sécurité qui la sépare de la rame précédente. C’est cette flexibilité qui fait la différence entre la signalisation par cantons mobiles et la signalisation traditionnelle où l’intervalle entre rames est déterminé par des cantons fixes, sans tenir compte de l’allure du train.
Deuxièmement, la technologie CBTC permet le pilotage automatique ou ATO (Automatic Train Operation). L’accélération et le freinage sont régulés de façon extrêmement précise par des ordinateurs, à partir de données sur les caractéristiques spécifiques de chaque tronçon de voie.
Les améliorations de la capacité et de la fiabilité que procure la technologie CBTC sont de deux sortes. Premièrement, elle réduit l’intervalle entre les rames, ce qui permet de faire circuler plus de trains sur n’importe quelle portion de ligne dans des conditions optimales de sécurité. Elle utilise pour cela la technologie des « cantons mobiles » : chaque rame du réseau connaît exactement sa position et calcule en permanence l’intervalle de sécurité qui la sépare de la rame précédente. C’est cette flexibilité qui fait la différence entre la signalisation par cantons mobiles et la signalisation traditionnelle où l’intervalle entre rames est déterminé par des cantons fixes, sans tenir compte de l’allure du train.
Deuxièmement, la technologie CBTC permet le pilotage automatique ou ATO (Automatic Train Operation). L’accélération et le freinage sont régulés de façon extrêmement précise par des ordinateurs, à partir de données sur les caractéristiques spécifiques de chaque tronçon de voie.
« Nous disposons de courbes des vitesses maximales pour toutes les lignes souterraines, commente Andrew Hunter. Le fait de piloter le train par ordinateur permet de reproduire à chaque fois le profil de conduite optimal. »
Une supervision plus efficace du trafic est un autre atout majeur de la technologie CBTC. Avec le système de signalisation actuel, la supervision est répartie entre 13 salles de contrôle. Quand le nouveau système sera totalement opérationnel, London Underground pourra embrasser d’un seul coup d’œil toutes les lignes souterraines du réseau depuis un seul et unique centre de contrôle. Sachant que les quatre lignes sont extrêmement interdépendantes et que toute perturbation sur une ligne peut se répercuter rapidement sur les autres, pouvoir tout visualiser et piloter depuis un centre de contrôle unique est un avantage considérable.
Le déploiement du programme pose quelques défis spécifiques. Le premier est l’échelle même du programme. Les quatre lignes concernées représentent environ 300 km de voies et deux d’entre elles – la District Line et la Metropolitan Line – s’étendent jusqu’aux limites de Londres, voire au-delà.
Autre difficulté : l’âge des infrastructures. La Metropolitan Line est la ligne de métro la plus vieille du monde. Quant aux tunnels entre Paddington et Farringdon, ils ont vu passer leurs premières rames en 1863. La signalisation aussi est ancienne. À la station Edgware Road, par exemple, les 900 mouvements de trains quotidiens sont toujours régulés par l’antique levier à commande mécanique du poste d’aiguillage de la station vieux de 90 ans.
La complexité opérationnelle du réseau est en soi un défi. Si chaque ligne fonctionne comme une entité autonome, il y a de nombreux endroits où plusieurs lignes se partagent les voies et les infrastructures de signalisation. C’est dans le centre de Londres que l’on trouve les parties les plus denses de ce nœud ferroviaire.
Le déploiement du programme pose quelques défis spécifiques. Le premier est l’échelle même du programme. Les quatre lignes concernées représentent environ 300 km de voies et deux d’entre elles – la District Line et la Metropolitan Line – s’étendent jusqu’aux limites de Londres, voire au-delà.
Autre difficulté : l’âge des infrastructures. La Metropolitan Line est la ligne de métro la plus vieille du monde. Quant aux tunnels entre Paddington et Farringdon, ils ont vu passer leurs premières rames en 1863. La signalisation aussi est ancienne. À la station Edgware Road, par exemple, les 900 mouvements de trains quotidiens sont toujours régulés par l’antique levier à commande mécanique du poste d’aiguillage de la station vieux de 90 ans.
La complexité opérationnelle du réseau est en soi un défi. Si chaque ligne fonctionne comme une entité autonome, il y a de nombreux endroits où plusieurs lignes se partagent les voies et les infrastructures de signalisation. C’est dans le centre de Londres que l’on trouve les parties les plus denses de ce nœud ferroviaire.
Ferroviaire : la révolution numérique est sur les rails
À l’instar du métro de Londres, les chemins de fer britanniques ont accusé longtemps un retard technologique par rapport aux autres secteurs, mais ils sont en train de se rattraper. Des initiatives comme le plan Digital Railway et le programme Shift2Rail soutenu par l’UE, traduisent la détermination des opérateurs et des fournisseurs du secteur ferroviaire européen d’entrer dans l’ère du numérique.
« Shift2Rail est un programme de recherche et d’innovation d’un milliard d’euros, financé par l’UE et le secteur, explique Ben Pritchard, responsable de la technologie et de l’innovation pour l’activité Transport de Thales au Royaume-Uni. Thales, qui fait partie des membres fondateurs, pilote l’un des cinq programmes d’innovation. »
Thales s’intéresse surtout à l’interconnectivité des systèmes numériques : « Elle concerne notamment la planification des trajets, l’information des voyageurs, la billettique et la fluidité des déplacements de porte à porte. Nous jouons également un rôle important dans les activités transversales qui relient des domaines tels que les infrastructures, le matériel roulant et le fret », ajoute Ben Pritchard.
« Shift2Rail est un programme de recherche et d’innovation d’un milliard d’euros, financé par l’UE et le secteur, explique Ben Pritchard, responsable de la technologie et de l’innovation pour l’activité Transport de Thales au Royaume-Uni. Thales, qui fait partie des membres fondateurs, pilote l’un des cinq programmes d’innovation. »
Thales s’intéresse surtout à l’interconnectivité des systèmes numériques : « Elle concerne notamment la planification des trajets, l’information des voyageurs, la billettique et la fluidité des déplacements de porte à porte. Nous jouons également un rôle important dans les activités transversales qui relient des domaines tels que les infrastructures, le matériel roulant et le fret », ajoute Ben Pritchard.
© ©Thales
Mobilisation 24h/24 et 7j/7
La modernisation du réseau exige une expertise à la fois technologique et logistique. Déployer la nouvelle signalisation dans de bonnes conditions de sécurité, sans incident et avec un minimum de perturbations pour
les voyageurs est la priorité absolue.
« Nous procédons à la migration vers le nouveau système sur 14 tronçons, explique Andrew Hunter. Pour simplifier la logistique, nous commençons près du centre de contrôle d’Hammersmith. » Comme dans tous les grands programmes d’infrastructures, faire en sorte que tout se passe bien tient du numéro d’équilibriste.
« Autrefois, on fermait certaines lignes pendant le week-end. Si c’était très efficace, ce n’était ni juste, ni bien perçu par les voyageurs, ajoute-t-il. L’un de nos objectifs, est de faire beaucoup plus de travaux pendant la nuit et d’éviter le plus possible les fermetures. »
Il faut faire vite. Pendant que Londres dort, les équipes de Thales ont une fenêtre de quatre heures pour installer et tester les nouveaux équipements, avant de tout remettre en ordre pour l’heure de pointe matinale.
En raison de l’importance de la signalisation pour la sécurité, il faut soumettre les équipements nouvellement installés à une batterie complète de tests avant toute mise en service.
En raison de l’importance de la signalisation pour la sécurité, il faut soumettre les équipements nouvellement installés à une batterie complète de tests avant toute mise en service.
« Nous pouvons basculer de la signalisation actuelle à SelTrac, et inversement, explique Andrew Hunter. En effectuant les essais pendant la nuit, nous sommes sûrs du fonctionnement des trains et du système, avant d’opérer le basculement définitif au moment de la mise en service. »
Afin d’accélérer le déploiement, Thales a perfectionné une technique de suivi de la performance qui permet aux ingénieurs de tirer parti d’heures de travail de jour qui seraient autrement perdues.
« Le suivi de la performance consiste à mettre tous les nouveaux équipements sous tension, mais sans qu’ils pilotent le réseau. Cela permet de recueillir toute la journée les historiques d’informations de tous les équipements et de repérer les problèmes susceptibles de provoquer une panne et une interruption du service voyageurs », poursuit Andrew Hunter.
Thales a utilisé cette technique pour la première fois dans le cadre du programme de modernisation de la signalisation de la Northern Line : celui-ci a été mené à bien en 2012 avec six mois d’avance sur le délai prévu.
« Le suivi de la performance consiste à mettre tous les nouveaux équipements sous tension, mais sans qu’ils pilotent le réseau. Cela permet de recueillir toute la journée les historiques d’informations de tous les équipements et de repérer les problèmes susceptibles de provoquer une panne et une interruption du service voyageurs », poursuit Andrew Hunter.
Thales a utilisé cette technique pour la première fois dans le cadre du programme de modernisation de la signalisation de la Northern Line : celui-ci a été mené à bien en 2012 avec six mois d’avance sur le délai prévu.
« Nous travaillons 24h/24 et 7j/7 pour déployer la nouvelle signalisation, précise Andrew Hunter. Nous pouvons faire beaucoup plus d’essais (dans la journée, en tâche de fond) sans interrompre le service. Même par rapport à la Northern Line, c’est un changement fondamental. »
La possibilité de régler les problèmes en contact direct avec le client facilite beaucoup les choses.
« London Underground et Thales partagent le même bureau, souligne Andrew Hunter. Nous formons une équipe et c’est extrêmement efficace. Si je veux résoudre un problème avec mon homologue, il me suffit d’aller le trouver ; l’affaire peut ainsi être réglée en dix minutes, alors qu’autrement cela prendrait plusieurs jours. »
La conception technique du programme est maintenant bien avancée et le travail sur les voies devrait démarrer très prochainement. Les principaux bénéfices du programme se feront sentir d’ici à 2022, quand la fréquence des trains aux heures de pointe passera à 32 rames à l’heure dans le centre de Londres, augmentant la capacité de transport du réseau de 36 000 trajets voyageurs toutes les 60 minutes.
« London Underground et Thales partagent le même bureau, souligne Andrew Hunter. Nous formons une équipe et c’est extrêmement efficace. Si je veux résoudre un problème avec mon homologue, il me suffit d’aller le trouver ; l’affaire peut ainsi être réglée en dix minutes, alors qu’autrement cela prendrait plusieurs jours. »
La conception technique du programme est maintenant bien avancée et le travail sur les voies devrait démarrer très prochainement. Les principaux bénéfices du programme se feront sentir d’ici à 2022, quand la fréquence des trains aux heures de pointe passera à 32 rames à l’heure dans le centre de Londres, augmentant la capacité de transport du réseau de 36 000 trajets voyageurs toutes les 60 minutes.
© ©Thales
Tout intégrer
« Si vous demandez à des gens de décrire un centre de contrôle aérien, la plupart évoqueront des personnes assises devant des ordinateurs, fait remarquer Ben Pritchard. Mais quand vous évoquez le train, les gens ne pensent pas à la haute technologie. »
L’interconnectivité est importante, car passer au numérique, cela va beaucoup plus loin que simplement rendre des systèmes autonomes.
Les systèmes de conduite assistée en sont un exemple. Semblables aux systèmes de navigation GPS des automobiles, ces unités de cabine aident les conducteurs à respecter les horaires et à économiser l’énergie. Mais les systèmes actuels utilisent des horaires statiques qui ne sont d’aucune utilité en cas de perturbations.
Les systèmes de conduite assistée en sont un exemple. Semblables aux systèmes de navigation GPS des automobiles, ces unités de cabine aident les conducteurs à respecter les horaires et à économiser l’énergie. Mais les systèmes actuels utilisent des horaires statiques qui ne sont d’aucune utilité en cas de perturbations.
« Le programme GEO-DAS financé par Future Railway et piloté par FirstGroup, permettra de fournir en temps réel aux conducteurs de la ligne Bristol-Cardiff une mise à jour permanente du plan de trafic », explique Ben Pritchard.
ARAMIS, le système de gestion du trafic développé par Thales et actuellement déployé à Cardiff et Romford dans les nouveaux centres d’exploitation ferroviaires de Network Rail, est l’un des principaux outils de ce programme. GEO-DAS est une illustration des autres applications possibles des informations centralisées sur les systèmes critiques et des nouveaux avantages qu’elles peuvent procurer. Les technologies numériques, notamment l’analyse des données et les communications de machine à machine, peuvent également révolutionner l’exploitation du métro de Londres. Thales travaille actuellement sur un programme de recherche – People-Centred Intelligent Predict & Prevent (PCIPP) – sur un système d’alerte précoce en cas de problèmes touchant les infrastructures (voies, trains, stations…).
« Nous sommes déjà capables de surveiller certains équipements, comme les moteurs d’aiguilles, mais pourquoi ne pas combiner ces informations et les données sur les trains qui ont franchi ces aiguilles, suggère Ben Pritchard. Le propos de PCIPP est d’utiliser des informations contextuelles pour comprendre ce qui se passe et créer des modèles prédictifs qui permettront de détecter les défaillances avant qu’elles ne se produisent et de recommander des interventions. »
En bref
Le métro de Londres est le plus ancien du monde.
Comme de nombreux autres métros, le Tube est confronté à une augmentation croissante du nombre de passagers.
Le défi est de mettre en place une technologie innovante pour accroître la capacité et l’efficacité du métro sans perturber le service aux usagers.
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