Allemagne : rail numérique, ERTMS et ATO pour les trains régionaux

Le Land du Bade-Würtemberg – encore lui -, a publié un appel d’offres pour 120 à 130 rames électriques régionales. Fait nouveau : elles doivent contenir un certain degré d’ATO. Et Hambourg se dote aussi de rames avec ATO.

Comme nous l’avions présenté dans un autre article, le Land du Bade-Würtemberg est propriétaire de sa propre société de crédit-bail publique, la Landesanstalt Schienenfahrzeuge Baden-Württemberg (SFBW). L’idée est que le Land, financièrement sain, peut contracter des prêts à des conditions nettement plus avantageuses pour financer de nouveaux véhicules que ce qui serait possible pour des entreprises qui arrivent sur le marché des transports locaux. Le but est d’éviter que la Deutsche Bahn – qui peut bien-sûr toujours se porter candidate -, n’impose son matériel roulant aux Länder, éliminant de facto la concurrence. On rappellera que le Bade-Würtemberg a un « ministre » des Transports écologiste, favorable à ce système…

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C’est donc le SFBW qui vient de publier un appel d’offres pour 120 à 130 rames électriques régionales, mais obligatoirement dotées d’un degré d’ATO. Il est assez remarquable qu’une autorité régionale mette ce point technique en avant, alors qu’en général c’est le contractant qui l propose. L’ATO se superpose au système ETCS de niveau européen. Le gouvernement du Land prend d’ailleurs la peine d’expliquer ce qu’est l’ETCS de manière générale, comme on peut le voir à cette page.

Côté technique, le SFBW a inscrit dans son cahier des charges des trains qui doivent avoir une accélération de départ d’au moins 1,2 m/s² lorsqu’ils circulent à la fois individuellement ou en unités multiples accouplées. Le freinage ne doit pas descendre en dessous de 0,75 m/s² à des vitesses de 200 km/h à 0 km/h et 0,9 m/s² à des vitesses de 160 km/h à 0 km/h. Le SFBW compte en effet faire circuler des trains à 200km/h, ce qui n’est le cas aujourd’hui que sur la ligne nouvelle NBS reliant Stuttgart à Mannheim.

Série 463 « Mireo » de Siemens, exploité par DB Regio, qui a gagné quelques lignes du réseau du Bade-Würtemberg (photo SWEG).

Rappelons brièvement que l’ATO – Automatic Train Operation – est un fonctionnement dans lequel le contrôle du train est partiellement ou entièrement pris en charge par un ordinateur à bord. L’ATO est déjà fonctionnel dans le monde mais généralement sur des missions répétitives tout au long de la journée, comme certains métros ou transports publics suburbains. Il comporte quatre niveaux :

  • GoA1 – conduite classique avec gestion des portes et des urgences d’exploitation;
  • GoA2 – conduite automatique avec conducteur à bord pour reprendre le contrôle du train en cas de besoin;
  • GoA3 – conduite automatique sans conducteur, mais avec un autre personnel présent dans le train pour reprendre le contrôle;
  • GoA4 – conduite automatique sans personnel dans le train.

L’ATO a déjà eu un test en 2018 sur le Thameslink de Londres. Le conducteur a vérifié les quais, fermé les portes, puis a sélectionné l’ATO d’un simple bouton jaune. le train avec sa signalisation en cabine a ensuite continué sous contrôle automatique à travers Farringdon, City Thameslink et London Blackfriars. Il a finalement arrêté l’ATO à sa sortie de London Blackfriars (bouton rouge) pour reprendre la conduite normale.

L’ATO britannique sur le Thameslink (photo GTR)

>>> À lire : Le train autonome : où en est-on réellement ? (2018)

Richard Plokhaar, analyste principal des opérations ferroviaires à la société d’ingénierie canadienne Gannett Fleming, détaillait tout de même dans Railtech.com que « l’ATO n’est en principe pas aussi compliqué qu’il y paraît. » La question la plus importante n’est pas non plus de savoir comment détecter les obstacles sur la voie et éviter les collisions de train. « C’est juste une question de caméras et de systèmes LIDAR appropriés. Le train détecte un obstacle et s’arrête automatiquement. » Mais, ajoute-t-il : « le plus important est de trouver la bonne solution pour maintenir un train immobilisé qui a effectué un arrêt d’urgence. » Et de faire en sorte qu’il ne reparte pas inopinément, par exemple avec des portes encore ouvertes…

Dans le cas du Bade-Würtemberg, tous les véhicules doivent être équipés d’unités ETCS avec Baseline 3 Release 2 (SRS 3.6.0) et ATO de niveau GoA 2. Ils doivent également être compatibles avec le développement du FRMCS – Future Railway Mobile Communication System -, qui doit remplacer le GSM-R actuel, technologie en fin de vie. Il s’agit du futur système de télécommunication mondial conçu par l’UIC, en étroite collaboration avec les différents acteurs du secteur ferroviaire, en tant que successeur du GSM-R mais aussi en tant que catalyseur clé de la numérisation du transport ferroviaire.

Ce projet est un écho au lancement, la semaine dernière, par le ministre fédéral des Transports Andreas Scheuer (CSU), d’un projet de « vitrine pour le rail numérique » :  la région métropolitaine de Stuttgart, capitale du Bade-Würtemberg, serait le premier hub ferroviaire numérisé en Allemagne. Des investissements totalisant 462,5 millions d’euros sont prévus pour cela jusqu’en 2025. À cette date, les trains longue distance, régionaux et S-Bahn circuleront dans le nœud de Stuttgart sur un réseau équipé des dernières technologies numériques. En plus de la nouvelle gare principale (projet Stuttgart 21) et des autres gares, plus de 100 kilomètres de lignes régionales seront initialement équipées d’enclenchements numériques, du système de contrôle des trains ETCS et d’opérations de conduite de type ATO. Compte tenu des bugs récurrents de l’ETCS, on sera curieux de voir la suite des événements.

Quatre rames doivent être homologués pour l’exploitation d’ici juin 2024, suivis par jusqu’à 20 véhicules avant le troisième trimestre de 2024. Entre 70 et 80 rames doivent être approuvés pour l’exploitation des passagers en novembre 2025, et les véhicules restants doivent l’être avant juin 2026.

Par cette politique, le Bade-Würtemberg cherche à rassurer les opérateurs pour qui l’ETCS est avant tout un surcoût sans – disent-ils -, de gain sur les capacités du réseau. Ce programme de numérisation du rail permettrait de démentir cette conviction et il est temps : l’ETCS est un projet qui a maintenant 25 ans !

À Hambourg aussi
Tout au nord de l’Allemagne, la ville de Hambourg dispose aussi d’un remarquable et historique S-Bahn, le RER allemand. Ce réseau mis en service en 1934 totalise maintenant 144 km de lignes et 68 gares. «Digital S-Bahn» est le nom d’un projet sur lequel 300 techniciens et ingénieurs ont travaillé ces deux dernières années, principalement de Siemens. Et on se prépare là aussi pour une autre vitrine.

>>> À lire : Le S-Bahn en Allemagne, chiffres et conception

Contrairement au Bade-Würtemberg, il s’agit ici de quatre rames existantes ET 474 – et modifiées -, qui doivent démontrer le fonctionnement hautement automatisé juste à temps pour le Congrès mondial des systèmes de transport intelligents ITS, qui se tiendra à Hambourg en 2021, si le corona l’autorise ! La première rame vient d’être présentée à la presse et commencera ses tests à l’automne. Les essais se dérouleront pour la première fois sur le tronçon de 23 kilomètres entre Berliner Tor et Bergedorf/Aumühle. Le patron du S-Bahn de Hambourg, Kay Uwe Arnecke, a expliqué:  « Le conducteur du train reste à bord. Il est très important de le mentionner. Il surveille l’itinéraire et peut également intervenir en cas de perturbations. ». Il s’agit donc ici aussi d’un ATO de niveau GoA 2. À l’avenir, la technologie ATO sera également installée sur les rames de série 490.

 

La ville de Hambourg, la Deutsche Bahn et Siemens se partagent les coûts du projet d’environ 60 millions d’euros, et la ville y participe à hauteur d’1,5 million d’euros. Les estimations du projet pilote montrent des gains de capacité de 20 à 30 % sur le réseau S-Bahn, permettant d’introduire davantage de trains et surtout d’accroître la stabilité des opérations. La technologie permettrait une circulation, en théorie, toutes les 60 secondes, contre toutes les trois minutes actuellement. Mais il faudra probablement tabler sur des écarts de 90 à 100 secondes dans un premier temps. Des profils de trafics « optimisés » garantiraient un déplacement économe en énergie et il sera fait usage, comme à Stuttgart, d’une technologie de signalisation et d’enclenchement uniforme permettant une maintenance plus simple.

Moins de coûts d’entretien et pas d’infrastructures coûteuses supplémentaires, ce sont les principaux défis auxquels devra répondre «Digital S-Bahn». Commentaire d’un autre écologiste, le sénateur Anjes Tjarks : « La technologie est une solution pour permettre la croissance du réseau S-Bahn et donc aussi l’avenir de Hambourg ». On peine à retrouver le même enthousiasme en nos contrées latines…

Ces deux exemples montrent d’une part que la digitalisation du rail prend maintenant de l’ampleur : il est grand temps, quand d’autres secteurs des transports sont déjà plus loin. Contrairement aux systèmes déjà existants (pour la plupart en circuit fermé), la particularité de ces projets est que les systèmes mis en œuvre pour le contrôle des trains (ETCS) et la conduite automatique (ATO GoA2) sont basés sur des spécifications européennes harmonisées, ce qui est nouveau, du moins en Allemagne. Et d’autre part, on voit que de plus petites entités comme à l’échelle des Länder ou d’une ville sont plus réactives que de grands mastodontes nationaux qui peinent à se mettre à jour.

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Le S-Bahn de Hambourg n’a pas de caténaire et fonctionne – comme à Berlin -, par troisième rail latéral (photo Metro Centric via license flickr)

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Alstom va tester des locomotives de manœuvre automatiques aux Pays-Bas

(photo Lineas)

Alstom a signé un accord avec le gestionnaire néerlandais ProRail pour procéder à des essais de conduite automatique de type ATO sur des locomotives de manœuvre diesel-hydraulique appartenant à Lineas, opérateur privé belge.

Alstom a signé un accord avec ProRail, l’opérateur d’infrastructures néerlandais, pour procéder à des essais de conduite automatique ATO sur des locomotives de manœuvre en 2021. Les essais seront réalisés au plus haut degré d’automatisation (GoA4) dans une gare de triage. L’objectif est de montrer comment l’utilisation de trains entièrement automatisés peut optimiser l’exploitation ferroviaire et ainsi garantir une mobilité rentable et pérenne face à une hausse de la demande d’opérations de manœuvre.

Alstom équipera pour cela une locomotive de manœuvre diesel-hydraulique appartenant à l’opérateur belge Lineas, avec une technologie de contrôle automatique et d’un système intelligent de reconnaissance et détection des obstacles. Il devrait s’agir d’une HLD77/78 mais ce n’est pas encore précisé. Les tâches ordinaires, telles que le démarrage et l’arrêt, le couplage des wagons, le contrôle de la traction et des freins ainsi que la gestion des urgences, seront entièrement automatisées sans personnel actif à bord du train, sauf pour celles liées au protocole de sécurité des essais.

L’ATO, pour Automatic Train Operation, est un dispositif d’amélioration de la sécurité opérationnelle basé sur un degré d’automatisation par grade allant du niveau GoA 0 (en anglais Grade of Automation), en passant au GoA 2 où démarrages et arrêts sont automatisés, et pouvant aller jusqu’au niveau GoA 4, où le train roule automatiquement sans personnel de conduite à bord. À ce jour, ce sont plutôt les métros en circuit fermé tels la ligne 14 à Paris ou le VAL de Lille qui peuvent prétendre au niveau GoA 4, avec différentes configurations et systèmes de contrôles selon les cas.

Alstom a démontré les avantages de l’ATO, en particulier sur des systèmes de métro à travers le monde. L’expérience montre que l’automatisation entraîne une augmentation de la capacité, une réduction des coûts, des économies d’énergie et  une flexibilité opérationnelle. Les trains automatisés peuvent circuler de façon plus rapprochée, les temps de réaction humains n’étant plus un problème, ce qui permet d’augmenter efficacement la capacité du réseau. Les trains fonctionnent également de façon plus uniforme, ce qui permet une utilisation plus efficace de l’énergie.

L’ATO sur « grand chemin de fer » existe déjà mais n’est pas encore la règle. Il peut être superposé  sur le système de sécurité ETCS de niveau 2 et tous les grands fournisseurs fournissent leur solution. Un test d’ATO de niveau GoA 2 Siemens a par exemple été entrepris avec succès, en mars 2018 au Royaume-Uni, sur la ligne RER Thameslink traversant Londres. Fin 2018, Alstom avait procédé avec succès à l’essai du système ATO à un degré GoA de niveau 2 avec ProRail et une locomotive de fret de Rotterdam Rail Feeding (RRF) sur la Betuweroute, une ligne de fret dédiée reliant Rotterdam à l’Allemagne. Le grade GoA 2 signifie que le train se déplace automatiquement et s’arrête précisément à quai, sans intervention du conducteur, en fonction du profil de trajet fourni par ATO trackside.

L’équipe suisse Auto-Ferrivia a aussi réalisé une forme originale d’ATO sur un train ancien, là aussi avec succès, sur une échelle GoA 2. Son concept d’ATO est largement indépendant sur le plan technologique du véhicule et de l’infrastructure et convient plus particulièrement aux chemins de fer aux conditions d’exploitation simples, sur n’importe quel train, ce qui pourrait intéresser les petites lignes. En février 2020, West Japan Railway a testé avec succès le fonctionnement automatisé des trains sur une section de la ligne de boucle d’Osaka, en vue de l’introduction de l’ATO sur ses itinéraires les plus fréquentés de la région d’Osaka.

En février 2020, Stadler, en collaboration une fois encore avec ProRail, la Province de Groningue et Arriva Netherlands, a mis en service un train d’essai doté de l’ATO avec cette fois un groupe de VIP à bord. C’était la première fois que des voyageurs aux Pays-Bas montaient à bord d’un train qui peut accélérer et freiner automatiquement. Pour garantir la sécurité du train, celui-ci fonctionnait sous un système de protection des trains et sous la surveillance obligatoire d’un conducteur. On le voit, un peu partout, des projets prennent forme.

L’expérience d’Alstom aux Pays-Bas va encore plus loin puisqu’il s’agirait d’une toute première automatisation GoA niveau 4 avec des trains de manœuvre aux Pays-Bas. « Ce projet ouvre la voie à un réseau ferroviaire entièrement digitalisé. Ces essais permettront au système ferroviaire européen de bénéficier d’une plus grande capacité, d’une diminution de la consommation d’énergie et des coûts tout en offrant une plus grande flexibilité opérationnelle et une meilleure ponctualité. Ce test s’inscrit pleinement dans la stratégie d’Alstom, visant à apporter une valeur ajoutée à nos clients pour une mobilité verte et intelligente » commente Bernard Belvaux, Directeur général Alstom Benelux.

En procédant à ces essais aux Pays-Bas, Prorail et Lineas affichent leur volonté d’introduire des trains automatisés et de contribuer au développement de systèmes ferroviaires modernes dans le pays. Alstom entend être un leader en matière d’ATO et participe notamment à Shift2Rail.

(photo Enno)

Un autre projet d’essais d’Alstom vise à mettre en œuvre le système de conduite automatique (ATO) pour des trains de voyageurs régionaux en Allemagne. Ce projet débutera en 2021 avec la collaboration de l’Association régionale de la ville de Braunschweig, du Centre aérospatial allemand (DLR) et de l’Université technique de Berlin (TU Berlin). Après évaluation des voies sélectionnées et de l’équipement nécessaire à la conduite automatique, les essais seront effectués avec deux trains régionaux Coradia Continental appartenant à Regionalbahnfahrzeuge Großraum Braunschweig GmbH.

Pour ce projet, deux trains basés sur la fameuse plateforme Coradia Continental d’Alstom seront dotés du système européen de contrôle des trains (ETCS) et d’un équipement de conduite automatique (ATO) qui permettra aux trains de fonctionner de manière automatique, en testant différents niveaux d’automatisation GoA3 en service voyageurs normal et GoA4 pendant les manœuvres. « La conduite automatique des trains est l’un des défis les plus passionnants de l’industrie ferroviaire. Elle nous offre la possibilité de modeler et de modifier radicalement la gestion opérationnelle de demain. Mais de nombreuses recherches sont encore nécessaires avant d’y parvenir et je suis très heureuse de travailler avec Alstom sur ce projet » a déclaré Birgit Milius, Chef/Professeur du Département des opérations et infrastructures ferroviaires de l’Université TU Berlin et responsable scientifique du projet.

Les résultats de cet important projet contribueront de façon décisive à une meilleure définition du cadre juridique et réglementaire de la conduite automatique des trains. La Basse-Saxe, qui a annoncé son intention d’exploiter des trains régionaux au niveau d’automatisation GoA3, sera à la pointe de la technologie dès que le projet aura fait ses preuves.

(basé sur communiqué de presse Alstom)

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