La 5G, une technologie clé pour l’avenir de nos chemins de fer

Il faut bien-sûr toujours s’interroger sur la finalité d’une nouvelle technologie. Or ce n’est pas le cas en ce moment, où beaucoup de personnes semblent vouloir remettre en cause notre monde moderne sous prétexte qu’on est arrivé « au bout des choses ». Le dossier 5G a migré dans le champ de l’irrationalité, grâce notamment aux réseaux sociaux où apparaissent soudainement des experts auto-proclamés. Pourtant, la 5G n’est pas un gadget « pour regarder des films dans l’ascenseur », mais notamment pour accélérer la modernisation, la fiabilité et la sécurité des trains. Remettons les choses à leur place…

La poussée technologique, qui accélère le développement numérique actuel, est motivée par le développement rapide de micro-puces toujours plus petites et plus puissantes. Celles-ci ouvrent constamment de nouvelles possibilités en matière de développement et d’optimisation des produits. Les principaux produits issus du développement technique sont les smartphones, les tablettes ainsi que les montres intelligentes, les lunettes de données et autres gadgets. L’objectif principal de la 5G est globalement le contrôle et la régulation sécurisés de la communication dans l’Internet des objets, en temps réel. Alors que la 2G, la 3G et la 4G étaient des systèmes de communication purement cellulaires dans lesquels les terminaux ne communiquent toujours qu’avec la station de base, la 5G sera fortement caractérisée par des architectures maillées dans lesquelles chaque nœud de réseau est relié à plusieurs (à tous) autres nœuds de réseau. Ces architectures maillées seront complétées par des concepts cellulaires.

La 5G est beaucoup plus rapide que les générations précédentes de technologie sans fil. Mais ce n’est pas seulement une question de vitesse. La 5G offre également une plus grande capacité, permettant de connecter en même temps des milliers d’appareils dans une petite zone, ce qui n’est pas possible actuellement avec la technologie 4G. La densité d’appareils connectés pourrait être ainsi dix fois supérieure : la 5G permettrait ainsi de gérer jusqu’à 2,5 millions d’appareils au km2, contre 250.000 pour la 4G. De quoi assurer l’essor de l’Internet des objets. La réduction de la latence (le temps entre le moment où l’on ordonne à un dispositif sans fil d’effectuer une action et celui où cette action est terminée) signifie que la 5G est également plus réactive, ce qui peut être intéressant pour les systèmes de sécurité, ce qui peut intéresser les systèmes de sécurité, qui demandent une réaction rapide à la milliseconde. Mais la plus grande différence est que la connectivité et la capacité offertes par la 5G ouvrent le potentiel de nouveaux services innovants. Et cela intéresse hautement l’industrie : la 5G, c’est en réalité un nouvel espace de vente, où on peut lancer des produits qui n’existent pas encore de nos jours. C’est aussi un nouvel espace de travail, avec des possibilités de surveillance et d’exploitation des objets et des actifs, comme les trains ou le comportement de la végétation le long des voies ferrées.

Au-delà de ces aspects industriels, il y a aussi l’aspect marketing. La 5G est considérée comme un formidable argument pour faire du train « un espace de vie comme à la maison ». Le défi : le streaming en continu à tout moment et en tout lieu pour les voyageurs. Faire des activités dans les transports publics qui ne peuvent pas être faites en conduisant une voiture. Offrir du « temps utile » en voyageant est quelque chose d’une grande importance, parce que cet argument permet de contrer le transport individuel, y compris d’ailleurs le vélo. Certains estiment alors que « ce temps utile » serait surtout « du temps inutilement gaspillé et contraire à la décroissance », car on risque « de passer du temps chez Amazon et d’accélérer la consommation ». Pour ces personnes, le trajet doit être « un temps de repos et de sobriété, pas un temps de consommation supplémentaire ». On s’immisce ici dans la vie privée des voyageurs et la 5G « grand public » est considérée comme un gadget de luxe. On entre alors dans le champs politique et social, où les détracteurs dénoncent des dépenses inconsidérées juste pour regarder un morceau de film durant les 20 minutes que vous passez dans le métro. Chacun jugera…

En s’opposant à la 5G « grand public », on s’oppose en réalité à la 5G industrielle, donc à l’avenir du rail, entre autres. Car il n’y a pas deux réseaux séparés. La 5G est pour tout le monde… ou pour personne. Mais il ne faut pas sous-estimer l’impact sur les entreprises. Paul Cuatrecasas, un banquier d’investissement qui conseille les entreprises technologiques, a écrit un livre dans lequel il dit « pour les opérateurs traditionnels, la technologie est soit un virus, soit une vitamine. Le digital est une épée à double tranchant – vous pouvez l’utiliser pour tuer vos concurrents, ou il peut être utilisé pour vous tuer. » C’est ce qui pourrait arriver aux chemins de fer…

À quoi sert la 5G ?
La 5G dans le secteur ferroviaire recouvre beaucoup de domaines. Cela va de l’occupation des trains en temps réel à la surveillance des talus le long de la voie, en passant par la maintenance prédictive, la sécurité des trains et les conduites semi-automatisées de type ATO. Nous avons déjà montrer de nombreuses applications de la 5G sur ce site. Il faut évidemment faire la part des choses entre ce qui sera rapidement possible à faire et des concepts qui ne deviendront réalité qu’à moyen terme.

>>> Voir notre section consacrée au rail digital

Il ne faut cependant pas sous-estimer les coûts de la 5G le long du réseau ferroviaire. La réalité montre qu’une expansion de 3,5 GHz le long des lignes ferroviaires, où la 5G est actuellement principalement utilisée, nécessiterait de nombreux nouveaux sites d’émission qui n’existent pas encore ou dont l’expansion serait très coûteuse. Le coût extrêmement élevé des licences est un argument massue qui a sensiblement freiné l' »appétit » des opérateurs de réseau. Selon le cabinet de conseil MM1 de Stuttgart, personne ne sait actuellement quand les débits de pointe de 10 GBit/s visés en champ libre seront effectivement atteints et comment cette largeur de bande pourra être introduite dans les trains. Grâce à de nouveaux types de vitres qui présentent moins d’atténuation ? Par de nouveaux répéteurs intérieurs à haute performance ? Par le WLAN embarqué, qui est déjà bien surchargé aujourd’hui ? Ces conclusions ne font pas l’unanimité et la bataille des experts fait rage. Il est aussi probable que les opérateurs ferroviaires préféreront d’abord se concentrer sur des domaines prioritaires, liés aux aspects industriels du chemin de fer.

Il y a pourtant des domaines où la 5G demeure essentielle dans le secteur ferroviaire. C’est le cas de l’exploitation des trains. Le risque d’obsolescence des systèmes 2G et 3G est réel, bien que l’industrie du GSM-R garantisse un cycle de vie allant jusqu’à environ 2030. Après cela, le manque de composants et de savoir-faire rendra la poursuite des opérations de plus en plus difficile et plus coûteuse. Ce problème concerne actuellement principalement le système ferroviaire ETCS, qui fonctionne toujours avec la 2G parce que ce format était suffisant pour la transmission voie-machine. La recherche d’un système à l’épreuve du temps implique le choix de la 5G, puisque les spécifications de la 4G sont désormais gelées et qu’elle est déjà dans la seconde moitié de son cycle de vie dans le secteur des réseaux mobiles publics. Cela pose un problème de spectre, mais ce n’est pas l’objet du présent document. Retenons simplement que la 5G est ici essentielle pour l’avenir de l’exploitation des trains, notamment en ce qui concerne l’ATO.

>>> À lire : Allemagne – Rail numérique, ERTMS et ATO pour les trains régionaux

Un autre facteur de progrès est la maintenance prédictive. Sébastien Kaiser, directeur Connectivité & Réseaux au sein de SNCF, nous explique que la SNCF a identifié 28 cas d’usages. « À Lyon, nous testons avec Bouygues Telecom, Ericsson et Samsung, la capacité à remonter les informations techniques des trains dès leur arrivée en gare. Transmettre rapidement ces données aux centres de maintenance afin de gagner en réactivité sur l’identification des pannes et la préparation des actes de maintenance est un enjeu de productivité et in fine de qualité de service.»

La DB vient d’inaugurer un nouvel atelier à Cottbus, à l’Est du pays, près de la frontière polonaise. Sabina Jeschke, membre du conseil d’administration de la DB pour la numérisation et la technologie : « nous saisissons l’opportunité de construire l’atelier de maintenance des trains le plus moderne d’Europe. Cet atelier sera plus automatisé et contrôlé numériquement que tout autre et constitue également une vitrine pour l’ingénierie allemande. Les robots, le ‘learning machine’ [ndlr : l’auto-apprentissage] et l’intelligence artificielle réduiront radicalement le temps que les trains ICE passent dans l’atelier. Les véhicules pourront retourner sur le réseau beaucoup plus rapidement – ce qui renforce la ponctualité. Avec ce nouvel atelier et deux fois plus d’emplois, nous augmentons considérablement nos capacités. Cela est indispensable car la flotte ICE passera à plus de 420 véhicules d’ici 2026. » Siemens, de son côté, a également construit sa vitrine technologique à Dortmund, pour en apprendre au maximum sur la disponibilité des trains régionaux du Nord-Westphalie.

L’exploitation des trains à distance et via le cloud est encore un autre défi qui nécessite la 5G. C’est ce Siemens a testé en Suisse en 2017, mais sur une petite ligne fermée. Le système Iltis de Siemens (utilisé par les CFF depuis plus de 20 ans), et les applications au sol et l’infrastructure informatique sont dorénavant exploitées à distance dans le cloud, depuis le centre Siemens de Wallisellen, à 170 km de la cabine de signalisation de Zermatt. Un des grands avantages du cloud computing est de pouvoir exploiter toutes les fonctions du système de télégestion ferroviaire par acquisition d’une licence, sans devoir se procurer les très lourds systèmes matériels et logiciels nécessaires. Cela évite bien évidemment des options coûteuses. Les ÖBB ont fait un test identique cet été, sur une distance de 55km.

>>> À lire : Dortmund – Siemens construit son propre atelier d’entretien à l’ère des datas

Un dernier exemple est la disponibilité des infrastructures. C’est crucial à la fois pour la circulation des trains, mais aussi parce que désormais, les opérateurs roulent sur le réseau sur une base contractuelle, ce qui suppose la résolution des litiges. Combien de fois n’avons-nous pas eu une ligne fermée plusieurs jours suite à accident, comme en ce moment entre Edimbourg et Aberdeen ? Mesurer le comportement de la voie, des ponts et des talus passe par les données, beaucoup de données. « Les données satellitaires pourraient nous être d’une aide énorme, même en cas de panne. Cette année (2020), nous prévoyons de tester si la technologie peut nous donner un aperçu plus rapide de la situation sur les lignes en cas de perturbation que ce qui est possible actuellement. L’objectif est de maintenir la phase d’incertitude pour les clients aussi courte que possible et de publier une prévision le plus tôt possible, » explique Sabina Jeschke. Les satellites permettent en effet de surveiller l’évolution de la végétation, par comparaison d’images, et retirer des arbres malades ou de consolider un sol qui aurait tendance à bouger. Autrement dit, avec des tonnes de données croisées.

>>> À lire : Comment les satellites et l’intelligence artificielle surveillent la végétation

Tout cela démontre que la 5G est une technologie importante pour l’avenir du chemin de fer et qu’il faut la prendre sur son côté « progrès ». La même remarque peut d’ailleurs être faite pour de nombreux autres secteurs, comme la surveillance des forêts, des glaciers ou encore dans le domaine de la santé, qui sont des éléments cruciaux pour notre propre avenir. Si, en plus, on peut regarder des films en streaming, c’est bien, mais ce n’est pas la priorité des chemins de fer…

Sources:

2016 – Eurailpress.de – 5G ermöglicht Bahn 4.0

2019 – Sabina Jeschke, Vorstand Digitalisierung und Technik Deutsche Bahn – 5G für die Schiene

2019 – Bahn und Fahrgast Kommunikation – Von 2G/GSM-R zu 5G/FRMCS aus SBB-Perspektive

2020 – L’Usine Nouvelle – 5G, mythes et réalités

2020 – Ofcom – What is 5G?

2020 – Christophe Leroy – Le Vif/L’Express – La 5G est-elle dangereuse pour la santé?

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Digital : un potentiel énorme pour le rail

Les technologies numériques sont en train de changer la vie des citoyens. Les stratégies de l’UE en matière de digital et de données visent à encourager les entreprises à travailler avec ces nouvelles technologies et à les développer, tout en veillant à ce qu’elles gagnent la confiance des citoyens. Que peut faire le chemin de fer avec ce thème très important ?

Paul Cuatrecasas, un banquier d’investissement qui conseille les entreprises technologiques, a écrit un livre dans lequel il dit « pour les opérateurs traditionnels, la technologie est soit un virus, soit une vitamine. Le digital est une épée à double tranchant – vous pouvez l’utiliser pour tuer vos concurrents, ou il peut être utilisé pour vous tuer. » C’est ce qui pourrait arriver aux chemins de fer.

Les activités internationales des différents opérateurs posent encore des problèmes au niveau des échanges de données, que les associations professionnelles tentent de résoudre de leur propre initiative.

Par exemple l’UIP, l’union internationale des détenteurs de wagons, participe activement au développement et à la mise en œuvre des applications télématiques pour le fret (TAF) et à la promotion des besoins d’un meilleur échange d’informations par le biais d’outils intelligents. L’un de ces outils intelligents est la base de données de référence du matériel roulant (RSRD2) – une base de données centrale régulièrement mise à jour par les détenteurs de wagons et qui stocke les données des wagons accessibles aux entreprises ferroviaires selon les spécifications des STI TAF. Depuis l’introduction de l’outil RSRD, plus de 70 détenteurs de wagons de fret ont rejoint l’initiative pour fournir des données sur 186 000 wagons en Europe.

En ce qui concerne les opérations logistiques, de nombreux opérateurs ferroviaires impliqués dans la planification, l’exécution et le suivi des flux de marchandises considèrent que la voie vers une efficacité opérationnelle accrue et la satisfaction des clients passe par la numérisation des flux logistiques.

Le suivi des commandes est depuis longtemps une réalité chez les grands distributeurs (photo DHL)

Pendant des années, les expéditeurs ont dû recourir à des méthodes de suivi manuelles et à une correspondance ardue avec les opérateurs ferroviaires pour localiser leurs conteneurs ou leurs wagons. Or le suivi des commandes est crucial pour la viabilité des entreprises ferroviaires. Amazon et les grands distributeurs de colis ont démontré à quel point la technologie numérique permettait de conquérir des millions de clients. Le fret ferroviaire a raté cette marche.

L’Internet des objets pourrait avoir un impact économique direct sur la logistique et la chaîne d’approvisionnement dans les cinq prochaines années. Fonctionnant sur trois niveaux – c’est-à-dire le matériel connecté, l’infrastructure qui facilite l’échange et le traitement des données et le niveau logiciel – l’IoT brouille la ligne entre le numérique et le physique, car pratiquement tout objet tel qu’un véhicule de livraison, un chariot de ramassage ou des articles en stock peut potentiellement devenir traçable.

Grâce aux solutions IoT, les entreprises de transport peuvent suivre en temps réel l’emplacement des marchandises et s’assurer qu’elles arrivent au bon moment, au bon endroit et dans un état approprié. Il faut cependant voir si les opérateurs ferroviaires veulent devenir de véritables logisticiens ou ne rester que de simples transporteurs en sous-traitance.

Le QR Code plutôt que l’annotation manuelle des wagons. Une évidence (photo VTG)

VTG, un des leaders du marché européen de la location de wagons, cherche à renforcer sa position sur le marché en intensifiant la numérisation de l’ensemble de sa flotte. Son service « VTG Connect » relie le client, le wagon et le chargement pour fournir une série de fonctions qui optimisent les processus logistiques. Une boîte télématique – le VTG Connector – permet aux utilisateurs d’accéder en temps réel aux informations transmises par les wagons. En suivant la position actuelle de leurs wagons à tout moment, ils peuvent surveiller et prévoir les heures d’arrivée et les retards éventuels avec une grande précision. Les données peuvent être fournies à des intervalles de temps spécifiés tout au long du trajet.

Depuis juillet 2018, la nouvelle gare de triage entièrement automatisée de Halle (Saale) en Allemagne est en service. L’ensemble des opérations de manœuvre et de triage sur les 36 voies est contrôlé et surveillé entièrement électroniquement et permet de réorganiser 120 wagons en une heure et de les envoyer vers Berlin, Munich ou l’Europe du Sud-Est. Ce qui est intéressant dans le cas de Halle est que c’est la digitalisation qui a permis de remettre en selle un segment qui était à l’abandon par de nombreux opérateurs ferroviaires, celui des wagons isolés.

Le triage de Halle (Saale, Allemagne) : le digital a sauvé le segment des wagons isolés.

Un autre exemple concerne le GSM-R, alors que la technologie 5G arrive sur le marché. La 5G permettra de connecter tout ce qui ne l’est pas actuellement, en premier lieu les objets… et donc les trains.

La première mise en œuvre opérationnelle du GSM-R a été lancée en 1999. Cette technologie s’est révélée être une solution efficace pour la communication vocale et de données aux trains.  En 2016, 60 pays sur les cinq continents utilisaient le GSM-R, avec plus de 100 000 km de lignes couvertes en Europe, et les réseaux nouveaux et anciens devraient continuer à le déployer au cours des prochaines années.

Toutefois, des technologies plus récentes, comme la LTE et la 5G NR, peuvent également fournir les mêmes services et même davantage, et des économies d’échelle évidentes peuvent être réalisées grâce à l’utilisation de ces nouvelles normes de communication. Le GSM-R est aujourd’hui obsolète car il s’agit d’un système de télécommunications de deuxième génération, ce qui signifie qu’il est loin derrière la technologie 4G actuelle, sans parler de la 5G. L’obsolescence est donc un problème majeur. Si les fournisseurs se sont engagés à maintenir le GSM-R jusqu’en 2030, au-delà, il sera de plus en plus difficile, et coûteux, pour les gestionnaires d’infrastructure de conserver la même qualité de service.

Une bulle entre chaque train ? Pour cela, il faut de la 5G

Guidés par le mandat de la Commission européenne, l’ECC (Comité des communications électroniques) et la CEPT (Conférence européenne des administrations des postes et des télécommunications) travaillent à fournir deux fois 5,6 MHz dans la bande de 900 MHz et 10 MHz dans la bande de 1900 MHz. La disponibilité de ces bandes permettra la migration du GSM-R vers la nouvelle technologie FRMCS (Futur Railway Mobile Communication System). Le FRMCS est conçu pour la 5G et est considéré comme un changement de cap dans la numérisation des chemins de fer. L’UIC a pour mandat de fournir des normes pour le système FRMCS qui permettent une certaine flexibilité tout en garantissant un système à l’épreuve du temps, rentable, adapté aux besoins et interopérable entre les réseaux.

>>> À lire : Qu’apporte la 5G aux chemin de fer ?

Il faut espérer que ce sera le cas quand on voit les grandes difficultés d’implantation de l’ETCS sur les réseaux européens. La technologie FRMCS permettra l’exploitation de l’ETCS niveau 3 et de l’ATO (Automatic Train Operation), qui est nécessaire pour créer une « bulle de sécurité » entre les trains, de même que de fournir de la maintenance intelligente, de la surveillance des composants en bord de voie, et ses connexions entre trains et systèmes de gestion du trafic.

Ce ne sont ici que quelques exemples. Nous les détaillerons plus en profondeur dans de prochains articles. Mais il apparait indispensable que le secteur ferroviaire suive les évolutions technologiques sous peine de perdre complètement la partie. Que ferait le personnel ferroviaire si les clients et les voyageurs sont mieux équipés et plus vite informés que lui ?

>>> À lire : Comment l’intelligence artificielle va révolutionner la mobilité

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Triage autonome des wagons dans le port de Bremerhaven

Des manœuvres autonomes sont en cours de tests sur des voies ferrées du port de Bremerhaven, en Allemagne. Les résultats du projet de recherche « Rang-E – Manœuvres autonomes sur les rails portuaires » ont été présentés par l’Institut d’économie et de logistique du transport maritime (ISL).

(d’après l’article de l’Internationales Verkehrswesen – source ISL)

Un constat

Le rail est considérablement désavantagé en termes de réception et d’expédition dans les ports par les réglementations d’exploitation ferroviaire en comparaison par rapport au temps requis avec d’autres modes de transport. Après la séparation de la locomotive dans la zone portuaire, les trains ou wagons sont convoyés par une locomotive de manœuvre vers les terminaux, où des contrôles du train et du chargement sont encore nécessaires. En conséquence, les premiers mouvements de chargement des wagons de marchandises ne sont effectués que plusieurs heures après leur arrivée dans la zone portuaire. Pour les trains assemblés au port, les essais de freinage obligatoires et les les manœuvres entraînent des retards de deux ou plusieurs heures environ, avant que les trains ne puissent réellement quitter la zone portuaire pour se rendre dans l’hinterland. Il faut donc accélérer ces processus et c’est l’objet d’un programme numérique.

Le projet Rang-E (littéralement ‘triage numérique’) est financé par le ministère fédéral des Transports et de l’Infrastructure numérique dans le cadre de l’Initiative des technologies portuaires innovantes (IHATEC). Le consortium du projet Rang-E est composé d’experts de l’ISL, du BIBA et de l’IVE à Braunschweig, bien connu pour ses recherches en technologies. Rang-E fait référence aux entreprises portuaires allemandes en ce qui concerne les stratégies actuelles de numérisation de l’économie allemande, telles que l’Internet des objets (IoT) et Logistique 4.0. L’Institut d’économie et de logistique du transport maritime, fondé en 1954 à Brême, est l’un des principaux instituts européens de recherche, de conseil et de transfert de savoir-faire en logistique maritime.

Une manœuvre autonome permet d’optimiser la disposition et le contrôle de l’exploitation des locomotives dans le port, ainsi que dans la manutention de conteneurs et dans la manutention de wagons. Les terminaux de Bremerhaven offrent une excellente plate-forme, Bremerhaven représentant une part importante du trafic ferroviaire dans l’arrière-pays.

Depuis août 2017, les chercheurs analysent les processus de manœuvres autonomes de wagons au port de Bremerhaven. Cet emplacement est particulièrement bien adapté pour identifier les obstacles à l’automatisation car il s’agit d’un port historiquement bien conçu pour la desserte ferroviaire.

(Photo © Elbe-Weser GmbH)

Différents niveaux d’automatisation, notamment l’autonomie complète et la maîtrise des locomotives de manœuvre, sont mis à l’étude. En outre, il est aussi prévu de voir dans quelle mesure une opération de manœuvre peut être mise en œuvre au moyen d’une locomotives munies de batteries électriques. L’équipe d’experts a suivi deux approches différentes :

  • Automatisation du processus des manœuvres classiques

L’équipe du projet a identifié les différentes tâches manuelles répétitives requises par les manœuvres de trains de marchandises et les processus qui sont susceptibles d’être automatisés pour d’éventuelles opérations autonomes sur l’infrastructure portuaire.

Entre autres choses, des attelages automatiques modernes seraient nécessaires pour une opération de conduite autonome pour atteler et séparer des wagons de marchandises, qui seraient capables de se coupler ou de se séparer de manière sélective. En outre, toute une série de sous-processus devraient être automatisés pour une opération sans surveillance, par un ensemble de technologies dotées des capteurs permettant des tests de freinage, de tangage et même de contrôle du chargement.

Dans certains domaines, les premières approches d’automatisation existent déjà. Cependant, des concepts technologiques innovants nécessitent encore des recherches plus approfondies afin de rendre techniquement possible le fonctionnement autonome à l’avenir.

  • Création d’un « port idéal »

Au-delà des technologies d’automatisation, des processus et du cadre juridique obligatoire, l’équipe de recherche a identifié un autre moyen de gagner du temps et de l’argent dans les opérations ferroviaires du port : la conception d’une infrastructure portuaire devant permettre un minimum de manœuvre. Ce concept de « port idéal » nécessite des trains de blocs sur terminaux.

À cette fin, il est nécessaire que chaque terminal du port dispose d’un nombre suffisant de voies de chargement rectilignes d’une longueur de 700m et que les trains soient préalablement assemblés et triés. « La mise en œuvre du concept de port de type idéal semble difficilement réalisable à Bremerhaven en raison de la croissance des infrastructures. Le résultat de projet central issu de Rang-E – le concept de port idéal-type – convient comme impulsion de recherche pour le développement futur de nouvelles installations portuaires ailleurs dans le monde », explique le professeur Dr. med.

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Digitalisation

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Ce que la 5G peut offrir aux chemins de fer

Comme le transport ferroviaire augmente très rapidement un peu partout, il devient essentiel d’avoir des communications de haute qualité pour le contrôle et l’exploitation des trains, ainsi que des communications de grande capacité pour les voyageurs et pour l’exploitation des trains, comme la maintenance prédictive. Actuellement, les systèmes de communication ne sont pas capables de fournir ces services, ce qui impliquerait l’utilisation de la 5G pour remplacer les anciens systèmes GSM-R et les systèmes dédiés à la signalisation ferroviaire.

5G_03_Siemens

Pour faire en sorte que le chemin de fer puisse améliorer considérablement ses services, de nouvelles solutions informatiques et de communication reposant sur les flux de datas sont nécessaires. Ces solutions permettront de surveiller, d’analyser et d’exploiter les informations relatives à l’énergie et aux actifs pour l’ensemble du système ferroviaire, par exemple le réseau électrique, les gares, le matériel roulant et les infrastructures. Or, pour surveiller et gérer des quantités énormes de données, les technologies actuelles ne suffisent plus et la 5G semble offrir d’énormes possibilités.

Spécifications techniques

Les discussions autour de la 5G relèvent en gros de deux courants de pensée : une vision axée sur les services qui considère la 5G comme une consolidation des innovations 2G, 3G, 4G, Wi-Fi et autres, offrant une couverture bien plus étendue et une fiabilité permanente ; et une seconde vision qui prévoit un changement progressif de la vitesse des données et une réduction de l’ordre de grandeur de la latence de bout en bout.

Certaines des exigences identifiées pour la 5G peuvent encore être rencontrées par la 4G ou d’autres réseaux. Mais les exigences techniques qui nécessitent un véritable changement de génération sont une latence inférieure à 1 ms et une vitesse de liaison descendante supérieure à 1 Gbps. « Avec la 5G, nous augmentons le débit de données, nous réduisons le temps de latence de bout en bout et nous améliorons la couverture. Ces propriétés sont particulièrement importantes pour de nombreuses applications liées à l’internet des objets. Un exemple est celui des voitures autonomes et des transports intelligents, pour lesquels une faible latence est essentielle », explique Zhiguo Ding de l’université de Lancaster. En quoi est-ce une révolution pour le chemin de fer ?

On pense trop souvent que la 5G est un gadget destiné à satisfaire les téléchargements et le streaming des voyageurs dans le train. Cette vision est très réductrice. La technologie 5G peut fournir des possibilités techniques industrielles qu’il n’est pas possible d’obtenir actuellement. L’internet des objets, par exemple, n’est pas un gadget destiné à surveiller seulement votre frigo ou votre chauffage à la maison, mais bien à obtenir un état des lieux permanent de l’usure des éléments.

Dans l’ensemble, la 5G permet une exploitation en temps réels pour ces quelques exemples suivants :

  • suivi en temps réel des queues aux guichets;
  • personnalisation marketing des millions de clients;
  • taux de charge des trains en temps réel et diffusion d’information pour mieux répartir les voyageurs;
  • usure des essieux et des éléments techniques des trains;
  • usure de l’infrastructure, surveillance des pics de consommation d’électricité;
  • possibilité de faire entrer les trains en atelier que quand cela est strictement nécessaire;
  • fabrication de certaines pièces de rechange avec une imprimante 3D;
  • Prévisions de trafic avec l’intelligence artificielle.

Toutes ces possibilités requièrent des flux très important de données que la 4G actuelle n’est pas en mesure d’offrir.

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Du côté des voyageurs

Les voyageurs ont trois demandes essentielles :

  • rapidité d’achat des tickets et lisibilité simple des tarifs;
  • tickets sans papier;
  • un wifi gratuit fiable à bord sans coupures.

La tarification est une jungle nationale, parce que certains éléments ne concernent que les résidents locaux qui bénéficient d’une politique sociale locale, comme les étudiants ou les seniors. Il est essentiel malgré tout de présenter, pour un trajet X, une tarification la plus simple possible en un seul coup d’oeil, puis de pouvoir choisir la meilleure formule et d’obtenir un QR code en guise de billet, plutôt que d’avoir l’obligation de l’imprimer.

Du côté des opérateurs téléphoniques, la priorité a été donnée de placer les antennes dans tous les villages du pays afin d’avoir la couverture résidentielle maximale. Cependant, il existe encore beaucoup de « trous » le long des voies et la 4G est interrompue, tout comme parfois même la simple communication téléphonique. Il n’y a rien de plus frustrant pour les voyageurs, alors que le train est précisément vanté pour « faire autre chose que de conduire ».

Du côté des opérateurs ferroviaires

Les applications 5G peuvent être regroupées en trois zones , mais les deux premières sont les plus importantes pour les communications ferroviaires:

  • communications d’environnements critiques .
  • communications à bande passante augmentée et haute vitesse .
  • communications de masse et IoT.

Le premier point est très avantageux et utile pour les applications de contrôle et de maintenance des opérations critiques et d’un intérêt très spécifique pour les communications ferroviaires. Celles-ci peuvent être entreprises en établissant des communications sécurisées, ultra fiables (perte de paquets inférieure à 1 par 100 000 000 millisecondes) et à faible temps de latence (1 milliseconde).

Comme le souligne le Prof. Dr. Sabina Jeschke de la Deutsche Bahn, les données 5G des capteurs de trains et d’infrastructures ferroviaires peuvent être transmises de manière bien plus rapide : reconnaissance d’objets et géolocalisation, communication entre trains (Car2X) ou encore transmission de données techniques des trains vers les dépôts pour la maintenance conditionnelle.

La maintenance conditionnelle est d’une importance cruciale. Les autorités responsables des transports ne veulent plus que des dizaines de trains restent dans les ateliers pendant plusieurs jours. Comme le train est un actif qu’il faut faire rouler, le taux de disponibilité doit être nettement amélioré.

Le point le plus critique concerne la signalisation. Le poids d’un train et sa vitesse déterminent l’espace nécessaire entre deux convois afin d’éviter qu’ils n’entrent en collision. Avec la signalisation conventionnelle, cette distance est actuellement très élevée et impacte sur le flux disponible sur une ligne ferroviaire. Pour éviter de construire d’autres voies coûteuses, l’idée est de réduire l’espace entre deux trains et d’améliorer le débit. Or, le fait que les trains ne sont pas tous homogènes posent des problèmes que seule une forte quantité de données traitée très rapidement pourrait résoudre. Cela démontre l’importance de la 5G qui devrait être couplée avec la technologie ETCS niveau 3, qui n’est pas encore d’application à ce jour.

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Bataille des géants

La Commission et les pays de l’UE s’efforcent de créer un environnement favorable à la construction des écosystèmes et au développement du savoir-faire en Europe. À cet égard, l’Observatoire européen 5G rend compte des progrès réalisés dans le domaine du spectre et des feuilles de route nationales. Un nouveau rapport de l’Observatoire 5G de la Commission européenne montre que l’Europe montre la voie en matière de tests 5G avec 139 essais dans 23 États membres, créant de nouvelles opportunités commerciales pour la 5G. Comme le montre le rapport, les préparatifs s’intensifient en Europe alors que les premiers réseaux 5G sont prêts à être ouverts aux entreprises.

La 5G peut aussi être perçue comme un nouveau business pour les entreprises, alors que les ventes de 4G s’essouflent par le fait que le marché est devenu mature et saturé. Tous les « grands » du secteur data, Cisco, Siemens, IBM, Samsung, ainsi que le controversé Huawei se sont mis en ordre de bataille pour gagner des marchés dans le monde entier.

C’est une bataille qui n’est pas au goût de tout le monde. Les enjeux géopolitiques autour de la cinquième génération de téléphonie mobile se mêlent désormais aux défis financiers et concurrentiels. Mais il y a aussi d’autres enjeux qui inquiète le monde scientifique.

La 5G mauvaise pour la santé ?

Depuis sa création, l’un des principaux problèmes liés à la technologie 5G concerne ses effets potentiels sur le corps. Des études scientifiques révisées par des pairs indiquent déjà que les technologies sans fil actuelles 2G, 3G et 4G – utilisées de nos jours avec nos téléphones portables, ordinateurs et technologies portables – créent des expositions aux radiofréquences qui posent un risque grave pour la santé des êtres humains, des animaux et de l’environnement.

La 5G augmente l’exposition aux champs électromagnétiques de radiofréquence ont prévenu, en septembre 2017, plus de 170 scientifiques dans un moratoire commun. De leur côté, les grandes agences de santé tiennent des propos bien plus nuancés. Le lecteur intéressé pourra tenter de trouver une réponse à ce lien (en anglais), qui recense de nombreuses études sur cette question.

Au-delà de ces polémiques qui sortent du périmètre ferroviaire, il faut garder à l’esprit que la technologie et la réorganisation du chemin de fer est important pour le climat. Il s’agit de transférer vers le rail le plus de gens possible vers un transport décarboné. Or, pendant que le chemin de fer se modernise, d’autres secteurs accaparent la technologie de manière beaucoup plus rapide et pourraient démontrer aux décideurs politique que, décidément, le train est toujours en retard. Entre les ondes et les déplacements sans carbone d’un maximum de citoyens, il va falloir choisir…

Sources :

2014 – GSMA Intelligence – Understanding 5G: Perspectives on future technological advancements in mobile

2015 – IEEE Spectrum / Alexander Hellemans – Will 5G become the backbone of the Internet of Things?

2016 – Mitsubishi Electric / David Mottier – How 5G technologies could benefit to the railway sector: challenges and opportunities

2017 – Cisco / Stephen Speirs – Why Wait for 5G? The Challenges of Railway Connectivity

2018 – Computer Weekly.com / Alex Scroxton – Trackside network to bring 5G to UK rail travellers by 2025

2018 – Railtech.com – Network Rail va commencer les essais avec la 5G

2018 – Teldat / Fransisco Guerrero – Will 5G solve the railway dilemmas?

2018 – Eurescom – The 5G-PICTURE approach for future railway systems

2019 – Intelligent Transport – Automotive and transport among most-tested use cases for 5G technologies