ERTMS / ETCS

Par Frédéric de Kemmeter – Signalisation ferroviaire et rédacteur freelance – Inscrivez-vous au blog
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Objet : Organisation du trafic ferroviaire
Branche : Infrastructure ferroviaire
Segment : Traffic Management & Signalisation

Le système européen de gestion du trafic ferroviaire (ERTMS) est un système européen unique de signalisation et de contrôle de la vitesse. Il doit remplacer à terme l’ancien système de signalisation propre à chaque pays.

Le système de signalisation actuel
Quelque soit son modèle et son pays, la signalisation ferroviaire classique repose sur trois paramètres essentiels :

  • la détection des trains à l’aide de circuits de voie ;
  • l’observation et l’obéissance à la signalisation latérale, par signaux lumineux et par panneaux indicatifs (de vitesse par ex.);
  • l’occupation d’une section de voie (1500m ou plus) par un seul train

Ces éléments conditionnent très largement le débit en ligne : plus un train traîne, moins vite il sort de sa section, au plus les trains derrière lui doivent attendre. Chaque section :

  • est protégée à l’entrée par un signal lumineux;
  • est signalée occupée ou libre par le système de détection par circuit de voie.
Bloc-automatique

Les défauts de la signalisation actuelle
Le premier défaut est qu’on n’a jamais la certitude que le conducteur a bien vu l’aspect du signal, ou le signal lui-même ! Il y a encore chaque année des dépassements de signaux au rouge, pour la plupart sans conséquence car à petite vitesse dans des faisceaux de manoeuvres.

Le second défaut est la découpe en sections de la totalité des lignes ferroviaires, mêmes locales. Tant qu’un train y demeure, aucun autre ne peut y entrer. On ne peut donc pas « rapprocher » des trains qui auraient la même vitesse, comme deux autos qui se suivent par exemple.

On a donc recherché :

  • à décliner les ordres de mouvements dans la cabine du conducteur;
  • à rapprocher les trains tout en conservant une distance minimale entre eux.

La première amélioration a été la plus « facile » à mettre en oeuvre. Elle est apparue dans les années 80 avec le TGV, où des vitesses de 250 à 320km/h ne permettent plus d’observer des signaux latéraux. Le conducteur reçoit donc l’ordre à bord de freiner ou d’être autoriser à atteindre la vitesse maximale indiquée sur un écran : 200, 250, 300 km/h.

ETCS-DMI

La seconde amélioration est nettement plus tendue sur le plan de la sécurité. Rapprocher les trains suppose de savoir à tout instant où ils se trouvent les uns des autres. Or, avec le système de section, on sait que le train occupe par exemple 2 kilomètres d’une section X mais on ne sait pas où exactement il se trouve au sein de ces 2 kilomètres. On a donc songé à raccourcir les sections pour les libérer plus rapidement, ce qui a posé le problème des distances minimales requises de freinage, surtout à grande vitesse. L’autre problème est d’obtenir en temps réel plusieurs données cruciales du train, comme sa vitesse à l’instant T. Pour cela il fallu remettre à plat tout le système de transmission, et l’harmoniser au niveau européen.

C’est ainsi qu’est né l’ERTMSEuropean Railway Traffic Management System – lequel comporte deux composantes essentielles : 

  • l’ETCS – European Train Control System –  qui est un système de protection automatique des trains (ATP) fonctionnant avec des balises dans la voie qui envoient des messages vers un ordinateur à bord de chaque train, lequel en déduit une traduction sur un écran, par exemple un chiffre de vitesse ou un ordre de freinage à respecter par le conducteur. L’ETCS est destiné à remplacer à terme les systèmes nationaux existants; 
  • le GSM-R, qui est un système de transmission de données entre le train et le centre de contrôle, mais cette fois non plus par balises mais par transmission GSM propre aux chemins de fer, en 2G. L’obsolescence technologique des 2, 3 et 4G et l’arrivée de la 5G va complètement redéfinir cette transmission GSM-R sous la forme d’une nouvelle spécificité ferroviaire appelée FRMCS, et dont nous parlerons à une autre page.

Trois niveaux d’ETCS
Afin de répondre à un maximum de cas de figure, et souvent aussi d’atténuer les coûts d’implantation, le système ETCS dispose de manière très basique de trois niveaux principaux :

  • ETCS N1 : option minimale avec malgré tout des données transmises ponctuellement à bord du train par balises dans la voie. Le conducteur regarde la signalisation latérale. On reste avec le concept de découpe en sections. La transmissions des données n’est que ponctuelle, via les balises dans la voie;
  • ETCS N2 : option élargie où les données sont transmises en continu à bord du train par GSM-R. Le conducteur regarde l’écran à bord. On reste avec le concept de découpe en sections. La transmissions des données est permanente, via les antennes GSM-R disséminées le long de la voie;
  • ETCS N3 : option maximale où les données sont transmises en continu à bord du train par GSM-R. Le conducteur regarde l’écran à bord. Il n’y a plus de découpe en sections car les données en continu permettent d’assurer le positionnement permanent du train. La transmissions des données est permanente, via les antennes GSM-R disséminées le long de la voie.

Des raisons opérationnelles et de coûts ont milité pour intercaler une couche supplémentaire au niveau de l’ETCS N1, qui peut être décliné sous forme d’une « Limited supervision » (ETCS N1 LS) et d’une « Full supervision » (ETCS N1 FS).

Le schéma ci-dessous, très synthétisé, montre les deux cheminements des données : soit par balises au sol (circuit en noir), soit via les mâts GSM-R (circuit en rouge).

ETCS

Dans le cas de l’implantation de l’ETCS niveau 1 et 2, ce sont les circuits de voie traditionnels qui informent le centre de contrôle de la présence ou non d’un train, ce qui ne diffère pas fondamentalement de la signalisation par « section » présentée plus haut. En cas d’ETCS niveau 3, sections et circuits de voie disparaissent et la détection des trains n’est effectuée que par positionnement GPS combiné avec les données vitesse du train en temps réel transmises par GSM-R. On appelle cela le « bloc mobile », mais son aspect révolutionnaire ne dispose à ce jour d’aucune application concrète en Europe, au contraire de l’ETCS niveau 1 et 2.

Le coût de l’ETCS N3 a milité pour la recherche d’une formule hybride pour des petites lignes régionales, associant des sections en campagne sans circuits de voie et des zones en gare avec circuit de voiec ou compteurs d’essieux de manière limitée. Des essais sont encore en cours actuellement pour évaluer la meilleure option.

Sécurité maximale
Franchir une balise induit que le train enregistre un ordre de mouvement donné. Si cet ordre est « ralentissement », alors le conducteur doit enclencher endéans quelques secondes une action de freinage. S’il ne le fait pas, le freingage d’urgence est enclenché et le train est mis à l’arrêt. Par ailleurs, avec un écran donnant des indications chiffrées à bord, le conducteur peut suivre les ordres de vitesse de manière bien plus sécurisante qu’en observation de panneaux extérieurs. En cela, l’ETCS est un système nettement plus sécuritaire que les signalisations latérales actuelles.

Une technologie harmonisée au niveau européen
Ce qui a été harmonisé au niveau européen, c’est le contenu des paquets de messages envoyés par les balises vers le train, l’architecture de l’ordinateur de bord, la technologie des antennes sous le train, l’amplitude des normes GSM-R au niveau des fréquences Hertz et le design de l’écran de bord auquel obeit le conducteur. Le but était qu’il n’y ait plus de choix nationaux incompatibles entre eux, ce qui simplifiait aussi le travail des constructeurs qui peuvent ainsi vendre leur matériel roulant dans n’importe quel pays européen.

ETCS-Balises
Les balises au sol, un outil qui envoie des messages aux trains, mais ponctuellement. Une des deux balises sert pour l’odométrie.

Qui assure la supervision européenne, et sur quelle base ?
L’European Railway Agency (ERA), sise à Valenciennes, est l’agence unique qui joue le rôle d’autorité de conception du système pour l’ERTMS. Elle se base sur la Spécification Technique d’Interopérabilité (STI) relative aux sous-systèmes de contrôle-commande et de signalisation embarqués et au sol. Cette STI s’applique aux sous-systèmes de contrôle-commande et de signalisation embarqués des véhicules qui sont (ou sont destinés à être) exploités et aux sous-systèmes de contrôle-commande et de signalisation au sol du réseau ferroviaire de l’Union européenne.

Actuellement, ce sont les versions ETCS baseline 3 version 2 (R2) et GSM-R baseline 1 qui sont d’application à l’ensemble du territoire de l’Union européenne.

Du côté de la transmission de données, la Commission européenne a défini les conditions d’utilisation des bandes de fréquences FRMCS : les chemins de fer auront désormais accès à une nouvelle bande de fréquences à 1900 MHz. Un grand pas vers l’introduction de FRMCS sur la base de la norme 5G mobile. Pour le rail, cela signifie que les applications du système ferroviaire numérisé utiliseront à l’avenir une plate-forme de communication performante avec une faible latence et des débits de données élevés. 

Qui fournit des solutions ERTMS / ETCS ?
Ce sont des entreprises spécialisées, tant pour le matériel « sol » que le matériel « à bord ». Quelques exemples :

Ces entreprises proposent des solutions très larges, y compris dans les cabines de signalisation ou sur les éléments en campagne, quand d’autres challengers se concentrent sur certains aspects de l’ETCS. 

Toute l’Europe en ETCS ?
L’implantation de l’ETCS nécessite non seulement de revoir les équipements de la voie, mais aussi du matériel roulant qui doit disposer à bord de l’ordinateur EVC, dans antennes pour « lire » les balises et le GSM-R, et des écrans pour le conducteur. L’addition est souvent salée malgré un saut évident dans la sécurité. Chaque pays a donc organisé un plan de déploiement, certains sur leur réseau complet, d’autres sur des lignes principales ou a fort trafic. L’implantation de l’ETCS est d’autre part cofinancé par l’Europe quand on l’installe sur un des 9 corridors RTE-T, ce qui devrait être un incitant pour le déploiement.

Conclusion provisoire
Il est prévu à terme – mais qui peut garantir une date ? -, qu’une grande majorité des lignes d’Europe soit dotée de l’ETCS. De quel niveau ? Cela est variable d’une ligne à l’autre et des décisions nationales. Retenons que les balises dans la voie et le GSM-R (bientôt FRMCS), sont les éléments clés de la sécurisation des trains puisque c’est dorénavant ces voies de communication qui transmettent les ordres de mouvement à bord.

14/10/2021 – Par Frédéric de Kemmeter – Signalisation ferroviaire et rédacteur freelance
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Petit lexique des éléments de l’ETCS

Balises ETCS
Également appelées Eurobalises, il s’agit d’un groupe de 2 éléments rectangulaires placés dans la voie et servant à transmettre des informations aux trains quand ils passent par-dessus. La lecture de ces balises impose que les trains soient munis d’une antenne. Les specifications des eurobalises ont été déterminées dans le cadre de l’élaboration de l’ETCS. Les constructeurs de balises – Alstom, Siemens, Hitachi Rail,… -, ne fournissent que des Eurobalises standardisées. Ces Eurobalises sont placées au pied d’un signal (ou d’un repère sur ligne TGV), et en amont de ce signal (à 300m par ex. sur le réseau Infrabel). Il existe deux principaux types d’Eurobalise:

  • les Eurobalises fixes : elles ne sont pas raccordées par câble. Elles sont auto-allumante au passage d’un train et envoie seulement des coordonées de positionnement de la voie. Les balises fixes sont utilisées pour l’ETCS de niveau 1 et 2 pour l’odométrie;
  • les Eurobalises commandées : elles sont raccordées par câble à un LEU (Lineside Electronic Unit). Ce LEU dicte à l’eurobalise l’information qu’elle doit transmettre. Ce message est capté au passage du train par son antenne (photo ci-dessous), et message diffère en fonction des autorisations de mouvements. Les balises commandées ne sont utilisées que pour l’ETCS de niveau 1, car pour le niveau 2, c’est le GSM-R qui transmet les informations, et non les eurobalises.

Si un train passe une balise indiquant l’arrêt absolu (feu rouge), alors l’ordinateur de bord déclenche un freinage d’urgence et la baisse du pantographe pour arrêter le train. Il y a des limites dans la quantité de balises qu’on peut installer dans la voie. Un train recevra par exemple une restriction de vitesse qu’il doit appliquer, jusqu’à ce qu’il passe sur une autre balise 1500 ou 2000m plus loin lui indiquant un nouveau message. Un train en ETCS de niveau 1 ne reçoit donc des informations que ponctuellement. La photo ci-contre nous montre un exemple d’antenne lisant les messages des eurobalises.

[dico]

DMI
Le Driving Machine Interface est l’écran de bord par lequel le conducteur peut suivre les instructions de mouvements. Il s’agit d’une fonction « signalisation de cabine » qui permet de transmettre les Movements Authorisation (MA) au train. Ces MA sont affichées au DMI et le conducteur doit observer les informations affichées et réagir conformément aux règles opérationnelles.



[dico]

GSM-R
Il s’agit d’un système de transmission de données entre le train et le centre de contrôle, mais par transmission GSM propre aux chemins de fer, en 2G, et non plus par balises. Le GSM-R est utilisé pour beaucoup de fonctions entre le sol et le train, mais il est un élément essentiel de l’ETCS de niveau 2 et 3. Concrète-ment, il s’agit de mâts placés le long de la voie et reliés à des radio bloc center (RBC) et au centre de contrôle de la ligne. L’implantation de ces mâts ne se fait pas au hasard et doit tenir compte de la géographie des lieux – comme les tranchées ou les courbes -, pour fournir une couverture optimale sans « coupures ».
Il possède deux avantages incontestables :

  • Sa couverture permet d’envoyer des informations en continu, de façon permanente, alors qu’avec des balises ce n’est que ponctuellement;
  • le système radio permet d’envoyer de grandes quantité de données par rapport aux balises.

Raison pour laquelle le GSM-R est utilisé en ETCS de niveau 2, car à ce niveau, le système surveille la vitesse du train seconde par seconde. Cette surveillance impose de grandes quantités d’échange de données entre le bord et le sol. Le GSM-R montre encore néanmoins certaines limites pour transmettre les énormes quantités de données nécessaires à l’avenir, par exemple pour la maintenance prédictive des trains. De plus, les éléments des 2, 3 et 4G ont une obsolescence programmée pour 2030, période où la maintenance sera arrêtée. Ces évolutions ont conduit à développer pour le chemin de fer le Future Railway Mobile Communication System (FRMCS) comme norme mondiale pour les télécommunications ferroviaires, tout en utilisant la 5G. Les fréquences destinées au GSM-R et plus tard au FRMCS sont décidées au niveau mondial par le biais du consortium 3GPP créé en décembre 1998 avec sept organismes de normalisation des télécommunications dont l’UIT (Union internationale des télécommunications). Ce consortium produit et publie les spécifications techniques des réseaux mobiles de 3e (3G), 4e (4G) et 5e (5G) générations.


Pour approfondir :

ETCSLa composante ETCS à trois niveaux
Cette page présente la composante ETCS. Trois niveaux ont été élaborés à la base. Les deux premiers sont déjà en service sur quelques lignes d’Europe, le niveau 3 est lui encore au stade conceptuel. A ces niveaux de prise en charge, on en rajoute de facto deux autres : – le niveau 0 : aucune prise en charge par aucun système; – le niveau STM (Specific Transmission Module) : prise en charge par les systèmes nationaux.


Lorh-IndustryLa composante GSM-R
Les eurobalises ont pour inconvénients de ne transmettre de l’information que ponctuellement, de sorte que le train s’en tient aux dernières informations transmises avant de pouvoir obtenir de nouvelles informations aux balises suivantes. De manière schématique, le GSM-R évite ces inconvénients. Il transmet les informations de manière permanente…


Actualités :

ETCS Niveau 3 régional : expériences en Italie
04/10/2021 – On parle depuis longtemps de l’ETCS et de son implémentation. Jusqu’ici, le sol et le bord ont bénéficié de l’ETCS niveau 2. Mais pour des lignes régionales, une formule allégée de l’ETCS de niveau 3 pourrait être une solution.



Télécharger la mise à jour de l’ETCS ou l’interface nationale comme une application ?
30/08/2021 – C’est ce qu’envisage sérieusement The Signalling Company, une joint-venture créée en 2019 entre deux sociétés belges – ERTMS Solutions et l’opérateur fret Lineas. Elle met au point une nouvelle application mobile qui déclinera le système belge de classe B (TBL1+) à télécharger selon les besoins d’un opérateur ferroviaire. Mais aussi des mises à jour de l’ETCS…


FRMCS-GSM-RFRMCS, une clé pour l’ERTMS et la numérisation du rail
29/03/2021 – Devenu obsolète, le GSM-R n’est plus l’avenir de la transmission des données ferroviaires. Le FRMCS devra le remplacer en tenant compte des dernières normes mondiales des transmissions de données.


Cloud_computingNumérisation : ÖBB veut entrer dans le cloud
10/09/2020 – La numérisation du rail n’est plus de la science-fiction. Ce qui est plus novateur, en revanche, c’est d’utiliser des solutions cloud. Les ÖBB ont fait un test de décentralisation d’une cabine de signalisation


Par Frédéric de Kemmeter – Signalisation ferroviaire et rédacteur freelance
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ETCS Niveau 3 régional : expériences en Italie

Par Frédéric de Kemmeter – Signalisation ferroviaire et rédacteur freelance – Inscrivez-vous au blog
04/10/2021 –
(English version)
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On parle depuis longtemps de l’ETCS et de son implémentation. Jusqu’ici, l’installation au sol et à bord des trains a consisté à se limiter à l’ETCS niveau 2. Mais pour des lignes régionales, l’ETCS de niveau 3 pourrait être une solution.

On rappelle que l’ETCS de niveau 2 suppose que le conducteur suit les ordres de mouvement par le biais d’un écran à bord du train, et non plus par la signalisation latérale. Les plages de vitesse, les ralentissements et les freinages à opérer apparaissent autour du cadran de vitesse, et une « vitesse but » disposé comme on le voit ci-dessous à droite. Il permet au conducteur de visualiser à quel point il devra atteindre la vitesse ou l’arrêt demandés.

ERTMS

L’ETCS de niveau 2 demande cependant toujours une exploitation par section de 1500 ou 2000m ou davantage, dans laquelle ne peut se trouver qu’un seul train. L’ETCS de niveau 2 suppose dès lors le maintien des circuits de voie et des compteurs d’essieux, indispensables pour la détection des trains, ainsi qu’un important kilométrage de câbles en bordure des voies.

La question des coûts
Un problème qui revient souvent dans l’implémentation de l’ETCS est la nécessité de maintenir une période transitoire où cohabitent les systèmes de signalisation nationaux et l’ETCS. Or les lignes à faible trafic sont encore toujours équipées d’enclenchements et de systèmes nationaux de gestion du trafic obsolètes, dont la maintenance est généralement coûteuse. Les chemins de fer veulent améliorer les performances et la sécurité des lignes régionales en utilisant des solutions technologiques capables de réduire les coûts du cycle de vie.

En Suède, près de sept ans furent nécessaires pour développer, installer, tester et valider un ERTMS régional, réalisé par Bombardier en se basant sur un équipement de type Interflo 550. Il fut présenté en 2012 sur les 132 km séparant le nœud ferroviaire de Borlänge à la petite ville de Malung, sur la Västerdalsbanan. On en retira d’importantes leçons, notamment le passage parfois brutal entre le système national suédois et l’ETCS 3, qu’il a fallu régler.

Ce qui a surtout été révélateur avec l’expérience suédoise, c’est l’accent mis sur les trains intelligents plutôt que sur l’infrastructure intelligente qui commande les trains. C’est révélateur d’une évolution future du concept de base de la signalisation. Le système embarqué a été équipé du système ERTMS normal et a été exploité sans aucune modification du système existant. Par rapport à l’enclenchement normal et à l’ETCS niveau 1 et niveau 2, l’un des principaux avantages de la solution régionale est que les fonctions d’enclenchement et le RBC (Radio Block Center) sont intégrés.

Cela a conduit à l’élaboration de nouvelles spécifications qui, à l’époque, ont été conçues selon les normes Cenelec et répondent aux exigences SIL 4 de Cenelec avec une classification de sécurité SIL 3.

L’expérience italienne
Il y a quelques années, RFI a lancé en Italie une analyse de risque pour rédiger la spécification ERTMS pour les lignes régionales. Pour parvenir à un programme de déploiement ERTMS moins coûteux sans chevauchement avec les systèmes existants, le programme CCSp Regional (Pure Control Command and Signalling) serait la meilleure réponse. Le contexte « régional » fait référence aux lignes secondaires à trafic moyen ou faible, souvent à voie unique et électrifiées ou non avec des règles d’exploitation « multi-stations » et une supervision automatique de la marche des trains. « Pur » signifie que le système ne se superpose pas au système national de contrôle des trains et aux systèmes d’enclenchement traditionnels et qu’il est basé sur des blocs virtuels fixes et des circuits de voie virtuels, avec la possibilité de déployer des blocs mobiles pour augmenter la capacité.

Concrètement le système CCSp Regional est basé à la fois sur le niveau 2 de l’ETCS combiné à des enclenchements électroniques multi-stations, avec des systèmes traditionnels de détection des trains au sol (circuits de voie dans les stations et compteur d’essieux sur la ligne), et des applications basées sur les niveaux 2 et 3 de l’ETCS avec la fonction d’intégrité du train fournie par l’ETCS à bord. Cette combinaison entre les niveaux 2 et 3 permet de conserver les circuits de voie dans les petites gares et de les supprimer entre les gares, parfois sur de longues distances. On a ainsi un minimum d’équipements à maintenir.

Contrairement à l’ETCS niveau 3 sur grandes lignes, l’ERTMS régional n’est pas censé fonctionner avec des blocs mobiles. Au lieu de cela, il utilise un enclenchement radio pour réduire le nombre de dispositifs de signalisation de libération de voie.

Au niveau 3, les trains signalent leur position au centre de contrôle toutes les 6 secondes, en utilisant l’odométrie embarquée qui est réinitialisée par des balises à intervalles, et reçoivent en retour des autorisations de mouvement.

Bien que l’ERTMS soit conçu pour le déplacement de blocs, la version « Régionale » a spécifié une application de « bloc virtuel fixe » pour simplifier les modifications apportées aux règles de fonctionnement. Des paires de balises et de panneaux de signalisation sont prévues à chaque gare, avec des balises intermédiaires tous les 5 km le long de la ligne, permettant aux trains de se suivre sur un même tronçon de ligne.

L’objectif des essais italiens avec le système CCSp Regional basé sur le niveau 3 de l’ETCS, sans système traditionnel de détection des trains, était d’avoir confiance dans la faisabilité opérationnelle et technique du système, qui introduit des innovations importantes dans la gestion du trafic ferroviaire. Il s’agissait également de tester les procédures de basculement entre l’enclenchement électromécanique et les compteurs d’essieux existants et le nouveau système CCSp Regional. Les essais ont été effectués sur la ligne Avezzano – Roccasecca de 80 km de RFI, une ligne à voie unique non électrifiée à faible trafic encore équipée d’un enclenchement électromécanique et de compteurs d’essieux.

Le programme RFI « Régional » prévoit également l’introduction de la technologie satellitaire qui permettra, grâce au concept de « balise virtuelle », de minimiser le nombre d’eurobalises physiques, contribuant ainsi à une réduction supplémentaire des coûts d’exploitation et d’investissement du système de signalisation régional. Les mesures acquises en Sardaigne dans le cadre du projet ERSAT, développé en collaboration avec Ansaldo et l’Agence spatiale européenne, ont montré la maturité de l’approche de localisation des trains par satellite. La ligne Pinerolo-Sangone a déjà été identifiée comme site pilote où l’ERTMS par satellite devrait être mis en service pour la première fois.

Enfin, l’adoption de la radiocommunication numérique dans l’environnement de la signalisation ferroviaire, associée à l’élimination de la majeure partie des dispositifs de terrain CCS, implique de recourir à la 5G et à la technologie FRMCS en cours de développement. Bien que la vision du FRMCS soit d’être fonctionnel sans stipuler une technologie particulière, il est évident que la 5G sera sa technologie de communication de base. Les technologies précédentes telles que le GSM-R seront migrées vers FRMCS.

En définitive, le système ERTMS L3 Regional représente une avancée qui va bien au-delà de la numérisation de la signalisation ferroviaire : il aborde une nouvelle façon de penser les opérations ferroviaires, tout en maintenant les normes de sécurité garanties par le système de protection des trains le plus avancé disponible sur le marché, et en réduisant les coûts et la complexité.

ERTMS

04/10/2021 – Par Frédéric de Kemmeter – Signalisation ferroviaire et rédacteur freelance
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ETCSLa composante ETCS à trois niveaux
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La 5G, une technologie clé pour l’avenir de nos chemins de fer
21/09/2020 – La 5G est une technologie sans fil qui pourrait grandement aider nos chemins de fer à se moderniser. Maintenance prédictive, surveillance de la voie, occupation des trains en temps réel et même concept de signalisation, de nombreux domaines pourraient être impactés.


Par Frédéric de Kemmeter – Signalisation ferroviaire et rédacteur freelance
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Numérisation : ÖBB veut entrer dans le cloud

La numérisation de l’infrastructure fait partie des progrès importants pour le gestion du trafic. Les autrichiens ont débuté cette transformation dès cette année.

Des réseaux comme le belge Infrabel savent ce que cela veut dire : la gestion du trafic passe en Belgique de 200 à 30 cabines de signalisation, déjà en service, pour 3.600 kilomètres de lignes. La recette : des « loges » de la taille d’un conteneur gèrent un ensemble variable de plusieurs signaux et aiguillages. Elles sont installées le long de la voie tout proche des équipements mais, et c’est là que joue la numérisation, ces loges sont reliées entre elles par un réseau de fibres optiques, jusqu’à la cabine de signalisation qui la gère. Le rayon d’action peut aller loin, 40, 60 voire 100 kilomètres, puisque les ordres donnés passent à la vitesse de la lumière dans les fibres de verre. L’autre avantage de la fibre optique est que la cabine de signalisation reçoit en retour, de manière tout aussi rapide, une confirmation que l’équipement a reçu l’ordre et que, par exemple, les aiguillages sont bien verrouillés comme demandés. Ce contrôle sécurise fortement la gestion du trafic, et tout est enregistré sur serveur, au cas où on voudrait analyser un incident ou faire des statistiques.

Le verrouillage de différents aiguillages dans une position donnée est un traçage d’itinéraire. Dans les gares moyennes et grandes, des dizaines de combinaisons, dépendantes du nombre d’aiguillages, sont ainsi possibles pour orienter les trains et veiller à leur sécurité. Le verrouillage momentané des aiguillages (quelques minutes à peine), est ce qu’on appelle un enclenchement (interlocking en anglais). Une fois « enclenché », l’itinéraire n’est plus modifiable jusqu’à ce qu’un train « l’emprunte » et, après son passage, le « libère ». Cette libération fait appel à des compteurs d’essieux ou parfois des circuits de voie qui sont des éléments de détection des trains. Une fois « libérés », les aiguillages déverrouillés sont mis à disposition pour former un nouvel itinéraire décidé par l’opérateur en cabine de signalisation. Dans certaines gares aux heures de pointe, les aiguillages peuvent ainsi changer de position tous les 3-4 minutes. C’est un peu scolaire, mais cela permet à tout le monde de comprendre…

Du 9 au 19 août, la gare autrichienne de Linz est devenue « numérique » au sens de son exploitation. En dix jours, tous les éléments ont été intégrés dans le nouveau système d’enclenchements, en 16 sous-phases et par plusieurs équipes. D’une durée totale de deux ans, le projet consistait à « basculer » comme on dit, près de 232 aiguillages et 507 signaux lumineux, sur un rayon d’action dépassant largement la gare elle-même. Le système d’enclenchement a ici été réalisé avec la technologie Elektra fournie par Thales, également exploitée en Hongrie, en Bulgarie et en Suisse. Elektra est homologuée selon les normes CENELEC avec un niveau d’intégrité de sécurité 4 (SIL 4).

Cet exemple concret permet de mesurer la quantité de données que fournissent chaque jour, chaque heure et chaque minute le trafic ÖBB :  ponctualité des trains, mouvements des lames d’aiguillages, consommation d’énergie, comportement des signaux et des équipements de détection, etc… Une quantité qu’il convient d’ingurgiter !

(photo Thales)

L’objet de ÖBB Infrastruktur est de se débarrasser des 660 cabines de signalisation et migrer vers un cloud centralisé ! Les cabines de signalisation ne disparaîtraient pas pour autant mais seraient en nombre très réduit. Chez ÖBB, un vaste programme de numérisation a été introduit dès 2010. L’accent avait d’abord été mis sur l’utilisation de solutions standardisées à l’échelle de l’entreprise, assurée par une planification et une hiérarchisation communes à tous départements de la holding. Les objectifs de cette stratégie informatique ont pu être atteints grâce à une coopération constructive entre les départements et « à un mélange « sain » de prestations de services informatiques tant internes qu’externes, » explique-t-on dans l’entreprise. L’informatiques du groupe a été regroupée dans un centre de services partagés et placée sous la dénomination de « Business-IT » au sein de la ÖBB Holding AG dès la fin de 2012, de manière neutre sur le plan organisationnel. 

Vers une utilisation du cloud
Le cloud est un ensemble de matériel, de réseaux, de stockage, de services et d’interfaces qui permettent la fourniture de solutions informatiques en tant que service. Pour la gestion des actifs du système de signalisation, le cloud pourrait être une solution, étant donné les grandes quantités de données dispersées dans différents référentiels. L’utilisateur final (service de maintenance ou opérateurs) n’a pas vraiment besoin de connaître la technologie sous-jacente. Les applications de collecte et de distribution des données peuvent être dispersées dans tout le réseau et les données peuvent être collectées en plusieurs endroits sur divers appareils (tablettes, PC,…). De plus, 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.

Peter Lenz, l’ancien CIO du groupe ÖBB, expliquait que le cloud computing peut être rajouté à un portefeuille de services informatiques déjà existants. « En même temps, nous nous rendons compte que certaines solutions ne peuvent être proposées que sous forme de services de cloud computing à l’avenir. Nous nous préparons donc à leur utilisation. » Mais lesquelles ? Les ÖBB ont établi une catégorisation qui définit des règles d’utilisation claires pour les services du cloud. « Elle définit ce que nous voulons et sommes autorisés à faire dans le cloud et ce que nous ne pouvons pas faire. Nous testons actuellement [ndlr en 2016] ce projet de politique en matière de cloud computing et son applicabilité sur des cas concrets d’utilisation, » détaillait Peter Lenz. Un de ces cas concerne précisément les enclenchements dont nous parlions plus haut.

Le cloud computing a déjà été testé en Suisse. En 2017, la société privée Gornergratbahn (Zermatt) et Siemens ont célébré le premier système de contrôle ferroviaire fourni en tant que service. Le système Iltis de Siemens (utilisé par les CFF depuis plus de 20 ans), et les applications au sol et l’infrastructure informatique sont exploitées à distance dans le cloud, depuis Siemens à Wallisellen, à 170 km du centre de contrôle de Zermatt. Il s’agit du premier système de télégestion ferroviaire mondial pouvant être exploité dans cloud. En cas de besoin, le chef de sécurité du trafic ferroviaire peut en option activer un ordinateur auxiliaire sur site, permettant de gérer à nouveau les postes d’aiguillage du GGB de manière autonome depuis Zermatt. Bien évidemment, on est dans un environnement homogène, en circuit fermé. Ce n’est évidemment pas représentatif d’un réseau ferroviaire à l’échelle nationale. N’empêche…

Cette année, les ÖBB s’y sont mis aussi. Dans une démonstration en direct, il a été montré comment un enclenchement peut fonctionner dans le cloud. Le contrôle de la cabine de signalisation de la gare de Wöllersdorf a été pris en charge par un ordinateur cloud afin de régler les signaux et les détections, et ce depuis le siège de Thales à Vienne, à 55 kilomètres de là. La démonstration a montré que cela fonctionnait, bien évidemment à petite échelle. Elle avait pour but de vérifier les possibilités de décentralisation des opérations d’enclenchements. La tâche est maintenant de rendre l’innovation utilisable dans les opérations quotidiennes le plus rapidement possible et à l’échelle de tout le réseau autrichien.

La gestion des enclenchements par le biais du cloud suscite encore des débats, et les autrichiens en ont tout autant que d’autres réseaux. Dans un environnement physique contraint par l’urbanisation et les subsides publiques, l’option de multiplier les voies à l’envi n’est plus la politique des gestionnaires d’infrastructure. Il va falloir faire avec ce qu’on a ! Peut-on dès lors augmenter la capacité de la signalisation ferroviaire en la mettant dans le cloud ? C’est ce que tentent les ÖBB. Mais le défi dans un environnement ferroviaire est de rendre les technologies telles que le cloud computing, la communication sans fil ou les solutions IoT industrielles utilisables selon les exigences de sécurité les plus élevées et garantir ainsi la disponibilité optimale du système ferroviaire. Par ailleurs, on l’a vu plus haut, qu’il y ait un cloud ou pas, la quantité d’équipements reste importante sur les voies et dans les gares.

Thales, qui est surtout un fournisseur de solutions dans les secteurs de la sécurité et de la défense de nombreux gouvernements, veut répondre aux défis de niveau SIL 4 exigé par le ferroviaire à grande échelle. Il n’est pas clair pour l’instant jusqu’où les ÖBB comptent aller dans la direction du cloud computing, mais l’entreprise publique cherche et teste. Se pose tout de même la question du gestionnaire du cloud : que se passerait-il si celui-ci était amené à faire défaut à l’avenir, et de manière imprévisible ? Quid de la cybersécurité, dont on peut raisonnablement pensé qu’elle est au cœur du système ?

 

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