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Le secteur ferroviaire > Le transport de voyageurs


Le transport de voyageurs fait face à trois exigences : un plus grand respect de l’environnement, une diminution de la consommation d’énergie et une meilleure adéquation avec les besoins des usagers. Ces besoins sont les suivants : une organisation facile du trajet, un temps de parcours écourté (pour les longues distances), un stress minimisé, une sécurité et une sûreté maximales ; et ce quel que ce soit le mode de transport. Ce sont à ces exigences que devront répondre les innovations technologiques.



En premier lieu, on pourra noter qu’à court terme des progrès peuvent être faits pour le développement d’un réseau intelligent à grande échelle par interconnexion des modes de transport (desserte fine et efficace des territoires, solution alternative rapide en cas d’incident). Cela a notamment été recommandé par l’ERRAC (European Rail Research Advisory Council) à la Commission européenne (mise en place à horizon 2020). Les informations d’une base de données globale obtenue par intégration des bases de données des divers services pourront alors parvenir en temps réel à l’usager via son smartphone (location de vélo ou d’automobile, localisation de l’arrêt de bus le plus proche, etc.). L’utilisateur du smartphone pourra composer son trajet urbain, périurbain ou longue distance de bout en bout, avec l’ensemble des modes de transport, et se verra proposer les diverses alternatives possibles correspondant à ses préférences. En parallèle de ce réseau intelligent se développera nécessairement la billettique sans contact (toujours par l’intermédiaire d’un smartphone). L’usager pourra alors composer, payer et récupérer ses titres de transport en ligne. Il est toutefois à noter que sur les trajets interurbains, la validation sans contact du billet pourrait être couplée à un système d’identification physique pour des raisons de sûreté (à l’instar de l’avion, des modifications législatives seraient alors nécessaires). Une fois le billet validé, l’accès à la rame serait alors autorisé.

Enfin, des progrès pourront également être réalisés pour simplifier le voyage des personnes mal voyantes ou mal entendantes, et pour garantir une meilleure accessibilité aux trains aux personnes à mobilité réduite.

Ces voies de développement sont communes à l’ensemble des transports ferrés de voyageurs. Cependant, d’autres sont spécifiques au transport de proximité (urbain) ou au transport de longue distance (interurbain).

Le transport urbain


En réponse aux exigences citées plus haut, des progrès peuvent être faits à court terme en matière de captage, de stockage ou encore de récupération de l’énergie (au freinage).

Pour plus de sécurité et un plus grand respect de l’environnement, le captage de courant au sol, un système qui permet de faire disparaître la caténaire, pourrait se généraliser et équiper les différents tramways (il est aujourd’hui notamment en place depuis 2003 à Bordeaux : système APS d’Alstom). Ce captage, pour le moment filaire, pourrait faire place dans les années à venir à un captage par induction électromagnétique (avec notamment le système Primove de Bombardier), sans danger apparent pour l’homme (craintes que l’on aurait pu avoir du fait de la puissance des ondes électromagnétiques). Les coûts de construction et de maintenance sont toutefois plus élevés que ceux d’un tramway classique.

Le stockage de l’énergie est également un enjeu majeur pour le transport urbain. À court terme, le développement de batteries très capacitaires (avec un temps de recharge très court en station), de volants d’inertie ou encore de supercapaciteurs, est à prévoir (la création de supercapaciteurs à haut stockage massique pourrait être une véritable rupture technologique pour le transport urbain). Il faudra cependant surmonter les obstacles associés à ces technologies, que sont le poids et le manque de sécurité (en particulier pour le volant d’inertie du fait de sa vitesse de rotation).

En liaison avec le stockage de l’énergie se développeront également des techniques de récupération de l’énergie au freinage. Pour le moment, cette énergie est soit consommée immédiatement, soit transmise à la rame suivante, soit détruite. Il s’agira dans les années à venir de gérer de manière plus fine cette énergie et de trouver des solutions d’évacuation de l’énergie excédentaire qui soient non destructrices.

À plus long terme, c’est le mode de transport urbain ferré lui-même qui devra être repensé. Une voie possible d’évolution pourrait être celle du tramway sur viaduc fonctionnant sur le principe du « coin d’huile ». Un film d’huile d’environ 2 mm, déposé dans des glissières de guidage, permettrait de surélever le tramway et de le faire avancer par glissement de façon totalement silencieuse et avec une importante économie d’énergie. Le choix du fluide est crucial : il doit être ni trop peu visqueux (risque de dispersion dans les sillons selon les variations d’altitude de la voie), ni trop visqueux (frottements et bruit trop importants). Un compromis est à trouver entre le débit du fluide injecté, la pente de la voie et la viscosité du fluide. À l’arrêt ou à faible vitesse, le train serait guidé par des roues classiques. Ce système pourrait également être envisagé pour des trains à grande vitesse.

Le transport longue distance (interurbain)


Pour le transport de longue distance, les exigences sont les mêmes que pour le transport urbain, le facteur temps prend cependant une place plus importante. Afin d’augmenter l’attractivité de ce mode de transport, il sera en effet crucial de pouvoir écourter les temps de trajet. Il pourrait ainsi être envisagé à horizon 2030 de faire passer la vitesse commerciale des trains sur rail de 320 à 500 km/h, ce qui permettrait de rallier l’Europe et de faire concurrence à l’avion sur ces trajets (le train fait concurrence à l’avion sur des trajets d’une durée de 2 heures, soit un rayon potentiel de 1 000 km correspondant à une couverture européenne).

Cependant, atteindre la très haute vitesse pose des problèmes techniques de captation de courant (contact avec la caténaire), de stabilité de la voie, de bruit (principalement aérodynamique), mais également des problèmes de coûts, liés à la consommation énergétique du train.

La captation de courant à de telles vitesses est particulièrement délicate et nécessite un travail sur la caténaire : sur ses propriétés physiques et sur son système d’attache. Il s’agit de repousser le « mur » de la caténaire qui, aujourd’hui, se situe autour de 580 km/h (avec les tensions actuelles) et permet une vitesse en toute sécurité à 320 km/h.

Le « mur » de la caténaire


Lors de son déplacement le long de la caténaire, le pantographe (qui assure le contact entre le train et la caténaire) fait vibrer la caténaire, et émet donc une onde. La fréquence et la vitesse de cette onde dépendent des caractéristiques de la caténaire. Si le pantographe va trop vite (au-delà de 580 km/h actuellement), il rattrape l’onde qu’il a émise et la dépasse : il franchit le « mur » de la caténaire et celle-ci se rompt.


Concernant la résistance et la stabilité de la voie, la solution de la voie sur dalle (développée au Japon et en Allemagne) pourrait se généraliser en France (où l’on utilise généralement du ballast). Ce type de voie, en test sur une portion de la LGV Est européenne, coûte plus cher à la construction qu’une voie sur ballast et nécessite une haute technicité de pose, mais sa durée de vie est très longue (plus de 100 ans) et ses besoins en maintenance sont très faibles en comparaison avec une voie sur ballast.

Pour le bruit dynamique du train, au-delà de l’utilisation de rails spéciaux (meulage acoustique : diminution du bruit de 1-3 dB), on peut se poser la question du développement de technologies de neutralisation des ondes sonores (le bruit aérodynamique du train étant la principale source de bruit à haute vitesse). Ces techniques restent pour l’instant (malheureusement) inefficaces en sites ouverts (du fait de l’irrégularité de l’onde sonore émise par le train, très difficile à annihiler en temps réel).

Enfin, le dernier obstacle à surmonter est économique, il concerne la consommation énergétique du train. Celle-ci croît avec le carré de sa vitesse. Atteindre 500 km/h conduirait ainsi presque à quadrupler la consommation actuelle du train. Des progrès pourront être faits pour minimiser cette consommation en améliorant son coefficient de pénétration dans l’air, mais ils resteront faibles. Un fort surcoût est donc à prévoir (le train devrait toutefois rester compétitif face à l’avion). Cependant, pour éviter que ce surcoût ne soit trop lourd à porter pour l’usager, une solution pourrait être de rallonger les rames pour accueillir davantage de passagers (rames de type Eurostar). Un redimensionnement des alimentations électriques du train serait toutefois nécessaire.

À plus long terme (horizon 2050) on peut espérer atteindre la vitesse de 500 km/h grâce au train à sustentation magnétique. Ce train possède de nombreux avantages (en comparaison du train roulant) : il peut aller plus vite, il est plus sûr (pas de risque de déraillement), plus silencieux à basse vitesse (entrée et sortie de gare, zones urbaines : ce qui peut également laisser envisager une application de type tramway) et peut franchir des pentes plus fortes. Il est pour le moment utilisé sur une ligne à Shanghai, et est en démonstration au Japon près d’Otsuki (train Maglev : MAGnetic LEVitation, détenant le record du monde de vitesse pour un système ferroviaire avec 581 km/h, acquis en 2003). Il existe également un projet de liaison Tokyo-Osaka, mais il possède un inconvénient majeur : son coût. En effet, pour le moment, du fait des conditions contraignantes d’utilisation de ce système (très basse température), son coût de mise en place est prohibitif (environ 32,1 M€/km, stations et trains compris, contre environ 16,5 M€/km pour la LGV française Rhin-Rhône). La construction de la ligne Gare centrale de Munich-Aéroport de Munich (« Transrapid ») a d’ailleurs été abandonnée en 2008 pour des raisons économiques. Le développement de la supraconductivité à température ambiante, un défi loin d’être relevé aujourd’hui, représenterait un véritable saut technologique et permettrait de reconsidérer la viabilité de cette option.