À première vue, la locomotive Fret verte et l’unique wagon Corail tracté par Martine ne payent pas de mine. Pourtant, ce train de l’Agence d’essai ferroviaire (AEF) joue un rôle clé pour l’avenir des voyages de nos clients : permettre une meilleure localisation de leurs trains sur le réseau.

Si 15 000 trains circulent chaque jour dans l’Hexagone, jouant un ballet orchestré par la signalisation - latérale ou par balises au sol - qui jalonne les 30 000 km du réseau, ces installations ne permettent pas de connaître avec une extrême exactitude la localisation des convois. C’est pourquoi nos équipes développent des technologies qui ouvrent la voie à la localisation précise et continue des trains.

On peut définir la localisation comme la fonction qui permet à un train de connaître, en temps réel, en continu et à bord, sa position, sa vitesse et sa direction.

Le système de signalisation divise les voies ferroviaires en portions. Ces tronçons, appelées cantons ou blocks, n’admettent qu'un seul train à la fois afin d’assurer un espacement suffisant entre les convois allant dans le même sens. Les trains qui y circulent peuvent être localisés grâce à des balises présentes dans les cantons. Un odomètre¹ se charge d'incrémenter la position de la rame depuis la dernière balise rencontrée.

Plus le train s'éloigne de la balise, moins sa position est précise. On doit donc s'appuyer sur d'autres équipements au sol, tels que des compteurs d'essieu ou des circuits de voies, afin d'assurer le bon positionnement et donc, la sécurité du train.

Notamment sur la qualité du positionnement du train, afin de le localiser précisément et en temps réel sans recourir aux équipements de voies cités qui nécessitent des coûts importants d’installation, de maintenance et de renouvellement.

Le train est amené à circuler dans des environnements complexes : sous des bâtiments, au milieu de forêts, dans des tunnels. Une puce GPS classique ne suffit pas pour positionner un train précisément dans ce type d'endroits, qui plus est au regard du niveau élevé de sécurité recherché dans le ferroviaire. Pour que vous compreniez, le nouveau système de localisation sur lequel nous travaillons ne peut pas commettre plus d’une erreur non détectée par milliard d'heures, soit tous les 120 000 ans. C'est un niveau de sécurité cent fois plus élevé que dans l'aérien.

Le développement des nouvelles technologies dans le domaine des télécoms, et nous ne pouvons pas nous appuyer sur la seule localisation par GNSS². Nous devons combiner cette solution avec d'autres capteurs, en l'occurrence une centrale inertielle et un capteur de roue phonique, qui compte le nombre de tours de la roue dans un intervalle de temps donné et permet de mesurer la vitesse du train. Nous nous appuyons également sur la cartographie des rails pour positionner en sécurité le train sur sa voie. La cartographie joue en quelque sorte, un rôle de capteur supplémentaire en utilisant la connaissance de la trajectoire future du train sur les rails.

Nous emmagasinons un maximum de données afin de gagner en expérience et de faire monter notre système de localisation en maturité. Les mesures des capteurs précédemment mentionnés sont fusionnées par un filtre mathématique qui va permettre d’obtenir la position précise du train. Parallèlement, une boucle d’intégrité se charge de calculer une enveloppe d’erreur autour de la position sortie par le filtre mathématique. C’est cette enveloppe d’erreur qui est associée au taux d’erreur de 1 fois par milliard d’heure.

Nous développons des racks bardés de capteurs afin de les installer ensuite dans nos différents trains : un TGV, des rames RER C et RER D ainsi qu’un TER. Parallèlement, nous utilisons un train d’essai baptisé Martine pour pré-tester les racks et mener différentes séries d’essais.

Deux changements majeurs sont à prévoir pour les voyageurs : une plus grande régularité et une meilleure information voyageurs. Nous allons être capables de fluidifier le trafic en resserrant les trains. Clairement, cela va permettre aux opérateurs de mettre plus de trains chaque heure sur les voies des lignes TGV, TER ou Transilien et donc d'offrir potentiellement plus de trains aux voyageurs. Nous serons aussi en mesure d’apporter une information beaucoup plus fine aux usagers en cas de retard, d’incident ou sur l’horaire de l’arrivée de leur train.

Par la connaissance précise et en temps réel de la position et de la vitesse des trains circulant sur une ligne, nous pourrons optimiser le trafic et la vitesse de n’importe quelle rame en cas de panne d’un train situé plus loin sur les voies.

La localisation satellitaire à destination de l’information voyageurs n’exige pas le même niveau de sécurité que pour les applications liées à la circulation des trains et pourrait donc être mise en application dès maintenant. Un premier besoin a été remonté par Transilien, et des premiers tests sont en cours.. En ce qui concerne le système de localisation satellitaire sécuritaire, qui doit permettre de faire circuler plus de trains sur les lignes, il ne fera sans doute pas son apparition dans les trains commerciaux en circulation avant 2030.