Chemin de fer et informatique: la mécanicienne bientôt cheffe de gare?

Dans l’article qui suit, toutes les désignations de personnes sont faites à la forme féminine, et elles se rapportent à la personne exerçant la fonction, sans distinction de sexe.

La randonneuse qui s’évade dans la nature est confrontée à deux types d’activités: agir (marcher, ralentir pour reprendre son souffle, siroter sa gourde pour étancher sa soif, s’étaler dans l’herbe pour déguster son pique-nique), ou décider, à chaque bifurcation, choisir le chemin de gauche ou celui de droite.

Le programme informatique est une promenade bucolique
Tout programme informatique, une succession d’instructions, peut être comparé à notre promenade bucolique, une succession d’activités. Depuis le début de l’histoire des ordinateurs, on sait que deux types d’instructions sont suffisants pour écrire un programme aussi complexe soit-t-il: l’exécution d’une action DO… (faire…) et la prise de décision IF… THEN… ELSE… (si… alors… sinon…); ce sont exactement des deux types de tâches de notre randonneuse.

Le poste de commande décide, la conductrice exécute
Votre train préféré est régi par la même logique, en rappelant que la conductrice dispose d’un volant incapable de choisir une direction –celle-ci est imposée par la géométrie du rail– mais indispensable pour le réglage de la vitesse. La mécanicienne est donc condamnée à exécuter les instructions du type DO… (accélérer, freiner, stopper devant un feu rouge, démarrer au feu vert), tandis que la gestion des aiguillages (à gauche ou à droite) et des signaux (rouge ou vert) est confiée au poste de commande centralisé (Lausanne pour la Suisse romande, Fig. 1) qui exécute les instructions du type IF… THEN… ELSE…

Promenade bucolique, programme informatique ou train en mouvement se résument toujours à une succession d’actions à exécuter ou de décisions à prendre, un monde essentiellement binaire.

Fig. 1 Centre d’exploitation Ouest, Lausanne (photo Jean-Paul Guinnard, 24 heures, 24.2.2020).

Bref historique de la signalisation en Suisse
L’histoire de la signalisation se confond avec celle du chemin de fer: l’un des principes de base est la division de la ligne en segments fixes (appelés aussi blocks ou cantons), occupés par un seul train à la fois(1). Si le train en mouvement occupe le canton 1 (Fig. 2), le canton précédent 2 est interdit (signal avancé: 2 feux orange, signal principal: 1 feu rouge), tandis que le canton 3 est libre (signal avancé: 2 feux verts, signal principal: 1 feu vert). Depuis 1933, c’est le système Signum qui veille au respect de la signalisation, avec ses fameuses paires de «crocodiles», longues lames aimantées posées entre les rails et capables de détecter la présence de la locomotive. En cas de franchissement du signal principal au rouge, le convoi est automatiquement freiné, puis arrêté.

Fig. 2 Division de la ligne en cantons fixes: canton 1 occupé, canton 2 interdit, canton 3 libre(1).

Le système Signum a ses faiblesses; la triste collision frontale de Granges-Marnand, le 29 juillet 2013, a démontré que, dans certaines configurations, le train stoppé au rouge n’avait pas un temps de freinage suffisant pour éviter un convoi arrivant en sens inverse, sur voie unique. La solution réside dans un système de sécurité supplémentaire, le ZUB (Zugbeeinflussung ou influence sur les trains), qui complète le système Signum. Grâce à ses propres balises, ZUB peut garantir un arrêt à temps, au pied du signal principal, mais pas au-delà.

La révolution européenne de l’ETCS
L’arrivée de la grande vitesse en Europe, doublée de la nécessité pour les trains de franchir les frontières nationales, a conduit à la création du système de contrôle européen des trains ETCS (European train control system). ETCS doit remplacer à terme 23 systèmes nationaux; il est évolutif et se décline aujourd’hui en trois niveaux:

  • Grâce à de nouvelles balises au sol, les eurobalises, une transmission de données intermittente est effectuée entre le sol et le véhicule; la signalisation extérieure demeure et ETCS niveau 1 peut remplacer les systèmes Signum et ZUB. A fin 2019, tous les tronçons à voie normale de Suisse, à quelques exceptions près, sont équipés d’ETCS niveau 1(2).
  • Le système ETCS de niveau 2 (Fig. 3) se distingue du précédent par une transmission continue des données entre le sol et le véhicule, et l’abandon des signaux extérieurs au profit d’une signalisation en cabine. Pour des vitesses élevées et/ou des conditions atmosphériques difficiles (pluie, brouillard), ce progrès est décisif; la transmission continue des données implique l’existence d’un système de radiotéléphonie dédié au rail, abrégé par GSM-R (Global system for mobile communication, railway, système global de communication mobile pour le chemin de fer). En 2020, les tronçons Lausanne–Villeneuve, Sion–Sierre, Mattstetten–Rothrist (sur la ligne nouvelle Berne–Olten) ainsi que les tunnels de base du Lötschberg, du Saint-Gothard et du Monte Ceneri sont équipés de l’ETCS niveau 2(2).
  • Le niveau 3 du système ETCS est actuellement en développement: il postule essentiellement l’abandon des cantons fixes au profit d’une zone de protection mobile qui se déplace avec le train et se déforme selon sa vitesse et celle du train précédent; les écarts entre trains sont minimaux et la capacité de la ligne augmente de 30% environ. ETCS 3 nécessite la connaissance parfaite et continue de la position, de la vitesse et de la longueur du train: la grande quantité d’informations implique un nouveau système de radiotéléphonie ferroviaire, la FRMCS (Future railway mobile communication system, ou futur système ferroviaire de communication mobile).

Fig. 3 ETCS niveau 2 sur une ligne à grande vitesse: eurobalise avec panneau de signalisation ETCS; les cantons restent fixes, mais les signaux extérieurs disparaissent: ils sont transmis sur l’écran de la conductrice en cabine (photo LITRA(3), CFF).

Vers le pilotage automatique
Avec la gestion automatique de la vitesse, et de l’ouverture/fermeture des portes en gare, le pilotage peut être entièrement automatisé… sous la surveillance constante d’une conductrice prête à reprendre le contrôle manuel: c’est la commande automatique des trains ou ATO (Automatic train operation)(Fig. 4). Elle fait déjà l’objet d’essais ponctuels en Suisse, sur les lignes privées à voie normale de l’Oensingen-Balstahl-Bahn et du Südostbahn.

Fig. 4 Même avec la commande automatique des trains, la conductrice sera toujours indispensable (photo Litra(3), CFF).

Une tentative plus ambitieuse se prépare du côté de la Chine, sur la ligne nouvelle à grande vitesse reliant Pékin à Zhangjiakou, l’une des villes accueillant les Jeux olympiques d’hiver de 2022. Sur ce tronçon de 175 km, parcouru par des convois à 350 km/h, seront testés les premiers «trains intelligents» entièrement automatiques; cette performance repose sur l’utilisation du service satellitaire de géolocalisation et de navigation BeiDou développé en Chine, qui se rapproche du système européen ETCS niveau 3(4).

Un rêve pour la Suisse: la pilote bientôt cheffe de gare?
Certains axes ferroviaires frisent la saturation, comme Genève–Lausanne ou Olten–Zurich. Dans l’attente de l’aménagement d’hypothétiques lignes nouvelles, la priorité est l’équipement de systèmes de sécurité permettant l’augmentation sensible de la capacité: le système ETCS niveau 3 devient l’objectif de première urgence.

C’est dans ce contexte qu’a été lancé SmartRail 4.0, un programme d’innovation de la branche ferroviaire suisse(3). L’optimisme des ingénieures doit être tempéré par l’expérience des mécaniciennes, représentées par leur Syndicat suisse des mécanicien-ne-s de locomotive et aspirant-e-s (Verband Schweizer Lokomotivführer und Anwärter, VSLF); ce syndicat a mis en évidence, dans son bulletin du 28 juillet 2019(5), certaines défaillances de l’ETCS niveau 1 (une diminution de la capacité), de l’ETCS niveau 2 (des erreurs dans le positionnement des convois), ainsi que la sous-estimation des coûts du déploiement de l’ETCS niveau 3.

Fig. 5 Le poste de pilotage d’une rame moderne ressemble déjà au centre d’exploitation fixe de la figure 1.

Pour le plus long terme, la commande automatique est très alléchante, toujours sous supervision humaine. On peut même imaginer que la pilote, libérée de ses tâches de conduite (l’exécution des basses besognes, les actions DO…) puisse, à distance, contribuer à la marche d’un poste de commande lui-même décentralisé et mobile, exécutant alors des fonctions plus nobles (des décisions du type IF… THEN… ELSE…), soit la commande des aiguillages et des signaux. Le poste de pilotage d’une rame moderne (Fig. 5) ressemble déjà étrangement au centre d’exploitation fixe de la figure 1.

L’informatique permettrait ainsi d’élever la conductrice au rang de cheffe de gare…

Daniel Mange, 1 novembre 2020

 

Références

(1) P. Guignard, Technique des véhicules ferroviaires, Haute école spécialisée bernoise, Ecole d’ingénieurs de Bienne, août 2013.

(2) Office fédéral des transports, Programmes d’aménagement ferroviaire. Rapport sur l’avancement des travaux 2019, 2020, Berne.

(3) M. Vetterli, Comment smartrail 4.0 accroît l’efficacité du rail, LITRA, Service d’information pour les transports publics, 10 février 2020, Berne.

(4) F. de Kemmeter, Le premier train à grande vitesse sans conducteurs est lancé en Chine, MediaRail, 19 janvier 2020.

(5) L’ETCS dans l’impasse? News VSLF, No 598, 28 juillet 2019.

 

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Daniel Mange

Daniel Mange, Vaudois, est électricien de formation, informaticien de profession et biologiste par passion. Professeur honoraire EPFL, il se voue aujourd'hui à son hobby politique, les transports publics, dans le cadre de la citrap-vaud.ch (communauté d'intérêts pour les transports publics). Il y anime le projet Plan Rail 2050 qui vise à relier Genève à Saint-Gall par une ligne à grande vitesse.

6 réponses à “Chemin de fer et informatique: la mécanicienne bientôt cheffe de gare?

  1. La figure 3 a été prise sur une LGV (probablement SNCF), et non sur la ligne classique Lausanne-Villeneuve.
    Sur le fond, le centre d’exploitation a une fonction de coordination entre les circulations. Il ne me semble par pertinent de déléguer cette fonction à une multitude de mécaniciens, car une vue d’ensemble est nécessaire pour décider des priorités à accorder. Dans le trafic aérien également, malgré l’absence de guidage “physique” (les rails pour le chemin de fer), les pilotes doivent se soumettre aux instructions des contrôleurs aériens (altitude, vitesse, trajectoire, cap, etc.).

  2. Bonjour Daniel,

    j’ai reçu cet envoi il y a quelque temps de Remigio Ratti, avec lequel on parle du développement futur du réseau ferroviaire en Suisse (et de son gros retard par rapport à l’Europe, voir la “Croix Fédérale de la Mobilité”).

    Article très clair et très intéressant, merci beaucoup! Je ne suis pas d’accord avec l’automatisation complète, on a besoin de l’être humain. J’en parlais avec Adreas Meyer il y a une année, et il m’a dit que le CFF on fait des simulations de cas de secours avec ou sans méchanicien/ne. Les résultats parlent clairement: sans la personne dans la locomotive, il faut impliquer beaucoup plus de gens qu’avec une personne dans la locomotive.

    Ciao,
    Antonio

  3. Personnellement, je suis ravi de voir l’accès des femmes à pilote.

    Intéressante interprétation, de traiter au féminin l’épicène?
    Oui, cette espèce de langue qui fait que l’on a perdu la sienne!

  4. Gros retard de la Suisse par rapport à l’Europe ? Sans doute !
    Mais au prix de combien de sacrifices de lignes “secondaires” certains pays ont-ils développé la grande vitesse ?

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