Communiquer, naviguer, surveiller : des fonctions vitales pour les trains
Par Marion Berbineau, Directrice de Recherche, et Juliette Marais, Chercheuse - Département COSYS, Laboratoire LEOST
Le réseau ferroviaire doit se moderniser pour faire face aux défis sociétaux, environnementaux et technologiques qui s’annoncent. Les changements se portent notamment sur les systèmes de communications, de navigation et de surveillance. L’Ifsttar contribue, avec ses partenaires, à l’émergence et la maîtrise de ces nouvelles technologies pour permettre la circulation, en toute sécurité, des trains autonomes sans conducteur d’ici 20231.
Des technologies de communication et de localisation
embarquées à bord du train
 |
Le réseau ferroviaire2 est divisé en intervalles appelés cantons. Ces portions de voie sont délimitées par des bornes aujourd’hui physiques, qui seront virtuelles demain. Ces bornes permettent de détecter l’entrée et la sortie du train dans le canton. Ce dernier assure ainsi une bulle de sécurité autour du train. Pour cela, il limite l’accès d’un canton à un seul train et permet d’éviter les collisions entre deux trains qui se suivent à des vitesses différentes.
Aujourd’hui, lorsque le train entre dans la zone, il communique avec l’infrastructure grâce à un système de radio sol-train. Une transmission radio courte portée (ou balise) lui indique également la vitesse limite ainsi que celle du canton suivant et sa position. Ce système de radio sol-train est un élément vital pour la gestion du trafic ferroviaire en sécurité.
Dans un futur très proche, il n’y aura plus ni bornes ni balises physiques pour délimiter le canton, détecter la présence du train et transmettre les consignes de vitesse. Tout reposera sur des technologies de communication et de localisation sans fil embarquées à bord du train. Cela permettra de réduire drastiquement les coûts de déploiement et de maintenance des infrastructures (seuls les rails seront fixés au sol). En outre, cela améliorera la flexibilité et l’efficacité de la gestion du trafic : les cantons seront de longueur variable et se déplaceront avec le train. C’est le concept du canton mobile et déformable.
Pour continuer à assurer la sécurité du trafic, la position du train sera connue avec une très grande confiance et la communication radio devra être robuste dans toutes les conditions d’environnements du train.
Accompagner et assurer la circulation des trains autonomes
La prochaine révolution, dès 2023, sera l’introduction sur le réseau ferré de trains autonomes sans conducteur. Comme pour l’aérien, cette étape demande la combinaison intelligente et sûre des trois fonctions vitales : Communiquer, Naviguer, Surveiller.
Le système de communication radio devra s’adapter en temps réel en fonction des réseaux radio disponibles dans son environnement. Il évoluera de façon transparente avec les technologies émergentes comme la 5ème génération de téléphonie mobile (5G NR).
Le système de contrôle-commande de la circulation des trains doit pouvoir faire confiance à l’information de position du train quel que soit l’environnement géographique et même en présence d’interférences. Cette information reposera sur une combinaison de technologies : localisation par satellites (GNSS) , systèmes inertiels, techniques radio de type Ultra Large bande (ULB) ou liées aux futurs systèmes de communications radio lors des passages dans les tunnels.
Pour assurer en sécurité la circulation des trains autonomes, le train devra être équipé (comme pour le véhicule autonome routier) de systèmes de perception courte et longue portée. Ces RADARs anticollisions, ces caméras, ces LIDARs devront fonctionner de jour comme de nuit. Ils transmettront des informations en temps réel sur la voie et l’environnement du train même à des vitesses très élevées (obstacle sur la voie, passage à niveau, etc.).
1 Communiqué de presse SNCF https://www.sncf.com/fr/groupe/newsroom/trains-autonomes-2023
2 “Un réseau ferroviaire est un ensemble de lignes de chemin de fer, de gares et d'installations techniques diverses (atelier, dépôts, triages, embranchements particuliers, chantiers intermodaux...) qui permettent la circulation de convois ferroviaires ou trains dans un ensemble géographique donné ; région, pays, continent” Wikipédia
Pour aller plus loin...
Marais, J., Beugin, J, Berbineau, M., 2017, A Survey of GNSS-Based Research and Developments for the European Railway Signaling, IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, Institute of Electrical and Electronics Engineers - IEEE, 17p, DOI : 10.1109/TITS.2017.2658179, http://ieeexplore.ieee.org/document/7857080/
Berbineau, M. ; Kassab, M. ; Gransart, C. ; Wahl, M. ; Cocheril, Y. ; Masson, E. ; Seetharamdoo D. ; Sanz, D. ; H. Ghannoum, H. ; Gatin, O. ; Le véhicule connecté dans les transports publics : technologies existantes et perspectives, REE N° 4, 2014
Berbineau, M., Kassab, M., Gransart, C., Wahl, M., Marais, J., Seetharamdoo, D., IET, Clean Mobility and Intelligent Transport Systems, Chapter 3: ICT for Intelligent Public Transport Systems, state of knowledge and future trends, 2015, ISBN 978-1-84919-895-0
Marais, J ; Cherche GPS fiable pour train autonome, Trajectoire N13 juin 2017 https://www.ifsttar.fr/fileadmin/redaction/5_ressources-en-ligne/Communication/Trajectoire_magazine/Trajectoire_le_mag_n13_web.pdf
