Métros, trams, trains : cap sur l’autonomie

Ville, Rail & Transports organisait le 26 novembre à Paris une conférence sur les défis de la nouvelle génération de métros et RER automatiques et leur déclinaison pour les tramways et les trains… avant que ne circulent, un jour, des rames à conduite entièrement autonome.

L’automatisme, c’est déjà une vieille histoire en Europe, berceau des métros automatiques qui ont aujourd’hui plus de trente ans. Aujourd’hui, la toute nouvelle génération est prête à se glisser sur les rails : en 2020, il y aura le NeoVal de Rennes, les lignes A et B du métro de Lyon, l’extension d’Eole, de la Défense vers Mantes-la-Jolie à l’ouest de la métropole francilienne, puis les premières lignes du Grand Paris Express (GPE) à partir de 2024.

La prochaine étape, c’est l’autonomie, nouveau Graal de la filière du transport ferroviaire. Que revêt le concept d’autonomie dans le ferroviaire lourd ou léger ? Jusqu’où peut aller l’autonomie ? Pourra-t-on vraiment se passer de l’humain ? Le monde ferroviaire, les voyageurs et les pouvoirs publics, sont-ils prêts à accepter l’idée d’un train lancé à 300 km/h sans conducteur à bord ? C’est à toutes ces questions qu’ont tenté de répondre les intervenants de la conférence organisée le 26 novembre par Ville, Rail & Transports, à Paris, en présence de quelque 200  invités.

Agilité, efficacité économique

« Le défi aujourd’hui, c’est de ne plus construire de nouvelles infrastructures pour répondre à l’augmentation de la demande de transport collectif, mais d’optimiser l’infrastructure existante pour des raisons évidentes de coûts », a rappelé Edouard Dumas, responsable des comptes SNCF et Société du Grand Paris chez Siemens. Autrement dit, « gérer l’obsolescence, maintenir en vie des systèmes existants, mixer l’analogique avec le numérique, et faire preuve d’agilité et d’efficacité économique grâce à l’automatisation », a résumé François Vinsonneau, directeur du Centre d’excellence métro et tramway chez Keolis.

La filiale de la SNCF exploite de vieux et de nouveaux métros et tramways automatiques en France et dans le monde (Lille, Lyon, Docklands à Londres, Manchester, Shanghai, Hyderabad, Doha etc.).

Aujourd’hui, l‘automatisme serait donc devenu une réponse technologique face au défi de l’augmentation de la demande de transport collectif, en Ile-de-France comme dans d’autres grandes métropoles françaises et étrangères. Le défi c’est d’automatiser la conduite, non pas pour faire l’économie de conducteurs, mais pour augmenter la capacité des réseaux de transport urbain, périurbain, régional et même des lignes ferroviaires à grande vitesse, sans construire de nouvelles infrastructures que le système ferroviaire ne peut plus s’offrir.

Optimiser les débits et les distances

Si Siemens voit la vie en VAL, c’est parce que tout nouveau projet de métro qui voit le jour aujourd’hui dans le monde est forcément automatique, voir autonome. Mais on est loin des automatismes des années soixante-dix qui ont fait la renommée du métro de Mexico, puis du Val à Lille en 1983. « Avec le système CBTC de Thales ce ne sont plus les mêmes automatismes », commente Edouard Dumas.

Le CBTC (Communication Based Train Control) qui équipera le NeoVal de Rennes, l’extension de la ligne 14 vers Orly et les lignes 15, 16 et 17 du Grand Paris Express est un système de contrôle automatique du trafic ferroviaire qui se base sur la communication continue entre le train ou le métro, et des ordinateurs chargés de piloter le trafic. Avec des cantons mobiles déformables pour raccourcir la distance entre trains successifs.

« L’objectif n’est pas forcément de faire l’impasse sur les conducteurs, mais de faire passer des métros ou des trains plus fréquents, même aux heures de pointe grâce à des solutions de télécommunications et grâce au digital qui permettent de fluidifier le trafic », veut souligner Edouard Dumas.

La conduite automatique n’est plus le seul avatar du métro, le train peut aussi se conduire sans intervention humaine.

C’est par exemple le projet NExTEO, système de signalisation ferroviaire ERTMS (European Rail Traffic Management System), qui fera en 2024 de l’assistance à la conduite et de la régulation automatique des trains avec un cantonnement mobile – comme pour les métros – afin d’optimiser le débit et la distance entre les trains.

Conçu en partenariat par les équipes de la RATP et de la SNCF pour être implémenté sur l’extension de la ligne Eole (55 km vers l’ouest de La Défense, dont huit kilomètres de tunnel en plein Paris avec des contraintes de circulations en zone ultra-dense), puis les lignes B et D du RER, ce nouvel automatisme promet de faire passer 22 trains par heure et par sens, puis 28, au lieu de 16 actuellement.

« Avec une gestion facilitée des situations perturbées, indique Jérôme Lefebvre, directeur du projet NExTEO chez SNCF Réseau. En clair, en cas d’incident léger, le train n’est pas arrêté mais ralenti, puis le trafic reprend en fluidité. En cas d’incident grave, les trains, au lieu d’être stoppés en pleine voie ou sous un tunnel, sont arrêtés en station pour permettre aux voyageurs de descendre », explique-t-il. « Associé à la nouvelle infrastructure, NExTEO fera d’Eole la ligne RER la plus rapide dans le tronçon central, avec une vitesse de 120 km/h », ajoute Jérôme Lefebvre.

Même principe sur la LGV Paris – Lyon, la ligne à grande vitesse la plus empruntée d’Europe. Elle représente un tiers du trafic TGV national et accueille des liaisons transeuropéennes avec l’Espagne, l’Italie et le nord de l’Europe, mais elle a atteint le maximum de ses capacités. Avec le NExTEO, SNCF, Réseau a pour ambition d’accueillir sur la ligne trois trains supplémentaires aux heures de pointe. Et répondre par la même occasion aux objectifs d’interopérabilité des matériels roulants.

« L’automatisation nouvelle génération est un vrai plus pour apporter de l’agilité et de l’efficacité économique à nos réseaux de transport, mais les systèmes sont de plus en plus complexes, et ça prend du temps de faire monter en puissance les équipes opérationnelles pour, in fine gagner 2, 3, 4, 5 points de capacité », tempère François Vinsonneau, représentant de Keolis.

Automatisme, autonomie, quelle différence ?

« Automatisme et autonomie sont deux notions différentes », insiste Vincent Duguay, directeur des projets urbains France chez Systra. L’ingénieriste est maître d’œuvre du GPE, et en charge de l’automatisation des lignes A et B du métro de Lyon.

« L’autonomie suppose que le véhicule est en interaction permanente avec son environnement, ce n’est pas évident en milieu urbain. Les défis sont propres à chaque système et au cas d’usage », poursuit-il (sur ce sujet, lire aussi l’interview de Stéphane Feray Beaumont, vice la smart mobility chez Alstom en page 43). Des différences, mais des défis communs : autonomes ou automatiques, les systèmes ont pour exigence absolue de garantir l’évitement des collisions et l’intégrité des communications.

Et pour les transports autonomes, de lutter contre le risque cyber. Pour Systra, « il convient de travailler d’abord sur les transports autonomes en site propre et sur l’aide à la conduite autonome afin de remporter l’adhésion des usagers avant l’autonomie intégrale (GoA4, dans le jargon des « autonomistes »). Une position défendue par les opérateurs et l’Union des transports publics et ferroviaires (UTP) ».

Cueillir les fruits lorsqu’ils sont mûrs

Bombardier reste en marge de la course à l’autonomie et à l’automatisme nouvelle génération pour le marché des trains et des tramways : « Si on y va pour faire l’économie d’un conducteur, ça ne vaut pas le coup, restons sur l’automatisme classique (le Cityflow 650) pour les trams et les trains grandes lignes ou régionaux », commente Benoit Gachet, directeur des solutions de mobilités chez Bombardier.

Le constructeur participe au projet de téléconduite de l’institut de recherche technologique Railenium, basé à Valenciennes. Outre Bombardier, le projet réunit la SNCF, Alstom, Altran, Ansaldo, Apsys, Bosch, Spirops et Thales. Objectif : sortir deux prototypes pour les trains de fret et pour les TER, d’ici à 2023. Bombardier expérimentera ainsi le train régional Regio 2N à conduite autonome dans les Hauts-de-France.

Pas question de révolutionner les infrastructures pour tenter de recréer les conditions de circulation très prévisibles dans les tunnels du métro. Le défi consiste à détecter les obstacles en milieu ouvert – les branches qui tombent, les animaux qui traversent la voie. Et d’anticiper les réponses : inutile de freiner pour un sanglier qui sera déjà passé lorsque le train sera arrivé à son niveau…

Tous ces imprévus impliquent le recours à l’intelligence artificielle. Mais jusqu’où la vivacité d’esprit humaine est-elle remplaçable ?

« Il faut cueillir les fruits là où ils sont les plus mûrs », image Benoit Gachet. Et ceux qui le sont le plus sont les tramways : après l’avoir testé à Marseille sur le réseau de la RTM, Bombardier va développer l’automatisme sur le tramway de Francfort, avec l’assistance à la détection d’obstacles « Odas ». Un système purement optique pour aider le conducteur, de jour et de nuit, qu’il pleuve ou qu’il neige, en circulation intense et sur voie partagée.

Le système ne se substitue pas au conducteur qui peut reprendre la main. « Notre premier défi, c’est le contrôle de la vitesse, on a tous en tête l’accident du tram de Croydon dans la banlieue de Londres en 2016, dû à la vitesse excessive du tram », rappelle le représentant de Bombardier.

Demain, le train

« Nous commençons à travailler sur les environnements ouverts avec la SNCF, et avec Thameslink en Angleterre. Nous testons aussi un tramway autonome à Potsdam en Pologne, indique Edouard Dumas chez Siemens. Avec Thameslink, nous travaillons sur des trains autonomes grandes lignes, avec la problématique de la traversée nord ­– sud de Londres. Nous travaillons aussi sur les bus autonomes, mais demain, le grand défi de l’autonomie, c’est l’acceptabilité. Les industriels, les voyageurs, les pouvoirs publics sont-ils prêts à se passer de conducteurs ? », interroge le responsable des comptes SNCF et Société du Grand Paris chez Siemens.

« Pour la desserte terminale des trains de fret là où la valeur ajoutée d’un conducteur est minime, c’est une application envisageable à court terme, d’autant qu’elle augmente la compétitivité, mais pour les trains de voyageurs, le marché n’est pas mûr », estime le représentant de l’industriel allemand ;

A court terme, les automatismes tiennent donc encore la corde. « Mais si l’Europe a été le berceau de l’automatisation des transports, où en est la Chine aujourd’hui ? », interroge un participant dans la salle.

« Le premier métro automatique GoA4, c’est-à-dire totalement sans conducteur, a été mis en service fin 2017 à Shanghai, une autre ligne relie depuis cette année les quatre terminaux de l’aéroport de Pudong : l’automatisme n’était pas la priorité en Chine, mais le coup est parti, et comme tout va très vite dans l’empire du Milieu, on peut se demander en effet s’il ne deviendra pas le leader du métro GOA4 », répond François Vinsonneau, représentant de Keolis qui exploite le métro automatique de Shanghai.

« Depuis l’échec de la fusion entre Alstom et Siemens en 2019, CRCC a remporté cinq énormes contrats, dire que l‘Europe a une longueur d’avance aujourd’hui, c’est vrai, mais demain ? », concluent en forme d’interrogation les intervenants de la conférence.

Le roi du pantographe et des portes palières face aux défis de l’automatisation

« Au moment où je vous parle, 40 000 portes palières s’ouvrent et se referment sur les métros automatiques en France, les questions de l’automatisme sont vertigineuses pour un fabricant comme Faiveley », lance Geoffroy de Grandmaison, directeur marketing de l’équipementier franco-américain, racheté en 2016 par le Wabtec. Là où il y a un métro automatique, il y a des portes palières, et si elles ne valent que 2 % du coût du matériel roulant, elles comptent pour le tiers du coût des équipements. « La contrainte, c’est d’être précis au centimètre près, ce qui requiert un freinage rigoureux », autre spécialité de Faiveley qui avait inventé le pantographe de type Z (toujours le plus utilisé aujourd’hui), il y a tout juste 100 ans. Il a récemment mis au point un système « anti drag », pour détecter les personnes ou les sacs coincés dans la porte palière et empêcher le démarrage du métro. Du pantographe aux composants pour les métros automatiques, un siècle s’est écoulé.

« En autonomie, le train doit savoir répondre à un environnement changeant »

Pour Alstom, les défis de l’autonomie reposent sur la capacité des capteurs à anticiper les anomalies, qui permettront de gagner la confiance des usagers. L’autre défi, c’est l’homologation du système. Explication par Stéphane Feray Beaumont, vice-président Innovation & Smart mobility chez Alstom.

Ville, Rail & Transports. Quand verra-t-on circuler le premier train entièrement à conduite autonome ?

Stéphane Feray. Les trains sans conducteurs existent depuis déjà plus de 20 ans, il n’y a personne à bord et pour autant, ils ne sont pas autonomes puisque c’est l’infrastructure et la signalisation qui interagissent avec le matériel roulant. Pour imager, le métro peut foncer les yeux fermés dans le tunnel, les automatismes lui garantissent que la voie est libre. L’autonomie, c’est une autre dimension puisque le train doit savoir répondre à un environnement changeant. Pour Alstom, l’autonomie n’est donc pas un problème technologique mais de démonstration des performances (sécurité, exploitation) et d’acceptabilité auprès des clients. Tout dépend des cas d’usage : un train de fret autonome entre une voie de garage et un terminal fret, ça va arriver vite ; sur un corridor TGV, ce sera moins rapide. Pour un train de voyageurs, ce n’est pas la même histoire : arrêter d’urgence un tramway ou un TGV lancé à pleine vitesse parce que le capteur a détecté un obstacle, c’est compliqué. Les défis de l’autonomie, c’est la capacité des capteurs à anticiper les anomalies, et gagner ainsi la confiance des usagers. L’autre défi, c’est l’homologation du système, aujourd’hui, il n’existe pas de référentiel normatif donnant un cadre précis aux différents cas d’usage de l’autonomie et à l’emploi des technologies qu’elle nécessite.

VRT. Ne pensez-vous pas qu’il faudra toujours maintenir un agent à bord en particulier pour le mass transit, type RER en Ile-de-France ?

S. F. Le RER A est en pilotage automatique, le conducteur ne fait qu’ouvrir et fermer les portes et donner l’ordre de départ du train. Pour aller vers l’autonomie, il faudrait équiper le tronçon central de portes palières, mais en périphérie, on est en milieu ouvert. En mode dégradé, on aura donc toujours besoin de la présence d’un agent à bord pour assurer la prise en charge des passagers s’ils doivent descendre de la rame en dehors des stations. L’autonomie, ce sont les yeux et l’oreille du train : les lidars pourront détecter très en amont des anomalies engageant le gabarit comme, un affaissement d’accotement, la chute d’un arbre ou de branches sur la voie, et déclenchent le freinage d’urgence. La technologie autonome est capable d’aider à la conduite, de réagir à l’événement redouté, mais la mise en sécurité des voies et la prise en charge des passagers restent du ressort de l’humain. Finalement, la vraie question, c’est comment on exploite un train autonome, et quelles seront les procédures d‘exploitation imposées par l’opérateur ?

VRT. Pouvez-vous faire le point sur les automatisations de métro en cours ?

S. F. Alstom est impliqué dans un certain nombre de sujets : à Marseille, nous entamons le passage en automatique des lignes 1 et 2 avec la signalisation et le matériel roulant. A Lyon, nous sommes engagés sur la signalisation et le matériel roulant pour passer la ligne B en automatique et pour remplacer le système déjà automatique de la ligne D et à Toulouse, nous nous positionnons pour offrir le système complet – train, signalisation, infrastructure. Nous participons également à Lille à la création de la nouvelle génération de signalisation de métro automatique avec des fonctionnalités très avancées capables de satisfaire, par exemple, les cahiers des charges exigeant du métro automatique du Grand Paris Express ligne 18.

Livre : L’automatisation des transports publics

Connectés, électriques, partagés, les transports publics autonomes ont-ils un avenir ? Dans un livre blanc publié fin 2018, Systra a listé les opportunités offertes par ces nouvelles technologies pour le développement de transports publics autonomes, notamment les tramways, métros, et trains. Recensant aussi les défis, les freins, les perspectives et les enjeux. Un regard d’ingénieriste sur l’avenir des transports autonomes à travers une étude et un livre blanc de 160 pages.