Liaison ferroviaire Lyon-Turin Informations au 20 juin 2009

Pour circuler entre deux gares du réseau ferré, chaque train doit disposer d'un créneau horaire réservé sur une voie. Ce créneau horaire entre les gares dépend de la charge et de la vitesse du train, il est appelé sillon.

Le sillon est attribué par le gestionnaire de l'infrastructure ferroviaire, en réponse aux demandes des entreprises ferroviaires.

La donnée de base: le sillon

La capacité théorique d'une section de ligne est mesurée en nombre de sillons pouvant être tracés, en respectant les intervalles obligatoires de sécurité (espacements) et ceci pendant une période donnée.

La capacité pratique est représentée par le nombre de trains que l'on peut effectivement tracer en réservant des «temps morts» (robustesse). Il s'agit de répondre à la nécessité de limiter les conséquences d'un incident et donc d'un retard, en conservant des marges de rattrapage, ainsi que des périodes nécessaires pour la maintenance.

Aucun train ne peut circuler s'il ne dispose d'un sillon réservé. En revanche, certains sillons ne sont pas systématiquement utilisés par un train :

• les sillons réservés pour les trains de voyageurs sont toujours utilisés, sauf en cas de perturbation.
• les sillons réservés pour les trains de fret ne sont pas tous utilisés du fait des fluctuations de la demande et des impératifs commerciaux, qui peuvent conduire à ne pas mettre en route un train insuffisamment chargé.

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Déterminer la capacité d'une ligne ferroviaire

La capacité d'une ligne ferroviaire est une notion relative, liée à de nombreux paramètres et fonction des caractéristiques du système ferroviaire :

• la valeur de l'espacement entre deux trains qui garantit qu'un train a devant lui une distance au moins égale à sa distance de freinage en fonction de sa vitesse.

• les caractéristiques de l'infrastructure (déclivités, type de signalisation et d'électrification, voie unique ou double voie...)

• les caractéristiques physiques et dynamiques des trains : poids, longueur, vitesse, arrêts en gare, performances d'accélération et de décélération...

• le plan de transport : organisation de l'ordre de circulation des différents types de trains (marchandises, TER, TGV...).

La capacité est donc influencée par la configuration de l'infrastructure ferroviaire, par l'homogénéité ou non du trafic et par l'ordre de circulation des trains.

La capacité globale d'un réseau ferroviaire, ensemble complexe constitué de lignes, de bifurcations, de croisements et de nœuds ne dépend que partiellement de la capacité en ligne. En effet, les nœuds sont des lieux de convergence et de passage de flux de diverses natures (trains de voyageurs ou de marchandises régionaux, nationaux ou internationaux). Ils sont générateurs de conflits lorsque deux itinéraires se croisent à niveau et ils limitent la capacité du réseau.

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Visualiser l'utilisation d'une ligne ferroviaire

Pour appréhender cette capacité en ligne, des graphiques de circulations sous forme de diagrammes espace-temps sont tracés. Ces graphiques permettent d'évaluer le nombre et le type de sillons que l'on peut tracer par heure et par sens.

Les graphiques présentés ici sont trés simplifiés par rapport à la réalité mais ils permettent de mettre en évidence la perte de capacité due à la différence de vitesse entre deux trains consécutifs. Ils montrent également l'avantage d'un ordonnancement des circulations par vitesse: 2 sillons rapides espacés dans le temps consomment 6 sillons lents au lieu de 4 s'ils se succèdent.

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Améliorer la capacité d'une ligne ferroviaire

Trois types de mesures peuvent permettre d'améliorer la capacité :

Des mesures d'exploitation des lignes afin d'utiliser la capacité de façon optimale :
• Un plan de transport organisé pour éviter de consommer inutilement de la capacité due à la différence de vitesse entre 2 trains successifs (ordre de succession des trains à optimiser). Ce plan de transport doit cependant tenir compte des besoins commerciaux.

• Une augmentation du nombre de sillons fret utiles. Aujourd'hui, le nombre de sillons tracés donnant lieu à une circulation effective est de 6 sur 10 en moyenne. L'objectif est d'augmenter cette proportion afin d'exploiter au mieux les lignes, même si la fluctuation des besoins commerciaux ne permet pas l'utilisation de tous les sillons réservés.

Des investissements sur les infrastructures :
• Construction de voies d'évitement ou de liaisons entre les voies, pour permettre aux trains rapides de dépasser des trains lents ;
• Intégration des progrès techniques en terme de signalisation ;
• Renforcement des lignes existantes (doublement de voies uniques, dénivellation de bifurcations...) ;
• Construction de lignes nouvelles.

Des investissements sur les matériels roulants :
• Amélioration des performances de freinage et d'accélération,
• Amélioration de la puissance.

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L'Autoroute Ferroviaire est un service qui permet de transporter des camions et/ou des remorques sur des trains, avec des acheminements cadencés à fiabilité garantie.

Les différentes techniques de transport de fret ferroviaire

Le service d'Autoroute Ferroviaire est assuré par des navettes recevant des ensembles routiers ou des remorques seules, embarqués et débarqués horizontalement (par roulage) à partir de plates-formes de transbordement.

Les navettes ou rames d'Autoroute Ferroviaire désignent les trains spéciaux assurant ce service et réservés uniquement à celui-ci.

Une voiture voyageurs, située en tête, permet le regroupement des chauffeurs.

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2003 : l'expérimentation modalohr

La volonté politique exprimée par les États français et italien est de stabiliser le trafic routier dans les vallées alpines. La mise en œuvre d'un service d'Autoroute Ferroviaire entre la France et l'Italie s'inscrit dans la perspective de rééquilibrage du trafic de marchandises en faveur du mode ferroviaire.

De Aiton-Bourgneuf, à l'entrée de la vallée de la Maurienne, à Orbassano, dans la banlieue de Turin, l'expérimentation fait appel à l'innovation technologique du système Modalohr. Celui-ci s'affranchit pour partie des contraintes actuelles de gabarit des réseaux français et italien, grâce à des wagons à plancher surbaissé à moins de 20 cm du rail. De ce fait, il permet de transporter les camions-citernes dont ceux de matières dangereuses.

L'expérimentation conduite jusqu'en 2008 avec quatre rotations par jour permettra de transporter jusqu'à 50 000 poids lourds par an (essentiellement des citernes). Cette phase permettra la validation du principe technique de navette MODALOHR.

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A partir de 2009 : des capacités multipliées par 6

La mise au gabarit B1 de la ligne existante entre Aiton-Bourgneuf et Orbassano, en particulier des tunnels qui la composent, nécessite des travaux jusqu'à fin 2008 environ. Au terme de ces travaux, l'infrastructure autorisera le transport de la quasi totalité du parc de poids lourds européen sur les navettes Modalohr.

L'offre de service pourra alors atteindre une trentaine de navettes quotidiennes et pourra encore se renforcer avec l'adaptation de la plate-forme de Aiton-Bourgneuf. Entre 200 000 et 300 000 poids lourds par an pourront alors être acheminés à partir de 2009, via cet axe transalpin.

Un service d'autoroute ferroviaire reporté à l'ouest :
Après la réalisation du tunnel sous le massif de Chartreuse L'ouverture du tunnel de Chartreuse et sa ligne d'accès adaptée, permettront d'implanter une plate-forme de transbordement dans le grand est de l'agglomération lyonnaise, offrant ainsi un service mieux adapté aux trafics propres à la région Rhône-Alpes comme aux trafics à longue distance.

A l'échéance de la réalisation complète du Lyon-Turin :
Les mises en service des tunnels franco-italien et de Belledonne permettront de s'affranchir totalement des contraintes de la ligne historique. Les services d'Autoroute Ferroviaire pourront alors, en complément du système Modalohr, s'ouvrir à l'ensemble des techniques offertes. A cette échéance, les services envisagés permettront d'acheminer par le mode ferroviaire de l'ordre d'un million de poids lourds par an sur cet axe.

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Le choix stratégique d'implantation d'une plate-forme d'Autoroute Ferroviaire

Le choix de la localisation d'une plate-forme de transbordement pour l'Autoroute Ferroviaire constitue un gage de réussite du service. La recherche de localisation est fonction de plusieurs critères fonctionnels, techniques, environnementaux et économiques.

Elle doit prendre en compte les grands axes routiers permettant d'amener le trafic vers le mode ferroviaire. Elle doit aussi viser la proximité immédiate des infrastructures ferroviaires existantes et/ou nouvelles appelées à être utilisées pour l'Autoroute Ferroviaire.
Le site d'implantation doit disposer de caractéristiques compatibles avec les impératifs techniques de la plate-forme (planimétrie, surface et longueur). A titre indicatif, les surfaces nécessaires sont estimées entre 30 ha et 70 ha selon les configurations. Le choix de la localisation doit accorder également une grande importance aux conditions d'insertion dans l'environnement et aux conséquences sur le territoire concerné.

Enfin, cette localisation doit être cohérente avec son environnement économique. Elle constitue une zone multimodale dont l'attractivité est d'autant plus grande qu'elle peut fonctionner en synergie avec les activités du secteur, et dont le développement pourra ainsi être renforcé.

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Les études relatives à la création d'une ligne ferroviaire nouvelle passent en tout premier lieu par la définition d'un tracé respectueux des territoires desservis mais qui doit répondre à des normes très précises en tenant compte des fonctionnalités à assurer.

Supports pour la définition des tracés

Les études sont réalisées à partir :
• d'un fond de plan à l'échelle 1/5 000e obtenu par restitution photogrammétrique à partir de photographies aériennes,
• de levés terrestres au 1/500e dans les secteurs spécifiques (zones complexes de gares par exemple).

Fonctionnalités à assurer. Normes

Les caractéristiques du tracé en plan et en profil en long sont différentes selon l'usage de la ligne projetée : trafic uniquement voyageur, trafic uniquement fret ou trafic mixte voyageur et fret.

Le concepteur doit se référer à des normes ou bien à des référentiels techniques qui prennent en compte la vitesse des trains (220 à 300 km/h pour les TGV et 120 à 140 km/h pour les trains classiques fret et Autoroute Ferroviaire).

Caractéristiques géométriques d'une ligne nouvelle

Tracé en plan

La géométrie de la voie à construire est constituée d'une suite d'alignements et de courbes reliés entre eux par des raccordements à courbure progressive.
Comme tout corps se déplaçant à une certaine vitesse, le véhicule ferroviaire mais aussi les voyageurs subissent les effets de la force centrifuge dans les secteurs en courbe.
Pour compenser cette attraction vers l'extérieur de la courbe, il est nécessaire d'incliner la voie. La différence de niveau entre le rail intérieur et le rail extérieur d'une même voie s'appelle le dévers.

On distingue le dévers théorique (ou d'équilibre) et le dévers réel (ou pratique).
Le dévers théorique compense totalement l'effet de la force centrifuge. Le dévers réel donné à la voie est inférieur au dévers théorique pour les trains les plus rapides et supérieur à ce dévers théorique pour les trains les plus lents, en particulier sur les voies à trafic mixte.
Il en résulte une insuffisance de dévers pour les trains rapides et un excès de dévers pour les trains lents.

Ainsi le tracé optimal combine à la fois la vitesse retenue et le rayon de courbure maximal de la ligne tout en respectant des valeurs d'excès ou d'insuffisance de dévers conformes aux limites prescrites.

Profil en long

La géométrie de la voie est constituée de déclivités pentes ou rampes constantes, reliées entre elles par des rayons circulaires.
Le premier critère pour définir un profil en long est de connaître la déclivité acceptable qui est déterminée principalement par la nature du trafic (voyageur, fret ou mixte) : pour un trafic uniquement voyageur (TGV), la valeur maximale est de 3,5 % alors que pour un trafic fret (trains lourds) elle est de 1,25 %.
La valeur des rayons circulaires de raccordement est essentiellement liée à la vitesse, pour éviter notamment l'effet de dos d'âne.

Dans les parties en déblai, la déclivité ne devra pas être inférieure à 0,3 %, pour éviter la stagnation des eaux de pluie et de ruissellement.

Pour caler le profil en long, il est nécessaire de connaître en autres les informations suivantes :
• les gabarits routiers lorsque le projet traverse des itinéraires routiers ou autoroutiers (notamment les itinéraires de transports exceptionnels),
• les gabarits ferroviaires particuliers (Autoroute Ferroviaire),
• les niveaux des plus hautes eaux pour le franchissement des cours d'eau...

Profil en travers type voie courante

Profil en travers, entraxes - gabarits

es études aérodynamiques simulant le croisement de deux trains ont permis de définir la valeur minimale de l'entraxe entre deux voies principales :
• 4,50 m sur les lignes TGV (pour une vitesse de 300 km/h)
• 4,20 m sur les lignes classiques fret (pour une vitesse de 120 km/h).

Par ailleurs, en fonction du matériel roulant et du type de transport considéré, les trains doivent s'inscrire dans un gabarit prédéterminé à l'intérieur duquel aucun obstacle ou entrave à la circulation ne doit se trouver (piste sur le côté, fil caténaire ou sous face d'un pont par exemple).
Pour les tunnels, une section type est également définie, intégrant tous les équipements nécessaires au fonctionnement de l'ouvrage dans de bonnes conditions de sécurité. A titre indicatif, pour le tunnel de Chartreuse, cette section type, également appelée section utile, est de 43 m2.
L'ensemble de ces caractéristiques techniques constitue les principales contraintes à prendre en compte dans une étude de tracé d'un projet d'infrastructure ferroviaire.
Elles permettent une conception optimale de la géométrie, notamment lors des phases amont des études.
Il est possible dans certains cas de déroger aux règles édictées, ce qui nécessite des études particulières.

Les éléments techniques sont les fondements mêmes qui guident l'étude d'un tracé.
Cependant, celui-ci doit également s'adapter aux territoires qu'il traverse dans un souci constant de respect de l'environnement humain et matériel et en favorisant la meilleure intégration dans les paysages.
Cette adaptation peut amener, dans les zones les plus sensibles, la réalisation d'aménagements particuliers (modelés paysagers ou de protection acoustique, plantations...).

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La circulation d'un train sur une voie ferrée entraîne l'apparition d'un phénomène physique vibratoire dû au contact roue/rail. Celui-ci est transmis au sol par l'intermédiaire des traverses, du ballast et des différentes couches de matériaux constituant la plate-forme ferroviaire.

Référence réglementaire
Il n'existe pas à ce jour de réglementation française spécifique au domaine des infrastructures ferroviaires, mais plusieurs normes existent au niveau européen (DIN, BS...) et sont en cours d'évolution en vue de leur harmonisation au niveau international (ISO).

Le risque de désordres dans les bâtiments relève de phénomènes dont l'échelle est de l'ordre de 50 à 100 fois les valeurs de perception décrites ci-après.

Trois paramètres majeurs interviennent dans les effets induits par les phénomènes vibratoires :
• la source de la vibration (intensité, durée, fréquence),
• la nature des terrains encadrant (amortissement),
• les bâtiments récepteurs (distance, liaison sol/fondation, structure de la construction).

Les effets des phénomènes vibratoires peuvent être classés en deux catégories selon qu'ils risquent de provoquer des réactions chez les individus ou des dommages matériels aux habitations.

Niveaux de perception

On distingue deux catégories de perceptions possibles par un individu :
• le bruit solidien, phénomène relevé uniquement à l'intérieur d'un bâtiment, issu des mouvements d'air générés dans une pièce par les vibrations ré-émises par les structures (murs, planchers),
• la perception tactile au niveau du sol ou des structures d'un bâtiment, traduisant les émissions vibratoires ressenties par le contact direct. Ce phénomène relève de niveaux vibratoires nettement plus accentués que ceux générant le bruit solidien (de l'ordre de 10 fois plus).
La norme ISO/DIS 2631 de 1989 précise un certain nombre de seuils de valeurs, au-delà desquels une gêne par perception tactile directe est avérée. Les limites recommandées sont variables, selon la période de la journée concernée et la destination du bâtiment.

La norme ISO a évolué en 1997 puis en 2000, mais ne fixe plus dans sa dernière version de seuil de recommandation.

Prise en compte du phénomène dans la conception d'un projet de ligne nouvelle

Dans le cadre de projets ferroviaires portant sur des lignes nouvelles ou sur des lignes existantes aménagées, des études spécifiques sont engagées dès la phase d'études d'Avant-Projet Sommaire et se poursuivent jusqu'à la réalisation. Elles se déroulent en plusieurs étapes :

Phase Avant-Projet Sommaire

• Reconnaissance des catégories de sols aux abords du projet (sondages),
• Simulation du phénomène vibratoire à partir d'une source modélisée,
• Détermination des secteurs favorables à la propagation des ondes,
• Identification des zones bâties concernées,
• Prise en compte de provisions dans l'estimation du projet pour mesures spécifiques.

Phase préparatoire à l'Enquête d'Utilité Publique

• Etudes spécifiques sur les zones identifiées précédemment, voire au cas par cas pour les habitations anciennes ou construites en pisé par exemple,
• Précision des mesures envisagées.

Phase Avant-Projet Détaillé

• Mise au point des dispositions précises de protection (tapis amortisseurs) et de réduction de l'impact.

• Cas des Lignes à Grande Vitesse
Toutes les mesures réalisées à ce jour sur les Lignes à Grande Vitesse empruntées par des circulations TGV ou assimilées mettent en lumière des niveaux de vibrations nettement inférieurs au seuil à partir duquel des désordres, même très légers, seraient à craindre pour les bâtiments.

Le seuil d'audibilité n'est lui-même atteint que dans des cas très particuliers. A titre d'exemple, on peut constater, pour des vitesses allant jusqu'à 300 km/h, qu'au-delà d'une distance d'environ 15 mètres des rails, les valeurs limites de la norme ISO pour les hôpitaux sont largement respectées.

• Cas de lignes utilisées par le fret
Les mesures réalisées sur ligne existante montrent que les accélérations mesurées au passage des trains de fret sont en deçà des seuils fixés par la norme ISO de 1989. Les simulations réalisées aux horizons de mise en service du projet de ligne fret Lyon-Sillon Alpin font apparaître dans les secteurs les plus critiques (terrains favorisant la propagation) une distance minimale de l'ordre de 25 à 30 m du rail pour obtenir l'amortissement des ondes vibratoires.

En cas de présence de construction dans les zones concernées, un traitement spécifique de l'infrastructure sera à mettre en œuvre.

Tapis antivibratile, matelas sous ballast