Communication based train control

Le système CBTC permet l'exploitation d'un système de transport en se basant sur la communication continue des trains avec un ordinateur chargé de la gestion du trafic.

Le système CBTC est décrit par une norme internationale IEEE 1474, définie en 1999. D'après cette norme, les principales caractéristiques d'un CBTC sont :

• une localisation des trains indépendante des circuits de voie ;
• une transmission bi-directionnelle haut débit entre les équipements au sol et les trains ;
• un système constitué par des ordinateurs situés à la fois au sol et dans les trains.

Un ordinateur central gère les convois circulant sur des lignes situées dans sa zone d'action afin d'obtenir une fluidification du trafic et une réduction de l'intervalle de temps entre deux trains aux heures de pointe.

L'ordinateur central échange différentes informations avec un ordinateur situé à bord de chaque train à l'aide du réseau de communication.

Chaque train calcule en temps réel et communique son statut par radio aux équipements du réseau disposés le long des voies. Ce statut comprend, parmi d'autres informations, sa position exacte, sa vitesse, sa direction et sa distance de freinage minimale.

Les systèmes CBTC de dernière génération sont basés sur le concept de canton mobile déformable, évolution technologique du cantonnement. Ces cantons sont constitués de la partie de voie occupée par le train, incluant une marge de sécurité à l'avant et à l'arrière, et de la distance d'arrêt calculée à tout moment. Ils permettent de diminuer la distance de sécurité entre deux trains consécutifs.

Grâce aux systèmes CBTC, la position de chaque train et sa dynamique sont connues de manière plus précise que par les anciens systèmes de signalisation.

Le CBTC permet ainsi, de resserrer l’intervalle entre les rames, en le limitant à moins de 90 secondes, et par conséquent d’augmenter la capacité d’une ligne, et donc de retarder la mise en œuvre de travaux d’infrastructures beaucoup plus lourds à engager. On cherche continuellement à réduire ce temps, par exemple, Alstom optimise les cadences des nouveaux métros de Lille, avec un train toutes les minutes[2].

Les systèmes CBTC doivent conserver une haute disponibilité grâce à une architecture ne comprenant pas de point de défaillance unique.

Par sécurité, une deuxième technologie de signalisation peut être prévue pour assurer un niveau de service minimal en cas de perte partielle ou totale du système CBTC.

Les CBTC peuvent être employés pour automatiser un système existant ou bien lors de la construction d'un nouveau système de transport[3].

Plusieurs technologies sont possibles pour réaliser les échanges haut débit entre les équipements au sol et les trains. La transmission peut se faire soit :

• par tapis de sol, que l'on trouve sur les lignes de métro automatiques développées avant l'utilisation des communications radio à cet effet, comme le métro de Lille, la ligne D du métro de Lyon, ou encore la ligne 14[4] du métro de Paris ;
• par les rails, comme le système SACEM sur le RER A[5] ;
• par radio, comme sur la ligne L du métro de New York exploité par la Metropolitan Transportation Authority (MTA), ou sur la ligne 1 exploitée par la Régie autonome des transports parisiens (RATP).

Il est à noté que la présence sur le terrain des technologies de communication précédemment cités n'implique pas forcément la présence d'un CBTC. Par exemple, le pilotage automatique du métro de Paris utilise un tapis de sol pour la communication unidirectionnelle sol-train et est basé sur des circuits de voie. La TVM, utilisée sur les lignes à grandes vitesses en France entre autres, utilise une transmission par les rails unidirectionnelle sol-train pour la signalisation en cabine et est basée aussi sur des circuits de voie.

Une des évolutions possibles consiste à développer une technologie de réseau haut débit de radiocommunication multiservice 4G LTE permettant l'exploitation de la signalisation embarquée des métros. Ce système prend en charge les messages vocaux et vidéo essentiels[6].

La technologie 4G LTE bénéficie d'un certain nombre d'avantages par rapport à d'autres options, tels que la large bande passante de données, la mobilité à grande vitesse, la garantie de la qualité de service pour plusieurs services et une performance anti-interférences exceptionnelle[6].

En 1991, la ligne D du métro de Lyon a été la première ligne de métro automatique sans conducteur dans le monde, dont l'espacement des trains a été assuré par des cantons mobiles déformables ; le système est celui de Siemens Transportation Systems[7].

En 2003, Bombardier a déployé le premier système CBTC sur une base radio à l'aéroport de San Francisco. La même année, Alstom introduit sa technologie sur une base radio à Singapour (North East Line).

Les systèmes de contrôle commande des trains du métro de Paris (OURAGAN et OCTYS) et les CBTC en cours de déploiement dans le métro de Paris sur les lignes à conduite manuelle sont des exemples.

En 2005, pour la ligne 1 du métro de Paris, un contrat de 30,8 millions d'euros est signé avec Siemens Transportation Systems, qui a déjà réalisé l'automatisation de la ligne 14. Courant 2013, la ligne 1 est intégralement automatisée[8].

Le système d'automatisation de l'exploitation des trains (SAET) est le CBTC utilisé par les lignes automatiques 1 et 14 du métro de Paris.

En 2014,Thales a été sélectionnée par la compagnie japonaise des chemins de fer, East Japan Railway Company, pour mettre en œuvre un système de signalisation pour des lignes de trains régionaux de Tokyo. C’est la première fois qu’une société étrangère pénètre ce marché très fermé au Japon[9].

En 2015, Huawei et Alstom ont finalisé un projet pilote CBTC à Valenciennes des applications de données à large bande comme les systèmes d’information passagers et la diffusion continue en direct d’images en TVCF[10].

En 2015, Thales obtient, pour le métro de Londres, un contrat de remise à neuf des systèmes de signalisation et de contrôle afin d’augmenter la fréquence des trains. L’objectif est d’accroître d’un tiers la capacité de transport de l’ensemble des lignes[11].

En 2016, Huawei et Siemens ont annoncé la validation d'un système d'exploitation des trains CBTC basé sur un réseau mobile 4G LTE (les tests d'interopérabilité ont eu lieu en France fin 2015)[6].

En 2018, la Société du Grand Paris a annoncé avoir choisi les entreprises Siemens et Thales pour les systèmes d'automatisme de conduite des rames et pour les postes de commande centralisée des futures lignes de métros 15, 16 et 17 autour de Paris (Grand Paris Express). Ce contrat, qui court sur une durée de quinze ans, est évalué à 360 millions d'euros[12].

En 2020, Alstom remporte l’appel d’offre pour la construction de la troisième ligne de métro automatique à Toulouse. Les deux premières lignes étaient sur la base du VAL de Siemens. Trois autres entreprises étaient candidates : Siemens, Ansaldo-Hitachi et CAF associé à Thalès[13].