La prochaine génération de systèmes avancés de commande des trains : Une réponse intelligente à la croissance urbaine

Au cours des dernières décennies, en Amérique du Nord et tout particulièrement aux États-Unis, les populations urbaines ont augmenté plus rapidement que dans les régions rurales.

Aujourd’hui, 8 personnes sur 10 vivent dans des zones urbaines en Amérique du Nord, et ce taux à la hausse atteint 86 % aux États-Unis. En seulement un an, entre 2023 et 2024, les régions métropolitaines américaines ont connu une croissance de 3,2 millions de personnes.

Cette hausse rapide refaçonne la mobilité dans les villes. Les réseaux ferroviaires doivent accroître leur capacité, tout en composant avec des infrastructures vieillissantes et l’évolution de la demande, en adoptant des systèmes plus intelligents et plus résilients qui répondent aux attentes croissantes en matière de rendement. Les technologies avancées de commande des trains, comme le système de commande de rames basé sur les communications (CBTC), la commande intégrale des trains et le système européen de contrôle des trains, ne sont plus de simples plateformes novatrices, mais des éléments essentiels qui sous-tendent des réseaux ferroviaires plus sûrs, efficaces et évolutifs.

L’avenir du transport ferroviaire dépend de l’interopérabilité, de l’adaptation et de l’évolution de ces technologies. La prochaine génération de systèmes avancés de commande des trains sera définie par une intégration harmonieuse, non seulement avec l’infrastructure existante, mais aussi avec des réseaux adjacents, notamment des cadres de cybersécurité qui atténuent les menaces ciblées, et des systèmes d’acquisition et de contrôle de données (SCADA) qui permettent de surveiller en direct les signaux, les commutateurs et les réseaux électriques.

Pour évaluer la façon dont le système CBTC, le système de commande intégrale des trains et le système européen de contrôle des trains contribuent à répondre à la demande évolutive visant les réseaux ferroviaires urbains, il est essentiel de comprendre les avantages et les limites propres à ces systèmes : 

Système de commande de rames basé sur les communications

Le système CBTC, utilisé principalement dans les réseaux de transport en commun urbain, est la pierre angulaire du transport en commun moderne et intelligent. Essentiellement, il utilise les données de localisation des trains à haute résolution et des communications radio continues en temps réel entre les trains et les voies pour gérer le trafic ferroviaire. 

Contrairement aux systèmes conventionnels à cantons fixes s’appuyant sur des sections de voie prédéfinies et des commandes manuelles pour espacer les trains, le système CBTC utilise un modèle à cantons mobiles qui permet aux trains de circuler en toute sécurité plus près les uns des autres, réduisant ainsi les intervalles (temps entre deux trains sur la même voie) à seulement 90 secondes. De cette façon, un plus grand nombre de trains — et donc de passagers — peuvent circuler dans le réseau. Dans certains cas, ce débit amélioré peut augmenter de jusqu’à 10 % la capacité d’une ligne. 

Ces gains de capacité se traduisent par des retombées économiques importantes. En moyenne, le système CBTC augmente la capacité ferroviaire de 10 % sans nécessiter de nouvelles voies ou infrastructures civiles. À mesure que la technologie évolue, elle permet des opérations ferroviaires entièrement automatisées et sans conducteur. Ces avancées réduisent les coûts de main-d’œuvre et d’exploitation, améliorant ainsi le rendement du capital investi, ce qui rend le système CBTC particulièrement attrayant pour les réseaux de transport urbain à fort trafic. 

Ces économies peuvent largement dépasser les dépenses de mise en œuvre d’un tel système CBTC, qui est particulièrement adapté aux lignes urbaines à fort trafic, et moins utile pour des opérations sur de longues distances ou de fret.

De plus, cette optimisation des opérations se traduit par une réduction de la consommation d’énergie et des émissions. Les trains accélèrent et décélèrent plus efficacement, tournent moins longtemps au ralenti et les goulots d’étranglement sont évités, ce qui contribue à réduire l’empreinte carbone. 

À l’heure actuelle, la plupart des systèmes CBTC utilisent la communication radio Wi-Fi ou LTE. Toutefois, certains systèmes déploient déjà un système CBTC compatible avec la 5G, ce qui en maximise la capacité dans des milieux urbains densément peuplés, comme pour le métro de New York et le métro de Londres, tous deux centenaires.  

Malgré la complexité d’intégrer le système CBTC à des réseaux établis de longue date, les avantages sont clairs : moins de retards, des déplacements plus rapides et une sécurité accrue. Ces villes montrent que même les réseaux existants les plus anciens peuvent évoluer – et prospérer – grâce au système CBTC.  

Système de commande intégrale des trains (CIT)

La commande intégrale des trains emploie un système de cantons fixes et utilise le GPS, les réseaux cellulaires, les signaux radio et les systèmes de soutien centralisés pour surveiller les trains en temps réel. Cette technologie a principalement pour fonction d’appliquer automatiquement les freins pour éviter les collisions, les déraillements dus à une vitesse excessive et les mouvements non autorisés. 

Avant cette nouvelle technologie, il y avait le système avancé de contrôle ferroviaire, qui imitait les étapes de prise de décision humaine pour s’assurer que le déplacement des trains était autorisé, sécuritaire et valide. Toutefois, il n’offrait pas la capacité d’arrêter un train en cas d’erreur humaine, et a été remplacé par le système CIT depuis la Rail Safety Improvement Act (2008) des États-Unis, qui exigeait la mise en œuvre du système CIT pour la majorité des chemins de fer américains à compter du 31 décembre 2015. Toutefois, en raison de défis techniques et logistiques, cette date limite avait été reportée au 31 décembre 2020.  

Bien que la commande intégrale des trains (CIT) ait amélioré la sécurité des trains de passagers et de marchandises, son coût élevé (de l’ordre de milliards de dollars) et sa dépendance à une infrastructure de communication vieillissante soulèvent des préoccupations quant à sa durabilité à long terme et à sa désuétude potentielle. 

Système européen de contrôle des trains

La création de l’Union européenne (UE) en 1993 a joué un rôle important dans l’élaboration de la signalisation normalisée et du contrôle des trains pour le système européen de gestion du trafic ferroviaire afin de garantir des opérations fiables, efficaces et interopérables. Avant l’UE, chaque pays européen disposait de son propre système de contrôle des trains, rendant les opérations ferroviaires transfrontalières complexes, inefficaces et coûteuses. 

Bien que ce système soit presque exclusivement utilisé en Europe, il est aussi mis en œuvre par le réseau Metrolinx en Ontario, au Canada, pour accroître la capacité de son réseau GO Transit qui sert la région du Grand Toronto et de Hamilton. 

Ce système aide à prévenir les collisions, applique les limites de vitesse et prend en charge l’exploitation automatique des trains. Son déploiement a été lent en raison de coûts élevés et des enjeux de compatibilité et d’intégration avec les anciens réseaux et systèmes. Selon un rapport phare de l’ERTMS de 2024, le système européen de contrôle des trains a été installé sur 13 700 km de voies ferrées (environ 15 %) à l’échelle de l’UE. L’objectif de la Commission européenne est de relier toutes les régions de l’UE à un système complet d’ici 2050. 

Des solutions qui façonnent l’avenir

L’urbanisation poursuit son élan et l’innovation dans le transport collectif doit suivre le rythme. À mesure que la population urbaine augmente, les technologies intelligentes de commande des trains seront essentielles au développement de réseaux ferroviaires adaptables et résilients. L’intégration et la mise à niveau réussies du système CBTC, de la commande intégrale des trains, et du système européen de contrôle des trains exigent une expertise technique approfondie, une vision à long terme et la capacité de naviguer dans les complexités des infrastructures existantes. Chez Hatch, nous combinons des décennies d’expérience multidisciplinaire et mondiale dans toutes les facettes du contrôle des trains. Notre approche intègre des outils de simulation exclusifs et des technologies numériques de pointe, y compris l’intelligence artificielle, l’analyse de mégadonnées et la cybersécurité, pour modéliser des systèmes ferroviaires complexes, optimiser la performance et nous assurer que nos clients sont prêts à piloter les innovations de demain dans le domaine du transport en commun. 

Si vous êtes prêt à passer à la prochaine étape de la modernisation ou de la mise à niveau de vos réseaux ferroviaires, nous sommes là. Communiquez avec Hatch pour explorer les possibilités du transport ferroviaire de nouvelle génération.