Transmission voie-machine

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La signalisation des LGV est un système de signalisation embarquée en service sur les lignes à grande vitesse du réseau français de TGV. Elle est sensiblement différente de la signalisation des lignes classiques. En effet, compte tenu de la vitesse élevée de circulation des trains, l'observation d'une signalisation latérale traditionnelle par les conducteurs n'est plus possible et ne leur laisserait pas de temps de réaction suffisant, et un système de signalisation automatique, la TVM, ou transmission voie-machine, a dû être installé. L'information est transmise aux trains par l'intermédiaire d'impulsions électriques transmises par les rails. Une antenne placée sous le train capte le signal qui est décodé par un ordinateur de bord et fournit au conducteur l'indication de la vitesse actuelle et de la vitesse limite par l'intermédiaire d'instruments placés sur la planche de bord. Ce haut degré d'automatisation n'empêche pas le conducteur de maîtriser totalement la conduite du train, mais en cas d'erreur de conduite, le système reprend la main pour assurer l'arrêt automatique du convoi.

La ligne est divisée en cantons d'environ 1500 mètres de long, dont les limites sont repérées le long de la voie par des jalons portant un triangle jaune sur fond bleu. Les instruments de bord affichent la vitesse limite autorisée sur le canton actuel ainsi que la vitesse limite déterminée en fonction du profil de la ligne vers l'avant. La vitesse limite autorisée dépend de divers facteurs tels que la proximité de trains vers l'avant (la vitesse limite décroissant régulièrement dans les cantons proches de l'arrière du train précédent), l'emplacement des appareils de voie, les limitations éventuelles de vitesse, la vitesse maximum du train ou la distance jusqu'à la fin de la LGV. Comme un train ne peut en général pas s'arrêter dans les limites d'un seul canton, (qui peut s'étendre de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres), le conducteur reçoit l'ordre de ralentir progressivement plusieurs cantons avant le point d'arrêt.

Deux versions du système de signalisation TVM sont en service sur les LGV : la TVM-430 et la TVM-300. La TVM-430, système le plus récent, a été installée en premier sur la LGV Nord vers le tunnel sous la Manche, la Belgique et la Corée du sud. Elle donne davantage d'informations que la TVM-300. Elle présente aussi l'avantage de permettre au système informatique à bord du train de respecter une courbe continue de contrôle de la vitesse dans l'éventualité de déclenchement du freinage d'urgence, forçant efficacement le conducteur à réduire la vitesse en sûreté sans relâcher le freinage.

Le système de signalisation est permissif ; le conducteur d'un train est autorisé à pénétrer dans un canton occupé sans obtenir d'autorisation préalable. Dans ce cas la vitesse est limitée à 30 km/h (marche à vue) et si la vitesse dépasse 35 km/h, le freinage d'urgence est déclenché et le train arrêté. Si le panneau marquant l'entrée d'un canton est accompagné du signe NF, le canton n'est pas permissif, et le conducteur doit obtenir soit l'assurance qu'il peut de lui même s'engager au delà de ce repère, soit obtenir une autorisation du PAR (poste d'aiguillage et de régulation) avant de pénétrer dans le canton. Lorsque un itinéraire est établi, le conducteur obtient l'assurance de pouvoir s'engager dans le canton en amont de ce repère par l'allumage d'un feu blanc de franchissement situé sur le repère. Dans le cas contraire, le PAR transmet une autorisation de franchissement au conducteur, qui doit ensuite acquitter l'autorisation en enfonçant un bouton sur le tableau de commande. Cela désactive le freinage d'urgence qui se déclencherait sinon au franchissement de la boucle de câble en limite du secteur non-permissif.

Quand un train arrive sur une LGV en venant d'une ligne classique, ou au contraire la quitte, il passe au dessus d'une boucle au sol qui déclenche le basculement de l'affichage de bord vers le système de signalisation approprié. Par exemple, un train quittant une LGV pour une ligne classique française voit son système d'affichage TVM désactivé tandis que le système traditionnel de contrôle de vitesse par balise (KVB) est activé.

Le système de la TVM a été mis au point par le groupe français CSEE. C'est l'un des systèmes de signalisation ferroviaire les plus avancés au monde, encore qu'il s'appuie sur des composants relativement anciens tels que les relais.

[modifier] Fonctionnement

Le système de la TVM-430 comprend deux sous-systèmes : l'un situé sur la voie, l'autre à bord du train. Les deux font appel à des microprocesseurs de la classe Motorola 68020, tels que ceux employés sur les premiers modèles d'Apple Macintosh, et sont programmés en langage Ada, langage informatique souvent utilisé dans les systèmes critiques de sécurité. Ce système fait largement appel à la redondance ; le délai moyen entre deux défaillances dangereuses est estimé à plus d'un million d'années.

Le sous-système au sol de la TVM-430 comprend des postes placés le long des voies qui contrôlent des sections de voie de 15 km environ de long. Chacun d'eux est relié au centre de contrôle centralisé de la circulation sur la ligne et contrôle directement environ dix cantons, dont chacun a son propre circuit de voie. L'information de signalisation est encodée en signaux de courant alternatif qui sont injectés dans les rails de chaque canton. Quatre fréquences porteuses différentes sont disponibles dans la TVM-430 et sont utilisées alternativement par paires sur les deux voies d'une ligne TGV. Sur une voie, les cantons sont alternativement en 1700 Hz et 2300 Hz, tandis que sur l'autre voie , ils sont alternativement en 2000 Hz et 2600 Hz. Sur ces fréquences porteuses on peut moduler 27 fréquences audio distinctes, toute combinaison de celles-ci pouvant être présente à un moment donné (Le système TVM-300 emploie 18 fréquences distinctes, dont une seule peut être présente à un moment donné). Chaque canton a un récepteur à l'extrémité opposée à celle de l'émetteur, et la perte du signal de circuit de voie (que ce soit par court-circuitage par les roues des trains ou par suite d'une défaillance) est interprétée comme une indication d'occupation du canton. Les limites de cantons de signalisation sont équipées de joints de séparation électrique qui interdisent toute interférence entre deux cantons adjacents tout en laissant passer le retour du courant de traction (à 50 Hz). (L'appellation technique est « circuit de voie UM71 ».)

Les signaux présents dans le rail sont détectés par des antennes montées sous le carénage frontal des rames TGV, à environ un mètre en avant du premier essieu. Ces antennes fonctionnent par couplage inductif avec le signal alternatif shunté entre les rails par le premier essieu. Il y a quatre antennes redondantes par rame, deux à chaque extrémité. Seules les deux antennes de l'avant du train (dans le sens de la marche) sont en fonction. Le signal venant du circuit de voie est filtré, conditionné et décodé à bord du train par deux microprocesseurs redondants.

Le signal décodé prend la forme d'un mot numérique de 27 bits, dont chaque bit correspond à l'une des 27 fréquences encodées dans la fréquence porteuse des circuits de voie. Ce mot comprend plusieurs champs, dans l'ordre suivant :

• Code de vitesse, contenant trois informations : la vitesse limite autorisée dans le canton en cours, la vitesse limite à la fin du canton et la vitesse limite à la fin du canton suivant. Chacune de ces informations peut prendre six valeurs différentes ; dans le cas d'une ligne à grande vitesse, celles-ci sont (en km/h) 300, 270, 220, 160, 80 et 0, correspondant grosso modo à une séquence typique de décélération.
• Déclivité, donnée moyenne sur la longueur du canton. Elle permet au système informatique de bord de la prendre en compte dans les calculs de vitesse.
• Longueur du canton, qui peut varier sensiblement et qui est également importante pour le calcul de la vitesse. Par exemple, dans une section plane de ligne à grande vitesse, un canton a normalement 1500 m de long alors que dans les zones terminales du tunnel sous la Manche, les cantons sont dix fois plus courts.
• Code de réseau, c'est un nombre qui conditionne l'interprétation des codes de vitesse pris en compte par les ordinateurs de bord. Par exemple, sur les lignes à grande vitesse où la vitesse maximum autorisée est de 300 km/h, un code de réseau spécifique est utilisé, différent de celui affecté au tunnel sous la Manche, dans lequel la vitesse limite est de 160 km/h. Les trains Eurostar ont besoin de cette information vu qu'ils circulent sur ces deux types de voies;
• Code d'erreur, permettant de contrôler l'intégrité du mot entier de 27 bits. Dans le cas d'une erreur de lecture, l'erreur peut être détectée d'après le code d'erreur, elle n'est pas corrigée par sécurité. Ce code prend la forme d'un contrôle de redondance cyclique (CRC) à 6 bits.

Ces 27 bits d'information sont une donnée d'entrée pour le système informatique de signalisation à bord du train, le sous-système de bord de la TVM-430. Dans les versions plus anciennes de la TVM, la vitesse limite était actualisée au franchissement de chaque limite de canton, donnant une courbe de vitesse en « escalier » qui n'était pas représentative de la variation de vitesse réellement réalisée par le conducteur. Avec les informations complémentaires sur la longueur du canton et le profil, la TVM-430 est capable d'engendrer une vitesse limite variant continuellement à partir des calculs effectués par les ordinateurs de bord, donnant ainsi au conducteur une courbe de vitesse indicative d'accélération ou de décélération continue bien plus réaliste.

Outre le contrôle de vitesse continu fourni par la TVM-430, des commandes isolées peuvent être transmises au train par des boucles inductives placée entre les rails et couplées avec des capteurs correspondants placés sous le train. Utilisant la même fréquence principale d'encodage, 28 bits d'information peuvent être captés à partir de balises ponctuelles, à des vitesses allant jusqu'à 400 km/h. Les informations transmises concernent différentes actions telles que :

• Indication d'entrée ou de sortie d'une ligne à grande vitesse
• Activation ou désactivation de la TVM-430
• Fermeture des prises d'air de climatisation avant l'entrée dans un tunnel
• Montée ou descente des pantographes
• Basculement des tensions d'alimentation

Un système d'enregistrement passif surveille l'ensemble du processus, enregistrant une quantité de paramètres, à l'instar des boîte noires dans l'aéronautique. Dans les rames équipées de la TVM-430, l'ancien équipement d'enregistrement graphique a été remplacé par le système d'enregistrement numérique ATESS. Chaque action du conducteur (manipulateur, frein, pantographes, etc.) ainsi que les aspects signalisation (TVM-430, KVB et signaux classiques) sont enregistrés sur une bande magnétique permettant leur analyse sur un ordinateur de bureau.

[modifier] Que voit le conducteur ?

Au centre de la planche de bord d'une cabine de TGV, juste sous le pare-brise, il y a une double rangée d'afficheurs carrés. C'est là que s'affichent, pour le conducteur, les vitesses limites du canton en cours et des cantons suivants, sous la forme de nombres (en km/h) sur un fond de couleur codé. La vitesse limite en « voie libre » est indiquée en chiffres noirs sur fond vert, tandis que les limites inférieures sont indiquées en chiffres blancs sur fond noir et l'indication d'arrêt est indiquée par « 000 » sur fond rouge. Sous cet écran, se trouve le tachymètre, qui indique la vitesse limite variant continuellement ainsi que la vitesse réelle. (La vitesse est mesurée par un tachymètre redondant avec une précision de 2 %.) La variation autorisée entre la vitesse limite et la vitesse réelle dépend de la vitesse et est plus réduite à vitesse plus élevée. A titre indicatif, lorsque l'affichage de la vitesse limite indique 300 km/h, le système de bord déclenchera le freinage d'urgence à partir de 315 km/h. Plus de détail sur l'affichage des vitesses sur ces sites:

Signalisation ferroviaire.

Principes et Description de la Signalisation ferroviaire type SNCF

[modifier] Autres systèmes de signalisation

La TVM est en service seulement sur les lignes à grande vitesse et dans le Tunnel sous la Manche. D'autres systèmes sont en vigueur sur les lignes classiques. De ce fait toutes les rames TGV sont équipées du KVB (Contrôle de vitesse par balises) qui est en service sur le réseau RFF. Outre la TVM, on trouve donc sur les TGV divers autres systèmes dans des combinaisons adaptées aux parcours concernés :

• KVB, le système de signalisation français (électromécanique avec balises radio)
• ATB, le système de signalisation néerlandais (basé sur l'induction)

• ATB-NG, version plus récente de l'ATB (également basé sur l'induction)
• MEMOR, le système de répétition des signaux belge (électromécanique)
• TBL, successeur du Mémor (balises radio)
• InduSi, le système de signalisation allemand (basé sur l'induction)
• LZB, le système allemand pour lignes à grande vitesse (également basé sur l'induction)
• AWS, le système de signalisation britannique (basé sur l'induction)
• TPWS, le système d'alerte qui complète l'AWS

Tout cela peut compliquer sensiblement l'affichage de la signalisation, en particulier pour les rames conçues pour le trafic international comme les TGV TMST (Eurostar) et les TGV PBKA (Thalys).