Rien qu'en 2015, environ 1,3 milliard d'utilisateurs ont utilisé le métro de Londres pour se déplacer dans la ville britannique. Et chaque jour, la demande augmente de plus de 90 000 déplacements - suffisamment de personnes pour remplir un stade de football - et devrait continuer à augmenter. Comment cette ville a-t-elle réussi à mettre à jour cet ancien moyen de transport sans nuire (trop) à ses voyageurs ?
Transport for London (TfL), l'organisation en charge des transports dans la capitale britannique, investit dans l'amélioration des capacités, y compris la transition vers le contrôle des trains basé sur la communication (CBTC), une technologie de signalisation avancée qui permet d'augmenter la fréquence et la vitesse des services ferroviaires sur les lignes existantes.
TfL travaille avec Thales pour installer la signalisation CBTC dans tout le système de métro : les lignes District, Circle, Hammersmith & City et Metropolitan (respectivement les lignes verte, jaune, rose et magenta sur l'emblématique plan du métro). Cet ensemble de lignes est considéré comme le plus complexe au monde et représente 40 % du réseau.
« La technologie que nous installons est Thales SelTrac CBTC », explique Andrew Hunter, directeur de l'ingénierie système de Thales pour le programme. "C'est un système éprouvé qui a été installé sur plus de 70 lignes à travers le monde, y compris les lignes Jubilee et Northern du métro de Londres."
Comment changer la signalisation pour une plus intelligente
Le système SelTrac CBTC met en évidence comment les technologies numériques aident les opérateurs à mieux utiliser les réseaux existants. Dans le cas des lignes de métro de Londres, l'introduction de la signalisation CBTC contribuera à augmenter la capacité de plus de 30 %. Une meilleure signalisation conduit également à de meilleurs temps de trajet, à moins de retards et à une plus grande fiabilité. Le CBTC apporte une capacité et une fiabilité supplémentaires de deux manières principales. Premièrement, cela réduit l'intervalle entre les trains, de sorte que plus de trains peuvent circuler sur n'importe quelle section de la ligne. C'est possible grâce à la technologie des « blocs mobiles » : chacun des trains du système connaît sa position et calcule en permanence la distance de sécurité appropriée entre le train lui-même et celui qui le précède. Cette flexibilité est ce qui fait la différence entre le canton mobile et la signalisation conventionnelle, dans lesquels la séparation est régie par des cantons géographiques fixes que le train circule à une vitesse supérieure ou inférieure.
La deuxième façon dont le CBTC augmente la capacité est l'exploitation automatique des trains (ATO). L'accélération et le freinage sont contrôlés avec précision par ordinateur en fonction des caractéristiques uniques de chaque section de piste.
"Nous avons obtenu des courbes des limites de vitesse maximales des lignes souterraines", explique Hunter. "Comme le train est contrôlé par un ordinateur au lieu d'une personne, il est possible de toujours reproduire le même profil de conduite optimal pour l'itinéraire."
Une meilleure surveillance du trafic fera également la différence. Avec le système de signalisation actuel, la supervision est répartie sur 13 salles de contrôle. Lorsque le nouveau système sera pleinement opérationnel, le métro de Londres aura pour la première fois une vue sur l'ensemble du système de lignes souterraines à partir d'un seul centre de contrôle. Il est important de pouvoir tout visualiser et tout contrôler à partir d'un seul endroit car les quatre lignes sont très dépendantes les unes des autres et les problèmes qui surviennent sur une ligne peuvent rapidement affecter les autres.
La mise en œuvre du programme pose des défis uniques. Pour commencer, la taille du projet. Les quatre lignes à resignaler ont environ 300 km de voies, et deux des lignes (District et Metropolitan) vont à la périphérie de Londres et au-delà. Sur la ligne District, Upminster est la station la plus à l'est du métro de Londres, et Amersham, la dernière station de la ligne Metropolitan, se trouve à 40 km au nord-ouest de la capitale et n'est plus Londres, mais Buckinhamshire.
L'âge de l'infrastructure ajoute au défi. Metropolitan est la plus ancienne ligne de métro au monde et les tunnels entre Paddington et Farringdon ont été ouverts à la circulation en 1863. La signalisation existante est également ancienne. Par exemple, la station Edgware Road continue de surveiller plus de 900 trafics par jour avec une table vieillissante de leviers mécaniques située dans la cabine de signalisation de la station, qui a 90 ans.
La complexité opérationnelle du réseau est un défi en soi. Bien que chaque ligne soit exploitée séparément, il existe de nombreux endroits où les infrastructures de voie et de signalisation sont communes. Les zones les plus encombrées de ce carrefour se trouvent dans le centre de Londres. Deux des intersections de métro les plus fréquentées (Baker Street et Edgware Road) sont communes à trois lignes différentes chacune.
Renouvellement de la signalisation 24 heures
La modernisation du réseau nécessite non seulement des connaissances et une expérience technologiques mais aussi logistiques. La priorité est de s'assurer que la nouvelle signalisation est installée en toute sécurité, en douceur et en perturbant le moins possible les voyageurs.
« Nous migrons 14 sections vers le nouveau système », explique Hunter. "Pour simplifier la logistique, nous commençons à proximité du centre de contrôle de Hammersmith."
Comme pour tout grand projet d'infrastructure, il faut jongler pour livrer : « Dans le passé, ce que nous faisions était fermé le week-end. Bien qu'il soit très efficace, il n'est pas juste ou populaire auprès des utilisateurs », dit-il. « L'un des objectifs de ce projet est de travailler davantage en heures d'ingénierie (de nuit) et de s'affranchir autant que possible des fermetures.
Le temps presse. Pendant que Londres dort, les équipes de Thales n'ont que deux heures par nuit pour installer et tester de nouveaux équipements avant de remettre tout à la normale, prêts pour l'heure de pointe du matin.
Étant donné que la signalisation est essentielle à la sécurité, les équipements nouvellement installés doivent subir des tests approfondis avant de pouvoir être mis en service.
« Nous avons la possibilité d'alterner le système de signalisation existant avec notre système SelTrac CBTC », explique Hunter. "Nous effectuons des tests approfondis pendant les quarts de nuit, ce qui nous permet d'avoir confiance dans les trains et dans la fonctionnalité du système avant de passer à notre week-end de mise en service."
Ne disposer que de quatre heures sur vingt-quatre pour travailler sur la route impose des limites évidentes. Pour accélérer la livraison, Thales a mis au point une technique - appelée suivi des performances - qui permet aux ingénieurs de tirer le meilleur parti des heures de la journée qui seraient normalement perdues.
« La surveillance des performances signifie que tous nos nouveaux équipements restent allumés mais que les trains ne sont pas surveillés. Cela signifie que vous pouvez obtenir tous les enregistrements de données de tous les équipements pendant la journée et identifier les problèmes qui pourraient provoquer une panne affectant le service », explique Hunter». « La surveillance en mode furtif fonctionne 24 heures sur 24 et signifie que nous pouvons être sûrs que les trains et les infrastructures de voie fonctionnent parfaitement. Sinon, nous avons les dossiers pour les analyser ».
Thales a été le premier à appliquer cette approche au programme de rénovation de la signalétique de la Northern Line, un projet qui s'est achevé avec succès en 2012 avec six mois d'avance.
« Nous proposons le renouvellement des panneaux ici 24 heures sur 24 », explique Hunter. « Nous pouvons faire beaucoup plus de tests (en journée et en arrière-plan) sans interrompre le service aux voyageurs. Même si on la compare à la ligne du Nord, ce qu'on fait ici est révolutionnaire."
Résoudre les problèmes en face à face avec le client permet également de s'assurer que tout se passe bien.
« Le métro de Londres et Thales travaillent main dans la main dans un bureau commun pour le projet », explique Hunter. « L'expression que nous utilisons est 'une équipe', et elle est extrêmement efficace. Si je veux résoudre un problème avec mon homologue, nous pouvons nous rencontrer et le résoudre en dix minutes qui seraient autrement devenus des jours. »
La conception technique du projet est déjà bien avancée et les travaux sur la voie devraient commencer sous peu. Las prestaciones principales del programa se entregarán en 2022, cuando la frecuencia en los periodos de mayor demanda será de 32 trenes por hora en el centro de Londres, lo cual supondrá un aumento de la capacidad de transporte de la red de 36.000 viajes más cada 60 minutes.
Les technologies numériques transforment le secteur ferroviaire
Comme le métro de Londres, les chemins de fer à travers le Royaume-Uni ont longtemps pris du retard par rapport aux autres secteurs technologiques, mais sont maintenant en train de rattraper leur retard. Des initiatives telles que le programme Digital Railway du Royaume-Uni et le programme Shift2Rail soutenu par l'UE indiquent que les opérateurs et fournisseurs ferroviaires européens sont désormais déterminés à faire entrer le secteur dans l'ère numérique.
« Shift2Rail représente un investissement de l'UE et de l'industrie de près d'un milliard d'euros pour la recherche et l'innovation », déclare Ben Pritchard, directeur technique de la technologie et de l'innovation chez Thales. « Thales était l'un des fondateurs et dirige l'un des cinq programmes d'innovation.
Thales se concentre sur la connectivité entre les systèmes numériques : « Cela inclut la planification d'itinéraires, les informations sur les voyageurs, l'émission de billets de voyage et les déplacements porte-à-porte en toute transparence. Nous jouons également un rôle clé dans les activités transversales qui relient des domaines tels que les infrastructures, le matériel roulant et le fret », explique Pritchard.
La solution est de… tout intégrer
Le défi consiste à introduire une technologie de pointe dans un environnement qui n'existait traditionnellement pas : « Si vous demandez aux gens de décrire un centre de contrôle du trafic aérien, la plupart d'entre eux penseront à des personnes assises devant des ordinateurs travaillant dur », explique Pritchard. "Avec les trains, c'est différent, la dernière chose que vous imaginez est la haute technologie."
La connectivité entre les systèmes est importante car la numérisation est bien plus que des systèmes autonomes. Certaines des plus grandes réussites sont venues de connexions nouvelles - et parfois inattendues - entre différents systèmes. Les Driver Advisory Systems en sont un bon exemple. Ces unités de cockpit basées sur GPS, similaires aux navigateurs de voiture, aident les conducteurs à garder le temps et à économiser de l'énergie. Cependant, les systèmes actuels utilisent des horaires statiques, ils sont donc inutiles en cas d'interruptions.
« Au Royaume-Uni, le projet GEO-DAS, financé par Future Railway et dirigé par FirstGroup, fournira aux conducteurs de la route Bristol-Cardiff des mises à jour en temps réel sur le plan actuel des gestionnaires de trafic », explique Pritchard. La solution fonctionne dans les deux sens : en plus d'écouter le système central en temps réel, les trains peuvent signaler leur position exacte.
L'un des éléments clés est le système de gestion du trafic (TMS) ARAMIS de Thales, qui est actuellement installé dans les nouveaux centres d'exploitation ferroviaire de Network Rail à Cardiff et Romford. Le projet GEO-DAS met en évidence comment les informations centralisées dans les systèmes critiques peuvent être réutilisées avec des avantages supplémentaires.
Les technologies numériques, y compris l'analyse de données et les communications de machine à machine, contribuent également à transformer les opérations du métro de Londres. Thales travaille sur un projet de recherche People-Centred Intelligent Predict & Prevent (PCIPP) pour fournir une alerte précoce des problèmes sur les actifs tels que les voies, les trains et les gares.
« Nous pouvons déjà surveiller des actifs tels que les moteurs d'aiguillage, mais et si vous pouviez combiner cela avec les données des trains qui ont franchi ces aiguillages ? » Demande Pritchard. "L'approche du PCIPP consiste à utiliser des informations contextuelles pour comprendre ce qui se passe et en tirer parti pour générer des modèles prédictifs qui permettent de détecter les défaillances avant qu'elles ne surviennent et de recommander des interventions pour les empêcher de se produire pendant le service."
Ces types d'innovations devraient transformer les opérations ferroviaires dans les années à venir et apporter des améliorations significatives en termes de sécurité, de capacité et de fiabilité.
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