train à grande vitesse [TGV].

train à grande vitesse [TGV]. 1 PRÉSENTATION train à grande vitesse [TGV], train circulant sur voies spéciales ou normales, et pouvant atteindre 320 km/h en service commercial. 2 LE TGV FRANÇAIS 2.1 Présentation du projet Au début des années 1970, le problème de la saturation de la ligne de chemin de fer Paris-Lyon se pose en des termes particulièrement aigus. Deux contraintes majeures se présentent : d'une part, la sinuosité générale du tracé, d'autre part, le détour par Dijon devenu ainsi le plus grand carrefour ferroviaire du centre-est de la France. Les ingénieurs français écartent l'idée d'une mise à quatre voies de la totalité de la ligne, préférant retenir le projet de construction ex nihilo d'une ligne nouvelle. Si cette solution est à coup sûr la plus onéreuse, elle présente cependant l'immense avantage de résoudre parfaitement le problème de saturation en spécialisant la nouvelle ligne au trafic sur de longues distances. Plus encore, cette solution permet de modifier radicalement les conditions de la desserte commerciale. En rendant la nouvelle infrastructure apte à la pratique de vitesses supérieures à 250 km/h, et en renonçant au détour par Dijon, raccourcissant ainsi le trajet de 81 km, il est ainsi possible de réduire le temps de parcours de près de moitié, soit du même ordre que celui de l'avion, de centre à centre, en deux heures. 2.2 Mode de construction La construction de lignes ferroviaires à grande vitesse fait appel à de nouvelles méthodes d'exploitation et à un nouveau matériel. Ainsi, ce n'est plus le profil en long (aspect en coupe verticale donnant la valeur de la pente moyenne) qui s'avère la condition la plus contraignante, comme c'était le cas au siècle dernier, mais bien le tracé, qui doit être aussi rectiligne que possible, afin d'éviter les effets de la force centrifuge. En pratique, le rayon de courbure doit être obligatoirement supérieur à 3 000 m. Le tracé par les plateaux (et non plus par les vallées sinueuses) permet de répondre à ces conditions à un coût de construction modéré, sous réserve de se contenter d'un nivellement médiocre, donc d'un profil en long difficile. Cet inconvénient peut être supprimé en construisant un matériel capable de gravir et de descendre à grande vitesse des rampes et des pentes très accentuées (3 à 4 p. 100), sous réserve qu'elles soient brèves. On constate donc que, si le coût de construction et d'entretien de la ligne est réduit, l'investissement en matériel est en revanche important : l'exploitation doit s'effectuer exclusivement avec du matériel spécialisé, disposant d'une puissance massique et d'un aérodynamisme suffisants. 2.3 Caractéristiques techniques Lors de la construction du premier TGV, un débat s'ouvre parmi les ingénieurs de la SNCF sur le choix du système de traction à adopter (turbine à gaz, traction électrique ou système mixte à turbine et électrique), ainsi que sur la forme de la rame. Ces choix techniques se doublent de questions à caractère commercial. Si l'on vise une clientèle d'affaires, comme celle du train Capitol reliant Paris à Toulouse, il faut mettre en service des rames confortables et rapides, mais peu fréquentes et destinées à assurer les liaisons entre un nombre restreint de villes. On peut au contraire choisir de rendre le réseau accessible au grand public. Au final, on opte pour un train doté des éléments suivants : traction électrique, rame articulée, transmission par commandes hydrauliques, frein rhéostatique pour les essieux moteurs et frein à disque pour les essieux porteurs. En fait, la plupart de ces éléments font déjà partie de systèmes en fonction, dans des versions moins sophistiquées. La vraie nouveauté est la conception de nouveaux bogies (châssis à essieux), spécialement conçus pour la grande vitesse. Le 23 août 1978, la première rame de TGV en présérie (TGV 01), livrée par l'usine Alsthom, de Belfort, à la SNCF, atteint la vitesse de 260 km/h entre Strasbourg et Sélestat, sur voie normale. Le chantier de construction des voies nouvelles est achevé le 20 novembre. Le 26 février 1981, lors d'essais préparatoires, la rame TGV 16 pulvérise la vitesse record de 380 km/h. Ces succès aboutissent à l'ouverture commerciale de la première ligne à grande vitesse (LGV) entre Paris et Lyon le 27 septembre 1981 : la ligne TGV Paris - Sud-Est. On décide par la suite de mettre à l'étude la nouvelle version du TGV, le TGV Atlantique. Sa vitesse maximale en service commercial est de 300 km/h. Ses rames comportent dix voitures au lieu de huit pour le TGV Sud-Est. Le 18 mai 1990, il atteint, avec une rame de série, le record du monde de vitesse sur rail, à 515,3 km/h. Ce record est pulvérisé le 3 avril 2007 par la rame V150, qui atteint la vitesse de 574,8 km/h sur la nouvelle LGV Est européenne (dans le sens Strasbourg-Paris) -- le record mondial de vitesse pour un train étant détenu par le Maglev japonais, prototype à sustentation magnétique ayant roulé à 581,2 km/h en 2003. D'autres innovations, actuellement en cours d'étude, sont prévues pour améliorer les TGV. Les ingénieurs travaillent en particulier à un nouveau système de transmission rail-machine et à la réalisation d'une structure déformable permettant de renforcer la sécurité des voyageurs. 2.4 Le réseau TGV 2.4.1 Le TGV Sud-Est Au début de la réflexion sur le projet TGV Sud-Est, aucune gare intermédiaire n'est prévue entre Paris et Lyon, et un matériel ferroviaire à turbine à gaz est envisagé, ce qui impliquerait un changement de train systématique aux deux extrémités de la ligne (« avion sur rail «). Mise en service le 27 septembre 1981 sur une première section de ligne (entre Saint-Florentin et Sathonay) et inaugurée dans sa totalité (Combs-la-Ville - Sathonay) à l'automne 1983, la première ligne à grande vitesse, longue de 418 km, est finalement complétée par deux raccordements au réseau, l'un en amont de Montbard pour la desserte du Jura, de la Suisse et de la vallée de la Saône via Dijon, l'autre à Mâcon pour la desserte de Genève et de la Savoie. Deux gares intermédiaires, Le Creusot / Montchanin et Mâcon-Loché, sont implantées, mais totalement à l'écart des agglomérations et en rupture délibérée avec le réseau classique et la desserte en centre-ville. En effet, les gares TGV sont conçues pour fonctionner comme un aéroport local, situé en dehors de la zone urbaine et isolé par excellence. Plus de 80 p. 100 du trafic des voyageurs de l'ancienne ligne Paris-Lyon est transféré sur la nouvelle infrastructure qui effectue la liaison en deux heures, à la vitesse commerciale de 270 km/h. La couleur orange du TGV Sud-Est -- caractéristique des TGV de première génération qui ont été retirés du paysage en mai 2001 --, et son esthétique sont l'oeuvre de Jacques Cooper. 2.4.2 Le TGV Atlantique Le TGV Atlantique appartient à la seconde génération de TGV. Mis en service en 1989 vers la Bretagne, puis en 1990 vers le sud-ouest, il dessert un vaste territoire depuis Quimper jusqu'à Toulouse ( via Bordeaux) et Bayonne. Plus puissant que son prédécesseur, bénéficiant de nombreuses innovations technologiques et d'une nouvelle silhouette créée par le célèbre designer Roger Tallon, il roule à la vitesse commerciale de 300 km/h. Actuellement, la ligne TGV Atlantique regroupe plus de 60 TGV quotidiens dans chaque sens, les trafics saisonniers et de fin de semaine étant plus importants, en proportion, que celui du réseau Paris - Sud-Est. 2.4.3 Le TGV Nord-Europe La troisième ligne à grande vitesse est assurée par le TGV Nord-Europe, de conception analogue à celle des TGV Atlantique. Mis en service en 1993, il compte au total 333 km sur le territoire français, dont 209 km de Paris à la frontière belge, en passant aux portes de l'agglomération lilloise, et 113 km des abords de Lille à l'entrée du tunnel sous la Manche. En outre, un raccordement de 10 km vers le réseau classique à la hauteur d'Arras permet la desserte des antennes françaises vers Dunkerque, Boulogne, Valenciennes et Cambrai. Outre le flux intérieur principal Paris-Lille (19 allers-retours), cet axe est emprunté par les Eurostar reliant Paris à Londres par le tunnel sous la Manche (12 allers-retours), et Paris à Bruxelles (6 allersretours), ainsi que par les Thalys vers Bruxelles et Amsterdam (13 allers-retours). 2.4.4 Le TGV Rhône-Alpes Mis en service en 1994, le TGV Rhône-Alpes relie Lyon à Valence (Saint-Marcel-lès-Valence). Cette quatrième LGV, d'une longueur de 115 km, vient renforcer la ligne TGV Sud-Est en permettant la desserte de la Savoie, de Grenoble et de l'Italie (Turin et Milan). 2.4.5 Le TGV Méditerranée Le 10 juin 2001, après sept années d'études, cinq années de travaux et de violentes controverses sur le choix du tracé et le coût du projet (environ 4 milliards d'euros), est mis en service le TGV Méditerranée grâce à une prolongation de 250 km jusqu'à Nîmes et Marseille de la ligne TGV Rhône-Alpes. La capitale phocéenne est désormais à trois heures de Paris. La réalisation du TGV Méditerranée, l'un des plus grands chantiers européens des années 1990 avec la reconstruction de Berlin, a notamment impliqué la mise en place de 483 ouvrages d'art parasismiques (12 768 m de tunnels et souterrains, 17 155 m de viaducs) et de trois nouvelles gares TGV (Valence, Avignon, Aix-en-Provence). 2.4.6 Le TGV Est européen Après de longues années de gestation d'un projet initié au milieu des années 1980, la ligne à grande vitesse (LGV) du TGV Est européen voit le jour en 2007. Inaugurée le 16 mars et mise en service le 10 juin, la LGV Est européenne est la première LGV à être cofinancée par l'État, les collectivités des territoires qu'elle traverse, le grand-duché de Luxembourg, l'Union européenne, la SNCF et Réseau ferré de France. C'est également la première LGV autorisant une vitesse commerciale de 320 km/h. De plus, ce premier tronçon de 300 km de LGV est équipé du nouveau système de signalisation européen, ce qui lui confère une totale interopérabilité avec les autres lignes à grande vitesse européennes, permettant notamment la circulation sur ses voies du TGV allemand (ICE 3). Le deuxième tronçon de 105 km de voies à grande vitesse reliant Baudrecourt (Moselle) à Strasbourg devrait débuter fin 2009 pour une exploitation fin 2014. Le TGV Est européen permet ainsi de relier directement et sur un réseau à grande vitesse Paris au centre des principales villes de l'Est de la France et des pays limitrophes (Luxembourg, Suisse et Allemagne) : la liaison Paris-Strasbourg s'effectue désormais en 2 h 20 min (contre 4 h auparavant), Paris-Reims en 45 min (contre 1 h 35 min), Paris-Luxembourg en 2 h 05 min (contre 3 h 35 min), Paris-Francfort en 3 h 50 min (contre 6 h 15 min), Paris-Bâle en 3h 20 min (contre 4 h 55 min), etc. Par ailleurs, cette nouvelle LGV complète le réseau d'interconnexions à grande vitesse autour de Paris et permet de relier directement l'Est au Nord, à l'Ouest, au Sud et à l'Île-de-France. 2.4.7 Lignes d'interconnexion Les quatre axes TGV en service (Paris - Méditerranée, Atlantique, Nord-Europe et Est européen) divergent tous à partir de Paris. Ce réseau se prête donc aisément à la conception d'une ceinture à grande vitesse autour de l'agglomération parisienne, mettant en relation directe les quatre axes. Dans ce but, on a construit une ligne d'interconnexion, longue de 96 km, reliant les systèmes Nord-Europe et Paris - Sud-Est, et desservant au passage l'aéroport de Roissy et la ville nouvelle de Marne-laVallée où se trouve Disneyland Paris. Mise en service en 1995, cette nouvelle ligne est complétée par un embranchement la reliant à la Grande Ceinture Sud que croise à Massy le TGV Atlantique. Ce système assure ainsi des liaisons directes et réciproques entre les quatre axes à grande vitesse. Aujourd'hui, les rames TGV assurent le transport quotidien d'environ 200 000 voyageurs et ont presque totalement remplacé les trains classiques diurnes, et même nocturnes (par transfert partiel de la desserte de nuit vers les liaisons de jour). 3 LE SHINKANSEN JAPONAIS C'est au Japon, et non en France, qu'est née l'exploitation commerciale des grandes vitesses sur voie ferrée. 3.1 Construction du premier Shinkansen À la fin des années 1950, le Japon se trouve confronté à la perspective de saturation à court terme du Tokaido, axe majeur du pays depuis le consiste à doubler la ligne existante par une voie ferrée. Mais le système ferroviaire national japonais d'alors, construit au XIXe XVIIe siècle, reliant en particulier Osaka à Tokyo. Pour remédier à cette situation, la solution la plus simple siècle avec un écartement des voies de 1,067 m (voie métrique), limite les possibilités de modernisation. C'est pourquoi le gouvernement décide en 1957 d'assurer le trafic passager entre Osaka et Tokyo grâce à une voie ferrée électrifiée, dotée d'un écartement normal. Cette voie, le Tokaido Shinkansen, est spécialement conçue pour la pratique de vitesses supérieures à 200 km/h. Les conséquences de ce choix sont multiples. D'une part, le réseau ferroviaire doit abandonner la voie métrique pour la voie normale, ce qui se traduit par une rupture totale avec le reste du réseau japonais, puisque les trains ne peuvent plus passer d'un réseau à l'autre en raison de la différence d'écartement. D'autre part, il faut adopter un tracé répondant à des normes géométriques tout à fait nouvelles, pouvant respecter ces contraintes dans un environnement caractérisé par une forte densité de population et d'urbanisation. Pour cette raison, les ingénieurs doivent concevoir de très nombreux ouvrages d'art, d'autant plus fréquents et importants que la vitesse pratiquée interdit l'existence de passages à niveau. C'est pourquoi le train japonais est implanté sur un site en grande partie artificiel : près de la moitié de la ligne (46 p. 100) est ainsi établie sur ouvrage d'art, dont 115 km (22 p. 100) en viaduc et 69 km (13 p. 100) en souterrain. De telles proportions sont jusqu'alors totalement inconnues en dehors des chemins de fer strictement montagnards. Enfin, il faut construire un matériel spécialisé et adapté à la ligne. Seule une dizaine de gares intermédiaires (en fait de simples haltes) sont construites sur le parcours, ne desservant que les principales agglomérations, soit une tous les 50 km en moyenne. 3.2 Succès commercial La ligne Tokaido Shinkansen est ouverte au public en 1964. Le succès est immédiat et total : de 28 allers-retours quotidiens à la mise en service, la fréquence s'est accrue dix ans plus tard jusqu'à 180 trains par jour dans chaque sens, soit un train toutes les 6 minutes entre 6 heures et minuit. Le Tokaido Shinkansen apparaît donc comme une nouvelle infrastructure destinée exclusivement à relier de grands centres sur un axe déjà existant. Il fonctionne comme une ligne indépendante, et peut être comparé à un « supermétro « à l'échelle d'une énorme mégalopole linéaire. 3.3 Extension du réseau Face à une telle réussite, le gouvernement japonais autorise l'extension de la ligne. Une seconde ligne, celle du Sanyo Shinkansen, est mise en service en 1971 entre Osaka et Okayama, d'une longueur de 162 km. Elle s'étend sur 400 km en 1975 entre Okayama et Hakata, sur l'île de Kyushu, après avoir traversé le détroit de Kammar par un tunnel sous-marin long de 18 km. Dès 1975, le Japon dispose ainsi d'une artère à grande vitesse longue de 1 075 km, soit l'équivalent de la distance Paris-Nice. Aujourd'hui, cette voie est exploitée à haute fréquence, à une vitesse maximale de 250 km/h sur le Tokaido Shinkansen et de 230 km/h sur le Sanyo Shinkansen. Devant de tels résultats, les pouvoirs publics japonais élaborent rapidement un plan d'extension des voies ferrées à grande vitesse, qui compte au départ 12 lignes cumulant 7 000 km. Ce programme, établi en pleine euphorie économique, se heurte toutefois à la conjonction d'obstacles qui réduisent ses prétentions de plus de moitié au début des années 1970. Après bien des hésitations, deux nouvelles lignes Shinkansen sont réalisées et mises en service en 1982 : le Joetsu Shinkansen entre Tokyo et Niigata (270 km), et le Tohoku Shinkansen entre Tokyo et Morioka (492 km). Ces deux lignes présentent la particularité de desservir des régions intérieures, beaucoup plus accidentées que les régions littorales traversées par les deux premiers Shinkansen. Devant en outre répondre à des normes plus sévères à l'égard des nuisances sonores, et soumises à des aléas climatiques plus rigoureux, ces lignes offrent des caractéristiques de tracé et de profil beaucoup plus exigeantes : la densité des ouvrages d'art est donc considérable, respectivement 95 et 99 p. 100 du parcours (dont 25 à 40 p. 100 en souterrain). 3.4 Politique actuelle Les lignes à grande vitesse japonaises ont évolué dans leur conception même : conçues au départ comme remède technique à un problème de saturation, elles sont devenues un instrument politique d'aménagement du territoire, destiné à favoriser le développement économique de régions enclavées. Toutefois, le coût exorbitant des nouvelles lignes a conduit les Japonais à rechercher des solutions mixtes. Ainsi, le Japon a pour projet de relier les deux types de réseau ferré par la mise à voie normale de certaines lignes, qui pourraient en conséquence accueillir les Shinkansen. En outre, il prévoit la construction de rames spéciales à petit gabarit, capables de rouler aussi bien à 270 km/h sur les lignes nouvelles à grande vitesse qu'à faible vitesse sur les anciennes lignes mises à voie normale. Tout autant qu'une réussite technique, le réseau ferré Shinkansen s'est avéré une réussite financière et commerciale. Aujourd'hui, il figure parmi les plus fréquentés du monde. 4 AUTRES TRAINS À GRANDE VITESSE La conception française de la grande vitesse ferroviaire est certainement la plus rigide dans sa version originelle. À l'étranger, les systèmes apparaissent plus souples. 4.1 Le TGV allemand En Allemagne, les lignes TGV Mannheim-Stuttgart (100 km ouverts en 1989) et Hanovre-Würzburg (300 km ouverts en 1990) sont conçues de manière à pouvoir être également parcourues par des trains classiques et des convois rapides de marchandises. Cette adaptabilité suppose un excellent nivellement (déclivités n'excédant pas 1 p. 100), ce qui implique l'édification de très nombreux ouvrages d'art, et donc un coût de construction très élevé. En conséquence, le TGV allemand, l'Inter-City Express (ICE), affiche des performances de vitesse moins brillantes que son cousin français, mais offre en contrepartie des fréquences de desserte supérieures. Par ailleurs, le système allemand bénéficie d'une interconnexion très poussée entre le réseau classique et le réseau TGV. 4.2 Le TGV italien En Italie, la nouvelle liaison TGV Rome-Florence achevée en 1990, la Direttissima, répond à la saturation et à l'insuffisance des performances dont souffrait l'axe principal du réseau italien. Conçue pour répondre à des objectifs identiques à ceux des TGV allemands, elle est réalisée selon les mêmes normes techniques (excellents tracé en plan et nivellement), c'est-à-dire avec un grand renfort d'ouvrages d'art (31 km en viaduc et 71 km en souterrain). Comme au Japon, cette liaison TGV correspond au dédoublement d'un axe majeur du réseau italien. Longue de 231 km entre la banlieue de Florence et celle de Rome, elle raccourcit la distance entre les deux villes de 56 km sur 314 km de voie ferrée à l'origine, et autorise une vitesse de 250 km/h. Comme en Allemagne, la desserte des villes intermédiaires est assurée par des raccordements autorisant une exploitation mixte, une partie sur Direttissima, et l'autre sur ligne classique. L'exploitation est donc très souple, qu'il s'agisse des rames à grande vitesse ou bien des trains classiques rapides. 4.3 Le TGV espagnol Le système espagnol s'inspire en grande partie des TGV allemands et français. Déjà réalisé entre Madrid et Séville à l'occasion de l'exposition universelle de Séville en 1992, l' Alta Velocida Española (AVE) s'avère proche de l'ICE allemand par la motorisation et la signalisation, tandis que la conception du matériel et celle de l'infrastructure apparaissent très voisines du système français. Les lignes espagnoles à grande vitesse sont en rupture avec le réseau traditionnel, étant dotées d'un écartement standard à la différence du réseau conventionnel espagnol qui est équipé de voies larges. Aussi envisage-t-on, comme au Japon, la mise en oeuvre d'un matériel mixte (bogies à écartement variable), de manière à pouvoir assurer des dessertes directes avec le réseau classique, notamment entre Madrid et Malaga (voir Espagne). 5 AVENIR DE LA GRANDE VITESSE 5.1 En Europe Les systèmes à grande vitesse cherchent à s'étendre en Europe, comme en témoigne l'implantation du réseau de liaisons européennes entre Londres, Paris, Bruxelles, Amsterdam et Cologne. De nouvelles lignes à grande vitesse sont en cours de construction dans de nombreux pays européens. En France, deux grands chantiers sont en cours : le TGV Est européen (mise en service prévue en 2006) qui reliera Paris à Strasbourg et qui pourrait se prolonger ultérieurement vers Luxembourg, Francfort, Munich, Vienne, Budapest et Prague ; et le TGV Rhin-Rhône (mise en service prévue en 2008) reliant Mulhouse à Lyon et à Dijon. En Italie, deux nouveaux axes sont à l'étude : Bologne-Florence-Milan-Turin (409 km) et Gênes-MilanVérone-Venise (374 km). Enfin, en Espagne, une ligne Madrid-Barcelone-frontière française est actuellement en projet. Par ailleurs, d'autres projets d'envergure internationale sont à l'étude pour étendre le réseau TGV à l'ensemble de l'Europe, en particulier à la Scandinavie et à l'Europe centrale et orientale. 5.2 Dans le reste du monde En dehors de l'Europe, les projets se multiplient, sans que l'on puisse toujours fixer les échéances de réalisation. En effet, les pays demandeurs mettent en concurrence impitoyable les technologies européennes, auxquelles s'ajoute celle du Japon. En Asie, si le projet franco-coréen (Séoul-Pusan) a débuté, d'autres réalisations à plus long terme s'esquissent en Chine (Pékin-Shanghai, 1 350 km) et à Taïwan (Taipei-Kaohsiung, 350 km). En Australie, un projet prend forme entre Sydney et Melbourne (870 km), alors qu'en Amérique du Nord le Canada élabore un plan de ligne TGV entre Québec et Windsor, via Montréal et Toronto (1 250 km). Les choses s'avèrent plus délicates aux États-Unis où la tentative texane (Dallas-Houston et San Antonio, 730 km) n'a pas eu de suite ; un projet concernant la Floride (Tampa-Orlando-Miami, 600 km) apparaît moins incertain, cependant que celui de la Californie (Los Angeles-San Francisco, 630 km) semble tombé dans l'oubli. Étant donné le coût des nouvelles infrastructures à grande vitesse, seuls les pays riches, occidentaux ou nouvellement développés, peuvent prétendre accéder à ce type de transport. Avec l'aide des industriels maîtrisant cette technologie, des projets fleurissent un peu partout, y compris dans des pays comme l'Inde ou le Brésil, mais il ne s'agit, pour le moment, que de simples hypothèses. 5.3 Bilan Sur les moyennes distances, les trains à grande vitesse constituent un concurrent direct à l'avion. Toutefois, l'avenir de la grande vitesse sur voie ferrée demeure incertain, sauf sous la forme d'un système mixte, intégré au réseau ferré traditionnel. Sous une forme plus rigide, la grande vitesse ferroviaire pourrait se voir battue en brèche par la nouvelle technologie à sustentation magnétique. Les applications de ce mode de transport non ferroviaire, capable de circuler à 400 ou 500 km/h, font l'objet d'études très avancées, en particulier sur deux projets : l'un en Allemagne (Hambourg-Berlin, 280 km), l'autre au Japon (Tokyo-Osaka, 500 km).