Ligne de Tours à Saint-Nazaire

Image emblématique de la ligne : un train de trémies à céréales, tiré par la BB 26100, franchit la gare de La Possonnière en se dirigeant vers Tours.

Depuis Orléans et jusqu'à Nantes, la ligne suit d'assez de près la Loire, hormis dans sa partie tourangelle où elle suit le Cher. Cette ligne n'ayant que relativement peu de courbes et de dénivelés, cela lui permet aujourd'hui d'y voir circuler l'un des seuls TER à 200 km/h, l'Interloire, ainsi que de nombreux TGV entre Angers et Nantes.

À la fin de son parcours, en Loire-Atlantique, la ligne a été construite le long de la Loire. À Nantes, jusqu'à la période de l'entre-deux-guerres, elle empruntait même les quais du centre-ville (notamment le quai de la Fosse), nécessitant en cela la présence de pas moins de 23 passages à niveau sur un tronçon de 4,7 km entre les gares de Nantes et de Chantenay, représentant donc un danger constant pour les passants, bien que la vitesse des convois soit alors limitée à 16 km/h. Les travaux de comblement d'une partie des bras du fleuve permettront de faire dévier la ligne au sud puis au nord de son tracé initial, par la réalisation d'une tranchée couverte, située dans l'ancien lit du « Bras de l'Hôpital », inaugurée en 1955. Une étude de 1999[17] ainsi qu'un exercice en conditions réelles ont démontré que la sécurité de ce tunnel ferroviaire était largement insuffisante.

En aval de Nantes, les installations industrielles de l'estuaire de la Loire se développèrent également, s'agrandissant de part et d'autre de la ligne, comme la raffinerie pétrolière de Donges que celle-ci traverse, et qui appartient à Total. Un projet de contournement de la raffinerie est en cours.

Après la Seconde Guerre mondiale, dans le cadre de la reconstruction de Saint-Nazaire, le tracé de la ligne aux abords de la ville est modifié, entraînant l'abandon de l'ancienne gare terminus qui nécessitait systématiquement des manœuvres de rebroussement pour les convois empruntant la ligne vers Le Croisic, au profit de la construction d'une gare de passage qui présente l'avantage de supprimer cette contrainte.

Deux des plus longs ouvrages d'art sont le viaduc de Cinq-Mars sur la Loire (203 mètres, communes de Villandry et de Cinq-Mars-la-Pile) et celui sur un bras mort de la Loire (200 mètres, commune de Cinq-Mars-la-Pile).

C'est une ligne au profil excellent, les déclivités ne dépassent pas 5 ‰. Le rayon des courbes ne s'abaisse qu'accidentellement en dessous de 900 mètres. Cela lui permet d'être parcourable jusqu'à 160 km/h[18] entre Tours et Angers (les nombreux passages à niveaux ne permettant pas une vitesse plus élevée, malgré le tracé très rectiligne[19]) et entre Ancenis et Mauves-sur-Loire[20], et 220 km/h sur la majorité du parcours entre Angers et Ancenis ainsi que de Mauves-sur-Loire à Sainte-Luce-sur-Loire[20]. Au-delà, de Nantes à Chantenay, la vitesse est de 100 km/h[21], de 140 à 150 km/h de Chantenay à Saint-Nazaire[21] avec une zone parcourable à 160 km/h entre Savenay et Donges[21].

La ligne est à double voie sur la totalité de son parcours[18] - [20] - [21]. Dans le sens impair (de Tours vers Saint-Nazaire), elle est équipée d'évitements à Port-Boulet mis en service en 1974[22], à Saumur[22], Angers, Ingrandes-sur-Loire (créé en 1976[23]), Nantes, et Savenay, ce dernier étant mis en service à l'occasion de l'électrification en 1986[24]. Un nouvel évitement impair à Ancenis fait l'objet d'une étude (voir plus bas, le projet de terminus technique d'Ancenis). Dans le sens pair (de Saint-Nazaire à Tours), les évitements se trouvent à Savenay (mis en service en 1986)[24], Nantes, Ancenis, Varades - Saint-Florent-le-Viel (créé en 1979[23]), Angers, Saumur[22] et Maby-Dort, près de Saint-Patrice, mis en service en 1974[22].

La sécurité des circulations des trains est assurée entre Tours (ou Saint-Pierre-des-Corps) et Saint-Genouph par du block automatique lumineux (BAL) mis en service en 1978[22], du block automatique à permissivité restreinte (BAPR) entre Saint-Genouph et Angers, mis en service en 1978 de Saint-Genouph à Saumur[22] et en 1974 de Saumur à Angers[22]. Entre Angers et Saint-Nazaire, c'est du block automatique lumineux (BAL) mis en service entre Angers et La Possonnière en 1975[23], en 1976 entre La Possonnière et Ancenis[23], en 1977 entre Ancenis et Nantes[23] et en 1986 entre Nantes et Saint-Nazaire, à l'occasion de l'électrification[24]. Quatre pas d'IPCS ont également été créés à cette occasion entre Nantes et Savenay permettant de changer de voie à Nantes, Chantenay, Couëron, Cordemais et Savenay[24]. D'autres pas d'IPCS existent entre Angers et Nantes : Entre Angers et La Possonnière, entre La Possonnière et Montrelais (mis en service en 1989[25]), entre Montrelais et Ancenis et entre Ancenis et Sainte-Luce, tous deux mis en service en 1999[25]. Aucun IPCS n'existe entre Tours et Angers ainsi qu'entre Savenay et Saint-Nazaire.

La ligne est électrifiée en 25 kV 50 Hz sur la totalité de son parcours, excepté son origine à Tours, électrifié en 1500 V continu sur quelques kilomètres[18].

La section entre Angers et Nantes est proche de la saturation, depuis le début des années 2010. En effet, sur cette portion de ligne aménagée pour pouvoir circuler jusqu'à 220 km/h, il se mélange du trafic fret et TER omnibus lent avec du trafic TGV et des TER semi-direct. L'exploitation devient, avec l'augmentation du trafic, très problématique et freine le développement de l'offre. C'est pour ces raisons qu'un projet de terminus technique en gare d'Ancenis est en cours (voir plus bas).

Le tableau ci-dessous présente la fréquentation des trains TER Pays de la Loire sur les différentes portions de la ligne depuis 1999. La portion de ligne TER entre Angers et Nantes est la plus fréquentée de toutes les lignes TER Pays de la Loire.

Le tracé actuel traverse la raffinerie de Donges : 80 trains y passent tous les jours[27]. Un projet de contournement par le nord sur une nouvelle section de 4,5 km existe bien, rapprochant ainsi la ligne du bourg de Donges. Mais la mise en œuvre de cet aménagement est sans cesse repoussé pour des raisons budgétaires, bien que l'existence des emprises ferroviaires gênent les projets d'expansion du site industriel voulu par Total. Afin de débloquer la situation, la firme pétrolière semblait être disposée, au printemps 2015, à participer jusqu'à 50 millions d'euros[27] au financement des travaux de contournement dont le coût est estimé entre 120 et 150 millions d'euros[27] - [28] - [29]. Un accord dans ce sens est attendu avant la fin de cette même année. La concertation publique se déroule du 14 septembre au 31 octobre 2015[28]. Deux itinéraires sont envisagés : l'un au nord de la route départementale n°100, au plus près du bourg de Donges, et donc le plus éloigné de la raffinerie ; l'autre plus au sud, moins éloigné de la raffinerie, et impliquant un dévoiement de la route départementale, ayant alors un impact plus important sur les zones humides, mais moindre sur le foncier[28]. Plusieurs lieux d'implantation de la gare de Donges sont également étudiés[28]. C'est le tracé nord, le long de la départementale 100 qui reçoit les faveurs de la concertation publique, le plus éloigné du site et le plus proche du centre de Donges, avec positionnement de la nouvelle halte au niveau de la zone industrielle de Jouy[30]. Les procédures administratives et de travaux en vue de l'obtention d'une déclaration d'utilité publique pourrait intervenir en 2017[29] avec notamment l'enquête publique prévue en juin 2017[31]. En 2017, le projet est alors estimé à 147 millions d'euros avec un début des travaux prévus en 2018 pour une mise en service en 2021[31]. Le projet est déclaré d'utilité publique le 17 novembre 2017[32]. Finalement, les travaux débutent en 2019[33] - [34]. À ce moment-là, la livraison est prévue pour octobre 2022[34] - [35]. Le calendrier est respecté : la ligne est fermée entre Savenay et Saint-Nazaire (et jusqu'au Croisic) du 24 septembre au 7 octobre 2022 pour permettre le basculement des installations sur le nouvel itinéraire[36] - [37]. Cette interruption est mise à profit pour faire d'autres travaux lourds (remplacement du pont-rail de Montoir-Trignac, renouvellement d’appareils de voies à Montoir-de-Bretagne et remise à niveau de voies de service au triage de Saint-Nazaire)[36].