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Train Ă  grande vitesse

Un train Ă  grande vitesse est, selon l'Union internationale des chemins de fer[1] (UIC) :

  • un train roulant Ă  des vitesses supĂ©rieures Ă  250 km/h sur des lignes spĂ©cialisĂ©es ;
  • un train roulant Ă  environ 200 km/h sur des lignes standards adaptĂ©es ;
  • un train pouvant rouler Ă  des vitesses infĂ©rieures en raison de conditions particulières de relief, de contraintes topographiques ou en environnement urbain.
Shinkansen série 800 au Japon.
Shinkansen série 500 au Japon.
Un TGV POS 4417
TGV POS 4417 de la SNCF.

En France, dans les projets d'infrastructure ferroviaire, on parle plutôt de TAGV (Trains aptes à la grande vitesse) dans le but de respecter les règles européennes d'ouverture à la concurrence.

La grande vitesse ferroviaire est née au Japon en 1964 avec le Shinkansen, puis s'est étendue dans plusieurs pays d'Europe et d'Asie. Elle a transformé le transport de voyageurs par trains et donné un nouvel élan à ce mode de transport.

Cet article évoque également, à titre secondaire, les véhicules à sustentation magnétique, qui ne peuvent être définis comme des matériels ferroviaires puisqu'ils ne sont pas guidés par des rails, ne disposent pas de roues, et n'ont pas de contact avec leur infrastructure de guidage.

Histoire

Shinkansen série 0, le premier train à grande vitesse au monde.
Livrée originelle du TGV Sud-Est en 1987.
TGV Sud-Est dans sa livrée orange originelle.

C'est au Japon que les premiers trains à grande vitesse apparurent. Mis au point par la compagnie japonaise Japanese National Railways (depuis le : Japan Railways), ils entrèrent en service en 1964 avec l'inauguration de la première ligne à grande vitesse reliant Tokyo à Osaka. L'ensemble est alors baptisé Shinkansen qui littéralement signifie « nouvelle grande ligne ». Ce n'est qu'en 1981 qu'un deuxième pays, la France, inaugure son propre train à grande vitesse avec le TGV conçu par l'entreprise Alstom qui ne cache pas avoir longuement étudié le Shinkansen japonais.

En 2017, après dix ans de développement des lignes à grande vitesse en Chine, China Railway présente sa nouvelle gamme de train à grande vitesse, baptisée Fuxing (CR), de technologie entièrement chinoise, qui vise à remplacer les trains Hexie (CRH), issus de technologies étrangères. Les nouveaux trains Fuxing circulent à la vitesse commerciale de 350 km/h, qui est la plus rapide au monde, devant la France ou le Japon (320 km/h).

Trains à sustentation magnétique

Néanmoins, pendant la même période, un autre concept de train à grande vitesse est étudié. Toujours au Japon, en 1962, alors que les premiers Shinkansen ne sont pas encore en service, le système de sustentation magnétique est étudié. De là est conçu le Maglev, un train qui ne roule pas sur des rails, mais « flotte » à quelques centimètres du sol à l'aide d'électro-aimants. Bien que la traînée de roulement d'une rame de TGV ne représente que ~19 % de sa résistance au mouvement à 320 km/h[2], il peut être intéressant de s'en affranchir et de passer à la sustentation magnétique. Ainsi, les Japonais sont-ils les détenteurs des deux records de vitesse pour un train magnétique, avec le JR-Maglev MLX01, qui a atteint les 581 km/h en 2003, vitesse battue le 21 avril 2015, lorsqu'un MAGLEV a atteint 603 km/h.

Records de vitesse sur rail

SNCF détient le record de vitesse sur rail, en atteignant 574,8 km/h le , avec la rame TGV POS 4402.

La SNCF avait été la première, en 1955, à dépasser le cap des 300 km/h, avec les BB9004 et CC7107

En 1988, la DB fut la première à franchir le cap des 400 km/h.

Les 500 km/h furent dépassés pour la première fois par la SNCF en 1990 avec 515,3 km/h, avec la rame TGV Atlantique 325.

Technologie

Énergie

Certaines expérimentations ont utilisé des turbines à gaz : TGV 001 ou Advanced passenger train par exemple. Le JetTrain de Bombardier Transport, avec une vitesse de 240 km/h s'approche de la grande vitesse.

Ă€ l'exception des rames (bientĂ´t remplacĂ©es) circulant sur la ligne Direttissima Rome-Florence[3], alimentĂ©e par 3 000 V en continu, les trains Ă  grande vitesse utilisent une alimentation en courant alternatif Ă  tension Ă©levĂ©e : 15 kV sur les rĂ©seaux oĂą ce système est la norme, avec deux frĂ©quences proches : 16,667 Hz (pays scandinaves) ou 16,7 Hz (pays germaniques) ; 25 kV 50 Hz ou 60 Hz dans une grande partie du monde, 20 kV - 50 ou 60 Hz au Japon. Seuls ces systèmes permettent les appels de puissance instantanĂ©e très Ă©levĂ©s nĂ©cessaires aux accĂ©lĂ©rations. En fonction des parcours Ă  effectuer sur les rĂ©seaux prĂ©existants certaines rames sont polycourants (cas des TGV Thalys, TGV POS et ICE 3 notamment).

Traction

En traction, deux types de répartition de motorisation existent : motorisation répartie (moteurs sur tous les bogies) et la motorisation concentrée (sur les bogies des locomotives uniquement).

Motorisation répartie

La motorisation possède la particularité de disposer la motorisation tout au long de la rame. La motorisation répartie permet de se dispenser de la présence de locomotives dédiées à la traction. Les rames sont ainsi composées de motrices et éventuellement de remorques. Cette composition permet de gagner de la place pour les voyageurs au niveau des motrices, l'ensemble des composants techniques étant répartis au long de la rame et non uniquement dans les motrices ce qui permet une optimisation de l'espace.

Quelques exemples de trains à grande vitesse embarquant une motorisation répartie : Shinkansen, Vélaro, AGV.

Motorisation concentrée

À l'inverse de la motorisation répartie, la motorisation concentrée place la motorisation aux extrémités des rames. Un train est alors généralement composé de deux motrices comportant tous les équipements techniques encadrant les remorques pour passagers. Les motrices sont alors occupées par tous les équipements techniques (transformateurs, CVS, Onduleur etc.) et non par les voyageurs.

Quelques exemples de trains à grande vitesse à motorisation concentrée : les premiers ICE (ICE 1 et 2), toutes les séries de TGV ainsi que leurs déclinaisons.

Les ICE étaient auparavant à motorisation concentrée : ICE 1, rames longues à deux motrices d'extrémité et ICE2 rames courtes à une seule motrice et couplables par deux. En France, les TGV et leurs dérivés, Thalys, Eurostar, AVE, KTX, Acela, mis au point par Alstom en coopération avec la SNCF, utilisent des rames formées de deux motrices à deux bogies encadrant un tronçon articulé, composé de remorques dont les bogies intermédiaires sont communs à deux caisses adjacentes. Les deux bogies extrêmes du tronçon articulé peuvent être motorisés (TGV PSE, Eurostar).

Sécurité

Le TGV construit par Alstom est l'un des rares trains à grande vitesse avec le KTX-II de Hyundai Rotem à utiliser la technologie du bogie commun entre deux caisses. Cela permet de réduire l'espace entre deux voitures et apporte une rigidité suffisante, à l'ensemble de la rame, en cas de déraillement, et ainsi éviter que le train ne se couche ou se mette en accordéon[4]et ne fasse de nombreuses victimes. Ainsi, la sécurité des voyageurs n'est pas dépendante de l'infrastructure ferroviaire contrairement à l'ICE de Siemens ou du Frecciarossa de Bombardier qui ne disposent pas de cette technologie.

Impacts environnementaux

L'impact environnemental des trains grande vitesse est utilisé à la fois comme argument marketing par les exploitants, par exemple le programme Voyage Vert de la société Eurostar[5], et comme argument contre les projets de ligne grande vitesse.

Bruits et vibrations

Le bruit est la principale nuisance pour les riverains[6].

Il est mesuré en Laeq (France) ou LDEN (Europe).

On observe moins de plaintes venant des riverains de LGV que des riverains d'autoroute[6], observations confortées par des études qui ont montré que le bruit ferroviaire était mieux toléré que le bruit routier (différentiel de dB à sensation nuisance égale)[7].

Bruits de roulement

Les bruits de roulement sont dus à des défauts de l'état de surface de la roue. Ils provoquent des vibrations transmises par l'air (bruits aériens) et par le sol (bruit solidiens).

Les bruits solidiens sont très courants sur les lignes anciennes (on les ressent par exemple dans les immeubles construits au-dessus des lignes du métro de Paris). Aujourd'hui, on sait construire les voies de manière à éviter ce problème[6].

Les défauts des roues sont dus à l'usure. Sur les TGV, elle a été diminuée en remplaçant les freins à sabot par des freins à disque[6].

Bruits aérodynamiques

Négligeables sur les trains classiques, ils deviennent prépondérants à partir de 300 km/h[6].

Ils peuvent être limités en améliorant l'aérodynamique[7].

Impact de l'infrastructure

La trajectoire latérale d'une rame TGV est précise à cm près, cela permet d'implanter les écrans anti-bruit au plus près de la voie, ce qui augmente leur efficacité[6]. Ils sont construits à l'aide de matériaux absorbants (technique peu utilisée en France), ou sont constitués de murs en béton ou d'écrans vitrés. Il peut aussi s'agir de simples remblais de terre (Merlons), là où l'on dispose d'emprises suffisantes. Les merlons de terre sont économiques et peuvent être végétalisés. Le creusement d'une tranchée n'est pas forcément plus cher qu'un mur sur une voie nouvelle[6] et cette solution est plus discrète.

La majorité des bruits venant du sol (contact roue-rail, aérodynamique des bogies, etc.), il est souvent possible de faire des murets (ou des tranchées) bas qui permettent aux voyageurs de voir le paysage[6].

La tranchée couverte, voire le tunnel, apportent une solution plus radicale au problème de bruit ; mais c'est la technique la plus chère à mettre en œuvre.

Un certain nombre de technologies utilisées sur LGV permettent d'éviter les vibrations de la voie[6] :

  • voies en longs rails soudĂ©s (Ă©vitent le « tac-tac » des raccords) ;
  • rails lourds ;
  • ballast Ă©pais ;
  • traverses bĂ©ton massives ;
  • utilisation de plate-forme de voie en bĂ©ton (Pays-Bas, Allemagne, Japon) ;
  • les anciens ponts en treillis Ă©taient très bruyants, les nouveaux viaducs en bĂ©ton armĂ© le sont beaucoup moins[6].

Les progrès existent aussi sur le matériel roulant :

  • un TGV sud-est Ă  270 km/h n'est pas plus bruyant qu'un train corail Ă  200 km/h ;
  • un TGV atlantique Ă  300 km/h Ă©met dB de moins par rapport au TGV sud-est.

Il peut aussi ĂŞtre avantageux de suivre le tracĂ© d'une autoroute Ă  petites distance pour mutualiser les nuisances, la loi d'addition des bruits n'Ă©tant pas linĂ©aire. Par exemple, la somme de deux bruits de 63 dB Ă©quivaut Ă  un bruit de 66 dB, alors que physiologiquement la sensation de gĂŞne double quand le bruit augmente de 10 dB[7].

Accidentologie

Accident d'Angrois à proximité de Saint-Jacques-de-Compostelle

L'accident ferroviaire d'Eschede, impliquant un ICE le 3 juin 1998, est la plus grande catastrophe ferroviaire Ă  grande vitesse. Il a fait 101 morts et une centaine de blessĂ©s.

Le Shinkansen a connu un déraillement partiel sur un viaduc lors d'un tremblement de terre le 23 octobre 2004 dans la région de Niigata ; il n'a pas fait de victimes. Une rame (sans voyageur) a déraillé partiellement près de Kumamoto en 2016 lors d'un important séisme

Le TGV a connu trois déraillements à grande vitesse : le 14 décembre 1992 à 270 km/h en gare de Mâcon-Loché-TGV, le 21 décembre 1993 à 249 km/h à hauteur d'Ablaincourt-Pressoir et le 5 juin 2000 près d'Arras. Ces accidents n'ont provoqué que des blessures légères.

L'accident ferroviaire de 2011 Ă  Wenzhou en Chine, survenu par tĂ©lescopage de deux trains Ă  grande vitesse, a fait 38 morts et 192 blessĂ©s le 23 juillet 2011.

L'accident ferroviaire de Saint-Jacques-de-Compostelle de 2013 impliquait une rame S-730, version modifiĂ©e hybride des S-130, au dĂ©part de Madrid Ă  destination de Ferrol en Galice et transportant 222 personnes, qui a dĂ©raillĂ© dans une courbe avant la gare de Saint-Jacques-de-Compostelle en raison d'une vitesse excessive (faute du conducteur). Le bilan dĂ©finitif fait Ă©tat de 79 morts et de 143 blessĂ©s.

L’accident ferroviaire d'Eckwersheim est un déraillement (de type renversement) survenu en France sur la ligne à grande vitesse (LGV) Est européenne le 14 novembre 2015 à Eckwersheim, près de la gare de Vendenheim, à une dizaine de kilomètres au nord de Strasbourg, dans le Bas-Rhin. L'accident implique une rame TGV spéciale qui circulait pour réaliser des essais d'homologation du deuxième tronçon de cette nouvelle ligne. Ces essais étaient encadrés par Systra, société d'ingénierie ferroviaire. Le train transportait cinquante-trois personnes, des cheminots et des invités (parmi lesquels on comptait des enfants), dont onze ont été tués ou gravement blessés. Avant cet accident, d'autres déraillements de TGV ont eu lieu en France, qui n'ont tout au plus provoqué que des blessures légères. Le déraillement de cette rame est ainsi le premier à causer des morts et des blessures graves (cause principale : procédure de décélération trop tardive de la rame en regard de la configuration de la voie LGV à cet endroit).

  • Vue d'ensemble du site du dĂ©raillement Ă  Eckwersheim, le 15 novembre 2015.
    Vue d'ensemble du site du déraillement à Eckwersheim, le .
  • Vue rapprochĂ©e le mĂŞme jour.
    Vue rapprochée le même jour.

Liste de trains Ă  grande vitesse dans le monde

Le premier constructeur de trains à grande vitesse fut l'italien Fiat Ferroviaria (racheté en 2001 par Alstom), qui étudia à partir de 1967 les rames à pendulation active Pendolino ETR 401, mises en service par les chemins de fer italiens uniquement en 1976. Suivront les ETR 450, ETR 460, ETR 470, ETR 480 et ETR 610.

Actuellement, les huit principaux constructeurs de trains Ă  grande vitesse dans le monde sont :

Parmi les dérivés, on peut citer :

  • l'Acela Express, dĂ©rivĂ© très alourdi du TGV, circulant uniquement sur ligne classique oĂą il atteint brièvement 240 km/h, train circulant aux États-Unis ;
  • le KTX-I, dĂ©rivĂ© du TGV, train circulant en CorĂ©e du Sud ;
  • les ETR 500, fabriquĂ©s par le groupement TREVI en Italie ;
  • les ICN des Chemins de Fer FĂ©dĂ©raux Suisses, qui peuvent rouler Ă  200 km/h et bientĂ´t les Twindexx Swiss Express en cours de fabrication par Bombardier qui peuvent atteindre les 200 km/h ;
  • le Sapsan en Russie, reliant Moscou, Saint-PĂ©tersbourg, Nijni Novgorod, Helsinki en Finlande, et d'ici 2018 une dizaine de grandes villes russes ;
  • l'Eurostar (liaisons Paris – Londres et Amsterdam – Bruxelles – Londres). Il s'agit initialement de TGV spĂ©ciaux appelĂ©s TGV TMST autorisĂ©s Ă  franchir le tunnel sous la Manche. Le service utilise dĂ©sormais aussi des rames Eurostar e320, construites par Siemens ;
  • l’AGV d'Alstom ;
  • Les AGV 575 (it) de NTV est une AGV utilisĂ©e entre diffĂ©rentes villes d'Italie ;
  • l'AVE est un service de transport ferroviaire Ă  grande vitesse en Espagne, utilisant plusieurs modèles de trains Ă  grande vitesse ;
  • Al Boraq, au Maroc : service utilisant des RGV 2N (adaptĂ©es au climat de ce pays) construites par Alstom, et qui emprunte notamment la LGV Tanger - KĂ©nitra.

Galerie de photographies

Notes et références

  1. « uic.asso.fr/gv/article.php3?id… »(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?).
  2. Les 81 % restant sont perdus en traînée aérodynamique. "Adaptation du TGV aux contraintes environnementales", Olivier BRUN, Département des TGV,
  3. « rĂ©Ă©lectrification » prĂ©vue en 25 000 V alternatif.
  4. Voir : Des innovations majeures au service de la sécurité :, sncf.com du 23 mars 1972, consulté le 25 février 2023.
  5. « eurostar.com/FR/fr/leisure/abo… »(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?).
  6. Sur les bruits ferroviaires[PDF] Claude Julien FNAUT-PACA 2004.
  7. Liaison ferroviaire transalpine à grande vitesse. Études préliminaires de la section Lyon-Montmélian[PDF] 1992.

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

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