Des Signaux et des Postes

Voilà comme promis le premier billet signé Gawel, nous parlons Infra, donc ce n’est pas trop mon domaine, mais nous avons là un spécialiste ! Bonne lecture.

 

 » Pour changer, parlons un peu « infrastructure », non que cette thématique n’ait pas été abordée ici ou là dans ce blog, mais jusqu’à maintenant on n’a évoqué la signalisation qu’à l’occasion d’autres sujets, comme par exemple lors de la description des taches de l’ADC.

Cette fois, nous n’allons parler que d’installations fixes, et notamment de signalisation. Vous êtes plusieurs à avoir fait part de ce souhait, aussi c’est bien volontiers que ce blog va s’enrichir d’un billet Equipement.

Nous parlerons un peu de technique, mais vous trouveriez autant d’informations sur des sites spécialisés ou tenus par d’autres férus. Au pire, pour les novices, Wikipédia fera une bonne introduction technique, pour peu d’avoir quelques bases en électricité. Pour ceux d’entre vous que ça intéresse vraiment, je pourrai leur donner quelques références d’ouvrages absolument passionnants qui ne traitent que de technique ferroviaire pour la signalisation.

Aussi, pour ne pas faire un énième « copier-coller » de ce qui peut se trouver ailleurs, j’ai décidé de présenter ce billet avec une vision « dans le fil de l’histoire » tant il est vrai pour la signalisation – comme pour beaucoup d’autres choses au chemin de fer – qu’elle reflète l’héritage de 2 siècles d’histoire.

Pour commencer, quelles idées simples pour mettre tout de suite les choses au clair par rapport à la signalisation routière. La sécurité des circulations repose au chemin de fer, à la fois sur le respect des procédures par les cheminots, mais aussi et avant tout sur la signalisation. C’est elle la pierre angulaire de la sécurité ferroviaire, contrairement à la route où si les divers panneaux ou feux servent à baliser un danger, ils n’empêcheront pas un conducteur de ne pas les respecter.

La signalisation garantit la protection contre 5 risques majeurs :

  1. Le rattrapage d’un train par celui qui le suit
  2. Le « nez-à-nez », c’est-à-dire la collision frontale sur une voie unique (ou voie banalisée)
  3. La « prise en écharpe », c’est-à-dire une collision de biais lorsque 2 itinéraires sont sécants (aiguillage)
  4. Le déraillement par vitesse excessive
  5. La collision rail-route aux passages à niveau (PN) et plus généralement le risque de collision, que ce soit avec des rochers tombés sur la voie ou un véhicule tombé d’un pont 

Il existe de multiples autres dangers, mais ils ne sont pas forcément couverts par la signalisation ; du reste ils ne mettent pas en danger les circulations, nous n’en parlerons donc pas ici. Depuis l’origine du chemin de fer, les ingénieurs ont cherché, avec les moyens dont ils disposaient sur le moment, à réguler la circulation des trains. C’est un fait tout simplement constitutif du train : un moyen de transport guidé certes, mais qui ne peut pas s’arrêter facilement, éviter d’obstacle inopiné ou rebrousser chemin s’il se trompe de direction. Autant en voiture chaque conducteur se dirige lui-même en permanence (pratiquant en cela la marche à vue constante, c’est aussi le cas du tramway), autant le mécano dans sa locomotive le fait « à l’aveugle » et s’appuie sur la signalisation pour conduire dans de bonnes conditions. Par parenthèse, s’imaginer comme les technocrates européens qu’on peut sans aucun risque séparer des services intrinsèquement liés tels que l’ingénierie, maintenance et exploitation en entités indépendantes est une parfaite idiotie, qui plus est motivée par de basses raisons de profit ! Mais de ceci on a déjà parlé ici et là, donc pas la peine de revenir dessus. 

Au commencement, étant donné les vitesses très faibles, l’absence d’applications de l’électricité et de matériel électrique (nous sommes entre 1825 et 1850), c’est sur l’homme seul que repose la sécurité. Mais avec des garde-fous : c’est par exemple le système du « bâton-pilote », que délivre une gare donnant accès à une portion de voie. Il n’y a qu’un seul bâton-pilote pour cette portion, aussi le train qui s’engage dessus avec le bâton que lui a remis le chef de la gare A peut rouler tranquille jusqu’à la gare B.

Ce système, rudimentaire, sera vite dépassé par l’augmentation du trafic. On profitera alors du téléphone pour réaliser un cantonnement (d’un train à une portion de la ligne, laquelle est découpée en « cantons » successifs) par le téléphone,           c’est-à-dire et se téléphonant entre gares pour s’assurer que l’on peut expédier un train dans l’intervalle. Là encore, la sécurité repose entièrement sur les agents, aussi malgré la procédure très stricte,  des accidents ne sont pas exclus. Malgré son grand âge, un tel système équipe encore des petites lignes au trafic très modeste, en divers endroits de France.

 

Avec l’essor de l’industrie à la fin du XIXème siècle, les premiers automatismes font leur apparition, ils sont alors mécaniques. Commence alors à se développer la notion « d’enclenchement »,          c’est-à-dire l’impossibilité de faire certaines actions contraires à celles déjà en cours. L’impossibilité est alors matérialisée par des jeux de barres en métal, placées de telle façon entre elles qu’elles ne peuvent bouger que si les barres contradictoires le permettent. Ces « tables d’enclenchement » étaient des merveilles d’ingéniosité, et là encore, malgré leur grand âge, on en retrouve en divers points du réseau, parfois avec un trafic assez fort. C’est toujours l’aiguilleur qui manœuvre à la force du bras les leviers d’aiguillages et des signaux, mais il ne peut plus le faire dans n’importe quelles conditions.

Avec ce concept, on accède enfin à la possibilité d’empêcher des manœuvres lourdes de conséquences, le système ayant été étudié pour       (à condition qu’il ait été bien conçu et qu’on ait pas oublié un cas de figure en route). Mais nous sommes toujours au temps des compagnies, et chacune développe ses propres signaux, d’allure et de couleurs différents d’une région à l’autre.

La création de la SNCF, et l’immense effort d’unification des signaux qui a suivi permet depuis maintenant quelques décennies, que la signalisation mécanique présente les mêmes aspects sur l’ensemble du réseau ferré français.  Ce sont bien sur les cibles mobiles carrées (le damier rouge et blanc bien connu, le fameux « carré », qui peut être aussi violet « carré violet » pour l’arrêt des manœuvres ; losanges (jaune, pour l’avertissement), triangle pointe en haut ou pointe en bas (ralentissement à 30 ou à 60), le disque (rouge) pour l’arrêt et marche à vue, ailettes blanches pour les directions, …

Mais, comme il faut toujours une exception pour confirmer la règle, vous pouvez encore trouver des signaux non unifiés datant d’avant la SNCF, comme par exemple en Alsace sur les petites lignes.

A ce stade, nous avons donc une signalisation mécanique, où c’est l’aiguilleur qui actionne à la force de ses bras les transmissions rigides qui vont faire pivoter les cibles ou les lames d’aiguillage. Ceci à condition que la manœuvre soit physiquement possible du fait de l’imbrication des divers enclenchements dans le poste d’aiguillage. Le tout complété par le téléphone et les procédures.

Nous arrivons désormais à l’âge de l’électricité industrielle, et tout en gardant le principe de l’enclenchement, l’application de la motorisation va faire faire un progrès considérable à la sécurité ferroviaire. Mais d’abord quelques éléments un peu techniques :

Pour pouvoir contrôler l’itinéraire d’un train, encore faut-il le détecter sur une portion de voie. Il ne suffit pas que l’aiguilleur et le chef de gare le voient passer ; il faut pouvoir dire à tout instant où il se trouve, ne serait-ce que pour manœuvrer des aiguillages sur son itinéraire ni trop tôt (au risque de perturber d’autres circulations) ni trop tard.                   La détection se fait donc en France par les Circuits de Voie (CdV). Le principe est très simple : les rails de roulement constituent les « fils » d’un circuit électrique reliant un émetteur à un récepteur, situés chacun à un bout du « canton » (la portion de voie de base pour la résolution de la détection).

Sans train, le récepteur est normalement alimenté, et le feu à l’entrée du canton est allumé au vert            (si on est en signalisation lumineuse). Lors du passage du train sur le canton, ses essieux métalliques vont court-circuiter le récepteur sur toute la longueur du canton, et ce faisant faire passer le feu au rouge.        Ce principe a aussi pour avantage de mettre au rouge (arrêt) toute zone où un problème sur la voie conduirait au shuntage du récepteur (rail cassé par exemple). C’est la base de la sécurité ferroviaire au sens de la signalisation : alimentation ok = possibilité de rouler ; perte de l’alimentation = restriction, arrêt ; soit ce que l’on nomme «sécurité positive».

Il existe, en France, une autre façon de détecter une circulation sur un canton : le compteur d’essieux.

Le principe consiste à compter le nombre d’essieux sortis d’un canton et de le comparer au nombre compté à l’entrée. Si c’est le même nombre, ok le train est sorti complet de la zone. Sinon, il y a eu un souci quelconque et le canton sera fermé. Le compteur d’essieux utilise un aimant qui va « voir » la masse métallique de chaque essieu et générer des impulsions électriques. Associé à des mémoires, on réalise une logique qui va effectuer la fonction de comptage et de comparaison. On peut aussi utiliser des pédales, ou dans ce cas c’est un petit bras métallique sur ressort qui va être abaissé par chaque essieu. Les pédales sont notamment utilisées pour détecter les trains à une certaine distance des passages à niveau et ainsi faire fermer les barrières (et les rouvrir lorsque le dernier véhicule a franchi le PN).

Grâce à ces circuits de voie, disséminés tout du long d’une ligne, d’un carrefour, etc … il est donc possible de faire les opérations de manœuvre et de régulation sans compromettre la sécurité. Après, il existe des variantes dans la longueur des cantons : s’ils sont courts (1 à 2 km, parfois moins en  zone dense), on a affaire à du cantonnement « permissif », c’est-à-dire que sous certaines conditions on autorise le mécano à pénétrer dans un canton occupé, en marche à vue cela va de soi, afin de ne pas trop ralentir le trafic. C’est parfois ce qui arrive quand vous êtes dans le train et qu’après un arrêt en pleine voie, celui-ci vous donne l’impression incompréhensible de se trainer sans raison : eh bien, c’est sans doute qu’on est en train ( !) de rouler juste derrière un autre. Les signaux de ce mode de cantonnement, bien connus, sont ceux du BAL, pour « Block Automatique Lumineux ».

Outre l’aspect lumineux des signaux, leur pilotage se fait tout seul, l’alimentation du vert de VL ou des autres indications (carré, avertissement, etc …) étant tributaire, notamment, du CdV concerné. Mais ce système, nec plus ultra de la gestion des circulations (hors ligne TGV) est coûteux, aussi n’équipe-t-il que les grands axes et les grands carrefours.

Sur les lignes de moindre trafic qui ne sont pas restées en Block Manuel (décrit avant), on a un compromis, le BAPR, toujours Automatique, mais à Permissivité Restreinte : les cantons sont plus longs, aussi on ne peut s’y engager que sur de la voie libre, car sinon on serait en marche à vue sur une trop grande distance

Les cantons plus longs sont donc moins nombreux et les équipements moins nombreux. Ce type de cantonnement se prête donc bien aux petites lignes au trafic modéré. Les signaux présentent moins d’indications qu’en BAL ; en gros la VL ou l’Avertissement, l’entrée d’un canton restant gardée par un Carré.

Bien entendu, outre la commande automatique des signaux de pleine voie, les CdV sont utilisés, en complément d’autres conditions, pour la réalisation d’autres commandes autrefois faites mécaniquement. C’est tout l’intérêt de l’électricité : en motorisant les aiguillages ou l’aspect d’un signal, on dispense non seulement l’aiguilleur d’un effort physique autrefois usant, mais on peut aussi commander en cascade les divers organes d’un itinéraire : là où en mécanique il faut bouger successivement tous les leviers des éléments d’un itinéraire, en électrique en pressant un bouton pour l’origine et un bouton pour la destination, l’alimentation successive des différents organes à commander est faite en une fois. 

 

Mais rendu à ce point, il me faut bien rentrer un peu dans le détail technique.

On parle de circuit électriques alimentés ou non, mais il faut bien un interrupteur matérialisant une condition remplie pour pouvoir faire quelque chose, non ?

Cet interrupteur est le relais. Il s’agit d’un petit électro-aimant qui s’il est lui-même alimenté, va attirer une lame mobile sur un contact électrique, fermant ou ouvrant un circuit. Grâce à cela, et en les combinant astucieusement sur un schéma, on peut réaliser absolument n’importe quelle fonction d’enclenchement. Dans les postes d’aiguillages dits « tous Relais » (PRS), ils sont des centaines, voire des milliers à réaliser la sécurité en toute autonomie. 

Le relais est un matériel extrêmement fiable. Si vous avez un jour l’occasion de visiter un poste type « PRS » (ou « PRCI »), demandez à voir la salle à relais : ça fait quelque chose tous ces p’tits matériels qui basculent au gré des circulations qui les alimentent ou les shuntent !

Pour finir, sachez qu’après l’ère du tout relais – tout électrique, ont été conçus à partir des années 1980      des postes où l’informatique est progressivement venue seconder les relais. D’abord pour faire seulement l’interface entre l’aiguilleur et les enclenchements (commande d’un itinéraire non plus au bouton mais au clavier), suivi des circulations sur des plans de voie non plus sur un mur en dur mais sur un écran (c’est moins sexy, les grands Tableaux de Contrôle Optique à l’ancienne sont beaucoup plus parlants je trouve),  plus d’autres fonctions telles que l’enregistrement à l’avance d’itinéraires, si bien que l’aiguilleur se retrouve parfois la journée entière à surveiller la machine, un sujet dont il faudra reparler prochainement !

Mais maintenant, les progrès des calculateurs ont fait que des algorithmes très perfectionnés assurent eux même les fonctions d’enclenchement. Les Postes d’Aiguillages Informatisés (PAI), s’ils représentent le dernier cri de la technologie, ne ressemblent plus vraiment à un lieu ferroviaire mais à n’importe quelle salle de contrôle lambda … s’il a l’avantage de revenir moins cher en conception et en construction, le PAI est toutefois menacé par l’obsolescence des composants informatiques, beaucoup plus rapide que pour l’électromécanique. Aussi leur durée de vie ne sera peut-être pas aussi longue que celle des vieux postes électriques ou mécaniques, qui tiennent bon depuis 50 voire 100 ans !

Bien, il faut savoir en garder pour d’autres épisodes. Comme vous le voyez, la signalisation ferroviaire française est non seulement variée, mais sa philosophie et ses mécanismes reflètent aussi le poids de l’histoire et de la technique au fil des années. A ce titre, elle constitue elle aussi un véritable patrimoine et un véritable savoir-faire que la SNCF doit continuer à faire vivre. De même, les autres réseaux en Europe ont eux aussi leur spécificités et leurs attraits. En parler serait intéressant mais ferait de ce billet un véritable roman, et je ne sais finalement pas grand-chose des principes et des systèmes mis en œuvre hors de nos frontières.

Ce billet, aussi incomplet soit-il, n’attend que vos questions et vous commentaires, pour expliciter tel ou tel point, ou bien pour développer tel ou tel aspect. C’est à vous de parler, il y a encore beaucoup à dire sur la seule signalisation ! « 

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