Ligne à grande vitesse
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Une ligne à grande vitesse, ou LGV, est une ligne ferroviaire construite spécialement pour permettre la circulation de trains à grande vitesse.
Selon la définition de l'Union internationale des chemins de fer (UIC) employée dans la plupart des pays, une ligne à grande vitesse est une ligne spécialement construite pour une vitesse d'au moins Modèle:Unité ; ce terme peut aussi représenter une ligne existante, adaptée à une vitesse de 200 à Modèle:Unité, parcourue par des trains spécialement conçus pour la grande vitesse<ref>Modèle:Lien web.</ref> ; enfin, certaines lignes de raccordement à des LGV, notamment en Espagne<ref>Modèle:Lien web, document Modèle:N°.</ref> sont parfois assimilées à des lignes à grande vitesse.
On considère qu'au-delà de cette vitesse, l'observation de la signalisation latérale n'est plus possible (selon la Modèle:Laquelle). L'une des caractéristiques principales des LGV est donc d'inclure un système de signalisation particulière permettant de recevoir les indications de vitesse et certaines informations ponctuelles directement en cabine de conduite.
La première ligne de ce type est mise en service au Japon en 1964, baptisée Shinkansen. En Europe, la première ligne à grande vitesse est la Direttissima Florence-Rome, mise en service en 1977 en Italie. Il existe deux types de LGV, celles étanches au réseau historique (notamment pour des raisons de compatibilités techniques : écartement entre rails et gabarit) et celles en connexion avec ce dernier.
Les réseaux les plus maillés de LGV se trouvent :
- en Asie, essentiellement en Chine (avec un total de presque Modèle:Unité de ligne à grande vitesse fin décembre 2020) et au Japon (avec le réseau Shinkansen et ses Modèle:Unité de voie). On trouve aussi d'importants réseaux en Corée du Sud (avec des extensions à venir) et à Taïwan ;
- en Europe, principalement en Espagne (avec l'AVE comptabilisant environ Modèle:Unité de lignes nouvelles) et en France (avec le TGV et ses Modèle:Unité de voie nouvelles), mais aussi en Allemagne et en Italie<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
Depuis 2015, d'autres pays ont mis en service des lignes nouvelles à grande vitesse, comme la Turquie, le Maroc et l'Arabie Saoudite.
Historique
Modèle:... Les lignes à grande vitesse font encore l'objet de chantiers, particulièrement en Chine, dont l'objectif est d'atteindre Modèle:Unité de LGV en service en 2035Modèle:Référence nécessaire.
Le réseau
En 2021, Modèle:Nobr dans le monde disposent de lignes permettant de circuler à une vitesse supérieure ou égale à Modèle:Unité. Les chiffres peuvent varier d'une source à l'autre, suivant que l'on tient compte des lignes nouvelles, des lignes adaptées et de leurs raccordements.
Le tableau suivant en dresse l'inventaire au Modèle:Date- selon l'Union internationale des chemins de fer (UIC). Il tient compte, par exemple, pour son classement, de Modèle:Unité de lignes dont la vitesse est limitée entre 70 et Modèle:Unité au Japon, alors que seules les lignes au-dessus de Modèle:Unité sont prises en considération pour l'Europe. Ce tableau est présenté selon le kilométrage actuel des lignes en service.
- Densité et projets de constructions de lignes à grande vitesse pour certaines zones géographiques
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Densité du réseau LGV en Europe (vitesse ≥ Modèle:Unité). En km par million d'habitants (2010).
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Densité du réseau LGV. Est Asiatique (vitesse ≥ Modèle:Unité). En km par million d'habitants (2010).
Densité du réseau LGV. Est Asiatique (vitesse ≥ Modèle:Unité). En km par million d'habitants (2010).
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Lignes à grande vitesse actuelles et futures en Russie permettant de relier l'Europe à l'Asie.
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Lignes à grande vitesse aux États-Unis.
Aspects techniques
Les lignes à grande vitesse (LGV) présentent des caractéristiques techniques communes.
La voie
La vitesse impose des contraintes géométriques au tracé des voies. En raison de l'augmentation de l'effet centrifuge avec la vitesse, le rayon minimal des courbes est élevé, en fonction des vitesses visées (à la différence des lignes anciennes construites à des époques où Modèle:Unité était de la grande vitesse). Ce rayon minimal va de Modèle:Unité (pour la ligne de Shinkansen Tōkaidō ouverte en 1964 à Modèle:Unité) à Modèle:Unité pour des lignes récentes ou futures prévues pour des vitesses de l'ordre de Modèle:Unité. Selon le terrain les tracés sont le plus rectilignes possibles avec des courbes de plus grand rayon : le record du Modèle:Date- à [[Records du monde de vitesse sur rail en France|Modèle:Unité]] a été obtenu dans une courbe de Modèle:Unité de rayon.
Le profil (rampes et pentes) peut, si la ligne est spécialisée aux circulations à grande vitesse, être aussi sévère que celui des lignes de montagne. L'énergie cinétique emmagasinée par les trains à grande vitesse et leur puissance massique très élevée leur permet de monter des rampes très fortes sans trop pénaliser leur consommation électrique. La LGV Paris-Sud-Est comporte des rampes de Modèle:Nobr (traversée du Morvan<ref name="Blier">Gérard Blier, Nouvelle Géographie ferroviaire de la France, Tome 2 : L'organisation régionale du trafic, 1993, éd. La Vie du Rail, Modèle:P..</ref>) ; sur la LGV Cologne - Francfort elles atteignent Modèle:Unité<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Railway Technology - Frankfurt-Cologne route of the Inter City Express network operated by Deutsche Bahn, sur le site railway-technology.com</ref>. Cette caractéristique facilite l'insertion des lignes et réduit les coûts de construction.
Elles doivent être à voie normale (Modèle:Unité) ou à voie large. La voie métrique ou étroite ne permet pas d'atteindre Modèle:Unité en service courant. C'est pourquoi au Japon comme à Taiwan, le réseau à grande vitesse devait être distinct du réseau classique. Dans la péninsule ibérique, où les lignes classiques sont à voies larges, les LGV sont construites ou prévues à l'écartement standard uniquement pour préserver la compatibilité avec le reste de l'Europe<ref>Condition sine qua non au financement important apporté par l'Union Européenne</ref>.
La voie doit présenter des qualités géométriques et mécaniques très élevées. Pour les voies sur ballast : profil de ballast adapté, traverses en béton (mono- ou bi-blocs) partout, y compris sous les appareils de voie (bien que les appareils soient restés sur plancher bois jusqu'à la construction de LN3), rail lourd (UIC 60 - 60E1 aujourd'hui). Dans plusieurs pays (Japon, Allemagne, Chine), l'usage de voies sur dalles de béton se développe, voire se généralise.
L'entraxe des voies doit être augmenté (4,2 à Modèle:Unité) pour limiter l'effet de souffle au croisement de deux trains.
Les ouvrages d'art
Les ouvrages d'art nécessitent des calculs adaptés aux vitesses pratiquées (effets dynamiques plus importants<ref>Dans les deux sens, puisque les voies sont « banalisées ».</ref>).
Si elles comportent des tunnels, la section de ceux-ci doit être (sur)dimensionnée, en particulier aux extrémités, pour limiter les effets de la pression aérodynamique.
Le type de trafic autorisé
Une LGV est le plus souvent dédiée au déplacement à grande vitesse des voyageurs et du courrier. Un trafic mixte voyageurs et marchandises entraîne des contraintes fortes. Le débit possible d'une ligne diminue fortement si y circulent des trains de vitesses très différentes (300 et Modèle:Unité, a fortiori 300 et Modèle:Unité). Le croisement de trains à grande vitesse et de trains de marchandises « tout venant » n'est guère envisageable en raison des risques de déstabilisation de chargements par effet de souffle. Aussi, les trains de marchandises ne peuvent circuler que pendant les périodes de fermeture au trafic à grande vitesse — la nuit, par exemple. Mais cela pose un autre problème car ces périodes sont utilisées pour l'entretien de l'infrastructure. Les fortes rampes limitent beaucoup le tonnage possible des trains de marchandises. Des circulations lentes empêchent d'appliquer à la voie le dévers maximum pour les LGV : pour une même vitesse limite, on doit alors prévoir des courbes de plus grand rayon. En conséquence, une ligne mixte est plus coûteuse en ouvrages d'art et plus difficile à insérer dans le paysage. La mixité est souvent limitée à des tronçons particuliers (ancien contournement de Tours sur la LGV Atlantique<ref>DÉCISION de fermeture de la section, comprise entre les PK 223.628 et 232.316 d’une longueur de 8.688 kilomètres, de Chambray-lès-Tours à Monts de la ligne Modèle:N° de Paris-Montparnasse à Monts, étant précisé que son emprise est maintenue dans le domaine public ferroviaire.</ref>, contournement de Nîmes et de Montpellier connecté à la LGV Méditerranée) ; ailleurs, elle concerne un faible nombre de circulations « lentes » (LGV allemandes ou LGV Sud-Est).
Les caténaires
Les LGV sont toujours électrifiées, car outre les contraintes d'emport de carburant et de réalimentation, la traction thermique ne permet pas les puissances massiques et les puissances instantanées nécessaires à la grande vitesse. Mise à part la LGV Rome-Florence électrifiée en Modèle:Unité (comme la Direttissima et le reste du réseau italien hors LGV), les LGV sont électrifiées à tension élevée de Modèle:Unité dans les réseaux utilisant ce système (Allemagne, Autriche, Suisse), Modèle:Unité partout ailleurs (même les actuelles et futures LGV italiennes).
Les caténaires sont plus tendues que celles des lignes classiques, afin que la vitesse de propagation de l'onde mécanique (ondulation du fil de contact de la caténaire provoquée par le contact du pantographe) reste supérieure à la vitesse du train. En effet, si le train allait plus vite que l'onde, on aurait une accumulation de la déformation en avant du pantographe, ou mur de la caténaire, un phénomène qui provoquerait une rupture de la caténaire (phénomène similaire au mur du son, mais pour un câble).
Les ondes générées par le frottement du pantographe se déplacent, sur une caténaire classique, à une vitesse proche de Modèle:Unité. Lorsque le train roule à une vitesse proche de ces ondes, il peut les rattraper. Le pantographe ondulant n’est alors plus en contact que par moments avec la caténaire, ce qui provoque une alimentation électrique par intermittence, empêchant une circulation normale de la rame. Il est donc nécessaire de tendre davantage la caténaire pour faire face à des circulations à des vitesses supérieures à Modèle:Unité, ce qui accélère son usure. C'est une des raisons pour lesquelles les records de vitesse sont en général établis sur des lignes neuves, où les caténaires neuves peuvent être sur-tendues sans risque de rupture mécanique, puis détendues pour être adaptées à la vitesse de service normal une fois le record établi.
Avec le record du 3 avril 2007, la vitesse de l’onde était de l’ordre de Modèle:Unité, à peine supérieure à la vitesse atteinte (Modèle:Unité).
La signalisation
Les LGV sont équipées de systèmes de signalisation avec transmission d'informations sol-train (Transmission voie-machine (TVM) en France, Linienzugbeeinflussung (LZB), en Allemagne, Transmission balise-locomotive (TBL) en Belgique, etc.). Un système de signalisation européen existe : c'est l'ETCS. Il est installé sur les cinq LGV françaises les plus récentes<ref group=N>LGV Est européenne, LGV Rhin-Rhône, LGV Sud Europe Atlantique, LGV Bretagne-Pays de la Loire, Contournement Nîmes - Montpellier.</ref> et est en installation sur la LGV Sud-Est. Il doit à terme constituer l'unique signalisation européenne. L'ETCS double la Modèle:Lnobr, mais il n'est pas utilisé en 2009. Tous ces systèmes comportent un renvoi en cabine des informations sur la vitesse à respecter, la présence de coupez-courantModèle:, etc. et comportent un contrôle de la vitesse, soit continu par palier (TVM300), soit avec calcul de courbes de freinage (TVM430).
Sécurité extérieure
Elles sont généralement clôturées pour éviter les intrusions d'animaux et les actes de malveillance. Les passages à niveau sont proscrits et les ponts sont équipés de systèmes de détection pour éviter la chute d'objets sur la voie (DCV - Détecteurs de chutes de véhicules) ainsi que de systèmes de surveillance des vents latéraux (DVL - Détecteurs de vents latéraux). Certaines zones sont aussi équipées d'appareillages de mesures de gel (LGV Est).
Coût
Compte tenu de leurs caractéristiques techniques, la construction de lignes ferroviaires à grande vitesse représente un investissement relativement lourd.
Le prix au kilomètre est fonction de divers paramètres : le relief des zones à traverser ; les ouvrages d'art à construire, les communications à rétablir (notamment routières) ; le type de ligne envisagé (réservée aux circulations à grande vitesse ou mixte voyageurs / fret) ; l'insertion dans le paysage et le respect des réglementations locales en matière d'environnement.
Début 2007, on estimait le coût moyen au kilomètre à 17 millions d’euros courants, pour une emprise de Modèle:Unité (largeur totale) et une plateforme de Modèle:Unité, soit environ trois fois le coût de construction d'une autoroute 2×2 voies<ref>Coûts moyens pour les LGV françaises construites par la SNCF et/ou RFF, en service au Modèle:Date- - Chiffres RFF. Le coût moyen au kilomètre d'une autoroute Modèle:Dunité varie de Modèle:Unité à plus de Modèle:Unité, en fonction notamment du relief des zones à traverser - Source ministère français de l'Équipement et des Transports.</ref>.
Dans certains pays au relief accidenté (Espagne notamment), ce coût moyen peut doubler. Il en est de même lorsque la densité de population est telle que les lignes doivent passer en tunnel sur une longueur importante (desserte de la gare Londres - Saint Pancras).
Dans une étude effectuée pour RFF en Modèle:Date-, le prix kilométrique varie entre Modèle:Unité et Modèle:Unité. Les ouvrages d'art augmentent le coût kilométrique<ref>LGV Poitiers Limoges : label bas coût ! Sur le site lgv.limogespoitiers.info</ref>.
Dans l'avant projet SNIT 2010, les prix varient entre Modèle:Unité pour la LGV Poitiers Limoges (mais à voie unique) à Modèle:Unité pour LGV PACA (relief accidenté ou très urbain).
Les lois d'orientation du Grenelle II imposent au maître d'œuvre d'optimiser l'intégration environnementale des LGV, ce qui augmentera considérablement leur coût kilométrique<ref>Grenelle: la trame verte, un statut de protection inédit de la nature Sur le site lgv.limogespoitiers.info</ref>.
Capacité
L'investissement lourd est rentable si le trafic voyageurs est suffisant<ref name="Zembrilien 1997">Les fondements de la remise en cause du Schéma Directeur des liaisons ferroviaires à grande vitesse : des faiblesses avant tout structurelles Modèle:P. Annales de Géographie Modèle:N° Pierre Zembrilien 1997</ref>. Réseau ferré de France (RFF) indique sur son site qu'une LGV utilisée à son potentiel maximum par des TGV Duplex équivaut à une autoroute 2×5 voies (la LGV Sud Est est aujourd'hui saturée, et donc à ce stade). La capacité d'une ligne est dépendante du nombre de trains qu'on peut y faire circuler et du nombre de passagers qu'on peut transporter par train.
Une étude du ministère de l’Équipement de 2002 avait estimé que la LGV Sud-Est, la plus chargée avec Modèle:Nb par jour cette année, avait une capacité théorique 4,5 fois supérieure<ref name="Sauvant2002">Modèle:PdfDes réserves importantes de capacité à long terme dans les principales lignes ferroviaires à grande vitesse et les grands aéroports parisiens Alain Sauvant 2002</ref>.
Au Japon, la ligne Shinkansen Tōkaidō a transporté Modèle:Nb par jour en 2007 (des gares intermédiaires importantes étant situées sur la ligne, une faible part des voyages se font de bout en bout)<ref name="JrcDataBook2008">{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} JR Central Data Book 2008 Modèle:Pdf, sur jr-central.co.jp</ref>.
Certains projets de ligne nouvelle, comme la LGV Paris - Londres par Amiens ou la LGV POCL, sont notamment motivés par la saturation des anciennes lignes qu'elles sont amenées à doubler (respectivement la LGV Nord et LGV Sud Est).
Au contraire, certains projets en Espagne semblent moins utiles. À nombre de kilomètres de ligne comparable, l'Espagne compte 5 % du nombre de voyageurs à grande vitesse du Japon et 15 % et de ceux de la France<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} El AVE: sueños de nuevo rico, sur le site nuevatribuna.es</ref>.
Pour l'infrastructure
Le nombre de sillons quotidiens correspond au produit de la cadence maximale admissible par l'amplitude horaire de fonctionnement de la ligne. Les cantons sont définit par la vitesse d'un train : plus la vitesse est élevée plus il aura besoin de distance pour s'arrêter, faisant augmenter la longueur du canton.
Aujourd'hui, la LGV Paris-Lyon autorise la circulation de Modèle:Nobr par heure. L'utilisation de l'ETCS niveau 2 (ou de la TVM 430, opérationnel par exemple sur la LGV Est Européenne) permettrait de porter la capacité à Modèle:Nobr par heure. L'adoption du canton mobile déformable permise par le futur ETCS Modèle:Nobr augmenterait la capacité de la ligne à Modèle:Nobr horaires<ref>Philippe Hérissé, Modèle:Lien brisé Sur le site blog.laviedurail.com, février 2007</ref>. Pour comparaison, une ligne classique autorise de 20 à Modèle:Nobr par heure, mais les trains roulent deux fois moins vite (160 km/h généralement)<ref>Transport du Grand Paris: la SNCF propose une variante ferroviaire avec TGV, dépêche AFP 29 juillet 2009</ref>; la SNCF a prévu d'expérimenter en 2013, sur certaines lignes d'Île-de-France, un régime d'exploitation permettant Modèle:Nombre horaires, mais cela ralentit encore la vitesse maximale<ref>Vers un trafic plus fluide sur les RER et trains Transilien, sur ctendance.com (consulté le 2 juin 2012).</ref>.
L'étude du ministère de l’Équipement fait l'hypothèse d'une circulation de 6 h 00 à 22 h 00 avec une heure d'interruption en journée (blanc travaux). C'est l'hypothèse de la régularité de la demande qui est la plus contraignante. Aujourd'hui, les demandes des voyageurs sont très fluctuantes (heures de pointe du matin et du soir, week-end, départ de vacances) et lisser les pics de consommation nécessite des techniques de yield management comme la modulation temporelle des tarifs en fonction de l'heure<ref name="Sauvant2002"/>. Cela pose un problème politique d'équité entre les voyageurs ; dans un arrêt de 1993, le Conseil d'État a estimé que, sous certaines conditions, la modulation temporelle des tarifs était compatible avec la mission de service public de la SNCF<ref>Assemblée générale (Section des travaux publics) no 353 605 - 24 juin 1993 Modèle:Pdf, sur conseil-etat.fr</ref>,<ref>À l'inverse, cette modulation a permis d'optimiser le système en faisant décaler les séjours de loisirs à la semaine, du dimanche au samedi, d'abord pour ceux en montagne puis pour ceux des façades maritimes, justement dans le creux du WE pour le ferroviaire et de la pleine charge sur le réseau routier.</ref>. Depuis la conduite de cette étude<ref name="Sauvant2002"/>, l'introduction de NOTES (Nouvelle Offre Tarifaire Et de Service) en 2007 par la SNCF a augmenté le recours aux modulations tarifaires pour lisser davantage la demande.
Pour les trains
Les rames Duplex Ouigo (en France seulement), permettent de transporter Modèle:Nobr assis par rame, c'est aujourd'hui le matériel TGV de plus grande capacité. Le développement de l'automotrice à grande vitesse Duplex pourrait augmenter les capacités d'emport. Il a été envisagé de construire des "Jumbo Duplex", composés de deux rames Duplex fusionnées, qui auraient embarqué Modèle:Nombre<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} TGV : 25 years of success to share, ALSTOM continues to innovate, sur le site alstom.com du 22 janvier 2012</ref>, mais l'étude a été abandonnée. Cependant le TGV M (sur les rails en 2024) devrait pourvoir transporter environ 740 personnes.
Au Japon, le Shinkansen est de plus grande capacité grâce à une largeur supérieure au gabarit UIC (Modèle:Unité et Modèle:Nombre pour le Shinkansen série 700) autorisant cinq sièges par rangée en seconde classe (quatre par rangée en Modèle:1re classe).
En Chine, cinq sièges sont placés par rangée en seconde classe, quatre en Modèle:1re classe et trois en classe affaire dans les nouveaux Fuxing.
Une rame TGV a une longueur de Modèle:Unité (Modèle:Unité pour le TGV Atlantique). Elle peut circuler en unité simple ou en unité multiple (deux rames accouplées), formant un train de longueur compatible avec les quais de gare de Modèle:Unité normalisés par l'UIC. Dans les gares existantes, l'allongement des quais pour permettre un fonctionnement en unité triple ou quadruple est considéré comme trop onéreux. Il faudrait par ailleurs organiser l'acheminement des passagers, Modèle:Unité étant considéré comme une limite haute à la distance de confort pour un voyageur à pied<ref>Accord Européen sur les Grandes Lignes Internationales de Chemin de Fer (AGC) Modèle:Pdf, sur unece.org, 31 mai 1985.</ref>.
La SNCF annonce un taux de remplissage moyen du TGV de 77 % en 2008<ref>Modèle:Pdf Bilan 2008 - perspectives 2009, SNCF (consulté le 2 juin 2012).</ref>.
Notes et références
Notes
Références
Voir aussi
Articles connexes
- Liste des lignes à grande vitesse en France
- Liste des lignes à grande vitesse dans le monde
- Shinkansen
- Grande vitesse ferroviaire
- Infrastructure ferroviaire
- Hyperloop (projet théoriquement concurrentiel)
Liens externes
- High Speed, Union internationale des chemins de fer (UIC).
- Carte du réseau ferré européen sur le site de SNCF Réseau.
- Le train à grande vitesse dans le monde : perspectives d’avenir Modèle:Pdf, Centre d'analyse stratégique, Modèle:Date-.
- L'Europe à grande vitesse Modèle:Pdf, Commission européenne, 2010.
- Rapport sur les interconnexions des LGV européennes Modèle:Pdf, 2003.
- MIR initiative, participations aux projets stratégiques de « métro » à grande vitesse de la région METR (Middle East, Europe, Turkey, Russia) et des zones voisines.
