Transmission voie-machine

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La TVM, ou transmission voie-machine est un système de signalisation ferroviaire en cabine en service sur les lignes à grande vitesse du réseau français de TGV, dans le tunnel sous la Manche, sur la High Speed 1 au Royaume-Uni, la ligne 1 en Belgique ainsi qu'en Corée du Sud. Elle est sensiblement différente de la signalisation des lignes classiques. En effet, compte tenu de la vitesse élevée de circulation des trains, l'observation d'une signalisation latérale traditionnelle par les conducteurs n'est plus possible et ne leur laisserait pas de temps de réaction suffisant.

Le système de la TVM a été mis au point par le groupe CSEE.

Présentation[modifier | modifier le code]

L'information est transmise aux trains par l'intermédiaire d'impulsions électriques transmises par les rails. Une antenne placée sous le train capte le signal qui est décodé par un ordinateur de bord et fournit au conducteur l'indication de la vitesse actuelle et de la vitesse limite par l'intermédiaire d'instruments placés sur la planche de bord.

Ce haut degré d'automatisation n'empêche pas le conducteur de maîtriser totalement la conduite du train. Cependant, en cas d'erreur de conduite ou de défaillance inopinée d'une composante du système bord ou voie, le système reprend la main et assure l'arrêt automatique du convoi.

Les limites des cantons sont repérées par des jalons jaune et bleu

La ligne est divisée en cantons d'environ 1500 mètres de long, dont les limites sont repérées le long de la voie par des jalons portant un triangle jaune sur fond bleu. Les instruments de bord affichent la vitesse limite autorisée sur le canton actuel ainsi que la vitesse limite déterminée en fonction du profil de la ligne vers l'avant. La vitesse limite autorisée dépend de divers facteurs tels que la proximité de trains vers l'avant (la vitesse limite décroissant régulièrement dans les cantons proches de l'arrière du train précédent), l'emplacement des appareils de voie, les limitations éventuelles de vitesse, la vitesse maximum du train ou la distance jusqu'à la fin de la LGV.

Une rame TGV lancée à 320 km/h ne peut pas s'arrêter sur une distance égale à un canton. Afin d'arrêter une rame TGV en freinage de service, la TVM génère une séquence d'arrêt qui consiste à émettre des informations de vitesses à respecter successivement décroissantes. En règle générale, un train lancé à 320 km/h utilisera 6 ou 7 cantons (selon le cas) pour s'arrêter, soit une distance d'environ 10 km.

Versions[modifier | modifier le code]

Deux versions du système de signalisation TVM sont en service sur les LGV : la TVM-430 et la TVM-300.

La TVM-300 est un système de transmission de données analogique. Supporté par le Circuit de Voie UM 71, la TVM-300 permet la transmission d'une consigne de vitesse parmi 18. Elle a été déployée initialement sur la LGV Sud-Est (LN1) ainsi que sur la LGV Atlantique (LN2). Le contrôle de vitesse associé à ce système est un contrôle de vitesse par palier, sans aucune notion de distance but ou de profil moyen. De plus, ce système ne renseigne pas le conducteur sur la nature de l'information du canton suivant, contrairement à la TVM-430.

La TVM-430, système de transmission de données numériques, a été installée d'abord sur la LGV Nord vers le tunnel sous la Manche puis sur les LGV plus récentes, en France sur la LGV Est européenne, ainsi qu'en Belgique, en Corée du Sud et en Angleterre. Elle donne davantage d'informations que la TVM-300, avec un message de 27 bits, incluant un code réseau, une consigne de vitesse, une distance but et un profil moyen.

Elle présente aussi l'avantage de permettre au système informatique à bord du train de respecter une courbe continue de contrôle de la vitesse dans l'éventualité de déclenchement du freinage d'urgence, forçant efficacement le conducteur à réduire la vitesse en sûreté sans relâcher le freinage. Le contrôle de vitesse étant plus efficace, la TVM-430 permet de réduire les dimensions des emprises ferroviaires en réduisant les coûts de génie civil.

Une rame TGV équipée en TVM-430 sera à même de décoder des informations TVM-300.

Initialisation[modifier | modifier le code]

Quand un train arrive sur une LGV en venant d'une ligne classique, il passe au-dessus d'une boucle au sol qui déclenche le basculement de l'affichage de bord vers le système de signalisation de cabine (ou CAB Signal). Cette transition est réalisée, la plupart du temps, au franchissement du dernier signal lumineux classique. Cette opération s'appelle "Armement du CAB Signal". Immédiatement en aval du point d'armement, un contrôle est effectué afin de vérifier que les systèmes de bord ont bien permuté vers le système TVM. Ce contrôle est réalisé par une balise KVB qui transmet une information spécifiquement créée à cet effet (KAR). Si le CAB Signal n'est pas activé, un freinage d'urgence est déclenché automatiquement. Ce dispositif permet d'éviter qu'une rame circule sur une LGV sans système TVM armé. Pour être sûr que la TVM est armée sur une LGV, un autre contrôle est effectué par le KARM (Contrôle d'armement).

Un train quittant une LGV voit son système d'affichage TVM désactivé tandis que le système de contrôle de la vitesse pour lignes classiques, s'il existe, est activé (par exemple le KVB si on est en France). Cette opération s'appelle "désarmement du CAB Signal" et s'effectue de façon analogue à l'armement. Un passage sur une balise KVB (DKAR) inhibe le mode "LGV" du contrôle KVB à bord, puis un passage sur une boucle inductive désarme le CAB Signal.

Description[modifier | modifier le code]

Le système de la TVM-430 comprend deux sous-systèmes : l'un situé sur la voie, l'autre à bord du train. Les deux font appel à des microprocesseurs de la classe Motorola 68020, tels que ceux employés sur les premiers modèles d'Apple Macintosh, et sont programmés en langage Ada, langage informatique souvent utilisé dans les systèmes critiques de sécurité. Ce système fait largement appel à la redondance ; le délai moyen entre deux défaillances dangereuses est estimé à plus d'un million d'années.

Le sous-système au sol de la TVM-430 comprend des postes placés le long des voies qui contrôlent des sections de voie de 14 km environ de long. Chacun d'eux est relié au centre de contrôle de la circulation et contrôle directement environ dix cantons, dont chacun a une ou plusieurs zones de circuit de voie (32 au maximum). L'information de signalisation est encodée en signaux de courant alternatif qui sont injectés dans les rails de chaque canton. Quatre fréquences porteuses différentes sont disponibles dans la TVM-430 et sont utilisées alternativement par paires sur les deux voies d'une ligne TGV. Sur une voie, les cantons sont alternativement en 1700 Hz et 2300 Hz, tandis que sur l'autre voie, ils sont alternativement en 2000 Hz et 2600 Hz. Sur ces fréquences porteuses, sont modulées 27 très basses fréquences distinctes; toute combinaison de celles-ci pouvant être présente à un moment donné (Le système TVM-300 emploie 18 fréquences distinctes, dont une seule peut être présente à un moment donné).
Chaque zone de circuit de voie possède un récepteur à l'extrémité opposée à celle de l'émetteur. La perte du signal de circuit de voie (que ce soit par court-circuitage par les essieux du train ou par suite d'une défaillance) est interprétée comme une indication d'occupation du canton. Les limites de zones de circuit de voie sont équipées de joints électriques de séparation qui interdisent toute interférence entre deux zones adjacentes tout en laissant passer le retour du courant de traction (à 50 Hz) (l'appellation technique est « circuit de voie UM71 »).

Les signaux présents dans le rail sont reçus par des capteurs montés sous le carénage frontal des rames TGV, à environ un mètre en avant du premier essieu. Ces capteurs fonctionnent par couplage inductif avec le signal alternatif shunté entre les rails par le premier essieu. Il y a quatre capteurs redondants par rame, deux à chaque extrémité. Seuls les deux capteurs de l'avant du train (dans le sens de la marche) sont en fonction. Le signal venant du circuit de voie est filtré, conditionné et décodé à bord du train par deux microprocesseurs DSP (digital signal processors) TMS320C25 redondants.

Le signal décodé prend la forme d'un mot numérique de 27 bits, dont chaque bit correspond à l'une des 27 fréquences encodées dans la fréquence porteuse des circuits de voie. Ce mot comprend plusieurs champs, dans l'ordre suivant :

  • Code de réseau, indique au train le réseau ferroviaire emprunté. Il conditionne l'interprétation des codes ci-après. Les trains Eurostar, circulant sur plusieurs réseaux, ont besoin des tables de décodage des différents réseaux;
  • Code de vitesse, contenant trois informations : la vitesse limite autorisée dans le canton en cours, la vitesse limite à la fin du canton et la vitesse limite à la fin du canton suivant.
  • Déclivité, donnée moyenne sur la longueur du canton.
  • Distance but, fournit la distance qui sépare le train de la fin du canton. Par exemple, dans une section plane de ligne à grande vitesse, un canton a normalement 1500 m de long alors que dans les zones terminales du tunnel sous la Manche, les cantons sont dix fois plus courts.
  • Code d'erreur, permettant de contrôler l'intégrité du mot entier de 27 bits. Dans le cas d'une erreur de lecture, l'erreur est détectée d'après le code d'erreur, mais elle n'est pas corrigée par sécurité. Ce code prend la forme d'un contrôle de redondance cyclique (CRC) à 6 bits.

Ces 27 bits d'information sont une donnée d'entrée pour le système informatique de signalisation à bord du train, le sous-système de bord de la TVM-430. Avec les informations complémentaires sur la distance-but et le profil, la TVM-430 engendre une courbe de freinage limite.

Boucles à saut de phase (TVM-430)[modifier | modifier le code]

Outre le contrôle de vitesse continu, des informations ponctuelles sont transmises au train par des boucles inductives à saut de phase placées entre les rails et couplées avec des capteurs correspondants placés sous le train. 80 bits d'information (2 x 5 octets) sont alors captés à des vitesses allant jusqu'à 400 km/h. Les informations transmises concernent différentes actions telles que :

  • Activation ou désactivation de la TVM-430 (Entrée ou sortie de ligne à grande vitesse)
  • Fermeture des prises d'air de climatisation avant l'entrée dans un tunnel
  • Montée ou descente des pantographes
  • Basculement des tensions d'alimentation
  • Ouverture automatique des disjoncteurs pour franchissement d'une section de séparation de phase
  • Contrôle ponctuel de vitesse à 22 km/h (TVM-430)
  • Commutation de canal radio (TVM-430)
  • Arrêt absolu dans le cas d'un franchissement intempestif d'un repère d'arrêt
  • Alarme DBC (Détecteurs de Boîtes Chaudes) dans certaines applications (en Corée notamment)

ATESS[modifier | modifier le code]

Un système d'enregistrement passif surveille l'ensemble du processus, enregistrant une quantité de paramètres, à l'instar des boîte noires dans l'aéronautique. Dans les rames équipées de la TVM-430, l'ancien équipement d'enregistrement graphique a été remplacé par le système d'enregistrement numérique ATESS. Chaque action du conducteur (manipulateur, frein, pantographes, etc.) ainsi que les aspects signalisation (TVM-430, KVB et signaux classiques) sont enregistrés sur une cassette numérique (mémoire Flash) permettant leur analyse sur un ordinateur de bureau.

Que voit le conducteur ?[modifier | modifier le code]

Au centre de la planche de bord d'une cabine de TGV, juste sous le pare-brise, il y a une double rangée d'afficheurs carrés. C'est là que s'affichent, pour le conducteur, les vitesses limites du canton en cours et des cantons suivants, sous la forme de nombres (en km/h) sur un fond de couleur codé. La vitesse limite en « voie libre » est indiquée en chiffres noirs sur fond vert, tandis que les limites inférieures sont indiquées en chiffres blancs sur fond noir et l'indication d'arrêt est indiquée par « 000 » sur fond rouge. Sous cet écran, se trouve le tachymètre, qui indique la vitesse limite variant continuellement ainsi que la vitesse réelle. (La vitesse est mesurée par un tachymètre redondant avec une précision de 2 %.) La variation autorisée entre la vitesse limite et la vitesse réelle dépend de la vitesse et est plus réduite à vitesse plus élevée. À titre indicatif, lorsque l'affichage de la vitesse limite indique 300 km/h, le système de bord déclenchera le freinage d'urgence à partir de 315 km/h. En règle générale, les informations de vitesses libératoires (taux de vitesse supérieur) peuvent être présentées au plus tôt dès que toutes les conditions de restriction sont levées. Par contre, toutes les informations restrictives (taux de vitesse inférieur) ne peuvent être présentées qu'à l'entrée d'un canton, soit au passage au droit d'un repère jaune et bleu.

Indications au CAB Signal (TVM-300)[modifier | modifier le code]

Informations principales (en TVM 300) :


Signaux visibles en cabine
Nom
Signal
Vitesse-limite à respecter
Actuelle
Prise en charge
à prévoir
Rouge
Cab Speed 000E.svg
Repère F: 30 km/h
35 km/h
0 km/h ou 30 km/h
(jalon Nf ou F)
Repère Nf: 0 km/h
Zéro

(Avertissement 0)

Cab Speed 000A.svg
Signal précédent = 80A: 80 km/h
90 km/h
Signal précédent = 160A: 160 km/h
170 km/h
080E

(Exécution 80)

Cab Speed 080E.svg
80 km/h
90 km/h
80 km/h
080A

(Annonce 80)

Cab Speed 080A.svg
160 km/h
170 km/h
160E

(Exécution 160)

Cab Speed 160E.svg
160 km/h
160A

(Annonce 160)

Cab Speed 160A.svg
220 km/h
235 km/h
220E

(Exécution 220)

Cab Speed 220E.svg
220 km/h
220A

(Annonce 220)

Cab Speed 220A.svg
270 km/h
285 km/h
270V
Cab signal 270V blink.gif
270 km/h
270VL (Voie Libre 270 km/h)
Cab Speed 270V.svg
270A

(Annonce 270)

Cab Speed 270A.svg
300 km/h
315 km/h
300V
Cab signal 300V blink.gif
300 km/h
300VL (Voie Libre 300 km/h)
Cab Speed 300V.svg


Informations supplémentaires :


Signal Image Description
Contrôle vitesse Cab Indication SpeedControl.PNG Ce voyant s'allume si la vitesse-limite à respecter immédiatement est dépassée. Si le dépassement de la vitesse-limite franchit la limite de prise en charge par le contrôle automatique, le contrôle déclenche un freinage d'urgence.
Annonce

"Coupez courant"

Cab Indication CutCurrent.PNG Ce voyant annonce une zone de changement de phase d'alimentation que le train devra passer avec le disjoncteur principal de l'engin moteur ouvert.
Annonce

"Baissez panto"

Cab Indication LowerPanto.PNG Ce voyant annonce une zone de changement de tension que le train devra passer avec le pantographe abaissé.

Signification des indications[modifier | modifier le code]

  • Indication "300 VL" : cette indication commande au conducteur de circuler à vitesse maximale de 300 km/h si rien ne s'y oppose.
  • Indication "300 V /270 V clignotant" : cette indication signifie au conducteur qu'une indication de ralentissement sera présentée dans le canton suivant. Cette indication est appelée "information prémonitoire". Elle sert à attirer l'attention du conducteur qui va s'engager dans une séquence de ralentissement. Cependant, le conducteur peut réglementairement maintenir sa vitesse à 300 km/h.
  • Indications d'annonce "270A/220A/160A/80A" : cette indication signifie que le conducteur devra être au taux de vitesse indiqué à la fin du canton. Il dispose d'environ 2000 mètres en TVM-300 pour ralentir et se conformer au taux indiqué. Il est à noter que les indications d'annonce sont toujours présentées dans le même ordre 270A → 220A → 160A → 80A. Le losange blanc en fond sert à maintenir une homogénéité de présentation avec les TIV de la ligne classique.
  • Indications d'exécution "220E/160E/80E" : cette indication commande au conducteur de respecter le taux de vitesse affiché tant que cette information est présentée au CAB Signal.
  • Indication "000" : cette indication commande au conducteur de s'arrêter en amont du prochain repère.
  • Indication "Rouge" : indication de marche à vue. Le conducteur peut circuler sans dépasser 30 km/h. Cette indication peut être soit commandée par le système, soit être commandée par occupation de voie, soit être présentée suite à defaut de fonctionnement du circuit de voie, soit être présentée par une mauvaise orientation du circuit de voie. Une indication "Rouge" appraissant subitement en cabine provoque immédiatement un freinage d'urgence si le train circule à plus de 35 km/h.

Différences avec la TVM-430[modifier | modifier le code]

  • En TVM-430, d'autres taux de vitesse peuvent être codés : 320 km/h, 230 km/h, 200 km/h, 170 km/h, 130 km/h, 60 km/h
  • Les indications d'annonces peuvent toutes être clignotantes : cela signifie que le conducteur devra respecter le taux de vitesse annoncé à la fin du canton et, de plus, le clignotement indique que le taux de vitesse commandé dans le canton suivant sera encore plus restrictif. Ce dispositif permet d'améliorer le confort de conduite et évite au conducteur d'être pris "au dépourvu" lorsqu'il doit respecter des taux de vitesse "Exécution" sur une certaine distance.

Actions sur la TVM[modifier | modifier le code]

Comme tout système de signalisation, la TVM interagit avec d'autres installations qui peuvent directement agir sur les indications présentées. Seules les indications d'exécution ou le "Rouge" peuvent être commandés. Les indications d'annonce sont automatiquement calculées par le système TVM.

Action des postes d'aiguillage[modifier | modifier le code]

Les postes d'aguillage réalisent la fonction essentielle de commande et de contrôle des installations de sécurité. Les postes d'aiguillage sur LGV peuvent être de technologies différentes :

Les postes d'aiguillage peuvent agir sur la TVM de plusieurs façons (liste non exhaustive):

  • Commande du "Rouge" par itinéraire non établi
  • Commande d'un taux de vitesse "Exécution" pour des raisons d'exploitation
  • Commande d'un taux de vitesse en raison de la position d'une aiguille
  • Mise en place de protections pour le personnel intervenant sur la plateforme ferroviaire

De même, un poste situé sur le réseau classique peut agir sur les informations TVM. Par exemple, en sortie de LGV, le premier signal lumineux rencontré peut être commandé par un poste qui ne dépend pas de la LGV. En conséquence, suivant les aspects présentés par le signal, la TVM doit transmettre des informations qui permettent d'observer et de respecter les indications du signal. (Si le signal lumineux présente une indication d'arrêt absolu, la TVM injectera l'information "000" immédiatement en amont).

Actions des installations sur le terrain[modifier | modifier le code]

D'autres installations de sécurité peuvent agir sur les indications de la TVM sans aucune intervention des postes d'aiguillage :

  • Présence d'un train sur la voie : un train présent sur un circuit de voie a pour conséquence l'émission de l'indication "Rouge" derrière le train (fonction espacement)
  • Commutateurs mis à la disposition des agents de maintenance sur le terrain pour ralentir les circulations le temps de leurs interventions
  • Chute de tension de la caténaire : arrêt des trains circulant vers un secteur privé de tension électrique
  • Détecteurs de boîtes chaudes : essieu de la rame défaillant et présentant un échauffement anormal (risque de déraillement)
  • Détecteurs de vents latéraux : les rames TGV sont ralenties en cas de vents de travers significatifs
  • Détecteurs de chute de véhicules : la rupture de filets posés sur les ponts à fort trafic routier provoque l'arrêt des circulations
  • Détecteur de Plateforme Inondée : limitation de vitesse ou arrêt des trains selon le niveau d'inondation de la plateforme

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Article connexe[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]