La capacité ferroviaire
Fig. 1 : 2 sillons rapides, 2 TGV par exemple (en rouge) consomment l'équivalent de 2 x 3 = 6 sillons lents (bleu clair)
Fig. 2 : 2 sillons rapides mais successifs (en batterie) consomment l'équivalent de 4 sillons lents
Pour circuler entre deux gares du réseau ferré, chaque train doit disposer d'un créneau horaire réservé sur une voie. Ce créneau horaire entre les gares dépend de la charge et de la vitesse du train, il est appelé sillon.
Le sillon est attribué par le gestionnaire de l'infrastructure ferroviaire, en réponse aux demandes des entreprises ferroviaires.
La donnée de base: le sillon
La capacité théorique d'une section de ligne est mesurée en nombre de sillons pouvant être tracés, en respectant les intervalles obligatoires de sécurité (espacements) et ceci pendant une période donnée.
La capacité pratique est représentée par le nombre de trains que l'on peut effectivement tracer en réservant des «temps morts» (robustesse). Il s'agit de répondre à la nécessité de limiter les conséquences d'un incident et donc d'un retard, en conservant des marges de rattrapage, ainsi que des périodes nécessaires pour la maintenance.
Aucun train ne peut circuler s'il ne dispose d'un sillon réservé. En revanche, certains sillons ne sont pas systématiquement utilisés par un train :
- les sillons réservés pour les trains de voyageurs sont toujours utilisés, sauf en cas de perturbation.
- les sillons réservés pour les trains de fret ne sont pas tous utilisés du fait des fluctuations de la demande et des impératifs commerciaux, qui peuvent conduire à ne pas mettre en route un train insuffisamment chargé.
Déterminer la capacité d'une ligne ferroviaire
La capacité d'une ligne ferroviaire est une notion relative, liée à de nombreux paramètres et fonction des caractéristiques du système ferroviaire :
- la valeur de l'espacement entre deux trains qui garantit qu'un train a devant lui une distance au moins égale à sa distance de freinage en fonction de sa vitesse.
- les caractéristiques de l'infrastructure (déclivités, type de signalisation et d'électrification, voie unique ou double voie…)
- les caractéristiques physiques et dynamiques des trains : poids, longueur, vitesse, arrêts en gare, performances d'accélération et de décélération…
- le plan de transport : organisation de l'ordre de circulation des différents types de trains (marchandises, TER, TGV…).
La capacité est donc influencée par la configuration de l'infrastructure ferroviaire, par l'homogénéité ou non du trafic et par l'ordre de circulation des trains.
La capacité globale d'un réseau ferroviaire, ensemble complexe constitué de lignes, de bifurcations, de croisements et de nœuds ne dépend que partiellement de la capacité en ligne. En effet, les nœuds sont des lieux de convergence et de passage de flux de diverses natures (trains de voyageurs ou de marchandises régionaux, nationaux ou internationaux). Ils sont générateurs de conflits lorsque deux itinéraires se croisent à niveau et ils limitent la capacité du réseau.
Visualiser l'utilisation d'une ligne ferroviaire
Pour appréhender cette capacité en ligne, des graphiques de circulations sous forme de diagrammes espace-temps sont tracés. Ces graphiques permettent d'évaluer le nombre et le type de sillons que l'on peut tracer par heure et par sens.
Les graphiques présentés ici sont trés simplifiés par rapport à la réalité mais ils permettent de mettre en évidence la perte de capacité due à la différence de vitesse entre deux trains consécutifs. Ils montrent également l'avantage d'un ordonnancement des circulations par vitesse: 2 sillons rapides espacés dans le temps consomment 6 sillons lents au lieu de 4 s'ils se succèdent.
Améliorer la capacité d'une ligne ferroviaire
Trois types de mesures peuvent permettre d'améliorer la capacité :
Des mesures d'exploitation des lignes afin d'utiliser la capacité de façon optimale :
- Un plan de transport organisé pour éviter de consommer inutilement de la capacité due à la différence de vitesse entre 2 trains successifs (ordre de succession des trains à optimiser). Ce plan de transport doit cependant tenir compte des besoins commerciaux.
- Une augmentation du nombre de sillons fret utiles. Aujourd'hui, le nombre de sillons tracés donnant lieu à une circulation effective est de 6 sur 10 en moyenne. L'objectif est d'augmenter cette proportion afin d'exploiter au mieux les lignes, même si la fluctuation des besoins commerciaux ne permet pas l'utilisation de tous les sillons réservés.
Des investissements sur les infrastructures :
- Construction de voies d'évitement ou de liaisons entre les voies, pour permettre aux trains rapides de dépasser des trains lents ;
- Intégration des progrès techniques en terme de signalisation ;
- Renforcement des lignes existantes (doublement de voies uniques, dénivellation de bifurcations…) ;
- Construction de lignes nouvelles.
Des investissements sur les matériels roulants :
- Amélioration des performances de freinage et d'accélération,
- Amélioration de la puissance.