Les études sont réalisées à partir :

• d'un fond de plan à l'échelle 1/5 000e obtenu par restitution photogrammétrique à partir de photographies aériennes,
• de levés terrestres au 1/500e dans les secteurs spécifiques (zones complexes de gares par exemple).

Les caractéristiques du tracé en plan et en profil en long sont différentes selon l'usage de la ligne projetée : trafic uniquement voyageur, trafic uniquement fret ou trafic mixte voyageur et fret.

Le concepteur doit se référer à des normes ou bien à des référentiels techniques qui prennent en compte la vitesse des trains (220 à 300 km/h pour les TGV et 120 à 140 km/h pour les trains classiques fret et Autoroute Ferroviaire).

La géométrie de la voie à construire est constituée d'une suite d'alignements et de courbes reliés entre eux par des raccordements à courbure progressive.

Comme tout corps se déplaçant à une certaine vitesse, le véhicule ferroviaire mais aussi les voyageurs subissent les effets de la force centrifuge dans les secteurs en courbe.

Pour compenser cette attraction vers l'extérieur de la courbe, il est nécessaire d'incliner la voie. La différence de niveau entre le rail intérieur et le rail extérieur d'une même voie s'appelle le dévers.

On distingue le dévers théorique (ou d'équilibre) et le dévers réel (ou pratique).

Le dévers théorique compense totalement l'effet de la force centrifuge. Le dévers réel donné à la voie est inférieur au dévers théorique pour les trains les plus rapides et supérieur à ce dévers théorique pour les trains les plus lents, en particulier sur les voies à trafic mixte.

Il en résulte une insuffisance de dévers pour les trains rapides et un excès de dévers pour les trains lents.

Ainsi le tracé optimal combine à la fois la vitesse retenue et le rayon de courbure maximal de la ligne tout en respectant des valeurs d'excès ou d'insuffisance de dévers conformes aux limites prescrites.

La géométrie de la voie est constituée de déclivités pentes ou rampes constantes, reliées entre elles par des rayons circulaires. Le premier critère pour définir un profil en long est de connaître la déclivité acceptable qui est déterminée principalement par la nature du trafic (voyageur, fret ou mixte) : pour un trafic uniquement voyageur (TGV), la valeur maximale est de 3,5 % alors que pour un trafic fret (trains lourds) elle est de 1,25 %. La valeur des rayons circulaires de raccordement est essentiellement liée à la vitesse, pour éviter notamment l'effet de dos d'âne.

Dans les parties en déblai, la déclivité ne devra pas être inférieure à 0,3 %, pour éviter la stagnation des eaux de pluie et de ruissellement.

Pour caler le profil en long, il est nécessaire de connaître en autres les informations suivantes :

• les gabarits routiers lorsque le projet traverse des itinéraires routiers ou autoroutiers (notamment les itinéraires de transports exceptionnels),
• les gabarits ferroviaires particuliers (Autoroute Ferroviaire),
• les niveaux des plus hautes eaux pour le franchissement des cours d'eau…

Profil en travers type voie courante

es études aérodynamiques simulant le croisement de deux trains ont permis de définir la valeur minimale de l'entraxe entre deux voies principales :

• 4,50 m sur les lignes TGV (pour une vitesse de 300 km/h)
• 4,20 m sur les lignes classiques fret (pour une vitesse de 120 km/h).

Par ailleurs, en fonction du matériel roulant et du type de transport considéré, les trains doivent s'inscrire dans un gabarit prédéterminé à l'intérieur duquel aucun obstacle ou entrave à la circulation ne doit se trouver (piste sur le côté, fil caténaire ou sous face d'un pont par exemple). Pour les tunnels, une section type est également définie, intégrant tous les équipements nécessaires au fonctionnement de l'ouvrage dans de bonnes conditions de sécurité. A titre indicatif, pour le tunnel de Chartreuse, cette section type, également appelée section utile, est de 43 m2. L'ensemble de ces caractéristiques techniques constitue les principales contraintes à prendre en compte dans une étude de tracé d'un projet d'infrastructure ferroviaire. Elles permettent une conception optimale de la géométrie, notamment lors des phases amont des études. Il est possible dans certains cas de déroger aux règles édictées, ce qui nécessite des études particulières.

Les éléments techniques sont les fondements mêmes qui guident l'étude d'un tracé. Cependant, celui-ci doit également s'adapter aux territoires qu'il traverse dans un souci constant de respect de l'environnement humain et matériel et en favorisant la meilleure intégration dans les paysages. Cette adaptation peut amener, dans les zones les plus sensibles, la réalisation d'aménagements particuliers (modelés paysagers ou de protection acoustique, plantations…).