Système de blocage de signalisation

Les systèmes de signalisation par blocs permettent une exploitation sûre et efficace des voies ferrées en évitant les collisions entre les trains. Le principe de base est qu'une voie est divisée en une série de sections ou « blocs ». Un seul train peut occuper un bloc à la fois, et les blocs sont dimensionnés pour permettre à un train de s'arrêter à l'intérieur de ceux-ci. Cela garantit qu'un train a toujours le temps de s'arrêter avant de s'approcher dangereusement d'un autre train sur la même ligne. Le système de blocs est appelé au Royaume-Uni « method of working » , aux États-Unis « method of operation » et en Australie « safeworking » .

Dans la plupart des situations, un système de signalisation est utilisé pour contrôler le passage des trains entre les blocs. Lorsqu'un train entre dans un bloc, les signaux aux deux extrémités changent pour indiquer que le bloc est occupé, généralement à l'aide de lampes rouges ou de drapeaux indicateurs. Lorsqu'un train entre pour la première fois dans un bloc, l'arrière du même train n'a pas encore quitté le bloc précédent, de sorte que les deux blocs sont marqués comme occupés. Cela garantit qu'il y a un peu moins d'une longueur de bloc à chaque extrémité du train qui est marquée comme occupée, de sorte que tout autre train approchant de cette section aura suffisamment de place pour s'arrêter à temps, même si le premier train s'est arrêté net sur les voies. Le bloc précédemment occupé ne sera marqué comme inoccupé que lorsque l'extrémité du train l'aura entièrement quitté, laissant tout le bloc libre.

Les systèmes de blocs présentent l'inconvénient de limiter le nombre de trains sur un itinéraire particulier à un nombre inférieur au nombre de blocs. Comme l'itinéraire a une longueur fixe, l'augmentation du nombre de trains nécessite la création de plus de blocs, ce qui signifie que les blocs sont plus courts et que les trains doivent circuler à des vitesses inférieures pour s'arrêter en toute sécurité. Par conséquent, le nombre et la taille des blocs sont étroitement liés à la capacité globale de l'itinéraire et ne peuvent pas être modifiés facilement car des modifications coûteuses des signaux le long de la ligne seraient nécessaires.

Les systèmes de cantonnement sont utilisés pour contrôler les trains entre les gares et les gares de triage, mais pas normalement à l'intérieur des gares de triage, où une autre méthode est utilisée. Tout système de cantonnement est défini par son équipement physique associé et par l'application d'un ensemble de règles pertinentes. Certains systèmes impliquent l'utilisation de signaux tandis que d'autres ne le font pas. Certains systèmes sont spécifiquement conçus pour les voies ferrées à voie unique , sur lesquelles il existe un risque de collision frontale et arrière, par opposition aux voies à double voie , sur lesquelles le principal danger est la collision arrière.

Le problème fondamental du contrôle des trains est l'impossibilité de changer de cap et les distances d'arrêt relativement longues d'un train chargé. Celles-ci sont souvent bien plus longues que la vue du conducteur, en particulier la nuit ou par mauvais temps. Les distances sont suffisamment grandes pour que le terrain local puisse bloquer la vue des trains qui précèdent, et même le tracé des rails, dans les virages et autres, peut rendre difficile de savoir où chercher un autre train.

Il peut arriver qu'un train tombe en panne sur les rails et que le train qui le suit le croise soudainement dans un virage ou qu'il aperçoive son feu de signalisation arrière. Dans ces situations, le train n'aura pas assez de place pour s'arrêter avant d'entrer en collision. C'est ce que l'on appelle le « critère du mur de briques ». Même dans le cas de deux trains en pleine circulation, les différences de vitesse peuvent être suffisamment importantes pour qu'un train plus rapide n'ait pas le temps de ralentir pour égaler la vitesse de celui qui le précède avant de le percuter.

Les cantonnements permettent d'éviter ces problèmes en garantissant une certaine distance minimale entre les trains, distance définie pour garantir que tout train circulant dans les limites de vitesse et de charge aura le temps de s'arrêter avant d'atteindre le train qui le précède. Il existe de nombreuses façons de mettre en œuvre un tel système.

La plupart des lignes ferroviaires ont une sorte de disposition en blocs naturels inhérente à l'agencement des gares ferroviaires . Cela permet de mettre en œuvre un ensemble de blocs à l'aide d'une signalisation manuelle basée sur ces emplacements. Dans ce cas, l'opérateur de la gare place un drapeau indiquant qu'un train vient de quitter la gare et ne le retire qu'après un temps déterminé.

Les trains circulent selon un horaire strict et ne peuvent donc pas quitter une gare avant une heure précise et avant que les autres trains qu'ils devaient rencontrer à cette gare ne soient arrivés. Si un train est en retard, tous les trains qu'il est censé rencontrer sont retardés. Cela peut rapidement avoir pour conséquence que tous les trains de la ligne soient affectés.

Cette méthode n’est pas autorisée dans de nombreux systèmes ferroviaires à fort trafic car elle est potentiellement dangereuse et très inefficace.

Populaire sur les lignes à voie unique en Amérique du Nord jusque dans les années 1980, le système de gestion des trains était moins un système de blocs qu'un système permettant de déterminer quels trains auraient la priorité lorsque les mouvements des trains entraient en conflit. Les trains utilisaient un plan d'exploitation prédéterminé appelé horaire qui utilisait des emplacements de passage fixes souvent appelés gares. Les modifications apportées au plan d'exploitation provenaient d'un répartiteur de trains sous la forme d'ordres de train, transmis aux trains par l'intermédiaire d'intermédiaires appelés agents ou opérateurs dans les gares de gestion des trains.

Cette méthode n'est pas actuellement autorisée au Royaume-Uni. Un système similaire, connu sous le nom de Telegraph and Crossing Order , était utilisé au XIXe siècle, mais après trois collisions frontales graves dans les années 1870 ( Menheniot , Cornwall Railway, 1873 ; Thorpe , Great Eastern Railway, 1874 ; Radstock , Somerset & Dorset Railway, 1876), son utilisation fut condamnée.

En Amérique du Nord, le système de commande des trains était souvent mis en œuvre par-dessus d'autres systèmes de blocs lorsque ces derniers devaient être remplacés. Par exemple, lorsqu'un bloc manuel ou automatique était mis en œuvre, les ordres de train étaient utilisés pour autoriser les mouvements dans des blocs occupés, à contre-courant du trafic ou lorsqu'aucun courant de trafic n'était établi.

Si une ligne secondaire à voie unique est une impasse avec un service de navette simple, un seul jeton suffit. Le conducteur de tout train entrant dans la ligne secondaire (ou occupant une partie de celle-ci) doit être en possession du jeton, et aucune collision avec un autre train n'est possible. Pour faciliter le passage de main en main, le jeton se présente souvent sous la forme d'un bâton, généralement de 800 mm de long et de 40 mm de diamètre, et est appelé bâton de train . Ce bâton peut être un bâton en bois avec une plaque en laiton indiquant la section de ligne sur laquelle il est valable, ou il peut se présenter sous la forme d'une clé.

Dans la terminologie britannique, cette méthode de travail était à l'origine appelée One Engine in Steam (OES) .

Une variante moderne du système de fonctionnement à un train fonctionne sans personnel de bord. Sur ces lignes, le conducteur n'a d'autre autorité que de franchir le signal d'entrée contrôlé dans la branche et, une fois que le train a franchi ce signal, l'enclenchement le maintient en état de « danger » (et le signal ne peut plus être déclenché une fois de plus) jusqu'à ce que le train de service de la branche, lors de son trajet de retour, ait opéré successivement deux circuits de voie au début de la branche. La détection continue des trains sur la branche n'est pas nécessaire. La sécurité est assurée par le circuit d'enclenchement et, en cas de défaillance d'un circuit de voie, un travail d'urgence spécial par le pilote doit être mis en place.

L'autorisation d'occuper un bloc est accordée par la possession physique d'un jeton par le personnel du train, obtenu de manière à garantir qu'un seul train se trouve dans une section de voie à la fois.

Un conducteur s'approchant d'une section de voie unique recevait le jeton et l'utilisait comme autorisation pour entrer dans la section de canton. Il rendait le jeton à l'autre extrémité de la section. Cela posait des problèmes si un train devait être suivi par un autre dans la même direction, car le personnel ne se trouvait pas au bon endroit après le premier train.

Le personnel de train ordinaire (OTS) a donc été étendu : si un train devait être suivi par un autre dans la même direction, le conducteur du premier train devait se voir montrer le jeton, mais ne devait pas en prendre possession (en théorie, il était censé toucher physiquement le jeton, mais cette règle n'était pas strictement respectée). Il recevait une autorisation écrite pour entrer dans la section à voie unique, appelée ticket . Il pouvait alors continuer, en remettant le ticket à l'autre extrémité de la section, et un deuxième train pouvait suivre en possession du personnel.

Ils étaient disponibles en deux tailles, grand et miniature.

L'autorisation d'occuper un bloc est transmise aux trains par l'utilisation de signaux en bordure de voie contrôlés manuellement par des opérateurs humains suivant diverses procédures pour communiquer avec d'autres stations de bloc afin d'assurer la séparation des trains.

Utilisé sur plusieurs sections de voies où le passage des trains d'un point à un autre est contrôlé par des instruments reliés par des fils télégraphiques. Dans le cas le plus simple avec trois postes d'aiguillage sur un tronçon de ligne sans jonctions, le poste central des trois postes recevra une demande d'acceptation d'un train, le signaleur réglera les aiguillages (aiguillages) et les signaux pertinents et l'acceptation du signal, puis demandera l'acceptation par le poste d'aiguillage suivant le long de la ligne. Lorsque le train est passé, les signaux derrière lui seront remis en danger et le signaleur informera le poste d'aiguillage suivant lorsque le train aura quitté la section. Ces messages sont transmis par des instruments télégraphiques avec une touche qui est enfoncée pour faire sonner une cloche au poste d'aiguillage distant. De tels systèmes, comme la signalisation de cantonnement absolu , ont été développés au XIXe siècle et sont encore largement utilisés en Grande-Bretagne et en Australie.

Dans ce système, l'occupation d'un tronçon de voie donné entre deux stations est convenue entre les chefs de gare, par téléphone. Pour plus de sécurité, il peut y avoir des niveaux de protection supplémentaires ; par exemple, un poste de régulation, avec des pouvoirs de surveillance reliés à toutes les stations d'une ligne ; un horaire (Portugal) ; et/ou une assistance informatique (France).

Le Portugal, l'Espagne et la France utilisent encore ce système sur au moins certaines lignes principales, bien que la longueur totale des voies régies par ce système diminue rapidement en raison de son intensité de main-d'œuvre et de son manque de sécurité perçu inhérent, reposant principalement sur la communication humaine (impliquant parfois plus que les deux chefs de gare à chaque extrémité du bloc) et de simples enclenchements ferroviaires dans les gares.

Au Portugal, le blocage téléphonique était le principal système de sécurité sur le réseau ferroviaire national jusqu'au milieu des années 1990 en raison du manque de ressources. Il a donc évolué pour tenter d'offrir plusieurs niveaux de sécurité sur des lignes à voie unique très fréquentées par divers types de trains, bien qu'au prix de niveaux élevés de personnel. Dans le système portugais, bien que l'autorité de circulation des trains sur les lignes principales soit de la seule responsabilité des gares situées le long de ces lignes, un poste de régulation les supervise et, en cas de désaccord, donne des instructions aux gares sur la manière dont le trafic doit être organisé. D'autre part, chaque horaire de train indique toutes les interactions avec d'autres trains (par exemple les croisements avec d'autres trains ; les trains qu'ils dépassent ; les trains qui les dépassent) clairement signalées dans les gares où ces interactions doivent se produire. Tout écart par rapport à cela, résultant par exemple de retards ou de trains supplémentaires, doit être signalé par écrit aux équipes de train. Malgré la pratique générale selon laquelle, lorsque deux trains se croisent, ils s'arrêtent tous les deux à la gare la plus proche, ce système permet de bonnes vitesses moyennes pour les trains rapides similaires à celles d'une ligne à signalisation automatique. Cependant, si des retards mineurs se produisent et se multiplient par la suite, des retards plus longs peuvent survenir lorsque le mode de sécurité supplémentaire du système est invoqué (c'est-à-dire le processus fastidieux de mise à jour des instructions de circulation des trains pour refléter les changements de schémas de croisement). De tels retards ne se produiraient pas, du moins pas pour la même raison, sur une ligne à signalisation automatique.

En général, le système stipule qu'un canton est considéré comme fermé, c'est-à-dire qu'une autorisation doit être obtenue avant qu'un train ne soit autorisé à entrer dans un canton d'une station en route vers une autre. Cependant, en France, sur plusieurs voies, le canton est généralement ouvert dans les sections de voie unidirectionnelles. C'est-à-dire qu'après qu'une station a confirmé qu'un train précédent a quitté le canton, le train suivant circulant dans la même direction peut immédiatement entrer dans le canton, le chef de gare de la station d'entrée informant la station de sortie de l'heure à laquelle le train est entré dans le canton.

Il s'agit d'un système destiné à être utilisé sur les voies ferrées à voie unique, qui ne nécessite ni l'utilisation de jetons ni la mise en place d'une détection continue des trains sur la section. La signalisation est conçue de telle manière que les signaux de contrôle ne permettent à un seul train d'entrer sur la ligne à la fois. Le signaleur à l'extrémité de la section doit vérifier visuellement que l'ensemble du train a quitté la section et n'a pas été divisé en confirmant que le train est « complet avec feu arrière ».

La signalisation automatique des blocs utilise une série de signaux automatisés, généralement des feux ou des drapeaux, qui changent d'affichage ou d'aspect en fonction du mouvement des trains devant un capteur. Il s'agit de loin du type de système de blocs le plus courant en 2018 , utilisé dans presque tous les types de chemins de fer, des systèmes de transport rapide aux lignes principales de chemin de fer. Il existe une grande variété de systèmes et une variété encore plus grande de signaux, mais ils fonctionnent tous à peu près de la même manière.

Tout comme les systèmes de cantonnement manuels décrits ci-dessus, les systèmes automatiques divisent l'itinéraire en cantonnements fixes. À la fin de chaque canton, un ensemble de signaux est installé, ainsi qu'un capteur au bord de la voie. Lorsqu'un train passe devant le capteur, les signaux sont déclenchés pour afficher l'aspect « cantonnement occupé » sur les signaux à chaque extrémité de ce canton. Dans la plupart des systèmes, les signaux ne reviennent pas immédiatement à l'aspect « cantonnement vide » lorsque le train part, mais il existe une sorte de retard mécanique qui maintient l'aspect cantonnement occupé ou, plus communément, présente l'aspect « procéder avec prudence ».

En termes de sécurité, le véritable facteur à prendre en compte est la distance d'arrêt d'un train donné et la distance à laquelle il peut repérer un autre train. Les cantonnements ne mettent pas réellement en œuvre ce concept, ils mettent en œuvre un système de signalisation qui garantit que le train le moins performant sur une ligne a suffisamment de temps pour s'arrêter. Cela signifie que tout train ayant de meilleures performances d'arrêt est obligé de circuler à des vitesses inférieures à sa vitesse maximale, à moins que tous les trains d'une ligne particulière ne soient identiques.

Le problème principal est qu'un train donné ne peut pas voir un autre train à temps pour s'arrêter. Cependant, ce n'est pas le cas pour les trains équipés d'un système de communication entre trains. Dans ce cas, un train donné peut se maintenir à une distance de sécurité des autres trains, sans avoir besoin de cantonnements fixes. Ces systèmes de cantonnements mobiles sont devenus populaires depuis que la technologie nécessaire a commencé à apparaître dans les années 1970.

Dans de tels systèmes, tout train sur la ligne peut écouter les signaux de tous les autres trains, puis se déplacer de manière à s'assurer qu'il a suffisamment de distance pour s'arrêter. Les premiers systèmes de cantonnement mobile utilisaient un câble tendu le long de la voie ferrée. Les trains utilisaient une inductance magnétique pour injecter des signaux dans la ligne indiquant leur position. Le câble pouvait également fournir cette position de diverses manières qui pouvaient être captées par un capteur sur le train. Les systèmes plus modernes peuvent utiliser des systèmes de localisation hors-bord comme le système de positionnement global ou des indicateurs au sol, et envoyer les données entre les trains à l'aide de diverses méthodes radio.

L'avantage des systèmes de blocs mobiles est qu'il n'y a pas de nombre fixe de trains sur la ligne, car il n'y a pas de blocs fixes. Cela peut améliorer considérablement la capacité des lignes, comme on l'a vu sur la ligne Jubilee et la ligne Northern du métro de Londres , où les améliorations apportées pour les Jeux olympiques d'été de 2012 ont amélioré la capacité d'environ 50 %.

La première utilisation du travail en bloc remonte probablement à 1839, lorsqu'un télégraphe Cooke et Wheatstone fut installé dans le tunnel Clay Cross du North Midland Railway . Les instruments télégraphiques furent remplacés en 1841 par des instruments spécifiques au travail en bloc. En 1842, William Fothergill Cooke , qui avait construit le système Clay Cross, publia Telegraphic Railways or the Single Line dans lequel il proposait le travail en bloc pour une utilisation générale comme moyen plus sûr de travailler sur des lignes simples . Auparavant, la séparation des trains reposait uniquement sur un horaire strict, qui ne permettait pas de tenir compte des événements imprévus. En 1898, Martin Boda décrit une théorie de commutation pour les systèmes de blocs.