Déplacement à grande vitesse

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Les déplacements à grande vitesse (plus de 250 km/h), pour un nombre important de voyageurs, ont été rendus possibles récemment (depuis environ 50 ans).

L'avion a, dans un premier temps, été utilisé pour des vitesses allant jusqu'à environ 850 km/h, mais les trains à grande vitesse ont permis, sur des lignes adaptées, depuis 30 ans, au Japon et en Europe occidentale des vitesses entre centres villes de l'ordre de 250 à 320 km/h.

Sommaire 1 Train 1.1 Aspects économiques et écologiques 1.1.1 Spécialisation des lignes : voyageurs et grande vitesse 1.1.2 Coût (investissement au km) 1.1.3 Énergie (coût énergétique par km.passager) 1.2 Densité du réseau, nombre de rames 1.3 Nombre de passagers transportés 1.4 Vitesse moyenne et prix / km 1.4.1 en plusieurs pays d'Europe 1.4.2 en Europe (liaisons internationales) 1.4.3 en Asie 1.5 Comparaison entre les systèmes japonais, français et allemands 1.6 Une nette différence de philosophie entre les systèmes français et allemands 1.7 Un maillage transnational qui tarde à se réaliser en Europe 1.8 Débat entre ligne nouvelle et pendulation 1.9 Une rentabilité difficile à apprécier ; surestimée systématiquement en France 2 Avion 3 Notes 4 Articles connexes 5 Liens externes

[modifier] Train

[modifier] Aspects économiques et écologiques

[modifier] Spécialisation des lignes : voyageurs et grande vitesse

Les lignes à grande vitesse sont le plus souvent spécialisées au trafic voyageur et même au trafic à grande vitesse.

La mixité des trafics avec des trains de fret entraîne des contraintes fortes :

• Le débit possible d'une ligne diminue fortement si les trains qui y circulent ont des vitesses très différentes (300 contre 200 km/h, a fortiori 300 contre 120-160 km/h).
• 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 (fret) ne peuvent circuler que pendant les périodes de fermeture au trafic à grande vitesse — la nuit, par exemple. Mais 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 TGV : pour une même vitesse limite on doit alors prévoir des courbes de plus grand rayon.

En conséquence une ligne mixte sera plus coûteuse en ouvrages d'art et plus difficile à insérer dans le paysage. Aussi la mixité est-elle souvent limitée à des tronçons particuliers (contournement de Tours sur la LGV Atlantique, futur contournement de Nîmes et Montpellier sur la LGV Méditerranée) ; ailleurs elle concerne un faible nombre de circulations « lentes » (LGV allemandes ou Paris-Sud-Est).

[modifier] Coût (investissement au km)

Compte tenu de leurs caractéristiques techniques, la construction de lignes ferroviaires à grande vitesse représente un investissement relativement lourd.

L'investissement au kilomètre est fonction de divers paramètres :

• Relief des zones à traverser
• Ouvrages d'art à construire, communications à rétablir (routières notamment)
• Type de ligne envisagé, réservée aux circulations à grande vitesse ou mixte voyageurs (à grande vitesse) / fret
• Insertion dans le paysage et respect des réglementations locales en matière d'environnement
• etc.

Début 2007, on estimait en France le coût moyen de construction à 1,7 milliard d'euros courants / 100 km, pour une emprise de 40 m (largeur totale) et une plateforme de 14 m, soit environ 3 fois le coût de construction d'une autoroute 2x2 voies. ^[1] Lorsqu'une LGV remplace une ligne classique, elle permet de parcourir 1 km en 12s (à 300km/h) au lieu de 25s (à 140km/h), soit un coût d'un peu plus de 1M€ par seconde de temps de parcours gagnée. Si le temps d'un voyageur est valorisé à 12€/h, soit 0.33c/sec, l'investissement est rentabilisé pour la Société au bout de 300 millions de voyageurs, soit une dizaine d'année.

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 London - Saint Pancras).

L'investissement lourd (17 M€/km) est semble-t-il compensé si le trafic voyageurs est suffisant. Réseau Ferré de France indique sur son site qu'une LGV utilisée à son potentiel maximum par des TGV Duplex équivaut à une autoroute 2x5 voies.

[modifier] Énergie (coût énergétique par km.passager)

Les trains à grande vitesse concurrencent l'avion (au niveau de la vitesse), ainsi que l'automobile. Aussi est-il utile de faire des comparaisons au niveau de l'énergie consommée^[2], en énergie primaire et en CO₂ (gaz à effet de serre) émis.

La comparaison doit faire état de ces deux paramètres, car la production d'électricité est rarement le fait de l'énergie nucléaire autant qu'en France (environ 80%) ; en France le pourcentage d'électricité d'origine thermique est de l'ordre de 10%.

La "méthodologie de calcul des émissions de CO₂ associées aux déplacements"^[3] de l'ADEME mentionne deux chiffres supposés cohérents entre eux :

• une émission de 2,6 g de CO₂ par voyageur.km (TGV)
• une émission de 40 g de CO₂ par kWh.

Ces deux ratios résultent de l'hypothèse de 10% de l'électricité d'origine thermique, le reste (90%) par le nucléaire et les énergies renouvelables (hydraulique notamment), donc sans émission de CO₂.

Rame	Ligne type	Puiss. élect.	Consom. élect. / km	Nbre max. de passag.	Taux de rempliss.	Nbre moy. de passag.	kWh/ passag.km	g CO2 émis /voy.km (France)	g CO2 /voy.km (élect. à 100% thermique)
TGV Alstom	Sud Est	6 400 kW	14,790 kWh /km	350	65 % (en 2000, France entière)	227	65 Wh /km	2,6	26
Duplex Alstom	Sud Est	8 800 kW	20,336 kWh /km	512	65 %	333	61 Wh /km	2,44	24,4
ICE 2 Siemens	Hambourg-Berlin	4 800 kW x 2	(26,10 kWh /km[4])	372	50 % (en 2000, Allemagne entière)	186	(140 Wh /km)	-	(56,1)
JR 500 Shinkansen	Tokyo-Osaka	17 600 kW[5]	(47,85 kWh /km)	1324	75 % (en 2000, Japon entier)	993	(48,2 Wh /km)	-	(19,3)
TGV POS Alstom	Paris-Stuttgart	9 280 kW (25 kV) 6 880 kW (15 kV)	(21,445 kWh /km)	357	(50 %)	(179)	(119,8 Wh /km)	(4,79) [6]	(35,5)[7]
TGV POS Alstom	Paris-Metz	9 280 kW (25 kV)	(21,445 kWh /km)	357	(70 %[8])	(250)	(85,8 Wh /km)	(3,44)[9]	(34,4)
ICE 3 Siemens	Paris-Francfort	8 000 kW	(21,75 kWh/km)	440	(50 %[10])	(220)	(98,9 Wh /km)	(3,95)[11]	(39,5)
ICE 3 Siemens	Cologne-Francfort[12]	8 000 kW	(21,75 kWh/km)	440	(50 %)	(220)	(98,9 Wh /km)	-	(39,5)
Velaro Siemens	Madrid-Barcelone	8 800 kW	(23,925 kWh/km)	404	...	...	...	-	...
Talgo 350 Talgo-Bombardier	Madrid-Barcelone	8 800 kW	(23,925 kWh/km)	318	...	...	...	-	...
KTX (ex Alstom)	Séoul-Pusan	13 560 kW	...	935	...	...	...	-	...

Il résulte de ces ratios (pour TGV Alstom) une consommation de 65 Wh par voyageur.km ; le coefficient de remplissage pris en compte dans cette note de l'Ademe n'est pas connu, mais différents documents^[13] font état d'une moyenne de 65% pour le TGV, hors remplissage exceptionnel pour l'IDTGV (de l'ordre de 80 voire 84%). ^[14]

De ces deux chiffres, il résulte la consommation totale des rames TGV Alstom, reportée dans le tableau ci-dessus. Ces chiffres semblent plausibles, puisqu'une consommation de 14,790 kWh / km à 260 km/h représente une puissance de 3 845 kW, logiquement inférieure (ici de 40%) à la puissance maximale de 6 400 kW. Par exemple, un vent contraire de 30 km/h (+10%) doit représenter une puissance supérieure (pour maintenir la vitesse) de environ 20%.

Les chiffres de la dernière colonne du tableau, très variables selon les lignes exploitées, sont bien sûr très sensibles au coefficient de remplissage^[15].

[modifier] Densité du réseau, nombre de rames

La densité du réseau est très variable d'un pays à l'autre. En France, "le nombre de kilomètres de ligne à grande vitesse, rapporté à la population est le plus élevé du monde : 28,9 par million d'habitants, devant l'Espagne (22,2) et le Japon (18).

Rapporté à la surface du pays, il est de 33,6 pour 10 000 km² en France, en 3^e position derrière la Belgique (71,3) et le Japon (60,8).

Ces ratios français sont 3 fois supérieurs à la moyenne européenne."^[16]

Pays	km de lignes nouvelles	km de lignes par surface [17]	km de lignes par million d'habitants	Nbre de rames en circulation	Technologie
Japon	2 300 km	60,8	18	...	Shinkansen
France	1 847 km (2007/06)	33,6	28,9	427 (avril 2007)	TGV Alstom
Allemagne	793 km (2005)	22,2	9,6	170 ICE + 70 ICE T (pendulaire)[18]	ICE Siemens
Belgique	214 km (2007/12)	71,3	20,3	...	TGV Alstom, ICE Siemens
Espagne	953 km (2005)	18,9	22,2	133 (61 Talgo/Bombardier, 56 Alstom et/ou CAF, 16 Siemens)[19]	Talgo, Alstom, ICE Velaro
Italie	248 km (2005)	8,3	4,2	>100 rames : ETR 500 (57), 610 (25 ex.), 460 (10 ex.), 470 (9 ex.)	Alstom (ex Fiat) Ferroviaria, groupement TREVI
Europe	4.700 km (6.000 prévus en 2010)	10,7 (U.E. à 27)	9,5 (U.E. à 27)	> 830 rames	Alstom, Siemens, Talgo
Corée	281 km (+131 en 2008)	28,4	5,6	46 [20] KTX	KTX (ex Alstom)
Chine				60 rames Velaro CRH 3 pour desservir les villes olympiques Beijing et Tianjin	Siemens
Monde	7 300 km	...	...	1 750 rames[21]	Alstom, Siemens, Talgo, Shinkansen
Suède	1 055 km aménagés pour 200 km/h (train pendulaire X2000)[22]	23,4	116	...	...

[modifier] Nombre de passagers transportés

Pour les trajets de 2 heures à 3 heures en train, la grande vitesse a permis de concurrencer l'avion de façon très nette, dans tous les pays.

La part de marché par rapport à l'avion est de l'ordre de 85% pour les trajets d'environ 2 heures, que ce soit au Japon, en France ou en Espagne.

Le trafic passagers ferroviaire a donc considérablement augmenté sur ces liaisons.

Pays	Technologie	Nbre total de passagers transportés	Milliards de passagers.km (2004) [23]	Trafic journalier (total ou ligne la plus fréquentée)	Part du trafic européen à Grande vitesse	Part de marché / avion+train	Nombre annuel de passagers transportés	Trafic annuel estimé en 2010
Japon	Shinkansen	4,2 milliards (1964-2004/10)[24]		>740.000 /j ; 360.000 /j sur le Shinkansen Tōkaidō		87 % sur Tokyo-Osaka (2 h 30)	...	...
France	TGV Alstom	> 1,2 milliard entre 1983 et 2006	41,5	250.000 /j	+ de 60%[25]	86% (parcours d'env. 2h), 65% (3h)[26], 51% (2005) sur 10 premières destinations à plus de 3h	80 millions en 2005 + 20 millions sur liaisons internationales	120 millions, dont 25 sur liaisons internationales
Allemagne	ICE Siemens	...	19,6	...	20%[27]	...	27 millions en 1997	...
Belgique	TGV Alstom, ICE Siemens	...	...	...	...	...	...	...
Espagne	Talgo, Alstom, ICE Velaro	...	2,7	...	...	84% sur Madrid-Séville (2 h 20)	4,8 millions en 1996	...
Italie	Alstom Ferroviaria, TREVI Etr 500	...	7,9	...	...	...	...	...
Europe	Alstom, Siemens, Talgo	...	...	...	...	> 70 % sur Eurostar (2 h 35)	...	...
Corée	KTX (ex Alstom)	70 millions entre avril 2004 et ? 2006	...	100.000 /j	...	...	...	...
Monde	Alstom, Siemens, Talgo, Shinkansen	...	...	...	...	...	...	...

[modifier] Vitesse moyenne et prix / km

La grande vitesse est souvent limitée à une portion du parcours, et la vitesse peut varier considérablement le long du trajet. De plus la distance entre villes desservies influence la vitesse moyenne.

Les tableaux suivants permettent donc de récapituler les vitesses moyennes constatées entre grandes villes. Nombreuses informations disponibles^[28],[29] et ^[30].

[modifier] en plusieurs pays d'Europe

[modifier] en Europe (liaisons internationales)

[modifier] en Asie

[modifier] Comparaison entre les systèmes japonais, français et allemands

Une comparaison en matière d’exploitation ferroviaire parmi les pays : Allemagne, France, Japon^[38] est instructive :

• genèse d’un nouveau système ferroviaire
• succès commercial et extension du Shinkansen
• système de sustention magnétique au Japon
• Paris-Sud-Est : la conception du système français
• le TGV sur les lignes mixtes
• le système ICE en Allemagne
• politique commerciale et taux de remplissage
• politique de maintenance
• sécurité passive Versus sécurité active

[modifier] Une nette différence de philosophie entre les systèmes français et allemands

"Dans sa comparaison, Gilles Rabin rappelle que la France pense la grande vitesse comme un itinéraire avec des prolongements éventuels, alors que l’Allemagne la pense comme une accélérateur de l’ensemble du réseau, dans une étroite complémentarité de l’offre existante [Rabin,2003].

La DB rapproche ainsi l’ICE du niveau supérieur de l’Intercity, là où la SNCF a d’emblée posé le TGV en challenger de l'aérien. Aussi le choix de localisation des gares (nombreuses gares- bis en France, desserte quasi-systématique de la gare centrale en Allemagne), l’accès au train (réservé en France et libre en Allemagne), la stratégie de construction de lignes nouvelles, diffèrent largement d’un pays à l’autre.

Elle entraîne indéniablement des divergences dans la compréhension de l’offre, dans les modes de gestion commerciale et les priorités stratégiques qui dépassent les simples questions de compatibilités techniques ou des cultures d’entreprises.

On retrouve l’opposition entre le modèle rhénan qui privilégie le maillage et la régularité des dessertes et le modèle saint-simonien qui repose sur la vitesse et la massification des trafics et dont les causes sont à chercher dans [Bieber, Massot, Orfeuil, 1993]"^[39].

Il est clair que la densité de population est très différente dans les deux pays, et que la centralisation en France contraste singulièrement avec l'existence de grandes villes bien réparties en Allemagne et assez proches les unes des autres.

[modifier] Un maillage transnational qui tarde à se réaliser en Europe

Il est tout aussi clair que "la comparaison de deux cartes - celle éditée en 1992-93 dans l'euphorie de la construction européenne et celle établissant l'état des lieux en 2004-2005 (fig. 1 et fig. 2) est éloquente".^[40]

Les aspects techniques (interopérabilité notamment) sont essentiels ; par exemple si les systèmes d'alimentation ou de signalisation ^[41] ne sont pas les mêmes entre deux pays, cela gêne considérablement l'utilisation de matériels roulants entre les deux pays :

• échange de locomotive à la frontière, ce qui pénalise les temps de parcours
• ou alourdissement significatif des matériels pour être multicourants. Par exemple les TGV Thalys (Paris, Bruxelles, Amsterdam) sont quadri courant, de même que les ICE 3, matériels qui sont plus lourds (nécessité de transformateurs supplémentaires), aux dépens des performances et de la consommation d'énergie.

Système d'alimentation	Allemagne	Autriche	Belgique	Espagne	France	Italie	Pays Bas	Suisse	Etats Unis
1500 Vcc					1500 Vcc		1500 Vcc
3000 Vcc			3000 Vcc			3000 Vcc
15 000 Vca	15 kV 16 hz 2/3	15 kV 16 hz 2/3						15 kV 16 hz 2/3
25 000 Vca			25 kV 50 hz	25 kV 50 hz	25 kV 50 hz	25 kV 50 hz	25 kV 50 hz		25 kV 60 hz
Autres									11 kV et 12,5 kV 60 hz

Système de signalisation	Allemagne	Autriche	Belgique	Espagne	France	Italie	Pays Bas	Royaume Uni	Suisse	États Unis
ATB et ATB-NG							ATB
ASFA				ASFA 200
PZB/Indusi	Indusi
KVB					KVB			à St Pancras (Londres-Paris)
LZB	LZB	LZB		LZB (Madrid-Séville)
Memor et TBL			TBL
AWS et TPWS								AWS
TVM 300, 430 depuis 1993		TVM 430	TVM 430		TVM 300 (SE,Atlant.), 430 (Nord, Est)			TVM 430
ETCS	ETCS 2	ETCS 1	ETCS 1, 2	ETCS 1 (300 km/h), ETCS 2	ETCS 2	ETCS 1, 2	ETCS 2		ETCS-2

[modifier] Débat entre ligne nouvelle et pendulation

Les lignes à grande vitesse (LGV) sont des lignes nouvelles, spécialement conçues pour permettre des grandes vitesses.

Une alternative dans certains cas est d'exploiter une ligne existante, avec des rames utilisant la pendulation (Pendolino par exemple), leur permettant d'aller plus vite, dans les virages, que les rames classiques.

Il peut d'ailleurs arriver :

• qu'une nouvelle ligne soit créée pour être utilisée avec des trains pendulaires. Comme en Espagne, où l'écartement des rails, non standard, sur des lignes anciennes, imposait de toute façon des travaux.
• que la technique de pendulation soit utilisée sur des rames grandes vitesses dans les parties de parcours ne permettant pas des grandes vitesses : solution élégante pour augmenter la vitesse sans nécessiter les investissements énormes liés à la prolongation d'une LGV. La pendulation est alors complémentaire.

L'utilisation de TGV pendulaires sur la ligne Atlantique en France, qui n'est que partiellement à grande vitesse, devrait par exemple permettre de gagner environ 20 minutes sur Paris Bordeaux, ce qui n'est pas négligeable (2h40 au lieu de 3h, soit 11% du temps) et permettrait d'éviter, ou de différer la réalisation très coûteuse d'un prolongement de la ligne LGV (projet Sud Europe Atlantique). Néanmoins, ce projet de prolongement est desormais lancé, et donc l'utilisation de pendulaires sur cette ligne restera surement au stade de vague projet.

Cette utilisation de trains à grande vitesse pendulaire sur les lignes Brest-Paris et Quimper-Paris, associée à la modernisation des voies, permettra de réduire les temps de parcours de 25 minutes.^[42],[43]

[modifier] Une rentabilité difficile à apprécier ; surestimée systématiquement en France

Le rapport Pébereau aborde ces aspects : "L'appréciation de la rentabilité des projets d'infrastructure est par nature une question extrêmement délicate. ... La rentabilité des projets d'investissements publics est donc très difficile à estimer au moment de la prise de décision, c'est-à-dire 5, 10 ou 15 ans avant la mise en service. Mais cela ne suffit pas à justifier les faiblesses qu'une étude de la direction générale du Trésor et de la Politique économique a identifiées dans le processus de décision."

• "le coût des projets est souvent sous-estimé. ... L'écart entre les coûts prévus et les coûts constatés semble être particulièrement élevé pour les infrastructures de transport public, tout particulièrement dans le domaine ferroviaire. Ainsi pour la ligne Grande Vitesse Nord, les surcoûts après déclaration d'utilité publique auraient été de 30%".

• "les gains attendus, tant économiques que sociaux, sont souvent largement surestimés. Dans le domaine ferroviaire, le trafic sur la ligne TGV Atlantique serait inférieur de 30% aux prévisions".

Selon une étude du ministère de l’Economie, des Finances et de l’Industrie, "la rentabilité prévisionnelle d’un projet ferroviaire serait, en moyenne, divisée par 2 entre les études préliminaires et la déclaration d’utilité publique. Et encore par 2 entre la déclaration d’utilité publique et la mise en service.

Au total, la rentabilité constatée serait 4 fois plus faible que celle estimée au moment du lancement de la réflexion.

Il est frappant de relever que de tels biais aient été à plusieurs reprises constatés, sans que cela ait conduit à être plus rigoureux dans les critères de lancement des projets d’infrastructures publiques".^[44]

[modifier] Avion

[modifier] Notes

[modifier] Articles connexes

• Ligne à grande vitesse
• Train à grande vitesse
• Train à grande vitesse pendulaire

[modifier] Liens externes

• Tour du monde des trains à grande vitesse

Trains à grande vitesse
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