Soutenance mémoire
Le concept de TCSP : la classification du CERTU
L’émergence des nouveaux systèmes notamment les systèmes intermédiaires engendre une confusion sur le plan de la sémantique. En 2007, le CERTU propose une nouvelle classification en collaboration avec la Direction Générale des Infrastructures, des Transports et de la Mer (DGITM), le Groupement des Autorités Responsables de Transport (GART), l’Union des Transports Publics (UTP), l’Institut National de Recherche sur les Transports et leur Sécurité (INRETS) et le Service technique des Remontées Mécaniques et des Transports Guidés (SRMTG). Cette classification repose sur deux réglementations :
– Le décret numéro 2003-425 relatif à la sécurité des transports publics,
– Les articles R. 311-1, R. 312-10 et R. 312-11 du code la route et l’arrêté du 2 juillet 1982 relatif aux transports en commun de personnes, modifié par l’arrêté du 18 mai 2009.
« Certains systèmes guidés sont soumis aux deux règlementations dans la mesure où le guidage est immatériel [CIVIS de Rouen, Philéas de Douai] ou matériel mais débrayable [TVR de Nancy et Caen]. Leurs matériels roulants, considérés comme des véhicules routiers, sont donc limités en gabarit par le code de la route (24,50 mètres de long et 2,55 de large, hors rétroviseur). En revanche, le Translohr proposé par Lohr Industrie est guidé de manière permanente par un rail central. Il n’est donc soumis qu’à la réglementation sur les transports publics guidés, comme le sont les métros et les tramways. Cette classification permet de définir trois classes de Transport en Commun en Site Propre [TCSP] : le métro, le tramway et le BHNS » (Extrait de Certu 2009, Tramway et Bus à Haut Niveau de Service (BHNS) en France : domaines de pertinence en zone urbaine). Selon le ministère du développement durable, le TCSP est un système de transport public de voyageurs, utilisant une voie ou un espace affecté à sa seule exploitation, bénéficiant généralement de priorités aux feux et fonctionnant avec des matériels allant des autobus aux métros, en passant par les tramways). Il est essentiel de rappeler que la notion de TCSP repose sur une approche système constituée de 3 composantes :
– L’infrastructure,
– Le matériel roulant,
– Les conditions d’exploitation.
« Le métro est un TCSP guidé de manière permanente et caractérisé par un site propre intégral (pas de carrefour, plate-forme inaccessible). Il est généralement en sous-terrain ou en viaduc. Il est exploité à voie libre à l’aide d’un système de cantonnement. Il peut être automatique. On fait la différence entre le métro lourd et le métro léger de type Véhicule Automatique Léger (VAL). Le tramway est un TCSP guidé de manière permanente et caractérisé par un véhicule ferroviaire (roulement fer sur fer) qui circule majoritairement sur la voirie urbaine et est exploité en conduite à vue. On intègre dans cette catégorie le « tramway sur pneus » de Lohr, système guidé sur pneus qui présente la particularité d’avoir un guidage matériel permanent par rail et donc de se soustraire au code de la route, notamment en ce qui concerne la longueur des rames. Le Bus à Haut Niveau de Service (BHNS) est un TCSP caractérisé par un véhicule routier répondant au code de la route (limité à 24,50m en longueur). Par une approche globale (matériel roulant, infrastructure, exploitation), le BHNS assure un niveau de service continu supérieur aux lignes de bus conventionnelles (fréquence, vitesse, régularité, confort, accessibilité) et s’approche des performances des tramways français. Le bus est ici considéré dans sa conception la plus large. Il peut être guidé (guidage matériel ou immatériel) ou non guidé, à motorisation thermique, électrique ou hybride. » Dans cette première classification, deux grandes familles se distinguent : les systèmes en souterrain ou sur viaduc type métro et les systèmes en surface type tramway et BHNS. Le CERTU propose également une classification pour les TCSP de surface (figure 1). Comme suite à l’apparition des téléphériques en milieu urbain, qu’ils soient en exploitation ou en projet, nous estimons que le sujet de leur intégration au concept de TCSP reste ouvert. Pour cette raison, nous décrivons rapidement la technique de traction par câble en milieu urbain. Les systèmes de transport par câble implanté sur les domaines skiables ou encore à des fins touristiques ne seront pas décrits car non considérés comme système de transport collectif de voyageurs en milieu urbain. Par conséquent, nous limitons notre description aux systèmes téléphérique et funiculaire. L’essentiel des informations ci-dessous proviennent du site officiel du STRMTG10 Le site officiel du STRMTG nous permet de clarifier les définitions et de classer les différents termes utilisés. Le funiculaire (FUN) est un appareil dont les véhicules, tractés par un câble, roulent sur des rails et effectuent un mouvement de va et vient entre les 2 extrémités de la ligne. Soit chaque véhicule circule sur sa propre voie, soit les deux véhicules utilisent la même voie qui dans ce cas comporte une section de croisement au milieu du parcours. Dans ce dernier cas, les véhicules possèdent sur un côté des roues guides qui leur imposent d’être toujours du même côté de la voie dans la zone de croisement. Le câble tracteur roule sur des galets posés entre les rails. Tout comme pour les téléphériques, il existe deux technologies :
o Le câble enroulé,
o Le câble tracteur.
Le téléphérique désigne une installation où les passagers sont transportés dans des véhicules suspendus à un ou plusieurs câbles. Il s’agit des télésièges, des télécabines, des funitels et des téléphériques (à va et vient ou pulsés), à la différence des téléskis où les usagers restent en permanence avec les pieds au sol, et des funiculaires, très proche des trains. Dans son sens réglementaire, le mot téléphérique correspond donc à la notion de « téléporté ». Il existe deux grandes technologies pour réaliser un téléphérique :
o La technologie monocâble (un câble porteur et tracteur),
o La technologie bicâble (un câble porteur et un câble tracteur).
A ces deux techniques peuvent être associées deux types de mouvements :
o Mouvement unidirectionnel,
o Mouvement à va et vient.
La combinaison des technologies et des mouvements conduit à la mise en œuvre des systèmes suivants :
– Le télésiège – Téléphérique monocâble à mouvement unidirectionnel continu,
– La télécabine – Téléphérique à mouvement unidirectionnel continu,
– Le funitel – Téléphérique monocâble à mouvement unidirectionnel continu,
– Le téléphérique à va et vient,
– Le téléphérique pulsé – Téléphérique à mouvement unidirectionnel discontinu.
Le téléphérique en milieu urbain est adapté au franchissement d’une dénivellation comme à Grenoble ou à la traversée d’un bras de mer comme à Brest. Le projet de câble A d’Ile de France Mobilité constitue à l’heure actuelle le projet français le plus abouti en milieu urbain. D’une longueur de 4,5 km, il permettra le franchissement d’une large coupure ferroviaire et autoroutière (vitesse commerciale inférieure à 16 km/h / débit de 1 200 passagers/h/sens). 10 STRMTG. Service Technique des Remontées Mécaniques et des Transports Guidés. www.strmtg.developpement-durable.gouv.fr (consulté en aout 2018). Nous listons ci-dessous quelques dates de réalisations sur le territoire français et tentons de lister les projets en cours.
– 1862 : Funiculaire de Lyon (première mondiale),
– 1890 : Funiculaire du Havre,
– 1900 : Funiculaire de Montmartre,
– 1934 : Téléphérique de Grenoble,
– 1989 : Funiculaire de Laon (fermé récemment),
– 2016 : Téléphérique de Brest,
– Projets de téléphérique :
o Orléans,
o Toulouse,
o St-Denis de la Réunion,
o Région Ile de France,
o Marseille.
Tout comme les systèmes exploités en souterrain ou viaduc tel que le métro, les systèmes de transport par câble ne sont pas impactés par les autres types de circulation.
Le développement initial des BRT en Amérique Latine dans les villes de Curitiba et de Bogota
Il est essentiel de rappeler que le concept de BHNS (Bus à Haut Niveau de Service) français ou plus largement européen est inspiré du BRT (Bus Rapid Transit) né en Amérique latine. La première ville à exploiter une ligne d’autobus capacitaire avec une approche système est Curitiba au Brésil. Curitiba est une ville de 1,5 millions d’habitants avec 85 % de la population utilisatrice des transports en commun et une agglomération de 3,5 millions d’habitants avec 70 % de la population utilisatrice des transports en commun. Cette situation remarquable l’est d’autant plus que le réseau de transport en commun de Curitiba est exploité uniquement par des autobus. Les systèmes métro ou encore tramway n’existent pas. C’est en 1974 que Curitiba inaugure un réseau d’autobus de 1 100 kilomètres dont 81 en site propre pour la partie la plus dense de la ville21. Ce réseau est composé à l’heure actuelle de 340 lignes (Viennet, 2014). Inspirée par Curitiba, la ville de Bogotá est une « figure emblématique » dans le paysage des villes pionnières du concept BRT avec son réseau TransMilenio. Jusqu’à la fin des années 1990, la ville de Bogotá disposait d’un réseau d’autobus composé de 28 000 véhicules détenus par 30 propriétaires. Le réseau souffrait d’une totale désorganisation et la vitesse commerciale moyenne était comprise entre 5 et 8 km/h22. Cette situation a provoqué une baisse sensible de la fréquentation. En 1999, le taux de remplissage moyen des véhicules était de l’ordre de 45 % (Juge, 2006). La congestion urbaine ne cessait d’augmenter et menaçait le développement économique de la ville. La mise en place d’un réseau de transport public plus performant devient donc indispensable. L’investissement dans la construction d’un réseau ferroviaire est écarté du fait de l’importance de l’investissement à réaliser. Les autorités compétentes optent donc pour la mise en œuvre d’un réseau intégré d’autobus rapide en site propre : TransMilenio. Les objectifs affichés sont de :
– Désengorger l’espace urbain de l’automobile,
– Améliorer la performance et l’image du réseau de transport,
– Augmenter la part du transport collectif.
Le réseau TransMilenio est caractérisé par une réservation de voirie sur un corridor au centre des artères principales. La largeur des réservations de voiries [2 fois 2 voies] permet une double exploitation : ligne express et omnibus. Les véhicules sont articulés, climatisés, à plancher bas et localisés par satellite. Les stations principales sont équipées de portes palières et les quais d’embarquement sont au niveau des véhicules. Par conséquent le réseau TransMilenio possède les caractéristiques d’un réseau ferroviaire de surface avec 84 km de site propre. L’exploitation du TransMilenio débute courant 2001. La vitesse commerciale passe de 8 km/h à 28 km/h et les taux de remplissage passent de 45 % à 95 % (Juge, 2006).
Le guidage permanent et la réservation d’emprise
En comparaison avec le BHNS, le tramway sur fer ou pneu tel que le défini le CERTU implique un guidage permanent. Ce guidage permanent nécessite un niveau de réservation plus élevé. La mise en œuvre du tramway moderne nécessite une infrastructure particulière qui est succinctement décrite ci-dessous. Nous décrivons les particularités des voies aussi bien du tramway sur fer que sur pneu. Pour le matériel roulant sur fer, il existe deux grands types de voie : la voie sur ballast et la voie sur béton. La pose de la voie sur ballast est plus simple que celle sur béton et par conséquent moins coûteuse. En revanche, la pose de voie sur béton subit moins de déformation et nécessite moins d’entretien. La voie du tramway sur pneu la plus aboutie est celle utilisée par le système Translohr. Celleci est une voie routière équipée d’un rail central posé au milieu de la chaussée afin d’assurer le guidage du véhicule. Il existe également une voie préfabriquée. Celle-ci est en béton armé et se présente sous forme de bloc. Sur le territoire Français, les premières lignes de tramway moderne sont exploitées au moyen de véhicules Alstom type TFS. Comme nous l’avons déjà évoqué, le matériel roulant TFS avait déjà évolué entre les projets de Nantes et de Grenoble. Le choix de Strasbourg permet l’entrée dans le paysage d’un autre constructeur : ABB. Aujourd’hui, le constructeur Alstom est leader sur le marché français avec notamment le modèle Citadis43. Bombardier est également présent avec les modèles Incentro, Eurotram et Flexity. Il existe bien entendu d’autres constructeurs présents ou non sur le territoire. On peut citer par exemple Siemens, AnsaldoBreda, Stadler, Pesa ou encore CAF qui est de plus en plus visible en France En raison du nombre important de constructeurs, nous décrirons le matériel roulant (tramway sur fer et tramway sur pneu) le plus répandu dans les villes françaises. Le matériel Citadis est largement répandu en France grâce à l’étendue de sa gamme. La gamme Citadis propose des rames de tramway allant de 23,9 mètres à 44,6 mètres de longueur avec des largeurs allant de 2,20 à 2,65 mètres. La capacité offerte s’étend de 142 à 319 passagers. Contrairement au matériel tramway sur fer, le matériel tramway sur pneu se limite à un seul type : le Translohr. Son constructeur propose des véhicules allant de 25 mètres à 46 mètres pour une capacité allant de 178 à 358 passagers. On constate que dans certains ouvrages, les termes de « semi-métro » ou encore « prémétro » sont utilisés. Le rapport de l’association Lyon – Métro de novembre 1970 intitulé Nouveaux métros en Allemagne fédérale44 permet de caractériser ces termes. Un semi ou prémétro correspond à une ligne de tramway ayant une partie de son parcours enterré. L’exemple du semi-métro de Hanovre est décrit comme la mise en œuvre d’un système de transport ferroviaire urbain avec une partie de son itinéraire en souterrain et une partie en surface. La partie de son itinéraire en souterrain (zone urbaine dense) est exploitée à l’identique d’un métro classique (cantonnement) et l’autre partie en surface avec une circulation à vue de type tramway. La partie souterraine est réalisée dans le cadre du projet alors qu’une partie des voies ferroviaires de surface, appartenant au réseau de tramway existant, sont utilisées. Cette terminologie sous-entend une certaine évolutivité du système tramway vers un système métro. Notre territoire compte quelques exemples de tramway ayant une partie de leur parcours en souterrain sans que cela soit intégré à un projet d’évolution à terme vers un système métro. On peut citer par exemple les lignes A et D de Strasbourg, la ligne de tramway de Rouen dénommée « métro » par l’exploitant et les usagers locaux ainsi que la ligne T2 de Nice. Dans les années 1970, le territoire allemand dispose de nombreuses villes équipées de réseau de tramways. Par conséquent, des projets de type « Semi-métro » d’Hanovre étaient envisageables notamment via la réutilisation d’une infrastructure ferroviaire tramway en surface. Cette évolution d’un système tramway vers un système métro est, pour la même période, beaucoup plus difficile à mettre en œuvre sur notre territoire du fait de la disparition quasi-totale du tramway. L’histoire du transport collectif suit, pour la majorité des villes françaises, un phasage plus ou moins identique. Les enchaînements des techniques utilisées sont plus ou moins synchronisés. L’image ci-dessous permet de mettre en avant cet enchaînement pour les villes du Havre, Angers, Reims et Dijon Dès 1830, des lignes omnibus sont exploitées dans les villes du Havre et d’Angers. Cette existence précoce de lignes de transports publics de voyageurs repose sur les caractéristiques de l’urbanisation. En revanche, Reims et Dijon n’exploitent ce type de transport qu’à la fin du 19ième siècle. Les villes du Havre et de Reims passent par le tramway hippomobile avant d’utiliser la traction électrique alors que les villes d’Angers et de Dijon passent directement au tramway électrique. A la fin du 20ième siècle, les réseaux sont tous exploités avec des autobus. Le tramway dit « moderne » réapparaît pour l’ensemble des villes au début du 21ième siècle.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 : Les systèmes de transport collectif : évolutions techniques, modalités de réservation d’espace et d’automatisation
1 Introduction
2. Le concept de TCSP : la classification du CERTU
3. Evolution de la technique routière
3.1 La technique routière et le site propre : du BRT au BHNS
3.1.1 Le développement initial des BRT en Amérique Latine dans les villes de Curitiba et de Bogota
3.1.2 La transposition du BRT dans d’autres pays
3.1.3 L’approche européenne
3.1.4 Le BHNS à la française
3.1.5 Les différents modes de guidage
4. Evolution de la technique ferroviaire
4.1 Le tramway
4.1.1 Le tramway moderne
4.1.2 Les premières réalisations
4.1.3 Le guidage permanent et la réservation d’emprise
4.2 Le métro
4.2.1 Le réseau de Paris
4.2.2 Le réseau de Marseille
4.2.3 Le réseau de Lyon
4.3 Le métro VAL (Villeneuve d’Ascq – Lille puis Véhicule Automatique Léger)
4.3.1 Les caractéristiques techniques
4.3.2 Description du roulement / guidage et voie
4.3.3 Description du matériel roulant
4.3.4 Description de l’automatisme
4.4 Les niveaux d’automatisation et la perspective de développement
4.4.1 Les niveaux d’automatisation (Grades of Automation : GoA)
4.4.2 Perspectives de développement des métros automatiques sur dix ans
5. Partage de la voirie : Principes et modalités de mise en œuvre
5.1 La typologie de la réservation de voie pour le transport collectif
5.2 La typologie de l’implantation de la réservation dans le tissu urbain
5.2.1 Les différents types d’aménagement
5.2.2 Une réservation permanente ou temporaire
5.3 La réservation : capacité de transport et consommation d’espace
5.3.1 La réservation : un facteur d’augmentation de la capacité de la voirie
5.3.2 La consommation d’espace
5.3.4 Les limites de la réservation au profit des transports collectifs
5.3.5 L’analogie possible avec la littérature sur le trafic routier
6. Evaluation et choix des systèmes TCSP
6.1 Evaluation socio-économique : analyses coûts / avantages
6.2 Les analyses multicritères
6.3 Des retours d’expérience aux recommandations
6.4 Les approches politiques à partir de 1970
6.4.1 VAL ou tramway à Toulouse : le questionnement du partage de la voirie
6.4.2 TVR ou tramway à Nancy et Caen : un choix technique
7. Conclusion
Chapitre 2 : Approche de la performance opérationnelle et description fonctionnelle du système de transport collectif
1. Introduction
2. L’approche systémique du système de transport
2.1 L’approche systémique : éléments de définition
2.2 Modélisation fonctionnelle
2.3 Schématisation d’un système « Transport » : vision de la régulation
2.4 Schématisation d’un système « Transport » : vision temporelle
2.5 Proposition d’une schématisation d’un système « Transport »
3. La performance multidimensionnelle du transport collectif
3.1 Une approche de la notion de la performance
3.2 La performance du service de transport collectif
3.3 La mesure de la performance économique : une focalisation sur l’efficience
4. La performance opérationnelle et l’analyse microscopique
5 La planification théorique et la détermination de l’offre
5.1 La terminologie relative au temps
5.1.1 Définitions de Poupard, X. 1982
5.1.2 Définition de l’UTP (1988)
5.1.3 Les lacunes de la terminologie
5.2 Détermination de la capacité
5.2.1 : Détermination de la capacité d’un système bus
5.2.2 : Détermination de la capacité d’un système métro
5.3. Le graphique de marche : l’outil au service de la planification
5.3.1 Graphique à pente variable
5.3.2 Graphique à pente constante de 45 degrés
5.3.3 Le tableau de marche (TM)
5.4 Vers le dimensionnement capacitaire maximum
5.4.1 Les fréquences de passage
5.4.2 La capacité des véhicules
5.5 Les limites de capacité : saturation des systèmes
5.6 Un regard critique sur cette approche classique du dimensionnement
6. La mesure du système mis en œuvre
6.1 Le temps de parcours
6.1.1 L’approche empirique
6.1.2 L’approche par l’occurrence
6.1.3 Les pratiques actuelles
6.2. La fréquentation des systèmes existants
6.3 La loi d’arrivée des voyageurs
7. Les notions de ponctualité / régularité, leurs mesures et leurs logiques
7.1 Distinction entre ponctualité et régularité
7.2 Les mesures de l’irrégularité
7.3 Les logiques de la régularité
7.4 La régulation
8. Conclusion
Chapitre 3 : Mise en œuvre de l’analyse microscopique des conditions d’exploitation
1. Introduction
2. Caractéristiques des terrains d’étude
2.1 Ligne 4 BHNS de Nantes « busway »
2.2 Ligne 1 du réseau de tramway de Montpellier
2.3 Ligne A du métro de Toulouse
3. Approche méthodologique
3.1 Schématisation d’une exploitation optimale : approche théorique
3.2 Analyse de la composante organique
3.2.1 Analyse de la topographie d’un itinéraire
3.2.2 Analyse des caractéristiques du matériel roulant
3.3 Analyse de l’aspect fonctionnel
3.3.1 La terminologie des composantes du temps de parcours
3.3.2 Les données et les systèmes de recueil
3.3.3 La base de données EAS
3.3.4 Le système DIALEXIS
3.3.5 Terminologie commune : vers une équivalence
3.3.6 Présentation des valeurs statistiques utilisées pour l’analyse microscopique
3.3.7 Présentation de la méthode pour mesurer l’impact de la La variabilité du temps de parcours dans l’hypothèse d’invariance des composantes
3.3.8 Présentation de la modélisation des analyses
4. Résultats par système
4.1 Système BHNS
4.1.1 Description de l’aspect organique
4.1.2 Analyse de l’aspect fonctionnel
4.1.1.1 Le temps de parcours comme agrégat
4.1.1.2 L’échelle de l’interstation
4.2 Système Tramway
4.2.1 Description de l’aspect organique
4.2.2 Analyse de l’aspect fonctionnel
4.2.1.1 Le temps de parcours comme agrégat
4.2.1.2 L’échelle de l’interstation
4.3 Système VAL
4.3.1 Description de l’aspect organique
4.3.2 Analyse de l’aspect fonctionnel
4.3.1.1 Le temps de parcours comme agrégat
4.3.1.2 L’échelle de l’interstation
5. Proposition d’une liste d’inducteurs
6. Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie
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