Le système ERTMS comprend deux composantes complémentaires qui peuvent jouer leur rôle séparément en raison de leurs fonctions propres: l’ETCS et le GSM-R.
La première composante, ETCS (European Train Control System), concerne la commande et le contrôle des trains, c’est-à-dire la transmission au conducteur des informations relatives à la vitesse autorisée et à la surveillance permanente du respect de ces indications. Un ordinateur embarqué compare la vitesse réelle du train et la vitesse maximale autorisée, le dépassement de ce maximum entraînant l’arrêt d’urgence. Ces fonctions sont classiquement réalisées par les balises au sol, la signalisation latérale classique, les systèmes de répétition des signaux en cabine et ceux qui sont destinés au freinage d’urgence du train en cas de non-respect des indications. Dans ces conditions, l’ETCS utilisé isolément se présente comme une sorte de signalisation en cabine globalisée, considérée comme l’ERTMS niveau 1.
La seconde composante, dite GSM-R, est un système de radio sol-train fondé sur le standard GSM de téléphonie mobile, mais qui utilise des fréquences propres au rail, spécificité indiquée par le « R ». L’utilisation conjointe de l’ETCS et du GSM-R est réalisée dans le cadre de l’ERTMS dit de niveau 2.
Plus concrètement, dans l’application ERTMS 1 (schéma 1), c’est une balise placée au pied de chaque signal latéral à la voie qui, via un odomètre, transmet au train des informations lui permettant de calculer en permanence sa vitesse maximale autorisée au fur et à mesure de sa progression. Cette vitesse à ne pas dépasser s’affiche sur le tableau de bord de la cabine de conduite, fonctionnant à la fois comme indicateur et contrôle de vitesse.
Ainsi, le train qui passe au niveau de la balise d’un signal au vert reçoit l’autorisation de rouler jusqu’à la fin du canton, c’est-à-dire jusqu’au prochain signal. Sans autre information, il devra s’arrêter à la balise suivante qui correspond au signal d’entrée dans un autre canton. Si un train précédent est encore dans ce canton, présence indiquée par le feu rouge d’arrêt, deux solutions sont possibles: l’arrêt absolu (obligatoire) ou une indication d’autorisation de pénétrer au ralenti (marche à vue) dans le canton encore occupé. La vitesse prescrite et indépassable s’affiche cette fois encore sur le tableau de bord dans la cabine de conduite.
L’ERTMS 2 (schéma 2) ajoute la radio type GSM-R à la signalisation en cabine transmise par les balises au sol. Dans ce cas, le train peut recevoir à tout moment (en moyenne toutes les trois secondes) une autorisation d’avancer à la vitesse indiquée sur le tableau de bord. Sa position est automatiquement transmise au centre de contrôle radio via les systèmes déjà existants au sol, ce qui évite l’implantation de nouveaux équipements spécifiques. Le centre radio répercute l’information aux trains qui suivent, ce qui rend la signalisation latérale inutile. À la différence de la situation ERTMS 1, qui aurait obligé le train suivant à ralentir, celui-ci peut directement aller à la limite de la prochaine section. Cela évite les effets d’accordéon de la circulation ferroviaire, effets que l’on connaît bien en circulation routière.
L’utilisation de l’ERTMS 2 permettrait d’augmenter de près de 25 % la capacité maximale des lignes. Ainsi, une LGV française pourrait traiter jusqu’à 16 trains par heure en période de pointe, au lieu de 13 avec la signalisation en cabine classique type TVM 430.
Dans l’application ERTMS 3 (qui, comme on l’a vu, n’en est actuellement qu’au stade expérimental), les balises deviendront virtuelles et les cantons mobiles. En effet, les trains enverront eux-mêmes leur position au centre radio dit RBC (Radio Block Center) relié au satellite. Cela réduira plus encore – voire éliminera totalement – le rôle des équipements au sol, sauf dans le cas de certaines situations géographiques telles que celles évoquées par les intervenants des rencontres de Lille.
Ce dispositif, que l’on pourrait apparenter à un dispositif de marche à vue satellitaire(1), permettrait à la fois d’augmenter globalement la capacité des lignes et de diminuer les coûts d’installation et de maintenance des équipements sur le terrain.
Aujourd’hui en Europe, plus de 40 000 kilomètres de voies(2) sont équipés de l’ERTMS niveaux 1 et 2, ou sont en cours d’équipement. Sur ce total, près de 8 000 kilomètres se situent, ou vont se situer à court et moyen terme, en Belgique (ce qui équivaut à 100 % du réseau!), 6 000 en France (10 %)(3), 4 300 en Espagne (6 %), 3 700 au Danemark (85 %), 3 700 en Suisse (60 %), 3 600 en Pologne (10 %), 1 800 en Allemagne (2,5 %), autant en Grèce (30 %) et en Roumanie (12 %), 1 500 en Autriche (20 %) et en Italie (10 %), et 1 200 en Bulgarie (15 %).
Tandis que l’ERTMS 3 est, comme nous l’avons vu, en cours d’expérimentation en Sardaigne. Le potentiel global de l’ERTMS tout niveau serait évalué à près de 100 000 km de lignes, dont plus de la moitié serait située en Europe(4).
Aujourd’hui, aux sections de lignes déjà équipées ou en cours de l’être (estimation entre 30 000 et 40 000 km), s’ajoute une flotte de près de 10 000 engins de traction aptes aux deux niveaux de l’ERTMS, dont 6 500 d’entre eux roulent sur des réseaux ferrés européens.
1) Dans la signalisation ferroviaire classique, la marche à vue permet à un train d’entrer à vitesse limitée dans un canton de ligne déjà occupé par un autre train. Avec l’ERTMS 3, le canton devient virtuel, donc glissant, au fur et à mesure de l’avancement du train.
2) Ce total est plus faible exprimé en kilométrage de lignes, puisqu’il s’agit essentiellement de ligne à double voie ou plus.
3) À l’horizon 2025, les deux tiers des TGV de la SNCF seraient équipés ERTMS 2. Côté lignes, les LGV Bretagne-Pays de la Loire, Sud Europe Atlantique et Nîmes-Montpellier seront équipées dès 2017. La LGV Est a été équipée d’origine d’ERTMS 2, actuellement non exploité sur sa section de première phase (Vaires–Baudrecourt) qui est également dotée de la TVM 430, la signalisation LGV sol-train classique en cabine. La section de seconde phase (Baudrecourt–Strasbourg) sera équipée dès cette année, et l’ERTMS 2 sera en service sur la totalité de la ligne.
4) En Chine, plus de 15 000 km de voie sont équipées ERTMS. La moitié du kilométrage existant hors Europe!