L'accident s'étant déroulé à la fois au Luxembourg et en France, l'enquête judiciaire a été ouverte par les parquets de Thionville et de Luxembourg. Parallèlement d'autres enquêtes ont été engagées, en France, par la SNCF et par le Bureau d'enquêtes et d'analyses transports-terrestres (BEA-TT) du ministère des Transports, au Luxembourg, par les CFL et par l'Entité d'Enquête d'Accidents et d'Incidents de concert avec le BEA-TT.
Analyses
Le conducteur luxembourgeois du TER 837 617 a reçu un ordre de franchissement d'un signal d'arrêt, (rouge) pour s'engager sur la zone déjà occupée par le train de fret n° 45 938 tracté par la locomotive BB 37007 du dépôt de Thionville, lequel s'est engagé régulièrement sur cette voie en franchissant un signal ouvert (vert).
L'accident est dû à une erreur humaine d'aiguillage du côté luxembourgeois.
Les Chemins de fer luxembourgeois (CFL) admettent que le train de voyageurs à deux niveaux (TER 2N NG) reliant Luxembourg à Nancy a franchi un carré fermé et ce, sur l'autorisation du chef du poste d'aiguillage de Bettembourg. Ce dernier n'a pas accompli la procédure dans son intégralité et ne s'est pas renseigné au poste de Thionville si la voie était libre, ne songeant probablement pas à la possibilité d'un éventuel retard d'un autre train (en l'occurrence, celui du train de fret). L'autorisation du poste de Bettembourg permit alors au TER de s'engager sur la voie signalée par un feu rouge où circulait déjà le train de fret dans le sens opposé.
Ayant pris conscience de son erreur le chef de poste de Bettembourg a déclenché une alerte par Radio sol train (RST), qui n'a pas été reçue par le conducteur du train de voyageurs. Il a alors voulu couper le courant sur la ligne, mais ce n'était plus possible en raison des alimentations électriques différentes des deux pays, de plus le convoi luxembourgeois était déjà passé éventuellement sous alimentation française, et donc hors de sa portée.
Analyse des photos publiées dans la presse
Les matériels roulants sont très récents (2004) et la structure des caisses (carcasse des véhicules) a fait l'objet d'études de résistance aux chocs avec des zones de déformation contrôlée qui, malgré un chevauchement (passage de la locomotive BB 37007 au dessus de l'automotrice CFL), ont pu montrer quelques avancées.
La locomotive BB 37007 a une cabine qui s'est écrasée devant la violence du choc, mais le reste de la structure en arrière est resté « cohérent ». La zone de déformation progressive a été compressée. Le conducteur, resté dans la cabine, n'avait donc aucune chance de s'en sortir. Les wagons qui suivaient la locomotive sont partis à droite dans le sens de la marche du train suite à la rupture des attelages.
La motrice de tête de l'automotrice CFL, construite sur les mêmes chaines d'assemblages que les TER de la SNCF, a eu sa cabine écrasée par la violence du choc et a été décapitée par le chevauchement de la locomotive ; par contre la remorque intermédiaire et la motrice de queue sont restées en ligne, car les extrémités intermédiaires de chacune des caisses disposent de structures anti-chevauchement qui « accrochent » les caisses entre-elles en cas de choc. C'est grâce à ces structures qu'il y a pu y avoir des survivants.