Signalisation ferroviaire du métro de Paris - Définition
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Introduction
L'intense trafic du métro de Paris nécessite un système de signalisation ferroviaire adapté à la densité de circulation. Il doit être parfaitement fiable afin d'assurer la sécurité des convois et fonctionner avec la plus grande régularité possible. Dès les origines, le principe de protection des trains par deux signaux fermés successifs est adopté, pour éviter au maximum les rattrapages.
Plusieurs systèmes se sont succédé en un peu plus d'un siècle d'existence, du block automatique système Hall des années 1900 au système d'automatisation de l'exploitation des trains (SAET) du XXIe siècle.
Histoire
La signalisation Hall
Dès l'ouverture de sa première ligne de métro en 1900, la Compagnie du chemin de fer métropolitain de Paris (CMP) équipe la ligne d'une signalisation destinée à prévenir le rattrapage des rames. Cette signalisation, nommée Hall, provient des États-Unis où elle a fait ses preuves et est considérée comme simple et efficace, malgré son fonctionnement mécanique complexe. Les signaux Hall sont composés de deux feux :
Le principe du système Hall, peu différent de celui que nous connaissons aujourd'hui, repose sur la protection des trains par deux signaux à l'arrêt encadrant une section (canton) tampon.
Une boîte carrée est percée en diagonale de deux feux : un feu blanc et un feu vert. Un disque en aluminium, actionné par un relais alimenté par une batterie de douze piles de 0,8 volt en série, occulte l'un ou l'autre des feux. À l'intérieur de la boîte, se trouve une série de cinq lampes de 110 volts, allumées en permanence. En l'absence d'alimentation, le signal présente le feu d'arrêt. Le passage des roues des trains actionne une pédale placée contre la voie. La pédale, reliée au relais du signal par le biais d'une tige, met ce signal à l'arrêt (feu vert), met le signal amont à voie libre (feu blanc) et laisse le signal précédent à l'arrêt (feu vert). Un train doit par conséquence franchir deux signaux verts à la suite pour rattraper le train qui le précède, ce qui réduit les risques de rattrapages et d'accidents. Afin d'amortir le choc dû au passage rapide des bandages de roues sur les pédales, la tige est solidaire d'un disque, se déplaçant dans un cylindre fermé, la compression de l'air freinant alors les mouvements de la tige. Les signaux se situent en principe à l'entrée et à la sortie de chaque station, ainsi que dans l'interstation lorsque celle-ci est particulièrement longue.
Cependant, les signaux d'arrêt vert restent permissifs, c'est-à-dire qu'ils n'interdisent pas aux trains le franchissement du signal. Cette permissivité entraîne rapidement des accidents, comme entre Champs-Élysées et Concorde, le 19 octobre 1900, en raison de l'interprétation abusive de cette signalisation. Le système Hall est finalement supprimé et les feux verts se muent en feux rouges d'arrêt absolu. Ces derniers ne sont franchissables que sur un ordre écrit du chef de train, à une vitesse maximal de 10 km/h et uniquement à titre exceptionnel.
Parallèlement, la CMP installe dans chaque station des témoins de franchissement intempestif des signaux fermés, dont les chefs de stations doivent ensuite informer l'encadrement de la ligne pour d'éventuelles sanctions. Ce système fait retentir une sonnerie dans la station suivante en cas de franchissement d'un signal d'arrêt. Cette sonnerie ne peut être arrêtée que par le biais d'un interrupteur, placé dans un coffret plombé, actionné par le chef de station.
Sur la ligne 2, la CMP installe un système équivalent, mais avec des signaux fermés (feu rouge) par défaut. Les signaux ne s'ouvrent qu'à l'approche du train si toutes les conditions de sécurité sont remplies. Ce système permet au conducteur de mieux distinguer les signaux de l'éclairage, ceux-ci passant du rouge au blanc à l'approche de sa rame.
À la station extérieure Bastille sur la ligne 1, tout comme sur le tronçon aérien de la ligne 2 Nord (ligne 2 actuelle), des signaux de forme spécifique, surnommés « banjos » sont employés. Sur la ligne 2 Sud (actuelle ligne 6), les sections aériennes sont équipées de sémaphores, similaires à ceux des chemins de fer, le plus souvent positionnés sur des passerelles enjambant les voies.
Le système Hall équipe les lignes 1, 2 et 3 avant d'être abandonné en raison de son fonctionnement jugé délicat, peu fiable et onéreux, notamment en raison de la présence d'éléments mécaniques fragiles et difficiles à régler. Le fonctionnement de la pédale demande en effet une surveillance constante, le fléchissement de la traverse pouvant modifier la position du levier par rapport au rail. Par ailleurs, les piles des boîtiers demandent des changements fréquents, nécessitant l'emploi d'une abondante main d'œuvre spécialisée.
Les blocks automatiques Métro
À partir de 1906, la CMP adopte un nouveau système de signalisation appelé block automatique Métro. La grande nouveauté de ce système tient dans la détection des rames au moyen de barres de rails longs de cinq à six mètres placés à l'opposé du rail d'alimentation. Les motrices des trains possédant des frotteurs de chaque côté, les frotteurs inactifs du train mettent ces barres sous tension à leur passage déclenchant alors les contacteurs des signaux. Ce système permet de substituer des commandes électriques aux commandes mécaniques : il met fin à la présence des pédales et de leur fragile timonerie, et permet aux signaux d'être directement alimentés par le courant de traction, évitant ainsi l'emploi de piles.
Les blocks automatiques Métro sont composés de deux feux verticaux à lentilles, dont seulement le feu supérieur est actif, l'autre étant là en secours. Ce dernier peut être allumé par un interrupteur de « rallumage » en cas d'extinction du feu supérieur. Le feu est rouge par défaut et lorsque la voie est libre, un feu blanc s'allume devant le feu rouge masquant ce dernier et indiquant ainsi la voie libre.
Ce système équipe toutes les lignes mises en service de 1906 à 1921, soit les lignes 4 à 8, en lieu et place du système Hall. Afin d'unifier la signalisation, il se substitue au système Hall sur les lignes 1 à 6 de 1916 à 1918.
La signalisation du Nord-Sud
Le Société du chemin de fer électrique souterrain Nord-Sud de Paris ou « Nord-Sud » utilise dès sa création en 1911 un système de block automatique par circuit de voie à courant continu sous faible tension. Reprenant le principe de protection des trains par deux feux rouges en aval dont le principe était admis, la signalisation Nord-Sud innove en autorisant l'entrée des trains en station alors même que la section aval du train précédent n'est pas complètement libérée, jetant ainsi les bases du signal d'entrée permissif que nous connaissons aujourd'hui.
Le block Hall comme le block Métro sont des systèmes à impulsion de courant, exigeant l'autoalimentation de relais. Cette complication provoque parfois des ratés de fonctionnement. Ce problème pousse le Nord-Sud à concevoir un système différent, plus fiable. Un des rails de roulement est découpé au droit de chaque signal par un joint isolé, permettant de créer des cantons électriquement distincts. L'autre rail de roulement est utilisé pour le retour du courant de traction ainsi que pour la signalisation. Chaque circuit de voie ainsi formé est relié aux deux pôles d'une batterie, qui alimente un relais de voie mettant le signal à voie libre.
Le signal d'entrée en station comporte trois feux, rouge, vert et blanc. Un feu vert accompagné d'un tableau indicateur de vitesse autorise les trains à pénétrer en station à vitesse réduite dès que le train précédent a dégagé le signal de sortie de la station. Le signal de sortie comporte également trois feux, mais présente ici deux feux rouges et un blanc. Si le train précédent se situe dans la section tampon suivant directement la station, le signal en sortie de station présente deux feux rouges, puis un seul feu rouge une fois ce train dans la section suivante. Une fois deux sections libérées, le signal de sortie passe au feu blanc de voie libre. La signalisation Nord-Sud est à voie normalement fermée, tous les signaux demeurant au rouge en l'absence de train.
Lors du rattachement en 1932 des deux lignes du Nord-Sud au réseau de la CMP, sous les indices 12 et 13, cette signalisation est transformée.
Les blocks à circuits de voie double rail
À la fin de la Première Guerre mondiale, avec l'accroissement du trafic, la CMP cherche à réduire l'intervalle minimum entre les trains. Elle entreprend donc de moderniser sa signalisation pour la rendre plus performante. Prenant exemple sur la signalisation Nord-Sud, elle adopte un système de block à circuits de voie double rail.
Si ce système s'inspire directement du Nord-Sud, il abandonne en revanche l'alimentation des relais par piles, ceux-ci étant alimentés par un courant alternatif de 25 périodes. Dans ce système, la voie est découpée en cantons isolés, constituant autant de circuits de voie. Chacun de ces circuits est alimenté à son extrémité aval en courant alternatif, entre phase et neutre. Le circuit est relié en amont à un relais de voie, alimenté par le courant circulant dans les rails. Lorsqu'un train atteint un canton, la rame court-circuite les deux files de rails. Le relais n'étant plus alimenté, le signal passe à l'arrêt. Les rails de roulement assurent le retour du courant de traction : pour cette raison, les joints isolés sont shuntés par des connexions inductives, qui laissent passer le courant continu mais non le courant alternatif.
Tout comme le système Nord-Sud, le système de la CMP présente une plus grande sécurité que les systèmes antérieurs à impulsions. Hormis le cas spécifique des entrées en station, il impose toujours un canton libre faisant office de tampon entre chaque rame. En effet, si la rame met à l'arrêt le signal qu'elle franchit, elle ne débloque par pour autant le signal « antéprécédent », ce dernier n'étant débloqué que par le passage du dernier essieu du convoi.
L'impossibilité technique d'arrêter les trains en cas de franchissement d'un signal fermé fait garder le principe de la section tampon. Toutefois, s'inspirant toujours du Nord-Sud, la CMP adopte des signaux d'entrée en station présentant trois feux, permettant une entrée permissive d'une rame pour augmenter le débit de la ligne. Avec ce système de signalisation, la CMP opte, après quelques hésitations, pour un fonctionnement avec signaux normalement ouverts. Les feux restent verts par défaut en l'absence de train.
Le système est expérimenté sur la ligne 9 à partir de novembre 1922, lors de sa mise en service entre Exelmans et Trocadéro. L'accord obtenu du service du contrôle des voies ferrées permet l'installation de cette signalisation sur les lignes nouvellement construites. Les anciennes lignes sont ensuite progressivement transformées, en commençant par celles nécessitant un resserrement des intervalles face à l'affluence croissante de voyageurs.
Par précaution, quelques améliorations de détail sont apportées en 1928. En particulier, un doublement des relais est installé pour pallier tout « collage » des contacts en position haute, provoquant le maintien d'un signal ouvert qui devrait normalement rester fermé. Le collage simultané de deux relais étant hautement improbable, cette sécurité permet d'éviter presque totalement les incidents de fonctionnement.
La ligne 1 est totalement ré-équipée en 1924, suivie des lignes 3, 4 et 7 de 1925 à 1927. Ces quatre lignes sont transformées à nouveau en 1930 et 1931 avec un block à double-relais. Suivent les lignes A et B du Nord-Sud, respectivement en 1931 et 1932, nouvellement intégrées au réseau de la CMP sous les indices de ligne 12 et 13, enfin les lignes 2, 5 et 6 de 1934 à 1942.
L'adoption du code Verlant
En 1949, la RATP, reprend l'exploitation du réseau nationalisé. Il apparaît alors nécessaire de renouveler la signalisation, dont une partie des installations date de près de trente ans. En mars-avril 1955, elle adopte le code Verlant, devenu une norme internationale, avec la couleur des signaux que nous connaissons aujourd'hui. Les feux verts indiquant une voie libre avec ralentissement sont remplacés par des feux jaune-orangé et les feux blancs de voies libres laissent place à des feux verts, empêchant ainsi toute confusion avec un éclairage ne faisant pas partie de la signalisation.
Néanmoins, le remplacement du blanc par le vert ne permet plus de conserver la disposition des signaux comportant une lampe rouge allumée en permanence, système qui présente en outre l'inconvénient d'alimenter la lampe rouge à une tension de 600 volts. Un nouveau montage est en conséquence réalisé, où chaque compartiment des signaux de block est affecté à une couleur déterminée : le feu vert se positionne en haut, et le rouge en bas. Les lampes deviennent toutes incolores, la couleur étant donnée par un écran translucide placé derrière la lentille de chaque feu. Ces derniers sont alimentées en courant alternatif à 125 volts. Par ailleurs, le doublement des relais est abandonné au cours de cette transformation, les progrès accomplis dans la construction des relais ne le justifiant plus.
Ce système est celui que l'on retrouve à l'heure actuelle, sur la totalité des lignes du métro de Paris où il n'a pratiquement pas évolué.
Les débuts de la signalisation de manœuvre
La CMP se préoccupe très tôt de la signalisation de manœuvre en terminus. Si les premiers terminus en boucle ne présentent pas de demandes de manœuvres compliquées, la CMP protège néanmoins ces dernières à l'aide de signaux carrés présentant des feux rouges, verts et blancs commandés par un agent responsable des manœuvres. Les aiguilles sont actionnées via des leviers.
C'est à Nation, au terminus de la ligne 2, qu'un premier essai d'aiguille motorisée est effectué afin d'envoyer alternativement les trains vers les deux voies encadrant un quai central, avant que ne soient équipées la boucle d'Auteuil, les stations Porte de Versailles et Porte de Saint-Cloud. C'est en 1911, à l'entrée de la station Louis-Blanc, que l'on installe le premier aiguillage motorisé automatique. Il permet d'envoyer les trains alternativement vers Porte de la Villette et Pré-Saint-Gervais.
Avec la complexité grandissante des terminus du réseau et le perfectionnement de la technologie des commandes à distance, l'emploi de signaux de manœuvre se généralise sur le réseau. Alors qu'un signal de block pouvait cohabiter sur un même lieu avec un signal de manœuvre et afficher des indications contradictoires particulièrement dangereuses, la RATP, dans de tels cas, ne laisse subsister, à partir des années 1950, que le signal de manœuvre, qui fait alors également office de signal d'espacement. Un feu vert indique la voie libre ; un feu rouge indique une voie occupée en espacement, ou un itinéraire non autorisé en manœuvre. Des signaux complémentaires indiquent la position d'un appareil de voie ainsi que son verrouillage.
Une informatisation progressive
SAET pour les lignes automatiques
La construction de la ligne 14, entièrement automatique, à la fin des années 1990, oblige la régie à repenser son système de signalisation pour cette ligne. Les trains étant automatiques, les principes de base du cantonnement devaient être revus pour être adaptés aux possibilités offertes par l'informatique et les automatismes, afin de diminuer au maximum l'intervalle possible entre les trains. La signalisation de la ligne doit permettre à la fois la circulation de trains automatiques et de trains en conduite manuelle, la RATP pensant alors à l'utilisation du SAET pour l'automatisation de lignes manuelles existantes.
Pour les trains en conduite manuelle, une signalisation classique avec un canton fixe tampon, assurant l'espacement de sécurité entre les trains, a donc été prévue. En cas de non-respect de la signalisation par un train en conduite manuelle, celui-ci est sanctionné par le système de répétition ponctuel des signaux.
Pour les trains automatiques, la RATP utilise pour la première fois sur son réseau métro la technique dite de « cantons fixes virtuels ». Ils sont fixes car ces derniers possèdent un point kilométrique d'entrée et de sortie prédéfinis ; ils sont virtuels car ils n'ont pas d'existence physique sur la ligne. Cela permet des optimisations permettant la réduction de l'espacement entre les trains.
La superposition de ces deux cantonnements permet la circulation mélangée de trains automatiques et manuels en toute sécurité. Ce principe de signalisation, propre au SAET, est celui qui équipe la ligne 14 et équipera bientôt la ligne 1 en cours d'automatisation.
OURAGAN pour les lignes manuelles
Au début des années 2000, la RATP, constate le vieillissement de la signalisation latérale sur les lignes non automatiques, où celle-ci n'était plus capable de répondre aux contraintes d'exploitation en heure de pointe. Elle se penche alors sur la création d'un nouveau système de signalisation pour ces lignes. La solution retenue est le développement d'un système de cantons virtuels avec signalisation en cabine, similaire au système d'aide à la conduite, à l'exploitation et à la maintenance (SACEM) qui équipe la ligne A du RER. Ce nouveau système prend le nom d'OURAGAN, acronyme pour Offre urbaine renouvelée et améliorée gérée par un automatisme nouveau. Il devrait être progressivement déployé sur les lignes 3, 5, 9, 10, 12 et 13.
