Des trains plus légers pour les petites lignes ? (1)

C’est un sujet qui revient régulièrement depuis les origines du chemin de fer et qui, dans l'histoire du transport ferroviaire régional, reprend vigueur à chaque « crise » sur la consistance du réseau et le maillage des territoires hors des grands centres urbains. Est-il pertinent de faire circuler des trains « lourds » sur des lignes à voie normale et à faible trafic, les UIC 7 à 9 désormais qualifiées de lignes de desserte fine du territoire ? Dans le prolongement : peut-on alléger la conception de l’infrastructure pour en réduire le coût de possession ?

Une question vieille comme le chemin de fer

Dès la fin du 19^ème siècle, l’exploitation légère avait été envisagée avec des trains courts, composés de 2 à 4 voitures, avec de petites locomotives à vapeur, généralement sous l’appellation Train-Tramways, apparues notamment au Nord et au PO. L’arrivée des autorails constitua intrinsèquement un facteur d’allègement important, générant de notables économies sur l’exploitation.

En particulier, pendant la seconde guerre mondiale, la faible consommation d’énergie inhérente au mode ferroviaire devenait un argument de taille pour assurer un minimum de desserte dans les régions rurales où la voiture était encore rare. On vit ainsi apparaître des autorails très rudimentaires sur la base d’autocars, montés sur essieux ferroviaires. Un essai fut même mené entre Niort et Ruffec en 1943 avec un véhicule rail-route. Avec une vitesse faible, 60 km/h, ces petits autorails d’une quarantaine de places étaient peu commodes car non réversibles et d’une capacité insuffisante. Les autorails Floirat avaient été déclinés en remorques, mais la performance de ces convois était à peine meilleure que celle d’un cycliste occasionnel. En outre, les bagages devaient être stockées sur le toit.

Par la suite, les autorails Billard puis les FNC prolongèrent la recherche de légèreté : les premiers, avec un moteur de 80 chevaux, ramenaient la masse à l’essieu à 8 tonnes, et les seconds l’abaissèrent à 5,3 tonnes avec 60 chevaux seulement et une vitesse maximale de 65 km/h.

L'autorail FNC, à 2 essieux, apparu juste après la deuxième guerre mondiale : 11,4 m, 65 kW, 43 places assises et une vitesse de pointe de 65 km/h lorsqu'il ne tractait pas de remorque. L'architecture la plus légère pour un autorail en France avec une masse de 11,5 tonnes.

Car un constat s’est rapidement imposé : plus on allège le véhicule, moins on va vite. Ainsi, l’X3800 Picasso, qui s’est imposé parmi les standards de l’exploitation des lignes secondaires dans les années 1950, affichaient une vitesse maximale de 120 km/h et une masse à l’essieu de 7,9 tonnes.

Entre Clamecy et Corbigny - 1979 - Icône des omnibus français des années 1950 aux années 1980, l'X3800 et son moteur de 300 chevaux pouvait courir à 120 km/h avec 62 voyageurs. Plus rapide, plus capacitaire et donc plus lourd : 31,5 tonnes. © J.H. Manara

Autre constat : plus on allège le véhicule, plus on réduit sa durée de vie. Les autorails légers sur essieux n’ont guère circulé plus de 15 ans, soit la durée de vie d’un autocar. Légèreté et voie en état médiocre sinon mauvais ne font pas non plus bon ménage.

L’A2E : un autorail pas si léger…

Dernier exemple en France, en 1990, l’autorail à 2 essieux, après avoir suscité de nombreux débats au sein de la SNCF, avec l’Etat, mais aussi avec la Région Bretagne, fut exploité par CFTA entre Guingamp, Paimpol et Carhaix. Apte à 90 km/h mais conçu pour 120 km/h, il affichait une masse à l’essieu de 12,7 tonnes. L'X73500, qui constitue aujourd’hui, le module élémentaire ferroviaire en France, avec sa vitesse de pointe de 140 km/h, affiche « seulement » 12,5 tonnes à l’essieu. Bref, l’A2E n’était pas forcément si léger…

Murat - 9 avril 2015 - La référence française actuelle est souvent considérée comme trop capacitaire par rapport au trafic... par ceux qui ne cherchent pas à réfléchir au moyen de remplir les trains... © Rail Composition

Il n’en demeure pas moins qu’à capacité équivalente, les trains de 2010 sont deux fois plus lourds que ceux que 1965. Un X76500 tricaisse de 160 places affiche 831 kg par place assise, contre 448 pour un X4500 de 133 places. Les performances, les normes de sécurité, le confort et les fonctionnalités à bord ne sont pas tout à fait les mêmes…

Au chapitre des autorails à Diesel, en France, l’X73500 constitue donc une référence. Hors de nos frontières, les RS1 de Bombardier, qui circulent sur plusieurs lignes en Allemagne, sont un peu moins performants, 120 km/h, et de conception plus légère avec 10 tonnes par essieu. Mais la différence sur le coût du matériel et la conception de l’infrastructure reste relativement limitée. Pour creuser l’écart, il faut donc aller plus loin dans l’allègement du matériel.

Achkarren - 27 décembre 2013 - Le RS1 allemand est un plus léger que l'X73500 français avec 10 tonnes à l'essieu contre 12 pour une capacité comparable. Mais de ce côté-ci du Rhin, pas vraiment de débat sur le remplissage des trains... © N. Hoffmann

Diminuer la capacité : la fausse bonne idée 

C’est le premier axe, régulièrement mis en avant. L’X73500 serait trop capacitaire et circulerait les deux tiers de la journée à vide ou presque. Cette assertion est exagérée, car si les trains sont vides en journée, c’est d’abord parce qu’ils sont rares ! La permanence de l’offre dans la journée est une condition majeure pour rendre visible le service. Trop de lignes françaises connaissent encore le régime d’après-guerre à 3 ou 5 allers-retours par jour. A moins d’un train toutes les 2 heures, le train est cantonné à un rôle fantomatique.

Par conséquent, la piste de modules de faible capacité, de l’ordre de 20 à 30 places, façon « navettes autonomes », se heurte aux contraintes physiques : qui dit allègement dit réduction de performance (on vient de le voir). Aujourd’hui, les industriels évaluent la vitesse maximale des navettes autonomes en expérimentation à 45 km/h : elles sont donc incapables d’assurer un service adapté aux besoins des populations sur des trajets interurbains. Pour être compétitif par rapport à un autocar, il faut atteindre au moins 35 km/h en vitesse moyenne et 50 km/h pour rivaliser avec la voiture. Ce qui suppose une vitesse de pointe de l’ordre de 100 km/h.

Neussargues - 29 janvier 2016 - Trop capacitaire l'X73500 ? Et on fait comment pour gérer les flux de pointe, les correspondances, les bagages, les vélos, dans les cogitations actuelles sur des véhicules de très faible capacité ? © transportrail

Qui plus est, ces modules à faible capacité devront être plus nombreux pour encaisser les effets des pointes de trafic. Deux exemples types :

• les migrations d’élèves internes et d’étudiants le vendredi soir, le dimanche soir et le lundi matin ;
• les correspondances Grandes Lignes, quand une « petite ligne » récupère 100 voyageurs venant d’un TGV. Situation qu’on rencontre par exemple en Bretagne à Auray pour Quiberon ou à Guingamp vers Paimpol et Carhaix.

Donc il faudrait multiplier le nombre de véhicules pour couvrir les pointes, avec un faible taux d’usage hors de ces mouvements de pointe. Or ce qui coûte cher aujourd’hui au système ferroviaire, c’est notamment la sous-utilisation d’actifs à forte valeur capitalistique dans un cycle malthusien de l’offre.

Qui plus est, les frais fixes dans l’exploitation ne sont pas strictement linéaires mais augmentent par paliers successifs. Que le véhicule dispose de 40 ou de 80 places ne les fait pas automatiquement doubler.

Quant aux trains vides, il serait bien plus logique de trouver le moyen de les remplir plutôt que de considérer leur faible fréquentation comme inéluctable et poursuivre la spirale du déclin.

Par conséquent, on peut considérer que le module de base de 80 places, tel qu’existant aujourd’hui avec les X73500, constitue un point d’équilibre satisfaisant. Rappelons-nous que les X2100, X2200 et X2800 moins capacitaires étaient souvent flanqués d’une remorque ou en UM pour proposer une capacité adaptée au trafic… en diminuant les performances.

Viaduc de Valady - 13 avril 2011 - Les X2100 et X2200 étaient certes plus légers et moins capacitaires, mais il fallait fréquemment recourir aux remorques et aux unités multiples pour répondre à la demande et conserver des performances honorables. © Rail Composition

Petit à petit, le portrait-robot de ce qu'on pourrait appeler un train léger se précise, et les travaux du CEREMA sur le sujet proposent :

• moins de 10 tonnes à l’essieu à vide pour une vraie rupture technique sur le matériel et l’infrastructure ;
• une vitesse maximale de 100 km/h ;
• une capacité de base de 80 places.

Dans l’absolu, ce matériel existe : c’est le tram-train. En lecteur attentif que vous êtes de transportrail, vous devez trouver étonnant qu’on pense à lui après le sévère constat que nous en avons dressé dans ses applications françaises. Justement : c’est peut-être l’occasion de le remettre sur les rails, et de préférence les bons ! Le problème français est bien d'avoir dévoyé le tram-train de son domaine de pertinence, principalement pour des usages périurbains avec intérêt à entrer en ville par un réseau de tramway.

Mais pour un usage purement ferroviaire, les contraintes liées à la circulation en ville, et notamment le gabarit réduit, ne sont d'aucune utilité dans le débat qui nous intéresse ici.

La question énergétique 

La réduction de l’empreinte environnementale des transports, de la consommation d’énergie en général et de carburants fossiles en particulier place dans l’absolu la technique ferroviaire en situation de force – du moins en théorie – par sa frugalité intrinsèque. La SNCF souhaite s’affranchir du gasoil d’ici 2035, ce qui implique la recherche de solutions nouvelles. La traction électrique est en pointe mais le coût d’électrification du réseau est difficilement finançable, amenant à explorer d’autres solutions, que transportrail aborde dans un dossier spécifique.

En résumé, deux pistes semblent à privilégier :

• le remplacement du gasoil par des biocarburants issus de résidus de l’agriculture ;
• l’hybridation, en introduisant des batteries sur des rames électriques, avec biberonnage ponctuel et récupération de l’énergie au freinage, pouvant être combinée avec une motorisation au biocarburant – ou à terme à l’hydrogène – en générateur de courant pour les batteries.

Ingrédient supplémentaire de notre cahier des charges : le train léger devrait donc être a minima bimode ou hybride, ce qui vient alourdir le bilan massique de notre véhicule. Néanmoins, ces solutions commencent à être appliquées. On prendre pour exemple les trams-trains RegioCitadis d’Alstom en service à Kassel, ou les Citylink de Stadler à Chemnitz qui sont tous deux munis d’un moteur thermique pour circuler hors zone électrifiée. Ajouter quelques batteries pour en faire un matériel hybride complexifie un peu plus un matériel déjà bicourant à moins de pouvoir dissocier en France des rames pour des lignes en 1500 V et d’autres en 25 kV.

Matériel apte à circuler à la fois sur le réseau urbain de Chemnitz mais aussi sur le réseau ferroviaire, en traction électrique mais aussi de façon autonome grâce à un groupe thermique, le Citylink de Vossloh - repris depuis par Stadler - coche bien des critères de sélection pour notre exploration à la quête d'un véhicule léger pour nos petites lignes. Ce qui montre que la piste mérite d'être creusée puisque d'autres ont déjà développé la solution... (cliché X)

Ces questions jouent marginalement sur la conception de la rame, notamment sur la longueur afin de disposer de suffisamment d’espace, en particulier en toiture, pour y loger les équipements nécessaires.

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