Lagrande vitesse ferroviaire consiste à faire rouler destrains à grande vitesse, en général sur des voies spéciales, que l'on appelle alors « lignes à grande vitesse (LGV) ». La construction de ces lignes nouvelles représente un investissement souvent très important pour le pays qui la décide, c'est pourquoi les enjeux de la grande vitesse et son impact économique et social sont étudiés en profondeur avant et après construction. Les trains qui peuvent circuler à grande vitesse sont appelés destrains à grande vitesse.
Dans certains pays au relief accidenté (Espagne notamment), ce coût moyen peut doubler. Il en est de même lorsque la densité de population est telle que les lignes doivent passer en tunnel sur une longueur importante (desserte de la gare Londres - Saint Pancras).
L'investissement peut être compensé si le trafic voyageurs est suffisant.RFF indique sur son site qu'une LGV utilisée à son potentiel maximal par desTGV Duplex équivaut à une autoroute 2x5 voies, soit environ 12 000 personnes (9 000 véhicules) par sens et par heure en pointe (en réalité un peu moins, cf partie "capacité")
Lerapport Pébereau sur la dette publique aborde ces aspects :« L'appréciation de la rentabilité des projets d'infrastructure est par nature une question extrêmement délicate. […] La rentabilité des projets d'investissements publics est donc très difficile à estimer au moment de la prise de décision, c'est-à-dire 5, 10 ou 15 ans avant la mise en service. Mais cela ne suffit pas à justifier les faiblesses qu'une étude de la direction générale du Trésor et de la Politique économique a identifiées dans le processus de décision ».
« le coût des projets est souvent sous-estimé. […] L'écart entre les coûts prévus et les coûts constatés semble être particulièrement élevé pour les infrastructures de transport public, tout particulièrement dans le domaine ferroviaire. Ainsi pour laLGV Nord, les surcoûts après déclaration d'utilité publique auraient été de 30 % ».
« les gains attendus, tant économiques que sociaux, sont souvent largement surestimés. Dans le domaine ferroviaire, le trafic sur laLGV Atlantique serait inférieur de 30 % aux prévisions ». L'excédent brut d'exploitation de1 milliard de francs fut cependant conforme aux prévisions et le trafic a depuis doublé (40 millions en 2018). Le trafic initial sur laLGV Est a par contre été significativement supérieur aux prévisions.
Selon une étude du ministère de l’Économie, des Finances et de l’Industrie, « la rentabilité prévisionnelle d’un projet ferroviaire serait, en moyenne, divisée par 2 entre les études préliminaires et la déclaration d’utilité publique. Et encore par 2 entre la déclaration d’utilité publique et la mise en service.
Au total, la rentabilité constatée serait 4 fois plus faible que celle estimée au moment du lancement de la réflexion.
Il est frappant de relever que de tels biais aient été à plusieurs reprises constatés, sans que cela ait conduit à être plus rigoureux dans les critères de lancement des projets d’infrastructures publiques »[4].
Un rapport de la cour des comptes de 2006 confirme que la rentabilité à priori a été systématiquement surévaluée, il ne relève cependant un écart à la hauteur de l'estimation du rapport Pébereau que pour laLGV Nord (qui a souffert des retards de1 an du tunnel sous la Manche, entre 3 et16 ans des segments Belges et Hollandais du projet Paris-Bruxelles-Koln-Amsterdam et10 ans de la ligne High Speed 1 britannique). Pour les autres lignes, la rentabilité finale reste supérieur au taux d'actualisation utilisé par l'État pour définir un projet comme rentable[5].
Espagne et Italie : les sites des chemins de fer de ces pays indiquent des longueurs de LGV majorées de lignes n'entrant pas dans les critères de l'UIC (V.max inférieures à250km/h).
Les portions d'autoroute 2×5 voies les plus chargées aujourd'hui, aux portes de Paris, voient passer en moyenne annuelle plus de 200 000 véhicules par jour[20], soit environ 250 000 personnes, deux sens confondus. Mais celles-ci sont saturées et ces chiffres limités à quelques courts tronçons (notamment le tronçon commun A4-A86).
Un flux journalier d'environ 100 000 personnes, ce qui équivaut plutôt à une autoroute 2×3 voies bien chargée (l'A7 par exemple, qui compte 70 000 à 80 000 véhicules journaliers selon les sections, avec des embouteillages réguliers mais sans être saturée comme le sont les pénétrantes parisiennes), passeaujourd'hui[Quand ?] sur le tronçon central de la ligne à grande vitesse sud-est (paris-lyon) par exemple, de même sur le tronçon central de la LGV Atlantique. Mais les trafics sont en augmentation, le chiffre ci-dessus ne tient pas compte de l'ouverture de la LGV Rhin-Rhône par exemple, qui a entraîné l'ajout de circulations de TGV sur la LGV Sud-est.
À noter qu'il s'agit de trafics journaliers, or la distribution dans la journée du trafic est différente sur une ligne ferroviaire et une autoroute, cette dernière ayant un trafic plus régulier et la ligne ferroviaire au contraire une plus grande concentration sur les heures de pointe.
Capacité maximale théorique sur une heure de pointe
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Selon RFF, une ligne à grande vitesse utilisée au maximum de sa capacité est équivalente à une autoroute 2×5 voies.
Pour une autoroute, le débit maximal est d'environ 1800 véhicules par heure et par voie, à supposer qu'il n'y ait pas trop de camions (qui diminuent le débit). Mais cela dépend de la vitesse, ce débit maximal est atteint pour une vitesse moyenne des automobilistes assez inférieure à la vitesse autorisée. D'après diverses recherches (laboratoire LICIT, mesures de courbes débit-vitesse sur autoroute par le CERTU, etc.), la vitesse correspondant au débit maximal se situerait aux alentours de 60-80km/h. Soit pour une autoroute 2×5 voies 18 000 véhicules par heure ou encore 25 000 personnes avec 1,4 personne par voiture en moyenne (Taux d'occupations : cfENTD - Enquête Nationale Transports et Déplacements). Il faut garder en tête que pour un trafic fluide à vitesse nominale, le débit est nettement inférieur, car les véhicules sont plus espacés.
La capacité d'une ligne à grande vitesse dépend elle de trois facteurs :
Capacité des trains : un duplex compte environ510 places assises (Euroduplex), donc deux duplex accouplés (unité multiple) 1 020 places. Actuellement, ce sont plutôt des trains à un niveau de dix voitures (454 places) qui circulent sur le réseau atlantique, mais des duplex y circulent également. Ce chiffre aussi peut être très différent ailleurs dans le monde : le Shinkansen japonais a par exemple une capacité environ 30 % supérieure à celle d'un euroduplex en unité multiple.
Taux d'occupation du train : Il est rare que tous les trains soient occupés à 100 % (taux de remplissage moyen des TGV d'après la SNCF, environ 75 %. Peut varier fortement d'un pays à l'autre et d'une offre à l'autre. En Allemagne d'après la DB : environ 50 %). Toutefois, à l'heure de pointe de certains grands week-ends, il peut arriver que tous les trains soient complets.
Ainsi, le tronçon central de la LGV Atlantique offre une capacité maximale de 12,17*1020*100% =~ 12 400 personnes par sens et par heure, soit environ 25 000 personnes deux sens confondus.
On retrouve ainsi l'affirmation de RFF selon laquelle la capacité d'une ligne à grande vitesse utilisée par des duplex est équivalente à une autoroute 2*5 voies (automobiles circulant à vitesse réduite), à l'heure de pointe. Cependant, elle reste tributaire des conditions actuelles. De nouveaux systèmes de signalisation permettant un espacement plus faible entre trains (basés sur la localisation en temps réel des trains et la connaissance de leurs vitesses et performances de freinage respectives) pourraient l'augmenter sensiblement et éviter ainsi la construction de nouvelles infrastructures.
À noter que cette capacité est très inférieure à celle offerte et réellement utilisée par une ligne de métro ou de trains suburbains en France et dans le monde, qui dépasse souvent les 50 000 personnes par heure et par direction (pphpd)(matériels de plus grande capacité, avec des sièges plus serrés et des passagers debout, fréquence plus importante grâce à la vitesse plus faible), chiffre qui augmente régulièrement avec l'amélioration des systèmes d'exploitation et des matériels roulants.
« Dans sa comparaison, Gilles Rabin rappelle que la France pense la grande vitesse comme un itinéraire avec des prolongements éventuels, alors que l’Allemagne la pense comme un accélérateur de l’ensemble du réseau, dans une étroite complémentarité de l’offre existante[23]. La DB rapproche ainsi l’ICE du niveau supérieur de l’Intercity, là où la SNCF a d’emblée posé le TGV en challenger de l'aérien. Aussi le choix de localisation des gares (nombreuses gares-bis en France, desserte quasi systématique de la gare centrale en Allemagne), l’accès au train (réservé en France et libre en Allemagne), la stratégie de construction de lignes nouvelles, diffèrent largement d’un pays à l’autre.
Elle entraîne indéniablement des divergences dans la compréhension de l’offre, dans les modes de gestion commerciale et les priorités stratégiques qui dépassent les simples questions de compatibilités techniques ou des cultures d’entreprises.
On retrouve l’opposition entre le modèle rhénan qui privilégie le maillage et la régularité des dessertes et le modèle Saint-Simonien qui repose sur la vitesse et la massification des trafics et dont les causes sont à chercher dans [Bieber, Massot, Orfeuil, 1993][24] »
— Antoine Beyer, Gebhard Wulfhorst, L'interconnexion ICE/TGV à Strasbourg : L'utopie d'une croisée de la grande vitesse franco-allemande[25].
La densité de population est très différente dans les deux pays, et que la centralisation en France contraste singulièrement avec l'existence de grandes villes bien réparties en Allemagne et assez proches les unes des autres.
Le réseau LGV français et ses gares nouvelles déconnectés du reste du réseau de transports en commun est critiqué, par exemple par le géographe Jean-François Troin[26]. Mais la conception inverse est également dénoncée outre-Rhin, où l'on fait remarquer que si les trajets courts comme Berlin-Hambourg sont appréciés, les destinations plus longues comme Francfort-Hambourg peinent à s'implanter du fait du temps induit par les arrêts intermédiaires[27], souvent causés par un fort fédéralisme. On trouve aussi en Allemagne des garesbis ; par exemple, la gare ICE Limburg Süd sur laligne Cologne - Francfort est située à quelques kilomètres de la gare centrale deLimburg Lahn et n'est accessible que par la route.
Euro Carex est un projet européen de réseau defret express ferroviaire. Son objectif est d'utiliser les lignes grandes vitesses existantes pendant les heures creuses du trafic voyageur (la nuit principalement) des rames adaptées au transport de colis. Il serait une alternative à l'avion et au camion pour les distances comprises entre 300 et 800 km[29].
Déjà évoqués depuis le début des années 1990[30], les projets n'ont pas encore abouti, principalement à cause du cout de développement et des volumes nécessaire pour atteindre le seuil de rentabilité[21].
Les rejets dus à l'exploitation sont faibles (toilettes, huiles...)[31].Il faut aussi tenir compte de l'équipement : désherbage des voies, cycle de vie du matériel roulant...[style à revoir]
Le TGV consomme environ10 fois moins que l'avion ou la voiture (5 grammes d'équivalent pétrole par km.voyageur contre 50)[31]. Un voyage en TGV est également réputé rejeter dix fois moins de gaz à effet de serre qu'en utilisant l'automobile et vingt fois moins que l'avion[33]. Cette comparaison n'est vraie que pour les pays où la production d'électricité d'origine thermique est faible.
Par ailleurs elle ne prend pas en compte les gaz rejeté lors de la construction de la voie. La LGV Rhin-Rhone est la première à faire l'objet d'un « bilan carbone » qui permettra d'évaluer plus précisément l'impact de l'infrastructure[33]. Les résultats ont été présentés le : durant ses 30 premières années de vie la LGV sera responsable de 1,9 million de tonnes équivalent CO2, dont 42 % pour la construction et 53 % pour la propulsion des trains. Il faudrait12 ans d'exploitation pour que les émissions de la phase de construction soient compensées par les reports de déplacements de la route au rail[34].
A contrario, un organisme public suédois, legroupe d'experts pour les études environnementales, a montré que l'impact des trains grande vitesse sur la réduction du CO2 est nul. L'étude s'est basée sur des données nationales, mais selon son directeur Björn Carlen des résultats similaires seraient observés pour d'autres pays d'Europe[35].
La comparaison doit faire état de ces deux paramètres, car laproduction d'électricité est rarement le fait de l'énergie nucléaire autant qu'en France (environ 80 %) ; en France le pourcentage d'électricité d'origine thermique est de l'ordre de 10 %.
La « méthodologie de calcul des émissions deCO2 associées aux déplacements »[37] de l'ADEME mentionne deux chiffres supposés cohérents entre eux :
une émission de 2,6 g[38] deCO2 par voyageur.km (TGV)
Il résulte de ces ratios (pourTGVAlstom) une consommation de 65 Wh par voyageur.km ; le coefficient de remplissage pris en compte dans cette note de l'Ademe n'est pas connu, mais différents documents[49] font état d'une moyenne de 65 % pour le TGV, hors remplissage exceptionnel pour l'IDTGV (de l'ordre de 80 voire 84 %)[50].
Ces chiffres sont anciens: le bilan 2008 de la SNCF indique un coefficient de remplissage moyen de 75 % en 2007 et 77 % en 2008[51].
Les chiffres de la dernière colonne du tableau, très variables selon les lignes exploitées, sont bien sûr très sensibles au coefficient de remplissage[52].
Une alternative dans certains cas est d'exploiter une ligne existante, avec desrames utilisant la pendulation (Pendolino par exemple), leur permettant d'aller plus vite, dans les virages, que les rames classiques.
Il peut d'ailleurs arriver :
qu'une nouvelle ligne soit créée pour être utilisée avec destrains pendulaires. Comme enEspagne, où l'écartement des rails, non standard, sur des lignes anciennes, imposait de toute façon des travaux.
que la technique dependulation soit utilisée sur des rames grandes vitesses dans les parties de parcours ne permettant pas des grandes vitesses : solution élégante pour augmenter la vitesse sans nécessiter les investissements énormes liés à la prolongation d'une LGV. Lapendulation est alors complémentaire.
Cette utilisation detrains à grande vitesse pendulaire sur les lignes Brest-Paris et Quimper-Paris, associée à la modernisation des voies, devait permettre de réduire les temps de parcours de 15 à 25 minutes[53],[54].L'expertise, commandée par la Région Bretagne, n'a pas démenti celle de la SNCF qui se rapprochait plus de 180 millions que des 100 annoncés (hors infrastructure) pour moins de 15 minutes selon l'article paru sur Passion-Train le.
La mixité des trafics avec des trains de fret entraîne des contraintes fortes :
Le débit possible d'une ligne diminue fortement si les trains qui y circulent ont des vitesses très différentes (300 contre200km/h,a fortiori 300 contre 120-160km/h).
Le croisement de trains à grande vitesse et de trains de marchandises « tout venant » n'est guère envisageable en raison des risques de déstabilisation de chargements par effet de souffle. Aussi les trains de marchandises (fret) ne peuvent circuler que pendant les périodes de fermeture au trafic à grande vitesse — la nuit, par exemple. Mais ces périodes sont utilisées pour l'entretien de l'infrastructure.
Les fortes rampes limitent beaucoup le tonnage possible des trains de marchandises.
Des circulations lentes empêchent d'appliquer à la voie le dévers maximum pour les trains à grande vitesse : pour une même vitesse limite on doit alors prévoir des courbes de plus grand rayon.
En conséquence une ligne mixte sera plus coûteuse en ouvrages d'art et plus difficile à insérer dans le paysage. Aussi la mixité est-elle souvent limitée à des tronçons particuliers (contournement de Tours sur la LGV Atlantique, contournement deNîmes etMontpellier sur laLGV Méditerranée, franchissements des Alpes ou des Pyrénées...) ; ailleurs elle concerne un faible nombre de circulations « lentes » (LGV allemandes ou Paris-Sud-Est).
En 2010, toutes les lignes à grande vitesse sont à écartement normal.Seuls les écartements normaux et larges permettent la circulation régulière à plus de200km/h[réf. nécessaire].
Les vitesses les plus élevées sont pratiquées sur deslignes nouvelles, dont les caractéristiques de tracé (rayon des courbes) et l'équipement (signalisation) sont adaptés aux vitesses élevées. Lestrains à grande vitesse pendulaire permettent de s'affranchir de certaines contraintes.
AuJapon, le réseau classique est, à quelques exceptions près, à l'écartement de 1 067 mm (ditécartement du Cap). Les trains à grande vitesse y ont une grande ponctualité avec un retard moyen de 54 secondes en 2014.
En France, lesTGV empruntent, à vitesse adaptée, des voies classiques sur certaines portions du trajet, par exemple pour la desserte des gares de centre-ville ou des villes en amont de la ligne grande vitesse.
En Espagne le réseau conventionnel est à écartement large. Les TALGO-250 ("S-130") peuvent circuler indistinctement sur le réseau conventionnel et les lignes grande vitesse. Certaines unités Alstom ("Euromed") ont été adaptées pour la circulation exclusive sur réseau à écartement large.
La circulation de trains lents sur les lignes grande vitesse entraîne une diminution de leur capacité.
En Allemagne ou en Italie, les trains classiques et les trains grande vitesse peuvent emprunter toutes les lignes, qu'elles soient adaptées à la grande vitesse ou non.
Électrification des lignes à grande vitesse dans le monde
À chaque arrêt en gare, les trains perdent du temps et de l'énergie, tant pendant le freinage jusqu'à l'arrêt que pendant l'accélération pour retrouver leur vitesse de croisière. Ce constat a généré l'idée de train sans arrêt, proposé notamment parPeng Yu-Iun[55] etPriestmangoode[56]. Le premier propose un système de navette embarquée par le train à chaque gare, dans laquelle les passagers monteraient, pour être déposés à la gare suivante. Le second utiliserait un train roulant parallèlement au train à grande vitesse, permettant aux passagers de passer d'un train à l'autre; le train à grande vitesse poursuivrait sa route pendant que le train parallèle s'arrêterait en gare.
↑Cheng, Yung Hsiang, Transfert de savoir-faire en matière d'exploitation ferroviaire à grande vitesse entre la SNCF et les compagnies ferroviaires implantées à Taiwan et en Corée du Sud. Chapitre 4 : Comparaison en matière d’exploitation ferroviaire parmi les pays : Allemagne, France, Japon.
↑AlainBieber, Marie-HélèneMassot, Jean-PierreOrfeuil etInstitut national de recherche sur les transports et leur sécurité (France),Questions vives pour une prospective de la mobilité quotidienne, Institut national de recherche sur les transports et leur sécurité,(ISBN978-2-85782-366-7,OCLC716123718).
↑Antoine Beyer et Gebhard Wulfhorst,« L'interconnexion ICE/TGV à Strasbourg : L'utopie d'une croisée de la grande vitesse franco-allemande », dansRéseaux en question: utopies, pratiques et prospective,, 95-106 p.(lire en ligne[PDF]).
↑Le système, supposé exclusif àAlstom, de récupération d'énergie au freinage, utilisé dans les différents matériels du constructeur (trains, TGV, tramways), permet d'économiser 15 % d'énergie. Par défaut d'information autre, les chiffres de consommation des autres matériels se déduisent de ceux d'Alstom, au prorata de la puissance des motrices, l'hypothèse complémentaire étant que la vitesse est comparable sur le trajet.
↑Sur les lignes allemandes la tension (15 kV) est inférieure à celle existant sur les LGV françaises (25 kV), limitant la puissance et la vitesse, et donc la consommation
↑Ce chiffre a été corrigé à la hausse et les suivants en conséquence, depuis les déclarations de la SNCF sur le taux de remplissage sur la ligne LGV Est (70 %) et de 75 % sur les autres lignes à grande vitesse.
↑Ce chiffre ne devrait en fait pas être très différent de 2,6 (chiffre donné par l'ADEME), toutes choses étant égales par ailleurs, même si la vitesse commerciale est supérieure (320km/h au lieu de 300).
↑En l'absence d'information, ce chiffre est celui des autres lignes à grande vitesse en Allemagne.
↑Pour la future ligne Paris-Francfort, sans tenir compte de la probable augmentation de consommation des rames multicourant ICE-3M, plus lourdes.
↑Des informations récentes (déclaration de la SNCF le 12 septembre 2007, à l'occasion de la présentation des nouveaux tarifs, font cependant état d'un meilleur coefficient de remplissage moyen : 75 % pour les TGV, hors TGV Est européen (environ 70 %).
↑[PDF]Programme Opérationnel Bretagne FEDER 2007 - 2013 :« Cette action innovante consiste à développer et à mettre en service commercial des rames évoluant sur une technologie Grande Vitesse (300 km/h) sur la section Paris-Rennes et sur une technologie pendulaire sur les sections Rennes-Brest et Rennes-Quimper »
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