Space train, hyperloop, train hydrogène : les trains du futur, prêts au départ

Les innovations ferroviaires devront permettre de gagner en vitesse, mais aussi en autonomie, sur fond de verdissement des transports et de réhabilitation des territoires.

Sandrine Chesnel

Le 19 août 2021, modifié le 22 septembre 2021

C’est la fête : fin février, après 41 ans de carrière, Patrick a pris sa retraite. Pour l’occasion, il a ressorti son ancien costume, une livrée orange voyante, mais très à la mode au début de sa carrière, à la fin des années 1970. Sa tournée d’adieu terminée, le presque quinquagénaire est désormais cantonné dans un hangar.

Oui, Patrick est un train. Ce surnom a été donné au TGV 01, le premier train à grande vitesse à circuler entre Paris et Lyon, faisant passer le temps de trajet de quatre à deux heures.

Paris-Berlin en une heure

Aujourd’hui le successeur de Patrick s’appelle hyperloop. Un « vieux » concept repris et développé par Elon Musk, le propriétaire de Tesla et Space X : il s’agit d’un train à sustentation magnétique, se déplaçant à l’intérieur d’un tunnel sous-vide d’air, pour neutraliser la perte de vitesse inhérente aux frottements. Vitesse moyenne : 1 000 km/h, soit un peu plus que l’allure de croisière d’un Airbus A380.

Hausse du coût de l’énergie oblige, l’hyperloop sera alimenté par des panneaux solaires installés sur les tubes dans lesquels il circulera, et aussi par l’énergie du freinage, récupérée.

Trois entreprises s’affrontent actuellement pour développer l’hyperloop : les Américaines Virgin Hyperloop One (dans laquelle la SNCF a investi), Hyperloop Transportation Technologies (HTT), et la Canadienne Transpod. Et cocorico ! Deux de ces entreprises ont installé un centre d’essai en France, en Haute-Garonne pour HTT et dans la Haute-Vienne, pour Transpod.

Selon le directeur de Transpod, un ingénieur français, il est possible d’imaginer pour 2070 des lignes à très grande vitesse desservies par des hyperloops qui « mailleraient » toute l’Europe. Le Français annonce ainsi un Paris-Berlin en une heure ou un Paris-Le Havre en 17 minutes – Paris Plages pourra aller se rhabiller…

À condition, bien sûr, de trouver les capitaux nécessaires à la construction de ces voies ferroviaires d’un nouveau genre. Elles pourraient coûter de 20 à 40 millions du kilomètre, contre 15 millions pour une voie de TGV. Autre projet de train du futur, lui aussi teinté de bleu-blanc-rouge : le Space train.

À la différence de l’hyperloop, ce train ne se déplacerait pas à l’intérieur d’un tube, mais sur des coussins d’air, reprenant un concept (l’aérotrain) développé dans les années 1970 par un ingénieur français. Alors dépassé par le TGV, ce projet avait été abandonné en rase campagne ; les infrastructures de béton construites pour les tests sont encore visibles au milieu des champs, près d’Orléans. Mais le futur Space train n’aura pas le temps de rouiller, il devrait rouler à plus de 500 km/heure. Soit un Paris-Orléans en 15 minutes.

Du diesel à la batterie

Dans cette bataille pour la vitesse, une autre course à l’innovation est lancée, en lien direct avec les questions environnementales. L’enjeu est de taille : à l’échelle de la France, 50 % des Trains express régionaux (TER) sont encore propulsés au diesel exclusivement, et 20 % sont équipés d’une double traction, électrique et thermique.

Or l’objectif de la SNCF est de sortir du diesel en 2035. Pour rouler encore plus vert, plusieurs projets sont développés, parmi lesquels le train à hydrogène et autres trains à batterie. Dans le courant de l’année 2022, les premiers TER à hydrogène devraient ainsi être déployés en France.

Leur principe de fonctionnement : une pile à combustible logée dans le toit de la motrice, produisant de l’électricité grâce au mélange de l’hydrogène et de l’air ambiant, avec une puissance cependant limitée, permettant d’emmener 220 voyageurs, avec une autonomie de 600 kilomètres.

Malgré cette limitation, les trains à batterie ont sans doute un grand rôle à jouer pour désenclaver les territoires qui sont loin des métropoles desservies par les lignes à grande vitesse.

Puisqu’ils n’ont pas besoin d’être reliés à des caténaires transportant l’électricité pour fonctionner, ces trains à batterie pourraient être mis en service à moindres frais sur des « petites » lignes départementales ou locales qui n’ont jamais été électrifiées, comme c’est le cas de 41 % des 30 000 kilomètres du réseau ferroviaire français. Une aubaine pour le développement des campagnes et des petites villes.

Le Maglev dans les startings-blocks

Avec la France (et la Suisse), le Japon est l’autre grand pays du train. Son modèle à grande vitesse, le Shinkansen, embarque déjà ses passagers à plus de 500 km/heure. Baptisé Maglev, le train du futur japonais est à sustentation magnétique comme l’hyperloop, ce qui en fait un mode de transport très sûr.

Dès 2027, le Maglev reliera Tokyo à Nagoya en 40 minutes – contre 4 h 20 en voiture, 1 h 46 avec les trains actuels, et une heure en avion. D’ici à 2045, la ligne sera prolongée jusqu’à Osaka, pour un Tokyo-Osaka en moins d’une heure – contre près de trois heures aujourd’hui. Coût du projet : 55 milliards de dollars, un montant qui s’explique notamment par le coût de la construction des infrastructures, car une partie des voies seront souterraines.

Le train « autonome » bientôt en gare

Comment faire face à la hausse du nombre de passagers, sur les grandes lignes, mais aussi dans les trains du quotidien, souvent bondés, par exemple en Île-de-France ? Pour y parvenir, deux solutions : augmenter la capacité des trains – comme avec les TGV Duplex – ou bien augmenter la fréquence et le nombre des trains sur les lignes existantes.

C’est en partant de ce constat qu’a été lancé, en 2018, un projet de train autonome par un consortium réunissant la SNCF, l’Institut de recherche technologique (IRT) Railenium, et aussi Bombardier, Bosch, SpirOps et Thales.

Le grand atout d’un train autonome : il sait optimiser sa circulation en suivant des modèles de conduite à la seconde près, mieux que ne pourront jamais le faire des conducteurs. En faisant circuler des trains autonomes coordonnés sur une même desserte, il est possible d’optimiser tout le système et de gagner en temps, en capacité et en ponctualité.

Autre atout du train autonome : il peut optimiser freinage et accélération pour réduire sa consommation d’énergie.

Mais avant d’être envoyé sur les voies, un train autonome doit aussi savoir détecter des obstacles pour freiner avant le choc, être capable de « lire » la signalisation et de faire remonter des informations sur les environnements traversés, et l’état des voies, voire « dialoguer » avec les autres trains – puisque les trains autonomes croiseront encore longtemps des trains conduits par des cheminots de chair et d’os.

Enfin, le train autonome doit pouvoir faire son auto-diagnostic pour détecter les pannes et anticiper les réparations, limitant ainsi les retards et les immobilisations.

Soit un ensemble de capacités qui vont bien au-delà de celles des métros automatiques qui circulent de longue date à Lille ou à Paris : ces métros se déplacent en effet dans des systèmes « fermés », avec des portes palières qui empêchent les chutes sur les voies. Ils ne détectent pas les obstacles, uniquement les chocs.

Un train circulant en système ouvert, avec des gares et des passages à niveau, doit, lui, pouvoir repérer avant le choc les obstacles potentiels : véhicule en panne, branches ou vache échappée de son enclos. Cette capacité à « comprendre » son environnement est explorée par SpirOps, l’une des entreprises embarquées dans le consortium qui développe les futurs trains autonomes de la SNCF.

L’entreprise, qui s’est spécialisée dans la modélisation des comportements humains, participe au développement des modules de conduite des trains autonomes afin qu’ils soient capables d’avoir les bonnes réactions en cas d’imprévu, mais aussi de comprendre et d’anticiper les comportements des voyageurs sur les quais. Le train autonome embarque donc des technologies très variées, parfois déjà existantes, mais qu’il faut rendre plus robustes et plus fiables avant de pouvoir les utiliser dans un train. Il suppose aussi une évolution de la réglementation sur les transports ferroviaires.

Lancé en 2018, le projet de train autonome devrait voir les premiers prototypes de trains de fret et de TER en 2023. Les premiers trains autonomes pourraient ensuite être déployés à partir de 2026 ou 2027 sur tout le territoire français.

Innovation Energie renouvelable