Comment les télécoms améliorent toujours plus le système ferroviaire

Chemins de fer et télécommunications, depuis le tout début, l’un ne va pas sans l’autre. À l’heure où le secteur connaît des mutations technologiques profondes, rencontre avec Pierre-Yves Petton, directeur du programme de recherche Télécoms et IoT de la Direction Technologies, Innovation & Projets Groupe (DTIPG) de la SNCF.

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Quel rôle jouent les télécoms dans le système ferroviaire ?

C’est une brique éminemment stratégique. En effet, sans les télécoms, les trains ne pourraient pas rouler, car tout matériel roulant a un besoin constant d’informations pour se déplacer en toute sécurité sur le réseau. Par exemple, un conducteur TGV dont le train roule à 320 km/h ne peut lire la signalisation latérale aux abords des voies à cette vitesse. C’est là qu'interviennent les télécoms, le conducteur devant être toujours en capacité de recevoir et de donner des informations. Mais, ce n’est qu’un usage parmi d’autres que nous faisons des télécoms.

C’est-à-dire ?

Tout dépend du type de service auquel nous faisons référence. Dans le cas évoqué précédemment, il s’agit de services critiques. Cela concerne toutes les informations liées au mouvement du train en sécurité. Le service business, lui, est relatif à ce qui touche à l’agrément du passager, tel le wifi à bord. Et enfin, le service performance. Ce dernier est peut-être moins évident pour le grand public, alors qu’il est tout aussi essentiel.

Que recouvre-t-il ?

Derrière cette notion, se cache tout ce qui vise à l’amélioration de la performance du système ferroviaire, en particulier ce qui concerne l’IoT1, les objets connectés… Aujourd’hui, nos trains produisent, via de multiples capteurs, des millions d’informations. Cette quantité colossale de données que nous stockons sur le cloud et analysons nous permet d’optimiser aussi bien la maintenance du matériel roulant que la qualité de service.

Les usages de la 5G à la SNCF

Les usages de la 5G à la SNCF

L'infographie, qui prend la forme d'un triangle, présente les similarités entre les cas d’usage de la 5G et ceux du monde ferroviaire.

Les principaux cas d’usage de la 5G sont, en effet, classiquement représentés sous la forme d’un triangle. Il y a trois cas d'usage bien distincts :

  • l’ultra haut débit mobile,
  • la latence ultra faible et les communications hyper fiables,
  • la massification des objets connectés.

L'infographie montre ici, que les cas d’usage ferroviaires se calquent parfaitement sur ce triangle. On peut voir ainsi :

  • que le train a besoin d’une connexion fiable et rapide pour satisfaire les services critiques et les exigences de sécurité système liées à l’exploitation (signalisation contrôle-commande, train autonome…)
  • qu'au cours du trajet, les voyageurs souhaitant pouvoir se connecter ont besoin de communications haut débit.
  • que les nombreux capteurs embarqués à bord des trains ou déployés au niveau de l’infrastructure facilitent la maintenance (de même, les opérations en technicentre tirent parti des usages grandissant des objets connectés)
  • que la gare s’inscrit dans le concept de ville intelligente permise par la 5G
  • que la 5G va apporter de la connectivité dans les zones peu couvertes où sont implantées des emprises SNCF

Le champ d’application des télécommunications est donc extrêmement vaste...

Effectivement, car nous devons toujours être en mesure d’intégrer de nouveaux cas d’usage faisant appel à des évolutions techniques complexes. Nous sommes ainsi confrontés à des configurations très diverses : garantir la communication entre le centre de commande et le matériel roulant, mettre en place des moyens dédiés aux agents et d’autres aux clients, assurer une bonne connexion dans les gares malgré la densité de population, etc.

Et en quoi les télécoms représentent-elles un levier de performance ?

Si l’on prend l’exemple du train autonome, innovation ferroviaire majeure, rien ne serait envisageable sans le concours des télécoms. Mais, la réflexion est identique pour un train classique. En informant en continu le conducteur, en lui disant quand freiner, quand ralentir ou augmenter sa vitesse, on optimise la conduite et, par conséquent, on fluidifie le trafic. Et au final, on se donne la possibilité d’ajouter des sillons et, donc, des trains en circulation.

Si l’on prend l’exemple du train autonome, innovation ferroviaire majeure, rien ne serait envisageable sans le concours des télécoms. Mais, la réflexion est identique pour un train classique…

Pierre-Yves Petton, directeur du programme de recherche Télécoms et IoT à la DTIPG de la SNCF

Dit autrement, ils optimisent la gestion du système…

Oui, en effet. Dans le ferroviaire, les télécoms ne sont pas un but en soi, plutôt un facilitateur aux conséquences positives immédiatement visibles. Dans un train, ils ne se résument pas à un téléphone dans une cabine de conduite, mais ils permettent de fournir de l’information à l’agent de conduite via les voyants présents sur le pupitre de commande du train. Les télécoms transmettent ainsi la totalité de l’information correctement et au bon moment. Les informations qu’ils supportent se retrouvent sur l'équivalent du tableau de bord d’une voiture, interface entre l’homme et la machine.

Quelles sont les innovations sur lesquelles vous travaillez actuellement ?

L’un des chantiers essentiels est d’explorer la 5G pour bien comprendre ses apports au monde ferroviaire. Aujourd’hui, nous utilisons le système GSM-R2 qui repose sur la 2G, il date du début des années 2000. Ce qui n’a rien de surprenant puisque les temps de cycle sont longs en ferroviaire : on ne change pas de TGV au même rythme qu’une voiture.

Mais aujourd’hui, c’est le moment…

Il est effectivement temps de changer et ce, pour trois raisons. Premièrement, nous n’avons pas le choix. En effet, même s’il fonctionne encore parfaitement, le système GSM-R devient obsolète : les fournisseurs prévoient d’interrompre sa maintenance à l’horizon 2030.

Et quant aux autres raisons ?

Les nouveaux usages, comme le train autonome, qui se traduisent par des besoins supérieurs au niveau télécom - davantage de bande passante, des temps de réaction plus brefs, etc. -  font du GSM-R un système dépassé. Le train autonome a en effet besoin d’envoyer des vidéos, ce qui est techniquement impossible dans des conditions satisfaisantes avec la 2G. Par ailleurs, il est impératif de garantir l’interopérabilité avec les autres acteurs du ferroviaire européens qui, eux aussi, ont enclenché cette transition vers la 5G. Enfin, et comme évoqué précédemment, il faut pouvoir répondre aux nouvelles attentes en termes de service, autant à bord que dans les gares ou pour la maintenance du matériel roulant.

A quelle étape du basculement êtes-vous ? 

Dans le cadre du déploiement du nouveau système FRMCS3 qui nécessite la 5G, nous sommes aujourd’hui au stade des études amont, une phase où l’innovation joue pleinement son rôle. Comme la 5G, ce futur système de communication ferroviaire est en cours de standardisation. En effet, dans les télécoms, tout repose sur des normes dans la mesure où l’ensemble des appareils connectés doivent parler le même langage, quels que soient leur origine et leur fournisseur.

Notre tâche est facile à résumer : avoir la connaissance la plus complète possible de la 5G, déterminer l’ensemble de ses capacités, voir tout ce que l’on peut tirer de cette technologie.

Pierre-Yves Petton, directeur du programme de recherche Télécoms et IoT à la DTIPG de SNCF

Quel rôle jouez-vous dans ce futur déploiement ?

Notre tâche est facile à résumer : avoir la connaissance la plus complète possible de la 5G, déterminer l’ensemble de ses capacités, voir tout ce que l’on peut tirer de cette technologie. Il faut maîtriser ce nouvel outil qui va supporter le système de communication ferroviaire et imaginer l’ensemble des cas d’usage. La définition du système FRMCS3 atteindra sa maturité à l’horizon 2030, à l’instar de la 5G. À ce moment-là, nous pourrons nous appuyer sur cette technologie avec confiance.

Avec la 5G, quelles innovations peut-on imaginer dans le secteur ferroviaire ?

Parmi les dossiers majeurs, on a déjà cité le train autonome que la 5G rendra possible. Une autre piste de recherche concerne les possibilités offertes par la réalité augmentée. Et ce, au bénéfice aussi bien des clients, qui pourront par exemple bénéficier d’une information extrêmement personnalisée une fois en gare, que de nos agents. À terme, nos conducteurs de train pourront, en cas de souci technique, communiquer en temps réel avec leurs collègues de la maintenance. Voilà pourquoi nous travaillons aujourd’hui à élaborer un tuyau assez robuste et performant pour faire transiter un flux d’informations aussi complexes.

Outre le futur système FRMCS3, sur quel autre grand sujet travaillez-vous actuellement ?

Les dossiers en cours sont multiples. Nous réfléchissons, par exemple, à une évolution du modèle de déploiement des services télécoms pour les petites lignes. En effet, le système télécom représente un coût très important : les antennes, les mâts, des kilomètres de câbles, etc. Que faire alors avec ces lignes de desserte fine du territoire où il faut éviter d’alourdir la note ? C’est à nous de trouver une alternative : communication via satellite ou via un réseau d’opérateurs publics ? C’est le type de scénario sur lequel nous travaillons. L'objectif ? Éviter de devoir déployer une infrastructure complète sur des lignes dont la rentabilité est nettement moins bonne que celles des lignes plus fréquentées. Ce genre de problématique reflète bien ce qui nous guide au quotidien… Comment les télécoms peuvent améliorer toujours plus le système ferroviaire ? Voilà la question que nous ne cessons de nous poser.

Rail Telecommunication - What is FRMCS, the Future Railway Mobile Communication System?

1 IoT est l’acronyme anglais de « Internet of Things », soit l’Internet des Objets. Cette appellation désigne donc les objets connectés à Internet.

GSM-R pour « Global System for Modal communication Railway »

FRMCS pour « Future Railway Mobile Communication System »