Dans le cadre d’un vaste programme de sécurité, les CFF ont décidé il y a dix ans de déployer un réseau de dispositifs de contrôle des trains (ICT). Les ICT sont des appareils de mesure fixes sur la voie qui surveillent les trains qui les franchissent selon différents critères déterminants pour la sécurité. Ils sont planifiés, construits et exploités par le gestionnaire de l’infrastructure (GI) et viennent compléter les contrôles au départ et intermédiaires réalisés par les entreprises de transport ferroviaire (ETF). Les ICT permettent une surveillance en grande partie automatisée des trains et garantissent un contrôle non discriminatoire du matériel roulant. 

L’aménagement du réseau ICT repose sur une analyse détaillée des risques qui tient compte de la mise en danger potentielle, des conditions d’exploitation, ainsi que des données structurelles et techniques liées au trafic. À cet égard, les sites ICT et les types d’installations déterminants pour la sécurité permettant une réduction majeure des risques et présentant un bon rapport coût-utilité sont réalisés en priorité.

Achevé en 2018, l’aménagement prévu du réseau ICT englobe quelque 170 détecteurs de boîtes chaudes et de freins serrés (DBF), points de contrôle de la charge par roue (RLC), installations de détection de profil et d’antennes (PAO) et installations de détection d’incendies et de fuites chimiques (BCO). Le concept de réseau initial dans le cadre du programme de sécurité sera étendu ces prochaines années à des types d’installation supplémentaires, tels que la mesure du soulèvement de la ligne de contact (AHM) et le DED (Dragging Equipment Detection). L’Illustration 1 présente l’état actuel de l’aménagement du réseau ICT.

Le concept d’exploitation actuel des ICT ne requiert aucune information sur les véhicules. Les événements sont identifiés en temps voulu et empêchés sur la base de valeurs d’intervention générales, l’accent étant mis sur le renforcement de la sécurité. Les prescriptions, les valeurs d’intervention, les seuils d’alerte et les processus sont décrits de manière détaillée dans le «manuel ICT» [1]. Les GI informent régulièrement les ETF des éventuelles innovations.

L’identification des véhicules par la technologie «RFID in Rail» ouvre de nouvelles possibilités inédites pour le concept d’exploitation qui va ainsi profondément évoluer.

Les données de mesure et d’alerte des ICT sont remontées à deux centrales géoredondantes via le réseau de données des CFF. Tout dépassement d’une valeur seuil considéré comme déterminant pour la sécurité déclenche immédiatement une alarme auprès du chef-circulation compétent. Ce dernier déclenche alors l’arrêt du train. Parallèlement, les données mesurées sont visualisées par le centre d’intervention ICT à Erstfeld. Sur place, les spécialistes ICT analysent les données et réalisent, le cas échéant, une évaluation individuelle. Ils facilitent l’intervention sur le train grâce à leur expertise. Leur évaluation et leur soutien permettent de réduire les arrêts de train, voire de les prévenir [2].

Les données de mesure des ICT sont enrichies de données théoriques, telles que des informations sur l’horaire, la formation et le chargement, aux fins de l’intervention et de l’analyse, voir Illustration 2. Des données de l’historique des véhicules peuvent être également utilisées pour l’analyse.

Les vingt alarmes de sécurité ICT déclenchées chaque jour donnent lieu à l’interruption de la marche et au retrait de deux véhicules en moyenne. 

Ces processus déterminants pour la sécurité aident à prévenir les événements. Ils sont toutefois réactifs et agissent «uniquement» sur le moment. Il serait plus pertinent d’adopter une approche prospective permettant de détecter précocement des dommages imminents aux véhicules afin de disposer d’une marge de manœuvre suffisante pour planifier l’entretien et prévenir les interventions imprévues. Pour pouvoir établir des prévisions ou reconnaître des tendances, il est nécessaire d’identifier clairement et correctement les véhicules et d’affecter les données mesurées aux différentes roues en tenant compte de l’orientation des véhicules. La technologie «RFID in Rail» constitue la solution à cet égard.

Le suivi individuel systématique de l’état d’un véhicule sur une longue période n’est actuellement pas possible en raison de l’absence d’une identification des véhicules qui permettrait d’affecter de manière fiable les mesures aux véhicules. Au lieu de cela, les alarmes ou les irrégularités survenant sont affectées à un essieu du convoi et, en cas d’intervention, il faut compter manuellement les essieux afin d’identifier le véhicule concerné. 

En l’absence d’une identification fiable des véhicules, le concept d’exploitation des dispositifs de contrôle des trains se fonde sur les conditions d’accès au réseau côté infrastructure définies indépendamment du véhicule ou du type de véhicule. Par conséquent, les seuils d’intervention sont indépendants du matériel roulant et fixés en fonction des sollicitations maximales autorisées de l’infrastructure. Des valeurs d’intervention et contrôles spécifiques au type de véhicule ne sont pas possibles.

L’identification automatique fiable des véhicules à l’aide de la technologie RFID permet un changement de paradigme fondamental du concept d’exploitation. Combinée aux dispositifs de contrôle, elle génère en effet à la vitesse de pleine voie des avantages supplémentaires.

• Automatisation des étapes et processus manuels
• Surveillance de l’état de chaque véhicule avec seuils d’alerte spécifiques au type de véhicule
• Prévisions de l’évolution de l’état du véhicule aux fins de l’optimisation de l’entretien

Les principales différences entre le concept d’exploitation actuel sans identification des véhicules et le futur concept d’exploitation avec identification sont présentées dans le Tableau 1.

Afin de permettre la concrétisation rapide et sans charge administrative de ces avantages supplémentaires, CFF Infrastructure fournira gracieusement les données de base sur l’état des véhicules équipés de tags RFID aux propriétaires de véhicules responsables. Ceux-ci pourront utiliser les données pour optimiser l’entretien de leurs véhicules.

Le gestionnaire de l’infrastructure participe indirectement à l’amélioration de l’état des véhicules.

1. Réduction du nombre d’événements d’exploitation liés aux véhicules et ainsi hausse de la disponibilité des sillons et de la ponctualité.
2. Recul des dommages à l’infrastructure et ainsi réduction des charges d’entretien.
3. Automatisation et accélération des processus manuels et ainsi suppression des changements de support aux interfaces.

Dans une première phase, des données de base sur l’état des essieux seront remises aux propriétaires de véhicules. L’état des roues est calculé à partir de la force de contact des RLC. Le coefficient dynamique de la force de contact (rapport entre les forces de contact dynamique et statique) sert de valeur de référence. L’identification des véhicules par RFID permet d’affecter clairement les mesures de la force de contact aux essieux correspondants. Ainsi, l’évolution de l’état des roues peut être surveillée aisément. 

L’Illustration 3 présente un exemple d’évolution de l’état des quatre essieux d’une locomotive sur une période de deux mois. Les coefficients dynamiques des roues du premier essieu augmentent sans cesse au fil du temps. Cette hausse indique une dégradation continue de l’état des roues. Dès que le seuil d’alerte prédéfini est franchi, le véhicule est signalé automatiquement au propriétaire du véhicule. L’efficacité de l’entretien subséquent des essieux peut être mesurée à l’aide des petits coefficients dynamiques. La remontée des coefficients dynamiques permet également de détecter avec certitude la nouvelle dégradation rapide inattendue de l’état des roues.

Les annonces de défaut des roues générées automatiquement ont été vérifiées dans le cadre d’un projet pilote commun de CFF Infrastructure et CFF Voyageurs. Les véhicules présentant des valeurs mesurées irrégulières ont été acheminés et analysés à l’atelier. À cet égard, la fiabilité de l’annonce automatique s’est avérée quasi irréprochable. Le projet pilote a été clôturé avec succès et le processus a été remis à la production. Les véhicules avec annonces de défaut des roues générées automatiquement par le RLC sont directement programmés pour des opérations d’entretien sans autre vérification. Toutefois, ce processus ne peut pas être généralisé à l’ensemble des flottes, car elles ne sont pas toutes équipées de l’identification claire des véhicules. CFF Voyageurs utilise quasi-exclusivement ses propres véhicules, et la planification et l’utilisation concordent dans l’ensemble. Rares sont les confusions entre les véhicules et les conséquences sont modérées. En revanche, les véhicules qui composent les convois de trafic marchandises et leurs propriétaires sont bien plus hétérogènes. En l’absence de la technologie «RFID in Rail», une lourde vérification manuelle peu fiable s’impose.

Les données sur l’état des roues communiquées aux propriétaires de véhicules leur permettent de fixer leurs propres critères et seuils en fonction de leurs besoins et expériences internes. Ils sont ainsi en mesure de mieux définir le moment optimal pour réaliser l’entretien des essieux ou des véhicules. 

Le contrôle de l’état des roues côté voie et la remise des données confèrent aux propriétaires de véhicules les avantages ci-après:

1. Le contrôle des essieux est automatisé. Les contrôles manuels à l’atelier ou les coûts correspondants sont réduits. Les installations de contrôle des trains surveillent en continu l’état des roues et font remonter les données. 
2. Le contrôle permanent de l’état des véhicules en cours d’utilisation permet de détecter les dommages au véhicule dès leur apparition. Il est ainsi possible de les éliminer bien plus précocement et à moindres frais, et de prévenir efficacement de coûteux dommages subséquents.
3. L’entretien des essieux peut être géré de manière plus précise. Les essieux concernés sont clairement identifiés et l’ampleur des dommages peut être estimée. Les charges d’entretien sont ainsi planifiées plus finement. 

L’optimisation de l’entretien des véhicules grâce à la surveillance automatisée du matériel roulant augmente la prestation kilométrique et la capacité de planification du taux d’utilisation des ateliers. Il est possible de prévenir des opérations d’entretien et des pannes non planifiées. L’identification des véhicules avec la technologie RFID permet également d’automatiser des étapes de travail internes et d’établir des processus cohérents entièrement automatisés particulièrement importants pour l’entité chargée de la maintenance (ECM).

L’Illustration 4 représente le cycle automatisé de la surveillance de l’état du matériel roulant:

1. Après le passage du train, les lecteurs RFID et les ICT font remonter les données d’identification du véhicule ainsi que les données mesurées vers la base de données centrale ICT.
2. Les données mesurées sont combinées avec les roues, les essieux, et les véhicules correspondants et enregistrées sur le serveur. Elles sont consolidées périodiquement sur le serveur ICT et transférées sous la forme de fichiers XML et CSV sur un serveur FTP du propriétaire du véhicule.
3. Le propriétaire du véhicule peut analyser et exploiter les données reçues. Sur la base des résultats obtenus, il peut alors planifier l’entretien à un moment opportun.
4. Les données précises sur l’état permettent de préparer et de réaliser de manière ciblée l’entretien requis. Les charges d’entretien sont ainsi réduites.  
5. À l’issue de l’intervalle de maintenance, le matériel roulant est remis sur les rails et de nouvelles valeurs sont mesurées lorsqu’il franchit les ICT. Ces valeurs permettent de visualiser directement l’efficacité de l’élimination des dommages et peuvent être utilisées pour contrôler les mesures d’entretien.

Jusqu’à présent, les données en cas d’alarmes et d’alertes ICT ne pouvaient être communiquées qu’à l’ETF responsable en raison de l’absence d’identification des véhicules. L’ETF était donc l’unique interface avec les GI. Avec «RFID in Rail» et le Registre virtuel centralisé européen des véhicules, le véhicule et son propriétaire peuvent être désormais parfaitement identifiés. Des données exemptes d’erreurs peuvent donc être affectées et remises au propriétaire concerné. Un protocole d’interface et un format des données génériques largement répandus sont utilisés comme interface. Les données sont exportées aux formats XML (lisible par ordinateur) et CSV (lisible manuellement) directement sur le serveur FTP du propriétaire du véhicule. 

Pour que les données des ICT puissent être exportées, il faut que les véhicules soient équipés d’un tag RFID passif, conformément à la norme ISO 18000-6C EPC Class1 Gen2. Le tag RFID contient le numéro à 12 chiffres du véhicule (EVN), ainsi que l’indication du côté concerné (1 pour avant gauche et 2 pour arrière droit) et parfois (facultatif) le «préfixe entreprise», conformément à l’enregistrement GS1.

«RFID in Rail» est un guide public de GS1. Le CEN élabore actuellement une norme EN compatible avec le guide, mais indépendante de l’enregistrement auprès de GS1.

Le gestionnaire de l’infrastructure participe indirectement à l’amélioration de l’état des essieux:

1. Réduction du nombre d’événements d’exploitation liés aux véhicules.
   Les événements d’exploitation imprévus sont ainsi prévenus et la disponibilité des sillons et la ponctualité augmentées.
2. Recul des dommages à l’infrastructure.
   L’étude des CFF réalisée à Osogna [3] montre qu’une réduction des forces de contact dynamiques maximales permet de faire reculer les dommages à la voie ferrée et, par conséquent, de baisser les frais de maintenance correspondants. Si les forces de contact dynamiques peuvent être ramenées à 200 kN, les coûts de maintenance liés aux corrections de la géométrie de la voie reculent de 2 à 4% et ceux liés au meulage des rails de 2% environ.
3. Automatisation et accélération des processus manuels et ainsi suppression des changements de support aux interfaces.
4. Réduction des émissions sonores et de vibrations.
   Les riverains et les voyageurs bénéficient d’une baisse des émissions, et ainsi d’une amélioration de la qualité de vie et du confort. Les charges liées aux mesures de réduction des émissions reculent. 

Dans le cadre du projet pilote susmentionné de CFF Infrastructure et CFF Voyageurs, l’ICT de Brunnen a été équipée d’une antenne de lecture RFID. Ce site est actuellement en mesure d’affecter en toute fiabilité des valeurs mesurées par le point de contrôle de la charge par roue à l’essieu concerné d’un véhicule dans la mesure où ce dernier est équipé d’un tag RFID. 

Sur la base de ce projet pilote, les CFF ont décidé de déployer la technologie RFID sur l’ensemble du territoire à partir de 2018. De nouvelles antennes de lecture RFID ont tout d’abord été posées sur tous les sites ICT, suivis par les sites RLC jusqu’à mi-2018, puis les types d’installation ICT restants. En 2020, tous les sites ICT seront ainsi équipés d’une antenne et le projet sera clôturé. Parallèlement, l’ensemble de la flotte des CFF (Voyageurs, Cargo, Infrastructure) a été pourvue de tags RFID pour qu’au plus tard en 2020 la technologie soit disponible intégralement et sur tout le territoire.

Conscients du potentiel que revêt l’identification automatique des véhicules grâce à la technologie «RFID in Rail», de nombreux propriétaires de véhicules ont commencé à équiper leurs véhicules de tags RFID, conformément au guide GS1. Leur utilisation est déjà très largement répandue dans certains pays, aussi bien côté infrastructure que côté véhicule (Suède, Finlande, etc.). En vertu du consensus qui règne parmi les propriétaires de véhicules et les gestionnaires de l’infrastructure, ainsi que du soutien des autorités nationales et européennes, le système «RFID in Rail» est en train de devenir le standard et de s’établir dans toute l’Europe comme la technologie d’identification automatique des véhicules. Il sera ainsi possible d’automatiser des processus dans toute l’Europe, le long de la chaîne de transport et logistique et, in fine, de réduire les coûts globaux du système ferroviaire.

Le guide «RFID in Rail» et la norme EN compatible en cours d’élaboration décrivent l’identification claire numérique des véhicules sur rails. L’identification fiable sans changement de support génère une grande valeur ajoutée pour le propriétaire de véhicule dans les domaines de la logistique, mais aussi de l’automatisation des processus et procédures.

L’identification correcte des véhicules permet aux gestionnaires de l’infrastructure d’affecter clairement les données mesurées côté voie à la roue concernée. Ils peuvent ainsi surveiller l’évolution de l’état des véhicules et informer suffisamment tôt le propriétaire de véhicule sur les changements constatés, bien avant l’atteinte du seuil d’intervention déterminant pour l’exploitation.

Depuis 2018, les CFF mettent gracieusement les données de base des ICT à la disposition de tous les propriétaires de véhicules dont les véhicules sont équipés d’un tag RFID, conformément au standard «RFID in Rail». Les données mesurées sont enregistrées sous la forme d’un fichier XML et CSV sur le serveur FTP du propriétaire.

La communication de ces données permet aux propriétaires de réaliser au moment optimal l’entretien de leurs véhicules sur la base de l’évolution prévisionnelle de l’état des véhicules et de compléter ou remplacer les intervalles de maintenance par un concept d’entretien axé sur les besoins. Le GI bénéficie indirectement de l’amélioration de l’état du matériel roulant, car celle-ci permet de réduire les dommages causés à l’infrastructure.

Les CFF assument ce faisant un rôle pionnier en tant que gestionnaire de l’infrastructure. Ils deviennent un partenaire de la surveillance de l’état du matériel roulant et contribuent ainsi à la réduction des coûts globaux du système.