Et si nous pouvions améliorer l’efficacité d’un passage à niveau de TLR ?

La congestion routière s’aggrave toujours. Les navetteurs des grandes villes comme Toronto, Montréal et Vancouver passent chaque année l’équivalent de 10 000 ans coincés dans le trafic^₂. Le coût annuel de la congestion pour les navetteurs dans la région du Grand Toronto et de Hamilton s’élevait à 3,3 G$ en 2006 et devrait plus que doubler pour atteindre 7,8 G$ d’ici 2031³. Le plaidoyer en faveur du transport collectif est fort, en particulier pour les réseaux de train léger sur rail, qui ont gagné en popularité au cours des dernières décennies, une situation en grande partie attribuable aux coûts en capital et d’exploitation moins élevés. Un tel réseau offre une plus grande capacité et une vitesse de déplacement supérieure au transport collectif de surface⁴, ce qui permet aux passagers de navetter plus facilement et de façon plus économique.

De nombreuses autorités en matière de transport en commun font la promotion de TLR de « style urbain » se déplaçant au niveau du sol sur les principaux réseaux routiers, puisque ces derniers ne nécessitent aucune emprise réservée, comparativement aux réseaux de métro à grande échelle. Ce type d’aménagement comporte de nombreux avantages⁵ :

• Favorise les liens entre les quartiers sans diviser les communautés par des barrières physiques.
• Les gares de surface offrent un accès aisé aux personnes ayant des besoins particuliers, notamment les personnes à mobilité réduite, les aînés et les personnes avec poussettes.
• Favorise des collectivités propices à la marche, reliées entre elles et sécuritaires.
• Stimule les investissements et la densification aux croisements et le long de la ligne ferroviaire.

Cependant, les passages à niveau de TLR ont donné lieu à de nombreuses controverses en raison de préoccupations relatives aux coûts, à la sécurité, aux ralentissements et aux impacts environnementaux. Des frustrations et des incidents sont constamment signalés par les automobilistes, les cyclistes, les piétons et les exploitants de TLR. Pouvons-nous améliorer la conception des passages à niveau de TLR pour qu’ils soient plus efficaces ?

À l’heure actuelle, il existe toute une gamme de solutions possibles pour les passages à niveau de TLR, ce qui comprend les systèmes d’avertissement sonore et visuel habituels (son de cloche et feux clignotants), les barrières de passage à niveau, la signalisation prioritaire pour le transport en commun (ou TSP pour « Transit Signal Priority ») et les sauts-de-mouton.

Signaux d’avertissement sonore et visuel : Parmi ces options, celle qui est la plus simple, la plus répandue et la moins coûteuse consiste à installer des cloches et des feux clignotants aux croisements afin d’avertir les utilisateurs de la route et les piétons qu’un TLR approche. Cette solution s’avère efficace lorsque le volume de trafic ferroviaire et routier est faible, et ne constitue que le strict minimum en matière de système d’avertissement. Bien qu’elle soit peu coûteuse à implanter, cette signalisation n’optimisera ni la fluidité du trafic ni celle des TLR, ce qui pourrait entraîner des problèmes opérationnels et des situations potentiellement dangereuses pour les piétons ou les voitures qui s’engageraient accidentellement sur l’emprise du TLR.

Barrières de passage à niveau : Elles sont le plus souvent installées pour renforcer la protection. Dans son Guide sur les passages à niveau⁶, Transports Canada fournit des critères permettant de déterminer si des barrières sont nécessaires à un passage à niveau, en prenant en compte des considérations prioritaires comme la vitesse et le volume de trafic routier et ferroviaire. Lors de la mise en œuvre d’une stratégie préemptive complète, le passage du TLR est protégé par des barrières et jouit de la priorité totale par rapport au trafic de véhicules, de cyclistes et de piétons. Par contre, un tel système peut s’avérer perturbateur. Selon un rapport de la Ville d’Edmonton, un véhicule peut passer jusqu’à 16 minutes bloqué devant une barrière de passage à niveau⁷ et les émissions de GES produites par les voitures arrêtées aux barrières risquent de devenir préoccupantes pour l’environnement⁸. L’une des solutions de rechange est d’adopter une « stratégie préemptive douce », selon laquelle la priorité donnée au véhicule léger sur rail (VLR) est déterminée en fonction de certains critères comme la libération de la voie par le train précédent ainsi que le volume de trafic en temps réel qui croise la voie⁹.

Feux de circulation et signalisation prioritaire pour le transport en commun : Une autre façon de gérer les passages à niveau est l’emploi de feux de circulation, c’est-à-dire que le VLR est envisagé comme un véhicule de transport en commun régulier et doit observer la signalisation routière. Cette méthode peut être combinée à une TSP, une stratégie opérationnelle qui facilite la circulation des véhicules de transport en commun en service à ces intersections. Contrairement aux méthodes préemptives, la TSP n’interrompt pas brusquement l’un ou l’autre des types de trafic pour les protéger complètement l’un de l’autre. Elle a pour objectif principal d’améliorer l’efficacité du transport en commun et le respect des horaires, tout en minimisant les répercussions sur la circulation locale¹⁰. Les systèmes de TSP se composent habituellement de quatre éléments : un système de détection des véhicules de transport en commun, un générateur de requête, des stratégies de contrôle de priorité de circulation et un logiciel de gestion. La TSP peut être mise en œuvre de différentes manières :

• Priorité passive (la phase du transport en commun apparaît en tout temps, sans égard à la présence ou non d’un véhicule de transport en commun).
• Priorité active (elle adapte les séquences de signal en fonction des véhicules de transport en commun qui approchent, au moyen du prolongement de la durée du feu vert, du feu vert devancé, de l’activation de la phase de transport en commun et de l’insertion/rotation de la phase).
• Priorité adaptative (utilise des données en temps réel de tous les modes de transport ou des requêtes afin de sélectionner la phase et la longueur de cycle des feux pour une plus grande fluidité de la circulation).

La TSP peut être appliquée de façon non conditionnelle (c’est-à-dire qu’elle donne la priorité aux véhicules de transport en commun en tout temps) ou conditionnelle (c’est-à-dire qu’elle donne la priorité aux véhicules de transport en commun selon certains critères uniquement, par exemple, le retard d’un véhicule sur son horaire). La TSP peut être appliquée à une intersection isolée ou tout au long d’un corridor de transport en commun, où des communications pair-à-pair peuvent être mises à profit entre contrôleurs de la signalisation pour maximiser son efficacité. Les communications pair-à-pair permettent au contrôleur de feux de circulation de transmettre l’emplacement d’un VLR ainsi qu’une estimation des temps de trajet entre les intersections. Si elle est appuyée d’une étude d’optimisation des feux de circulation, la TSP améliorera d’autant la performance générale du corridor. Un schéma simplifié de TSP à un croisement de TLT est présenté ci-dessous.

La stratégie de contrôle devrait être choisie au cas par cas. De façon générale, de nombreuses villes indiquent une réduction de 15 % des temps de trajet des véhicules de transport en commun après la mise en œuvre d’une TSP, et peu de répercussions sur la circulation routière¹¹. L’efficacité d’une intersection dotée d’une TSP dépend de plusieurs facteurs, comme le débit de circulation routière et piétonnière, les algorithmes de priorité, les méthodes de détection ainsi que l’emplacement des arrêts de transport en commun. La TSP s’avère plus efficace si les arrêts sont placés du côté éloigné (soit après l’intersection)¹², puisque les véhicules de transport en commun ne sont ainsi pas arrêtés à une intersection après s’être d’abord attardés à leur arrêt, ce qui permet une meilleure prédiction de l’heure d’arrivée et un plus grand respect des horaires. L’intersection ainsi contrôlée par des feux de circulation classiques favoriserait des communautés mieux reliées et intégrées, et améliorerait l’accessibilité en éliminant les barrières physiques et le bruit occasionné par les barrières de passage à niveau habituelles¹³. La simulation est très largement utilisée pour évaluer les effets d’une TSP¹⁴ et de nombreuses études sont en cours pour l’améliorer encore davantage.

Saut-de-mouton : Le TLR est séparé des véhicules routiers et de la circulation piétonnière, grâce à une emprise qui lui est entièrement réservée; l’infrastructure peut être surélevée, en tranchée ou souterraine. L’ensemble de la circulation à ce croisement est ainsi protégé et sécuritaire. Toutefois, les coûts et le temps de construction introduisent des éléments d’inefficacité. Une telle infrastructure risque également de se transformer en un mur ou une barrière divisant un quartier et, si elle est surélevée ou creusée, son harmonisation dans le paysage urbain peut constituer un véritable défi, particulièrement dans les secteurs résidentiels à constructions basses. Cette option ne favorise pas des communautés reliées et intégrées¹⁵.

Les diverses technologies de passages à niveau de TLR visent à en améliorer l’efficacité, et ce, pour tous les modes. Or, de nombreux problèmes risquent de surgir, comme l’illustre la figure suivante.

Sécurité : Croiser une autre route au même niveau présente des risques accrus à cette intersection en raison de la taille des VLR et des possibles collisions. Mis à part les sauts-de-mouton, les concepts qui prévalent actuellement comprennent un ou plusieurs arrêts de mouvement à une intersection, alors que la circulation se poursuit sur une autre voie. Si cela réduit effectivement le risque de collision, il n’en demeure pas moins que le temps d’attente est prolongé pour les véhicules en arrêt. La mise en place d’un système d’avertissement est essentielle non seulement pour la sécurité, mais aussi pour permettre une efficacité accrue du TLR attribuable à la diminution des retards causés par les accidents.

Exploitation de TLR et circulation locale : Dans le cas d’un passage à niveau, l’une des questions à se poser en premier lieu est : « Quel mode de transport placer en priorité ? » La stratégie de préemption complète en faveur des véhicules de transport en commun peut entraîner des perturbations de la circulation routière. Si la TSP vise à minimiser les répercussions négatives sur la circulation locale, elle n’assurerait pas le respect des temps de trajet des VLR, comme le ferait une stratégie de préemption complète ou encore le saut-de-mouton. Qui plus est, cela risquerait d’entraîner des coûts supplémentaires : de fait, pour respecter la fréquence de passage établie, il faudrait ajouter des véhicules légers sur rail¹⁶.

Accessibilité, utilisation des terres, environnement et coûts : Bien que la circulation des TLR sur une emprise complètement réservée éliminerait les problèmes d’efficacité, ce choix créerait des barrières physiques, diminuerait l’accessibilité (particulièrement pour les personnes à mobilité réduite et les aînés), et cause habituellement des perturbations majeures lors de la construction de l’infrastructure. La ville d’Edmonton compte quatre critères fondamentaux pour l’évaluation de l’option de saut-de-mouton : l’accessibilité, l’exploitation du réseau, le design urbain et l’environnement social, ainsi que la faisabilité et la construction¹⁷. Les coûts représentent toujours un enjeu clé pour sélectionner la solution appropriée à une intersection.

De multiples solutions peuvent être envisagées pour atténuer les inefficacités et les risques des technologies actuelles de passage à niveau. Il importe de comparer et d’analyser les technologies nouvelles et actuelles afin de choisir l’option la plus adéquate.

Système d’avertissement sonore et visuel amélioré

Des systèmes d’avertissement sonore utilisant la technologie Bluetooth ainsi que des caméras de détection signalent plus efficacement aux piétons et aux cyclistes l’arrivée imminente d’un TLR à un passage à niveau non doté de barrières¹⁸. La caméra de détection peut être utilisée pour capter l’arrivée d’un TLR, les accidents impliquant des véhicules et des piétons ou les accidents évités de justesse, puis déclencher l’alarme¹⁹. Des haut-parleurs émettent des notifications d’alerte annonçant le passage imminent d’un train. Ce sont des messages verbaux préenregistrés. Outre les avertissements sonores, les piétons seraient en mesure de recevoir des notifications poussées sur leur téléphone mobile, les avisant de laisser leur appareil de côté à l’approche d’un passage à niveau. La notification poussée est envoyée en fonction de la proximité géolocalisée du conducteur par rapport à l’emplacement du passage à niveau²⁰. Cette technologie pourra être développée davantage pour permettre la transmission d’avertissements lorsqu’un train est sur le point d’arriver, pour offrir une protection accrue.

Des systèmes d’avertissement visuel sont aussi disponibles, par exemple, des lumières à DEL qui s’allument le long de la voie du TLR au passage à niveau, un genre de barrière virtuelle imitant la barrière²¹ physique. Cette technologie est utilisée dans quelques systèmes ailleurs dans le monde. Bien qu’elle ne soit pas encore largement adoptée, elle pourrait constituer une avancée intéressante en matière de design urbain, puisqu’elle élimine les barrières physiques.

Les systèmes avancés d’avertissement sonore et visuel offrent une protection supplémentaire, tout en réduisant les temps d’arrêt éventuels causés par des accidents. Cependant, il faut comprendre que ces technologies n’optimisent pas nécessairement la fluidité de la circulation ni les activités du TLR. En outre, la calibration, les activités lors de mauvais temps ou de températures de -40 degrés ainsi que l’entretien ont tous des répercussions sur l’efficacité et les coûts de ces solutions.

Véhicules légers sur rails

En ce qui concerne les véhicules légers sur rail²², plus le poids est faible, plus leur accélération et leur décélération seront efficaces. L’efficacité accrue de décélération augmentera la capacité du VLR à s’arrêter en cas d’urgence près des passages à niveau. Un VLR plus léger réduit également la consommation énergétique nécessaire à son accélération. Alors qu’une meilleure performance d’accélération et de décélération permet au véhicule de dégager l’intersection plus rapidement. L’un des problèmes majeurs concernant les passages à niveau de TLR est le temps d’arrêt souvent prolongé. Si la vitesse d’accélération et de décélération du VLR est plus rapide, le temps de passage serait considérablement réduit, ce qui entraînerait des temps d’attente plus courts pour les véhicules routiers. Un effet similaire serait observé aux intersections dotées de TSP, puisque la durée de la phase du TLR serait de moins longue durée. Si cette technologie est utilisée, il faut cependant noter que la réduction du temps de passage du TLR aux passages à niveau pourrait se voir limitée, car d’autres facteurs comme les activités du TLR, les enjeux de sécurité, dont la coordination avec les véhicules, les vélos et les piétons, ainsi que le confort des passagers pourraient faire en sorte que le taux maximum d’accélération et de décélération doit être réduit. Les piétons et les cyclistes devront par ailleurs être plus vigilants près des passages à niveau; dans de telles conditions, un système d’avertissement sonore et visuel efficace comme décrit plus haut pourrait s’avérer une solution en tout point adaptée.

Émergence de l’automatisation du transport en commun rapide

Si l’information origine-destination (OD) de tous les véhicules sur le réseau peut être recueillie proactivement et communiquée entre eux, l’efficacité pourrait atteindre un niveau optimal. C’est ici qu’entrent en jeu les technologies d’automatisation dans la signalisation prioritaire pour le transport en commun.

La technologie d’automatisation des trains fait ses preuves dans l’industrie ferroviaire depuis des décennies; notons par exemple les systèmes de commande de rames basés sur les communications (ou CBTC pour « Communication Based Train Control ») ou le système européen de contrôle des trains (ou ETCS pour « Europe Train Control System », niveau 4). Toutefois, la communication entre les trains et les véhicules constitue toujours un défi. Les technologies émergentes en matière d’automatisation se subdivisent en deux grandes catégories : Les véhicules connectés²³ et les véhicules autonomes²⁴. La technologie des véhicules connectés consiste à communiquer des données entre les véhicules connectés et les VLR. Cette communication entre les véhicules connectés et les VLR offre une gestion beaucoup plus efficace de la circulation, puisque la détection par les contrôleurs de feux de circulation ne se limite pas aux environs immédiats d’une intersection. Cette technologie sera d’autant plus efficace lorsque la majorité des véhicules sera connectée. Quelques fournisseurs d’équipement nord-américains indiquent que la production de masse de composants de communication de véhicule à véhicule commencerait environ de deux ans et demi à trois ans après l’adoption d’une réglementation²⁵. Un réseau de TLR serait la plateforme tout indiquée pour faire l’implantation de technologies de véhicules connectés en raison de l’environnement contrôlé dans lequel se déplacent les VLR.

Les véhicules autonomes peuvent également améliorer l’efficacité et les activités d’un réseau de TLR, surtout s’ils sont utilisés conjointement aux véhicules connectés. La SAE International, anciennement la Society of Automotive Engineers, établit six niveaux d’automatisation allant d’aucune automatisation (niveau 0) à l’automatisation complète (niveau 5)²⁶ et l’on prévoit que le déploiement à grande échelle de l’automatisation complète (niveaux 3 à 5) devrait avoir lieu au cours des années 2030 ou 2040²⁷. Grâce à la technologie de véhicules connectés, toute situation d’urgence survenant à un passage à niveau peut être communiquée par les véhicules aux VLR, ce qui permet de coordonner l’intervention et d’améliorer la sécurité. Cette technologie pourrait bonifier la TSP, voire éliminer la nécessité de la plupart des feux de circulation et des barrières si elle est déployée à grande échelle, ce qui réduirait les coûts associés aux passages à niveau.

Il importe pour les sociétés de transport et les gouvernements d’être au fait des tendances futures dans ce domaine et de se préparer à temps pour l’arrivée de ces technologies. Même si ces technologies sont encore aujourd’hui en développement et à l’essai, il n’est pas conseillé d’attendre leur arrivée; alors que la congestion, elle, continue d’augmenter. D’ici là, il faut planifier et concevoir soigneusement la modernisation des infrastructures et rechercher de nouvelles solutions pour les passages à niveau de TLR, afin de leur conférer une efficacité accrue tout au long de leur cycle de vie.

D’autre part, en plus de réduire la quantité de travaux de modernisation et d’équipements de protection nécessaires (à l’instar de la TSP), ces technologies, selon une perspective de design urbain, comportent aussi l’avantage de ne pas diviser les communautés. Toutefois, en l’absence d’équipement de protection physique, une attention particulière devra être portée à la sécurité des piétons et des adeptes d’autres modes de transport actif.

Une combinaison de plusieurs technologies de pointe pourrait améliorer encore davantage l’efficacité, notamment l’adoption de système d’avertissement sonore et visuel afin de répondre aux enjeux de sécurité, ainsi que l’utilisation de VLR de faible poids, dans le but de réduire la phase de feux de circulation des TLR. Dans tous les cas, il est essentiel et nécessaire d’employer des outils de simulation pour évaluer la performance générale d’une intersection^28. La figure ci-dessous présente un scénario dans lequel des technologies avancées ont été appliquées à un passage à niveau de TLR.

Aménagement du territoire axé sur le transport en commun

Dans l’éventualité où la construction d’un saut-de-mouton est inévitable, aménager l’espace situé sur le dessus de ce dernier en fonction du transport en commun non seulement rendra l’infrastructure plus agréable visuellement, mais servira aussi à relier les collectivités. Le projet proposé du Rail Deck Park, situé au-dessus de la gare Union à Toronto en est un exemple²⁹. Dans de nombreuses villes dans le monde, les structures de transport en commun élevées sont intégrées aux nouveaux aménagements comme les principaux centres commerciaux, les parcs, les sentiers et les espaces de loisirs. Le Caufield to Dandenong Open Space, en Australie, est un autre bel exemple de réaménagement intégré dans le cadre d’un projet de saut-de-mouton³⁰. Dans son récent Plan de transport régional, Metrolinx propose des concepts semblables appelés « centres de mobilités »³¹, dans lesquels le transport en commun est harmonisé à l’utilisation des terres pour que ces espaces deviennent des lieux de rencontre et de détente. Pour bonifier encore davantage l’expérience des passagers, des technologies avancées pourraient être adoptées, par exemple, la transmission de l’information sur les arrivées, les départs, les correspondances ou les retards directement sur téléphones mobiles et des tableaux d’affichage. Les commerces de ces centres de mobilité offriraient des services de repas pour emporter déjà prêts pour les passagers qui commandent à l’avance. Les gares elles-mêmes peuvent être construites selon une approche respectueuse de l’environnement, notamment en employant des matériaux de pointe et en installant des systèmes de bâtiment intelligents³². Tous ces aménagements inciteront les gens à profiter des installations de transport en commun, et font des structures de saut-de-mouton des lieux plus durables pour les communautés et l’environnement en général. Toutefois, le coût d’investissement initial de ces centres de mobilité demeure élevé.

Évolution des technologies de passage à niveau

Le diagramme ci-dessous résume comment les technologies actuelles (catégorisées sous « Aujourd’hui », à gauche) pourraient évoluer vers des solutions de conception générale des passages à niveau, fondées sur la recherche dont il est question dans le présent article. Grâce à l’intégration de technologies avancées dans le futur, les passages à niveau de TLR deviendront des infrastructures plus intelligentes (catégorisées sous « Demain », à droite), qui amélioreraient le rendement tout en comportant moins d’inconvénients reliés aux coûts, à la sécurité, aux activités du TLR, à la circulation routière et piétonnière, ainsi qu’à l’environnement et à l’utilisation des terres.

Au fur et à mesure que ces technologies émergentes évoluent, elles pourront servir à régler plusieurs des problèmes qui demeurent irrésolus jusqu’à maintenant, tout en conférant encore plus d’avantages. Rappelons-nous toutefois qu’aucune technologie n’est parfaite et que chacune d’elles comporte ses avantages et ses inconvénients. Quoi qu’il en soit, il n’existe pas de solution unique pour tous les passages à niveau de TLR et c’est pourquoi une évaluation en profondeur est nécessaire dans chaque cas. Ces technologies évoluent constamment, et bien que certaines soient à notre disposition actuellement, par exemple, les systèmes d’avertissement sonore et visuel ainsi que les systèmes de pointe de TLR, il n’en demeure pas moins qu’il faut demeurer à l’affût des nouvelles tendances en matière d’infrastructures intelligentes et de technologies disponibles que nous pouvons offrir comme solutions potentielles correspondant à notre approche Conçu pour l’avenir^MC.

Afin d’approfondir notre connaissance du sujet, les prochaines étapes pourraient se dérouler comme suit :

• Poursuivre la recherche sur les technologies potentielles dans d’autres domaines, où des idées pourraient être empruntées et appliquées aux passages à niveau de TLR.
• Entreprendre des études pour déterminer les types d’intersections dotés de technologies inefficaces, et les avantages qu’apporteraient des solutions mieux adaptées à ces passages à niveau.
• Mettre à profit les connaissances de WSP en matière d’infrastructures intelligentes, et collaborer avec les municipalités locales afin de susciter l’intérêt pour l’aménagement de passages à niveau mieux conçus sur leur territoire.
• Collaborer avec les fournisseurs de solutions, les municipalités et les sociétés de transport sur des activités de recherche et développement de solutions potentielles.

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