Comprendre le chemin de fer
La signalisation ferroviaire

Intrigue
Ce n'est pas d'hier que la signalisation ferroviaire intrigue, tant les profanes, les amateurs, que les professionnels de l'industrie. Pour ceux qui ne connaissent pas « les règles », il semble bien incongru qu'un train puisse passer à bonne vitesse vis-à-vis d'un signal affichant des lumières rouges! D'ailleurs, c'est une question qui revient souvent : « Pourquoi faire allumer des lumières rouges s'il y a une lumière verte d'allumée aussi? »

On pourrait répondre à cette question à la façon d'un cours magistral, et renvoyer à la règle 405 du REF, sans autres explications : « Lumière verte au dessus de lumières rouges donne vitesse normale ». Bien que l'exactitude de cette réponse ne puisse pas être remise en doute, ce serait oublier un grand pan de l'histoire ferroviaire, voire même de l'ensemble de nos transports modernes.

Un système évolué, et complexe
L'erreur que plusieurs personnes font, c'est tenter de comprendre la philosophie de la signalisation ferroviaire en se servant de la signalisation routière comme base de comparaison. La signalisation routière, spécialement les feux de circulation, est un système universel. Même si chaque conducteur doit posséder un permis de conduire prouvant qu'il a fait des apprentissages (aussi minime soient-ils, selon certains pays) sur la signification des signaux routiers, les concepteurs de ce système de signalisation ont toujours gardé en tête que des millions d'usagers (automobilistes, camionneurs, piétons et cyclistes) allaient l'utiliser, sans toujours avoir la compétence pour le faire. Le système doit donc être simple, et parfaitement explicite. Un feu rouge signifie l'arrêt, peu importe le pays dans lequel on se trouve.

La signalisation ferroviaire en va autrement. Ce système n'a jamais été conçu pour une utilisation de masse. Le nombre d'utilisateurs (les mécaniciens de locomotive) est un groupe très restreint à l'échelle planétaire. Et les connaissances de ces gens, qui sont des professionnels dans leur métier, sont régulièrement vérifiées et mise à épreuve. Il y a des désavantages évidents à procéder ainsi, puisqu’'il y a un important coût relié à la formation des utilisateurs, et le risque d'erreurs dans l'interprétation d'un système qui n'est pas aussi instinctif qu'un feu de circulation routier est plus grand. Par contre, du côté positif, on peut développer un système nettement plus efficace et plus complexe.

Dans les faits, le système de signalisation ferroviaire a évolué en grande partie selon les caractéristiques physiques des trains qu'il gouverne. Les trains sont des véhicules très pesants, et cette importante masse a une très grande inertie. Un train prend du temps à accélérer, et prend du temps à s'immobiliser. La distance d'arrêt d'un train peut largement dépasser les deux kilomètres.

Un système codé
Vu la très grande distance d'arrêt d'un train, un seul signal d'arrêt ne peut suffire à protéger sécuritairement un point (une traverse, un pont levis, un aiguillage, une portion de voie occupée). Lorsque le mécanicien de locomotive verra le signal d'arrêt, il sera déjà trop tard pour arrêter son convoi à temps. En fait, le train est le seul véhicule terrestre où la distance de freinage dépasse la distance de vision de son conducteur. Pour parvenir à arrêter un train à un signal d'arrêt, le mécanicien doit avoir été averti à l'avance. Cet avertissement se donne par un autre signal, appelé signal d'approche.

Les signaux d'approche ne servent pas qu'aux signaux d'arrêt. On peut vouloir aviser à l'avance un mécanicien de l'état de la voie devant lui (occupée ou non), ce qui va lui permettre d'optimiser la conduite de son train (par exemple, circuler à une vitesse plus basse au lieu de procéder par accélérations et décélérations subites), on peut vouloir l'aviser à l'avance de la route qu'il aura à prendre, d'une vitesse à laquelle il devra circuler, etc. En signalisation routière, ces instructions peuvent être données au conducteur par des panneaux routiers. Dans le monde ferroviaire, ces mêmes panneaux, appelés signaux fixes, peuvent faire l'affaire. Mais voilà que le monde ferroviaire est un monde plus complexe. Les trains ne peuvent se croiser qu'à des endroits très précis (voie d'évitement), la vitesse des trains est très variable selon le type de train (trains de passagers et trains de marchandises). Bref, les conditions qui justifient la pose d'un signal fixe sont variables et changent constamment. Afin d'optimiser l'occupation d'une voie ferrée, le système de signalisation doit pouvoir indiquer différentes vitesses, et différents itinéraires.

Avec autant de conditions différentes à indiquer, les trois couleurs de base présentaient un éventail assez limité. En fait, on ne pouvait donner que trois indications, une seule par couleur. En évoluant, la signalisation ferroviaire s'est vue ajouter des combinaisons de couleurs, pour augmenter les possibilités de messages à faire parvenir au mécanicien de locomotive. Voilà ce qui explique qu'une lumière verte sur une lumière rouge indique que le train peut circuler à la vitesse maximale permise sur la voie. Il ne faut pas voir le signal comme étant une lumière « GO » sur une lumière « Arrêt ». Il faut voir l'ensemble des couleurs affichées sur le signal comme étant un code.

En technicolor
L'étude de la signalisation ferroviaire à travers l'histoire est un sujet très stimulant. Et même temps, un peu déroutant. À l'origine, une lumière verte signifiait « Danger » (arrêt), alors qu'une lumière blanche indiquait une voie libre. En ce début de 21e siècle, cette logique nous semble tordue, alors que dans les années 1840, c'était d'une évidence élémentaire. Faut-il le rappeler, le premier feu de circulation fut breveté le 23 novembre 1923. À l'époque des premiers signaux ferroviaires, le code de couleur que l'on connaît aujourd'hui n'est connu de personne. En 1840, la technologie de l'époque ne permet pas de teinter (de façon durable) le verre que d'une seule couleur, le vert. Puis, avec l'avancement de la technologie, on a réussi à introduire d'autres couleurs de verre, et, suite à des études, on a conclu que le rouge, représentant le sang humain et la mort, serait plus approprié pour signifier le danger. L'évolution a suivi son cours jusqu'à aujourd'hui.

1840
Avancer
Danger
Aujourd'hui
Avancer
Arrêt

Philosophie
Pour bien comprendre les règles régissant la signalisation ferroviaire, il faut comprendre la philosophie qui se cache derrière. Les agencements de couleurs semblent parfois n'avoir aucune logique. Pourtant, rien n'a été fait au hasard. Au fils des explications, un petit brin d'histoire vous aidera à comprendre comment on en est arrivé aux principes qui ont donné naissance à la signalisation ferroviaire moderne.

Autofiabilité
L'autofiabilité, ou le fail safe, est un principe fondamental en signalisation de toute sorte. L'autofiabilité se définit comme suit : en cas de défectuosité, un signal doit toujours montrer son aspect le plus restrictif pour la circonstance. Ce principe est en vigueur depuis le début des premiers sémaphores, dont le bras signifiait « Stop » s'il était à l'horizontale, et « Go » s'il était à la verticale. En cas de bris, le bras retombait par gravité à sa position horizontale, indiquant ainsi l'arrêt. Pour cette même raison, les sémaphores à quadrant inférieur, c'est-à-dire ceux dont le bras baisse vers le bas pour marquer le signal « Go », n'ont jamais été très populaires.

Sémaphore à quadrant supérieur indiquant « Stop ». Sémaphore à quadrant supérieur indiquant « Go ». Sémaphore à quadrant inférieur indiquant « Go ».
Semaphore
Semaphore
Semaphore

SearchlightSur les signaux à oculaire mobile (searchlight), lorsque le mécanisme n'est pas énergisé, il montre la couleur rouge, indiquant l'arrêt. Un jeu d'électro-aimants le fait pivoter pour indiquer les autres couleurs. En cas de bris, le mécanisme reprend sa place par gravité.

Pour le reste du système, les circuits servant à la gestion du système, comme les circuits de voie, les circuits de transmission du code, etc., sont appelés circuits vitaux. Ces circuits sont conçus pour résister à des charges (météo, défaillances électriques) largement plus grandes que celles rencontrées lors d'une utilisation normale. Même les relais sont conçus pour pouvoir être frappés par la foudre sans défaillir.

Et pour couronner le tout, ajoutons que les règles sont elles même autofiables, puisqu'en cas de malfonctionnement, ou de doute sur le bon fonctionnement d'un signal, les équipes de train sont tenues de se comporter comme si le système était en défaillance.

Type de signaux
Il existe deux types de signaux : les signaux contrôlés, et les signaux d'approche.

Signal controle

Les signaux contrôlés sont, comme leur nom l'indique, contrôlés par une intervention humaine. On installe ces signaux à des points stratégiques du réseau, là où l'être humain peut modifier les conditions de la voie. À un aiguillage (liaison, embranchement et voie d'évitement), à un pont levis, à une traverse (quoique parfois, les signaux de traverse sont automatiques). Comme le contrôleur, ou un employé sur place, peuvent modifier l'itinéraire, on ne peut laisser le soin au signal de gérer automatiquement les codes de couleurs (appelés aspects) qu'il affichera. Imaginez si un signal donne un signal « avancer » en même temps que le contrôleur fait bouger les pointes de l'aiguillage. Le résultat, un déraillement, est évident.

Signal d approche

Les signaux d'approche fonctionnent seuls, sans intervention humaine. Ces signaux ont deux fonctions principales : donner une indication de l'occupation de la voie devant eux, et avertir à l'avance de l'aspect du signal suivant. Par exemple, en voie double, où le trafic circule toujours dans le même sens, on utilise des signaux automatiques, nommés signaux de canton (bloc automatique). Ces signaux affichent toujours une seule lumière. Le dessin ci-contre montre un signal d'approche à deux unités lumineuses.

Lorsque le signal ne présente qu'une seule lumière.
Les signaux présentant une seule lumière peuvent afficher quatre possibilités : vert, jaune, jaune clignotant, et rouge. On peut simplifier en disant qu'ils affichent « avancer », « préparez-vous à arrêter », « préparez-vous à vous arrêter au second signal », et « arrêt ». Comme on peut le voir, ils ne donnent aucune indication de vitesse, ni d'itinéraire. Ils ne peuvent être postés devant un aiguillage, ou une traverse. Ils ne peuvent donc pas être des signaux contrôlés. Un signal avec une seule lumière est soit un signal d'approche, soit un signal automatique (signal de canton).

Lorsque le signal présente deux lumières.
Les signaux qui présentent deux lumières offrent plus de possibilités. Et c'est ici que la compréhension de la philosophie derrière le code de la signalisation ferroviaire prend toute son importance. Pour afficher l'indication « avancer », on a besoin que d'une lumière verte. Dans ce cas, quoi faire avec la seconde lumière? L'éteindre? Certains chemins de fer américains penchent pour cette solution. Au Canada, on a jugé que le risque de confondre ce signal avec un signal où l'ampoule de la lampe serait brûlée est trop grand. Alors, on fait allumer la lumière « inutile » en rouge. Dans les faits, elle n'est pas tout à fait inutile. On appelle cette lumière un marqueur. Les lumières rouges sur un signal à unités multiples servent à relativiser la position des autres lumières sur le signal. Ainsi, une lumière sur une lumière a une signification différente qu'une lumière rouge sur une lumière verte.

Signification : vitesse normale
Signification : vitesse moyenne à vitesse normale
Signal1
Signal2

Comme les signaux à deux unités peuvent donner des indications de type « vitesse x à vitesse y », on doit trouver un moyen d'identifier rapidement le code lorsqu'on arrive face à ce signal. Quelques codes sont évidents parce qu'ils sont fréquents, comme une lumière verte sur une lumière rouge, qui signifie « vitesse normale ».

Dans les autres cas, comment savoir à quelle vitesse nous avons à faire? Voici quelques règles générales s'appliquant à l'unité du bas :

  • Lumière verte : petite vitesse
  • Lumière jaune : Marche à vue
  • Lumière jaune clignotante : petite vitesse

Évidemment, gardez toujours en tête qu'il s'agit de règles générales, et que les cheminots doivent approfondire l'étude des règles un peu plus pour connaître toutes les subtilités.

Alignement des unités
Les signaux à deux unités ont aussi la particularité de servir de signaux contrôlés, ou de signaux d'approche. Si un signal contrôlé peut devenir le signal d'approche du signal suivant, le contraire est faux pour les signaux d'approche. Un signal d'approche ne peut jamais devenir un signal contrôlé. Pour différencier les signaux d'approche des signaux contrôlés, on fixe les unités du signal contrôlé en alignement vertical sur le mât. À l'inverse, les signaux d'approche ont les unités posées de part et d'autre du mât. Cette distinction est très importante, puisque même s'il affiche deux lumières rouges, le signal d'approche peut être passé, sous certaines conditions, ce qui n'est pas le cas du signal contrôlé, où l'arrêt doit être absolu.

Signal contrôlé
Signal d'approche
Signal controle
Signal d approche

Lorsque le signal présente trois lumières.
Les signaux qui ont trois lumières se comportent comme ceux à deux unités, en plus de pouvoir afficher les vitesses moyennes et limitées. On les rencontre plus souvent à des liaisons à haute vitesse (30 mi/h et plus). La logique derrière leur interprétation ressemble à celle des signaux à deux lumières, c'est-à-dire que l'unité du haut indique généralement une vitesse normale à une autre vitesse, et que les deux autres unités indiquent les vitesses suivantes :

  • Lumière verte : vitesse moyenne
  • Lumière verte clignotante : vitesse limitée
  • Lumière jaune : marche à vue
  • Lumière jaune clignotante : petite vitesse

Encore ici, il faut répéter que ce sont des généralités. S'il est vrai qu'une lumière rouge sur lumière verte clignotante sur lumière verte clignotante indique « vitesse limitée à vitesse limitée », ce qui confirme notre règle, il y a une foule d'exception, comme une lumière rouge sur une lumière jaune sur une lumière rouge qui donne une vitesse moyenne à arrêt.

Une autre règle veut que, sur un signal à trois unités :

  • La lumière du centre sert généralement aux vitesses moyennes et limitées
  • La lumière du bas sert généralement à la petite vitesse et à la vitesse de marche à vue

Ça clignote, ou pas
Il peut sembler n'y avoir aucune logique entre un feu clignotant, et un qui ne l'est pas. Or, il y en a tout une! Les feux clignotants sont apparus tardivement dans l'histoire de la signalisation ferroviaire. Une question de technologie, et de sous. En retenant ce fait, somme toute anodin, vous retiendrez la signification des signaux plus facilement. Par exemple, sur un signal donné, comme rouge sur vert sur rouge, la signification est vitesse moyenne à vitesse normale. La limite maximale de l'aiguillage est de trente milles par heure. Évidemment, les aiguillages capables de supporter un train passant à 45 mi/h (soit la vitesse limitée) sont apparus plus tard dans l'histoire. Donc, pour indiquer « vitesse limitée à vitesse normale », qu'a-t-on fait? Je vous le donne en mille : on a fait clignoter la lumière verte, ce qui donne un signal montrant rouge sur vert clignotant sur rouge.

Signification : vitesse moyenne à vitesse normale
Signification vitesse limitée à vitesse normale. Seul le clignotement de la lumière diffère.
Signal sans clignotement
Signal avec clignotement

Dans la majorité des cas, si vous connaissez la signification des signaux montrant une vitesse moyenne, il ne vous reste qu'à faire clignoter la lumière montrant la vitesse moyenne pour obtenir un signal de vitesse limitée. Le même principe s'applique aux signaux indiquant la vitesse de marche à vue. En faisant clignoter la lumière, vous obtenez la petite vitesse, soit la vitesse la moins restrictive immédiatement supérieure.

Signification : Marche à vue
Signification : petite vitesse à arrêt. Seul le clignotement de la lumière diffère.
Signal sans clignotement
Signal avec clignotement

De plus, cette méthode procure un avantage d'autofiabilité. Si le mécanisme de clignotement fait défaut, le signal indiquera immédiatement la vitesse la moins restrictive inférieure à la vitesse qu'il devrait indiquer, protégeant ainsi le mouvement. Un signal de vitesse limitée deviendra un signal de vitesse moyenne, et un signal de petite vitesse, un signal de marche à vue.

Mentionnons aussi que le système de clignotement a un coût. Un coût d'achat, d'installation, et un coût d'entretien, qui lui, est récurrent. Lorsque les chemins de fer augmentent la vitesse d'un aiguillage, il est fréquent de voir l'ajout d'une plaque « L » dans un triangle jaune ajouté au signal. Cette plaque remplace le clignotement de la lumière, tout en faisant épargner de coûteuses modifications au système de logique du signal.

Ces deux signaux ont la même signification : vitesse limitée à vitesse normale.
Signal sans clignotement
Signal avec clignotement

L'itinéraire
Plus tôt dans cet article, on a mentionné que le signal pouvait indiquer au train son itinéraire. En fait, il ne faut pas confondre le principe de notre système de signalisation, avec le système européen, où certains chemins de fer indiquent directement au mécanicien de locomotive quel itinéraire il devra prendre, au moyen d'un code lumineux. Le mécanicien doit alors ajuster sa vitesse avec le degré de courbure de l'embranchement devant lui. De notre côté de l'Atlantique, on indique au mécanicien de locomotive la vitesse avec laquelle son train devra franchir l'aiguillage. Puis, on lui indique la vitesse à laquelle il devra aborder le signal suivant. Un signal indiquant « vitesse moyenne à vitesse limitée » signifie pour l'équipe de train « votre train ne doit pas circuler plus vite que la vitesse moyenne tant qu'il est sur l'aiguillage. Lorsque vous aurez quitté l'aiguillage, vous pourrez circuler à la vitesse limitée jusqu'au prochain signal. »

Le système de signalisation canadien est basé sur la régulation de la vitesse. Contrairement à un système qui gère l'itinéraire. Mais alors, comment une équipe de train peut-elle savoir si elle prendra l'embranchement, ou si elle poursuivra sa route sur la voie principale? Les signaux contrôlés donnant une indication autre que « vitesse normale », suivie d'une vitesse x, et qui sont situés à proximité d'un aiguillage, indiquent généralement un changement d'itinéraire. Par exemple, un signal indiquant « vitesse moyenne à vitesse normale » indique un changement d'itinéraire probable, puisque le train doit franchir le signal à 30 mi/h, avant de poursuivre sa route à la vitesse normale. Par opposition, un signal donnant « vitesse normale à vitesse moyenne » n'indiquera pas de changement d'itinéraire, puisque le train peut franchir le signal à la vitesse maximale permise, ce qui n'est pas sécuritaire dans un aiguillage.

Le hic, c'est qu'un signal peut indiquer, par exemple, « petite vitesse à petite vitesse », sans que le train ne prenne l'embranchement, puisque le train peut circuler de petite vitesse à petite vitesse tout en continuant sur la voie principale. Dans ces cas d'exceptions, somme toute fréquents, c'est l'expérience du mécanicien sur ce territoire qui lui permettra de savoir s'il prend l'embranchement ou non.

Possibilités d'indication
Un autre facteur que les équipes de train savent bien pour les aider à déterminer s'ils bifurquent ou non, c'est qu'un signal donné ne peut pas afficher tout l'éventail possible des indications. Chaque signal ne contient que les circuits logiques lui permettant d'afficher les indications possibles pour l'endroit qu'il gouverne. Par exemple, un signal gouvernant un aiguillage dont la vitesse permise est de 30 mi/h ne pourra pas donner l'indication « vitesse limitée ». En plus d'être un système autofiable, ce système permet d'économiser sur l'installation et l'entretien des signaux.

Nommer les vitesses
Autre particularité du système de signalisation ferroviaire, les vitesses portent des noms. Les historiens se perdent en conjectures sur les raisons exactes de cette façon de procéder. Mais un avantage est certain : donner un nom à une vitesse permet de définir ce nom comme on le veut. Au Canada, ça ne pose pas de problème puisque la vitesse est associée au nom par le biais du Règlement d'exploitation ferroviaire, qui fait force de loi. Aux États-Unis, certains chemins de fer ajustent le nom d'une vitesse à leurs besoins spécifiques.

Sur les ondes radio, la nomenclature d'une vitesse, au travers d'un jargon particulier à l'industrie ferroviaire, augmente aussi sa compréhensibilité, tout en minimisant le risque d'erreur. Dans des conditions de transmission médiocre, le terme « petite vitesse » sera plus facilement décodé que le terme « quinze milles à l'heure ». Dans des conditions de transmission difficile, les nombres sont souvent mal entendus, alors qu'ils sont l'information principale du message.

La conversion des noms des vitesses en mille par heure, ou en signification (puisqu'il ne s'agit pas toujours d'une vitesse exprimée en chiffres) se lit comme suit :

Nom

Vitesse

Vitesse de marche prudente

Vitesse permettant de s’arrêter en deçà de la moitié de la distance de visibilité d’un matériel roulant ou
d’un véhicule d’entretien.

Vitesse réduite

Vitesse permettant de s’arrêter en deçà de la moitié de la distance de visibilité d’un matériel roulant.

Vitesse de marche à vue

Vitesse qui permet l’arrêt non seulement en deçà de la moitié de la distance de visibilité d’un matériel roulant, mais aussi avant un aiguillage mal orienté, et qui ne doit jamais dépasser la petite vitesse.
Nota : La marche à vue commande l’attention aux ruptures de rail.

Petite vitesse

Vitesse ne dépassant pas quinze milles à l’heure.

Vitesse moyenne

Vitesse ne dépassant pas trente milles à l’heure.

Vitesse limitée

Vitesse ne dépassant pas quarante-cinq milles à l’heure.

Vitesse normale

Vitesse autorisée dans l'indicateur, ou par bulletin de marche

Vitesse de bifurcation

Vitesse ne dépassant pas vingt-cinq milles à l’heure.

Les vitesses soulignées indiquent des vitesses pouvant être transmises au moyen des signaux.

Pour en savoir plus
Ce texte vous donne un aperçu du monde fascinant de la signalisation ferroviaire. C'est une introduction, et pour connaître toutes les indications de signaux, leur signification, et surtout, le pourquoi, il faut approfondir ses connaissances sur le sujet.

Pour en savoir beaucoup plus sur la signalisation ferroviaire, sur les méthodes d'apprentissages, et sur les subtilités du système, consultez notre site

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