La transmission voie-machine (TVM) est un système de signalisation ferroviaire en cabine en service sur les lignes à grande vitesse du réseau français de TGV, dans le tunnel sous la Manche, sur la High Speed 1 au Royaume-Uni, la ligne 1 en Belgique ainsi qu'en Corée du Sud. Elle est sensiblement différente de la signalisation des lignes classiques. En effet, compte tenu de la vitesse élevée de circulation des trains, l'observation d'une signalisation latérale traditionnelle par les conducteurs n'est plus possible et ne leur laisserait pas de temps de réaction suffisant.
Le système de la TVM a été mis au point par le groupe CSEE.
Présentation L'information est transmise aux trains par l'intermédiaire de signaux électriques, codés par explorations de fréquence de type analogique ou numérique, transmis par les rails. Une antenne placée sous le train capte le signal qui est décodé par un ordinateur de bord et fournit au conducteur l'indication de la vitesse actuelle et de la vitesse limite, par l'intermédiaire d'instruments placés sur la planche de bord.
Ce haut degré d'automatisation n'empêche pas le conducteur de maîtriser totalement la conduite du train. Cependant, en cas d'erreur de conduite ou de défaillance inopinée d'une composante du système bord ou voie, le système reprend la main et assure l'arrêt automatique du convoi.
vignette|Les limites des cantons sont repérées par des jalons jaune et bleu nommés "Repères TVM". Le repère TVM ci-dessus concerne la voie située à droite du repère. La ligne est divisée en cantons d'environ de long en TVM-300 et en TVM-430, dont les limites sont repérées le long de la voie par des jalons portant un triangle jaune sur fond bleu. La pointe du triangle jaune désigne la voie qu'il concerne. Les instruments de bord affichent la vitesse limite autorisée sur le canton actuel ainsi que la vitesse limite déterminée en fonction du profil de la ligne vers l'avant. La vitesse limite autorisée dépend de divers facteurs tels que la proximité de trains vers l'avant (la vitesse limite décroissant régulièrement dans les cantons proches de l'arrière du train précédent), les restrictions de vitesses imposées par le franchissement des appareils de voie sur la branche déviée, s'il y a lieu, les limitations éventuelles de vitesse, la vitesse maximum du train ou la distance jusqu'à la fin de la LGV.
Une rame TGV lancée à 300 km/h (voire sur certaines LGV) ne peut pas s'arrêter sur une distance égale à un canton. Afin d'arrêter une rame TGV en freinage de service (hors freinage d'urgence), la TVM génère une séquence de ralentissement qui consiste à émettre des informations de vitesses à respecter successivement décroissantes. En règle générale, un train lancé à la vitesse précédemment mentionnée utilisera 6 ou (selon le cas) pour s'arrêter, soit une distance d'environ .
Versions Deux versions du système de signalisation TVM sont en service sur les LGV : la TVM-300 et la TVM-430, avec une rétrocompatibilité.
TVM-300 La TVM-300 est un système de transmission de données analogique. Supportée par le circuit de voie UM 71 CBcompensé par condensateurs tous les 100m et associè à une boucle évitant les "trous" de shuntage, la TVM-300 permet la transmission d'une consigne de vitesse parmi 18. Elle a été déployée initialement sur la LGV Sud-Est (LN1), ainsi que sur la LGV Atlantique (LN2) et sur la section Nord de la LGV Rhône-Alpes (LN4) (par continuité avec la PSE). Le contrôle de vitesse associé à ce système est un contrôle de vitesse par palier, sans aucune notion de distance but ou de profil moyen. De plus, ce système ne renseigne pas le conducteur sur la nature de l'information du canton suivant, contrairement à la TVM-430.
TVM-430 La TVM-430, système de transmission de données numériques, a été installée d'abord sur la LGV Nord vers le tunnel sous la Manche puis sur les LGV plus récentes en France (excepté la section nord de la LN4, comme dit ci-dessus), ainsi qu'en Belgique (L1), en Corée du Sud (réseau KTX) et en Angleterre (HS1). Elle donne davantage d'informations que la TVM-300, avec un message de , incluant un code réseau, une consigne de vitesse, une distance but et un profil moyen.
Elle présente aussi l'avantage de permettre au système informatique à bord du train de respecter une courbe continue de contrôle de la vitesse dans l'éventualité de déclenchement du freinage d'urgence, forçant efficacement le conducteur à réduire la vitesse en sûreté sans relâcher le freinage.
Initialisation Quand un train arrive sur une LGV en venant d'une ligne classique, il passe au-dessus d'une boucle au sol qui déclenche le basculement de l'affichage de bord vers le système de signalisation de cabine (ou CAB Signal). Cette transition est réalisée, la plupart du temps, au franchissement du dernier signal lumineux classique. Cette opération s'appelle « armement du CAB Signal ». Immédiatement en aval du point d'armement, un contrôle est effectué afin de vérifier que les systèmes de bord ont bien permuté vers le système TVM. Ce contrôle est réalisé à l'aide d'un point d'information, par balise de type KVB, qui transmet une consigne spécifiquement créée à cet effet (KAR)Rappelons que ce système ne reçoit rien du mobile mais qu'il peut transmettre des informations de type hauteur du quai et côté de service, blocage et libération des toilettes non étanches, .. . Si le CAB Signal n'est pas activé, un freinage d'urgence est déclenché automatiquement. Ce dispositif permet d'éviter qu'une rame circule sur une LGV sans système TVM armé. Pour être sûr que la TVM est armée sur une LGV, un autre contrôle est effectué par le KARM (contrôle d'armement).
Un train quittant une LGV voit son système d'affichage TVM désactivé tandis que le système de contrôle de la vitesse pour lignes classiques, s'il existe, est activé (par exemple le KVB si on est en France). Cette opération s'appelle « désarmement du CAB Signal » et s'effectue de façon analogue à l'armement. Un passage sur une balise KVB (DKAR) inhibe le mode « LGV » du contrôle KVB à bord, puis un passage sur une boucle inductive désarme le CAB SignalCe type de boucle sert également à commander les opérations lors du franchissement des sections de séparation de phase automatiques, le système KVB n'étant jamais utilisé au dessus de 220km/h.. A noter qu'aucune balise, hors les zones de transition, n'est utilisée, les informations devant être transmises en continu. Seuls les circuits de voie à joint électrique de séparation, donc sans joint isolant, permettent d'assurer ce rôle hormis dans les appareils de voie de par l'impossibilité d'insérer ces joints électriques de séparation mesurant plusieurs mètres. Ces circuits de voie appartiennent au domaine des fréquences musicales de 1700 à 2600Hz. Toutefois des circuits de voie courts sans joint sont superposés aux 2 longs contigus afin de pallier les "trous de shuntage".
Description Le système de la TVM-430 comprend deux sous-systèmes : l'un situé sur la voie, l'autre à bord du train. Les deux font appel à des microprocesseurs de la classe Motorola 68020, tels que ceux employés sur les premiers modèles d'Apple Macintosh, et sont programmés en langage Ada, langage informatique souvent utilisé dans les systèmes critiques de sécurité. Ce système fait largement appel à la redondance ; le délai moyen entre deux défaillances dangereuses est estimé à plus d'un million d'années.
Le sous-système au sol de la TVM-430 comprend des postes placés le long des voies qui contrôlent des sections de voie de environ de long. Chacun d'eux est relié au centre de contrôle de la circulation et contrôle directement environ dix cantons, dont chacun a une ou plusieurs zones de circuit de voie (32 au maximum). L'information de signalisation est encodée en signaux de courant alternatif qui sont injectés dans les rails de chaque canton. Quatre fréquences porteuses différentes sont disponibles dans la TVM-430 et sont utilisées alternativement par paires sur les deux voies d'une ligne TGV. Sur une voie, les cantons sont alternativement en 1700 Hz et , tandis que sur l'autre voie, ils sont alternativement en et . Sur ces fréquences porteuses, sont modulées 27 très basses fréquences distinctes, sub-harmoniques au , afin d'éviter toute perturbation par le courant de retour traction; toute combinaison de celles-ci pouvant être présente à un moment donné (Le système TVM-300 emploie distinctes, dont une seule peut être présente à un moment donné).Chaque zone de circuit de voie possède un récepteur à l'extrémité opposée à celle de l'émetteur. La perte du signal de circuit de voie (que ce soit par court-circuitage par les essieux du train ou par suite d'une défaillance) est interprétée comme une indication d'occupation du canton. Les limites de zones de circuit de voie sont équipées de joints électriques de séparation qui interdisent toute propagation entre deux zones adjacentes, ce qui risquerait de produire une interférence avec le de même fréquence au-delà-par exemple -(2 filtres "zéro" séparent donc ces 2 au droit des extrémités de celui-- intercalé à l'autre fréquence), tout en laissant passer le retour du courant de traction (à ) (l'appellation technique est « circuit de voie UM71 »). À noter qu'un ne peut interférer sur celui à contigu comme le peuvent laisser supposer certaines notices explicatives succinctes ou tronquées.
Les signaux présents dans le rail sont reçus par des capteurs montés sous le carénage frontal des rames TGV, à environ un mètre en avant du premier essieu. Ces capteurs fonctionnent par couplage inductif avec le signal alternatif shunté entre les rails par le premier essieu. Il y a quatre capteurs redondants par rame, deux à chaque extrémité. Seuls les deux capteurs de l'avant du train (dans le sens de la marche) sont en fonction. Le signal venant du circuit de voie est filtré, conditionné et décodé à bord du train par deux microprocesseurs DSP (digital signal processors) TMS320C25 redondants.
Le signal décodé prend la forme d'un mot numérique de 27 bits, dont chaque bit correspond à l'une des encodées dans la fréquence porteuse des circuits de voie. Ce mot comprend plusieurs champs, dans l'ordre suivant :
Code de réseau, indique au train le réseau ferroviaire emprunté. Il conditionne l'interprétation des codes ci-après. Les trains Eurostar, circulant sur plusieurs réseaux, ont besoin des tables de décodage des différents réseaux ; Code de vitesse, contenant trois informations : la vitesse limite autorisée dans le canton en cours, la vitesse limite à la fin du canton et la vitesse limite à la fin du canton suivant ; Déclivité, donnée moyenne sur la longueur du canton ; Distance but, fournit la distance qui sépare le train de la fin du canton. Par exemple, dans une section plane de ligne à grande vitesse, un canton a normalement de long alors que dans les zones terminales du tunnel sous la Manche, les cantons sont dix fois plus courts ; Code d'erreur, permettant de contrôler l'intégrité du mot entier de 27 bits. Dans le cas d'une erreur de lecture, l'erreur est détectée d'après le code d'erreur, mais elle n'est pas corrigée par sécurité. Ce code prend la forme d'un contrôle de redondance cyclique (CRC) à 6 bits.
Ces 27 bits d'information sont une donnée d'entrée pour le système informatique de signalisation à bord du train, le sous-système de bord de la TVM-430. Avec les informations complémentaires sur la distance-but et le profil, la TVM-430 engendre une courbe de freinage limite.
Émetteurs Ponctuels d'Information (TVM-300)
Des informations ponctuelles sont transmises au train par des boucles inductives placées entre les rails et couplées avec des capteurs correspondants placés sous le train. En permanence, un signal sinusoïdal est émis avec une fréquence parmi les 14 disponibles. À chaque fréquence correspond une information. Ces émetteurs ne sont pas directionnels et l'information commandée dépendra du sens de circulation de la voie.