vignette|upright=2|Lignes à grande vitesse en Europe. vignette|upright=2|Lignes à grande vitesse en Asie de l'ouest. vignette|upright=2|Lignes à grande vitesse en Asie de l'est.
Une ligne à grande vitesse, ou LGV, est une ligne ferroviaire construite spécialement pour permettre la circulation de trains à grande vitesse.
Selon la définition de l'Union internationale des chemins de fer (UIC) employée dans la plupart des pays, une ligne à grande vitesse est une ligne spécialement construite pour une vitesse d'au moins ; ce terme peut aussi représenter une ligne existante, adaptée à une vitesse de 200 à , parcourue par des trains spécialement conçus pour la grande vitesse. ; enfin, certaines lignes de raccordement à des LGV, notamment en Espagne, document . sont parfois assimilées à des lignes à grande vitesse.
On considère qu'au-delà de cette vitesse, l'observation de la signalisation latérale n'est plus possible (selon la ). L'une des caractéristiques principales des LGV est donc d'inclure un système de signalisation particulière permettant de recevoir les indications de vitesse et certaines informations ponctuelles directement en cabine de conduite.
La première ligne de ce type est mise en service au Japon en 1964, baptisée Shinkansen. En Europe, la première ligne à grande vitesse est la Direttissima Florence-Rome, mise en service en 1977 en Italie. Il existe deux types de LGV, celles étanches au réseau historique (notamment pour des raisons de compatibilités techniques : écartement entre rails et gabarit) et celles en connexion avec ce dernier.
Les réseaux les plus maillés de LGV se trouvent : en Asie, essentiellement en Chine (avec un total de presque de ligne à grande vitesse fin ) et au Japon (avec le réseau Shinkansen et ses de voie). On trouve aussi d'importants réseaux en Corée du Sud (avec des extensions à venir) et à Taïwan ; en Europe, principalement en Espagne (avec l'AVE comptabilisant environ de lignes nouvelles) et en France (avec le TGV et ses de voie nouvelles), mais aussi en Allemagne et en Italie..
Depuis 2015, d'autres pays ont mis en service des lignes nouvelles à grande vitesse, comme la Turquie, le Maroc et l'Arabie Saoudite.
Historique
Les lignes à grande vitesse font encore l'objet de chantiers, particulièrement en Chine, dont l'objectif est d'atteindre de LGV en service en 2035.
Le réseau En 2024, dans le monde disposent de lignes permettant de circuler à une vitesse supérieure ou égale à . Les chiffres peuvent varier d'une source à l'autre, suivant que l'on tient compte des lignes nouvelles, des lignes adaptées et de leurs raccordements.
Le tableau suivant en dresse l'inventaire au selon l'Union internationale des chemins de fer (UIC). Il tient compte, par exemple, pour son classement, de de lignes dont la vitesse est limitée entre 70 et au Japon, alors que seules les lignes au-dessus de sont prises en considération pour l'Europe. Ce tableau est présenté selon le kilométrage actuel des lignes en service.
+ Étendue des réseaux de LGV par pays en octobre 2023 (en kilomètres). Pays En service En travaux Planifiés Long terme Total pays Vitesse maximum 1 Chine 2 Espagne 3 Japon 4 France 5 6 7 États-Unis, Finlande, Suède, Serbie : Essentiellement des lignes classiques aménagées à ou . 8 Italie 9 Corée du Sud 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 24 24 24 80 418.. 24 24 24 ? 24 ? 24 ? 24 ? 24 ? 24 ? 24 ? 24 ? 24 ? 24 ? 24 ? 24 ? 24 ? 24 / ? 24 ?
Aspects techniques Les lignes à grande vitesse (LGV) présentent des caractéristiques techniques communes.
La voie La vitesse impose des contraintes géométriques au tracé des voies. En raison de l'augmentation de l'effet centrifuge avec la vitesse, le rayon minimal des courbes est élevé, en fonction des vitesses visées (à la différence des lignes anciennes construites à des époques où était de la grande vitesse). Ce rayon minimal va de (pour la ligne de Shinkansen Tōkaidō ouverte en 1964 à ) à pour des lignes récentes ou futures prévues pour des vitesses de l'ordre de . Selon le terrain les tracés sont le plus rectilignes possibles avec des courbes de plus grand rayon : le record du à a été obtenu dans une courbe de de rayon.
Le profil (rampes et pentes) peut, si la ligne est spécialisée aux circulations à grande vitesse, être aussi sévère que celui des lignes de montagne. L'énergie cinétique emmagasinée par les trains à grande vitesse et leur puissance massique très élevée leur permet de monter des rampes très fortes sans trop pénaliser leur consommation électrique. La LGV Paris-Sud-Est comporte des rampes de (traversée du MorvanGérard Blier, Nouvelle Géographie ferroviaire de la France, Tome 2 : L'organisation régionale du trafic, 1993, éd. La Vie du Rail, .) ; sur la LGV Cologne - Francfort elles atteignent Railway Technology - Frankfurt-Cologne route of the Inter City Express network operated by Deutsche Bahn, sur le site railway-technology.com. Cette caractéristique facilite l'insertion des lignes et réduit les coûts de construction.
Elles doivent être à voie normale () ou à voie large. La voie métrique ou étroite ne permet pas d'atteindre en service courant. C'est pourquoi au Japon comme à Taiwan, le réseau à grande vitesse devait être distinct du réseau classique. Dans la péninsule ibérique, où les lignes classiques sont à voies larges, les LGV sont construites ou prévues à l'écartement standard uniquement pour préserver la compatibilité avec le reste de l'EuropeCondition sine qua non au financement important apporté par l'Union Européenne.
La voie doit présenter des qualités géométriques et mécaniques très élevées. Pour les voies sur ballast : profil de ballast adapté, traverses en béton (mono- ou bi-blocs) partout, y compris sous les appareils de voie (bien que les appareils soient restés sur plancher bois jusqu'à la construction de LN3), rail lourd (UIC 60 - 60E1 aujourd'hui). Dans plusieurs pays (Japon, Allemagne, Chine), l'usage de voies sur dalles de béton se développe, voire se généralise.
L'entraxe des voies doit être augmenté (4,2 à ) pour limiter l'effet de souffle au croisement de deux trains.
Les ouvrages d'art vignette|Cage de renforcement pour un pieu foré, lors de la construction de la LGV Nuremberg – Erfurt (en Allemagne). Les ouvrages d'art nécessitent des calculs adaptés aux vitesses pratiquées (effets dynamiques plus importantsDans les deux sens, puisque les voies sont « banalisées ».).
Si elles comportent des tunnels, la section de ceux-ci doit être (sur)dimensionnée, en particulier aux extrémités, pour limiter les effets de la pression aérodynamique.
Le type de trafic autorisé Une LGV est le plus souvent dédiée au déplacement à grande vitesse des voyageurs et du courrier. Un trafic mixte voyageurs et marchandises entraîne des contraintes fortes. Le débit possible d'une ligne diminue fortement si y circulent des trains de vitesses très différentes (300 et , a fortiori 300 et ). Le croisement de trains à grande vitesse et de trains de marchandises « tout venant » n'est guère envisageable en raison des risques de déstabilisation de chargements par effet de souffle. Aussi, les trains de marchandises ne peuvent circuler que pendant les périodes de fermeture au trafic à grande vitesse — la nuit, par exemple. Mais cela pose un autre problème car ces périodes sont utilisées pour l'entretien de l'infrastructure. Les fortes rampes limitent beaucoup le tonnage possible des trains de marchandises. Des circulations lentes empêchent d'appliquer à la voie le dévers maximum pour les LGV : pour une même vitesse limite, on doit alors prévoir des courbes de plus grand rayon. En conséquence, une ligne mixte est plus coûteuse en ouvrages d'art et plus difficile à insérer dans le paysage. La mixité est souvent limitée à des tronçons particuliers (ancien contournement de Tours sur la LGV AtlantiqueDÉCISION de fermeture de la section, comprise entre les PK 223.628 et 232.316 d’une longueur de 8.688 kilomètres, de Chambray-lès-Tours à Monts de la ligne de Paris-Montparnasse à Monts, étant précisé que son emprise est maintenue dans le domaine public ferroviaire., contournement de Nîmes et de Montpellier connecté à la LGV Méditerranée) ; ailleurs, elle concerne un faible nombre de circulations « lentes » (LGV allemandes ou LGV Sud-Est).
Les caténaires Les LGV sont toujours électrifiées, car outre les contraintes d'emport de carburant et de réalimentation, la traction thermique ne permet pas les puissances massiques et les puissances instantanées nécessaires à la grande vitesse. Mise à part la LGV Rome-Florence électrifiée en (comme la Direttissima et le reste du réseau italien hors LGV), les LGV sont électrifiées à tension élevée de dans les réseaux utilisant ce système (Allemagne, Autriche, Suisse), partout ailleurs (même les actuelles et futures LGV italiennes).
Les caténaires sont plus tendues que celles des lignes classiques, afin que la vitesse de propagation de l'onde mécanique (ondulation du fil de contact de la caténaire provoquée par le contact du pantographe) reste supérieure à la vitesse du train. En effet, si le train allait plus vite que l'onde, on aurait une accumulation de la déformation en avant du pantographe, ou mur de la caténaire, un phénomène qui provoquerait une rupture de la caténaire (phénomène similaire au mur du son, mais pour un câble).
Les ondes générées par le frottement du pantographe se déplacent, sur une caténaire classique, à une vitesse proche de . Lorsque le train roule à une vitesse proche de ces ondes, il peut les rattraper. Le pantographe ondulant n’est alors plus en contact que par moments avec la caténaire, ce qui provoque une alimentation électrique par intermittence, empêchant une circulation normale de la rame. Il est donc nécessaire de tendre davantage la caténaire pour faire face à des circulations à des vitesses supérieures à , ce qui accélère son usure. C'est une des raisons pour lesquelles les records de vitesse sont en général établis sur des lignes neuves, où les caténaires neuves peuvent être sur-tendues sans risque de rupture mécanique, puis détendues pour être adaptées à la vitesse de service normal une fois le record établi.
Avec le record du 3 avril 2007, la vitesse de l’onde était de l’ordre de , à peine supérieure à la vitesse atteinte ().
La signalisation Les LGV sont équipées de systèmes de signalisation avec transmission d'informations sol-train (Transmission voie-machine (TVM) en France, Linienzugbeeinflussung (LZB), en Allemagne, Transmission balise-locomotive (TBL) en Belgique, etc.). Un système de signalisation européen existe : c'est l'ETCS. Il est installé sur les cinq LGV françaises les plus récentesLGV Est européenne, LGV Rhin-Rhône, LGV Sud Europe Atlantique, LGV Bretagne-Pays de la Loire, Contournement Nîmes - Montpellier. et est en installation sur la LGV Sud-Est. Il doit à terme constituer l'unique signalisation européenne. L'ETCS double la , mais il n'est pas utilisé en 2009. Tous ces systèmes comportent un renvoi en cabine des informations sur la vitesse à respecter, la présence de coupez-courant et comportent un contrôle de la vitesse, soit continu par palier (TVM300), soit avec calcul de courbes de freinage (TVM430).
Sécurité extérieure Elles sont généralement clôturées pour éviter les intrusions d'animaux et les actes de malveillance. Les passages à niveau sont proscrits et les ponts sont équipés de systèmes de détection pour éviter la chute d'objets sur la voie (DCV - Détecteurs de chutes de véhicules) ainsi que de systèmes de surveillance des vents latéraux (DVL - Détecteurs de vents latéraux). Certaines zones sont aussi équipées d'appareillages de mesures de gel (LGV Est).
Coût Compte tenu de leurs caractéristiques techniques, la construction de lignes ferroviaires à grande vitesse représente un investissement relativement lourd.