vignette|alt=Mat de signalisation en station, à Gambetta.|Mat de signalisation en station, à Gambetta.
La signalisation ferroviaire du métro de Paris est un système adapté à l'intensité du trafic et à la densité de circulation. Il doit être parfaitement fiable afin d'assurer la sécurité des convois et fonctionner avec la plus grande régularité possible. Dès les origines, le principe de protection des trains par deux signaux fermés successifs est adopté, pour éviter au maximum les rattrapages. Plusieurs systèmes se sont succédé en un peu plus d'un siècle d'existence, du block automatique système Hall des années 1900 au système d'automatisation de l'exploitation des trains (SAET) du .
Histoire La signalisation Hall vignette|Un « banjo » Hall sur la ligne 2. On distingue sur la voie la pédale qui actionne le signal.
Dès l'ouverture de sa première ligne de métro en 1900, la Compagnie du chemin de fer métropolitain de Paris (CMP) équipe la ligne d'une signalisation destinée à prévenir le rattrapage des rames. Cette signalisation, nommée Hall The Origin of the Railway Semaphore, provient des États-Unis où elle a fait ses preuves. À l'époque, elle était considérée comme simple et efficace, malgré son fonctionnement mécanique complexe. Les signaux Hall sont composés de deux feux : un feu blanc pour indiquer une voie libre ; un feu vert pour indiquer l'arrêt.
Le principe du système Hall, peu différent de celui que nous connaissons aujourd'hui, repose sur la protection des trains par deux signaux à l'arrêt encadrant une section (canton) tampon.
Une boîte carrée est percée de deux feux disposés en diagonale : un feu blanc et un feu vert. Un disque en aluminium, actionné par un relais alimenté par une batterie de douze piles de en série, occulte l'un ou l'autre des feux. À l'intérieur de la boîte, se trouve une série de cinq lampes de , allumées en permanence. En l'absence d'alimentation, le signal présente le feu d'arrêtJean Robert, Notre métro, 356. Le passage des roues des trains actionne une pédale placée contre la voie. La pédale, reliée au relais du signal par le biais d'une tige, met ce signal à l'arrêt (feu vert), met le signal amont à voie libre (feu blanc) et laisse le signal précédent à l'arrêt (feu vert). Un train doit par conséquent franchir deux signaux verts à la suite pour rattraper le train qui le précède, ce qui réduit les risques de rattrapages et d'accidentsJean Tricoire, Un siècle de métro en quatorze lignes, éd. 1999, 66. Afin d'amortir le choc dû au passage rapide des bandages de roues sur les pédales, la tige est solidaire d'un disque, qui se déplace dans un cylindre fermé, la compression de l'air freinant les mouvements de la tige. Les signaux se situent en principe à l'entrée et à la sortie de chaque station, ainsi que dans l'interstation, lorsque celle-ci est particulièrement longue.
Cependant, les signaux d'arrêt vert restent permissifs, c'est-à-dire qu'ils n'interdisent pas aux trains le franchissement du signal. Cette permissivité entraîne rapidement des accidents, comme entre Champs-Élysées et Concorde, le , en raison de l'interprétation abusive de cette signalisation. Le système Hall est finalement supprimé et les feux verts se muent en feux rouges d'arrêt absolu, qui ne sont franchissables que sur un ordre écrit du chef de train, à une vitesse maximale de et uniquement à titre exceptionnel.
vignette|gauche|Un sémaphore Hall à la sortie de la station Corvisart sur la ligne 2 Sud, actuelle ligne 6.
Parallèlement, la CMP installe dans chaque station des témoins de franchissement intempestif des signaux fermés, dont les chefs de stations doivent ensuite informer l'encadrement de la ligne pour d'éventuelles sanctions. Ce système fait retentir une sonnerie dans la station suivante en cas de franchissement d'un signal d'arrêt. Cette sonnerie ne peut être arrêtée que par le biais d'un interrupteur, placé dans un coffret plombé, actionné par le chef de station.
Sur la ligne 2, la CMP installe un système équivalent, mais avec des signaux fermés (feu rouge) par défaut. Les signaux ne s'ouvrent qu'à l'approche du train si toutes les conditions de sécurité sont remplies. Ce système permet au conducteur de mieux distinguer les signaux de l'éclairage, ceux-ci passant du rouge au blanc à l'approche de sa rame.
Des signaux de forme spécifique, surnommés « banjos », sont installés à la station extérieure Bastille sur la ligne 1, tout comme sur le tronçon aérien de la ligne 2 Nord (ligne 2 actuelle). Sur la ligne 2 Sud (actuelle ligne 6), les sections aériennes sont équipées de sémaphores, similaires à ceux des chemins de fer, le plus souvent positionnés sur des passerelles enjambant les voies.
Le système Hall équipe les lignes 1, 2 et 3 avant d'être abandonné en raison de son fonctionnement jugé délicat, peu fiable et onéreux, notamment en raison de la présence d'éléments mécaniques fragiles et difficiles à régler. Le fonctionnement de la pédale demande en effet une surveillance constante, le fléchissement de la traverse pouvant modifier la position du levier par rapport au rail. Par ailleurs, les piles des boîtiers demandent des changements fréquents, nécessitant l'emploi d'une abondante main d'œuvre spécialisée.
Les blocks automatiques Métro À partir de 1906, la CMP adopte un nouveau système de signalisation appelé block automatique Métro. La grande nouveauté de ce système tient dans la détection des rames au moyen de barres de rails longs de cinq à six mètres placés à l'opposé du rail d'alimentation. Les motrices des trains possédant des frotteurs de chaque côté, les frotteurs inactifs du train mettent ces barres sous tension à leur passage déclenchant alors les contacteurs des signaux. Ce système permet de substituer des commandes électriques aux commandes mécaniques : il met fin à la présence des pédales et de leur fragile timonerie, et permet aux signaux d'être directement alimentés par le courant de traction, évitant ainsi l'emploi de pilesJean Robert, Notre métro, 357.
Les blocks automatiques Métro sont composés de deux feux verticaux à lentilles, dont seul le feu supérieur est actif. L'autre est là en secours : il peut être allumé par un interrupteur de « rallumage » en cas d'extinction du feu supérieur. Le feu est rouge par défaut, mais lorsque la voie est libre, un feu blanc s'allume devant le feu rouge, masquant celui-ci et indiquant la voie libre.
Ce système équipe toutes les lignes mises en service de 1906 à 1921, soit les lignes 4 à 8, en lieu et place du système Hall. Afin d'unifier la signalisation, il se substitue au système Hall sur les lignes 1 à 6 de 1916 à 1918.
La signalisation du Nord-Sud La Société du chemin de fer électrique souterrain Nord-Sud de Paris ou « Nord-Sud » utilise dès sa création en 1911 un système de block automatique par circuit de voie à courant continu sous faible tension. Reprenant la protection des trains par deux feux rouges en aval, dont le principe était admis, la signalisation Nord-Sud innove en autorisant l'entrée des trains en station alors même que la section aval du train précédent n'est pas complètement libérée, jetant ainsi les bases du signal d'entrée permissif toujours en vigueur aujourd'hui.
Le block Hall comme le block Métro sont des systèmes à impulsion de courant, exigeant l'autoalimentation de relais. Cette complication provoque parfois des ratés de fonctionnement qui poussent le Nord-Sud à concevoir un système différent, plus fiable. Un des rails de roulement est découpé au droit de chaque signal par un joint isolé, créant des cantons électriquement distincts. L'autre rail de roulement est utilisé pour le retour du courant de traction ainsi que pour la signalisation. Chaque circuit de voie ainsi formé est relié aux deux pôles d'une batterie, qui alimente un relais de voie mettant le signal à voie libre.
Le signal d'entrée en station comporte trois feux, rouge, vert et blanc. Un feu vert accompagné d'un tableau indicateur de vitesse autorise les trains à pénétrer en station à vitesse réduite dès que le train précédent a dégagé le signal de sortie de la station.
Le signal de sortie comporte également trois feux, mais présente deux feux rouges et un feu blanc. Si le train précédent se situe dans la section tampon suivant directement la station, le signal en sortie de station présente deux feux rouges, puis un seul feu rouge une fois ce train dans la section suivante. Une fois deux sections libérées, le signal de sortie passe au feu blanc de voie libre. La signalisation Nord-Sud est à voie normalement fermée, tous les signaux demeurant au rouge en l'absence de trainJean Robert, Notre métro, 358.
Lors du rattachement en 1932 des deux lignes du Nord-Sud au réseau de la CMP, sous les indices 12 et 13, cette signalisation est transforméeJean Tricoire, Un siècle de métro en quatorze lignes, éd. 1999, 67.
Les blocks à circuits de voie double rail right|framed|Principe du circuit de voie.
À la fin de la Première Guerre mondiale, avec l'accroissement du trafic, la CMP cherche à réduire l'intervalle minimum entre les trains. Elle entreprend donc de moderniser sa signalisation pour la rendre plus performante. Prenant exemple sur la signalisation Nord-Sud, elle adopte un système de block à circuits de voie double rail.
Si ce système s'inspire directement du Nord-Sud, il abandonne en revanche l'alimentation des relais par piles, ceux-ci étant alimentés par un courant alternatif de 25 périodes. Dans ce système, la voie est découpée en cantons isolés, constituant autant de circuits de voie. Chacun de ces circuits est alimenté à son extrémité aval en courant alternatif, entre phase et neutre. Le circuit est relié en amont à un relais de voie, alimenté par le courant circulant dans les rails. Lorsqu'un train atteint un canton, la rame court-circuite les deux files de rails. Le relais n'étant plus alimenté, le signal passe à l'arrêt. Les rails de roulement assurent le retour du courant de traction : pour cette raison, les joints isolés sont shuntés par des connexions inductives, qui laissent passer le courant continu mais non le courant alternatif.
Tout comme le système Nord-Sud, le système de la CMP présente une plus grande sécurité que les systèmes antérieurs à impulsions. Hormis le cas spécifique des entrées en station, il impose toujours un canton libre faisant office de tampon entre chaque rame. En effet, si la rame met à l'arrêt le signal qu'elle franchit, elle ne débloque par pour autant le signal « antéprécédent », ce dernier n'étant débloqué que par le passage du dernier essieu du convoiJean Robert, Notre métro, 359.
L'impossibilité technique d'arrêter les trains en cas de franchissement d'un signal fermé fait garder le principe de la section tampon. Toutefois, s'inspirant toujours du Nord-Sud, la CMP adopte des signaux d'entrée en station présentant trois feux, permettant une entrée permissive d'une rame pour augmenter le débit de la ligne. Avec ce système de signalisation, la CMP opte, après quelques hésitations, pour un fonctionnement avec signaux normalement ouverts. Les feux restent verts par défaut en l'absence de train.
Le système est expérimenté sur la ligne 9 à partir de , lors de sa mise en service entre Exelmans et Trocadéro. L'accord obtenu du service du contrôle des voies ferrées permet l'installation de cette signalisation sur les lignes nouvellement construites. Les anciennes lignes sont ensuite progressivement transformées, en commençant par celles nécessitant un resserrement des intervalles face à l'affluence croissante de voyageurs.
Par précaution, quelques améliorations de détail sont apportées en 1928. En particulier, un doublement des relais est installé pour pallier tout « collage » des contacts en position haute, provoquant le maintien en position ouverte d'un signal qui devrait normalement être fermé. Le collage simultané de deux relais étant hautement improbable, cette sécurité permet d'éviter presque totalement les incidents de fonctionnement.