Exploitation et construction d'infrastructures ferroviaires résilientes au changement climatique

Le transport ferroviaire est un mode de transport économe en énergie qui a un impact relativement faible sur l'environnement et, plus particulièrement, réduit les émissions de gaz à effet de serre. Ce dernier en fait un contributeur essentiel à la mise en œuvre d’une stratégie de transport neutre en carbone à long terme en Europe. Toutefois, ce potentiel ne peut être réalisé que si les chemins de fer sont adaptés pour résister aux impacts associés au changement climatique.

L'une des vulnérabilités les plus critiques du système de transport ferroviaire est la faible flexibilité de l'infrastructure et de l'exploitation en cas de perturbations. Le système de transport ferroviaire dépend également d'autres types d'infrastructures. Par exemple, les perturbations de l'alimentation électrique dues à des phénomènes météorologiques extrêmes influencent directement la fonctionnalité du système de transport ferroviaire. En raison de la longue durée de vie de l’infrastructure ferroviaire, qui devrait fonctionner à pleine capacité pendant plus de 50 ans (et même plus longtemps, pour certaines installations), il convient d’intégrer les aspects liés au changement climatique dans le processus de planification, de conception et de gestion ferroviaires à long terme. En outre, de nombreux chemins de fer ont été conçus et construits dans le passé en référence à des conditions climatiques historiques qui peuvent être différentes des conditions actuelles et futures, en raison du changement climatique. La vision du rapport Rail Adapt Report (UIC, 2017) considère le processus d’adaptation des chemins de fer comme faisant partie du scénario de développement du statu quo. Ainsi, le coût de l'adaptation n'a qu'un impact marginal sur la performance financière d'une compagnie de chemin de fer. Les risques de changement climatique pour l'industrie ferroviaire ont été décrits en détail par le projet ARISCC (Adaptation de l'infrastructure ferroviaire au changement climatique), mis en œuvre par le consortium dirigé par l'UIC (Union internationale des chemins de fer). Les résultats de l'ARISCC comprennent des cartes des risques naturels et un document d'orientation sur la gestion intégrée des risques naturels sur les chemins de fer.

Un examen plus récent (Haghighi et al., 2025) a confirmé que les aléas climatiques peuvent avoir un large éventail d’incidences sur les chemins de fer. Ceux-ci peuvent être classés en deux types principaux, les impacts physiques et opérationnels. Les impacts physiques impliquent des dommages directs à l'infrastructure ferroviaire. Ils peuvent être structurels (par exemple, dommages aux rails et aux traverses), géotechniques (par exemple, dommages aux matériaux de ballast et aux pentes) et hydrologiques (défaillance des systèmes de drainage, inondations). Les répercussions opérationnelles englobent les interruptions de service et les retards. Un vaste corpus de littérature suggère que les impacts des aléas climatiques sur l'infrastructure et l'exploitation ferroviaires augmentent en raison du changement climatique.

La même étude a révélé que les phénomènes météorologiques extrêmes (pluies abondantes, vents extrêmes, inondations et tempêtes) et les processus lents (températures moyennes plus élevées) figurent parmi les aléas climatiques les plus fréquemment étudiés. Les impacts les plus signalés pour les chemins de fer sont le stress thermique, le flambement des rails, les voies inondées, les glissements de terrain sur les remblais, les perturbations de service et l'augmentation des demandes d'entretien.

Les approches d’adaptation peuvent viser à accroître la robustesse de l’infrastructure ferroviaire en réduisant la vulnérabilité des actifs aux dangers et, partant, en permettant le fonctionnement également dans des conditions défavorables. Cela peut impliquer, par exemple, d'élever les systèmes électriques au-dessus des niveaux d'inondation prévus. L'adaptation peut également viser à fournir une redondance dans le système, afin de permettre la continuité des opérations en cas de défaillance du système. Il s'agit de créer des services supplémentaires ou alternatifs. Enfin, l’adaptation peut englober des mesures visant à permettre une reprise rapide afin de rétablir rapidement les infrastructures et les services (Palin et al., 2021).

Le choix de la mesure d’adaptation dépend du contexte local, de l’exposition à des dangers particuliers, de la présence d’autres risques non liés au climat, des dépenses et de l’objectif d’adaptation souhaités, ainsi que de la durée de vie de l’infrastructure.

Une augmentation de la température peut générer un flambement du rail, un risque accru d'incendies de végétation, un besoin croissant d'installer des systèmes de refroidissement et d'autres systèmes pour le confort des passagers. Les réponses respectives en matière d’adaptation devraient combiner des solutions techniques (par exemple, une résistance accrue à la chaleur des interrupteurs et du système de sécurité) avec des solutions fondées sur la nature (par exemple, plantation de végétation pour protéger les pistes du rayonnement solaire direct).  

Les fortes pluies, les tempêtes et les vents peuvent réduire la stabilité du sol, déclencher des glissements de terrain, des chutes de roche ou des avalanches, affectant principalement les zones montagneuses. Des mesures de protection structurelles doivent être mises en œuvre, telles que des digues et des remblais. Ces mesures peuvent présenter de multiples avantages, car elles peuvent également protéger les colonies ou d’autres infrastructures telles que les routes ou les réseaux d’approvisionnement énergétique. Pour améliorer la résilience au vent des mâts caténaires, l'adaptation peut inclure le maintien des zones proches des pistes et des caténaires à l'abri des objets dangereux. Les solutions fondées sur la nature peuvent englober la plantation de végétation pour réduire l'érosion des sols et renforcer les pentes.

La végétation est souvent utilisée comme zone tampon pour le bruit et la pollution le long des voies ferrées et aussi pour protéger la voie contre l’exposition directe au soleil. Des corridors ferroviaires verts peuvent être créés le long des voies ferrées pour favoriser le mouvement des espèces sauvages. Pour éviter les défaillances opérationnelles causées par des arbres tombés au-dessus des voies ferrées ou par des incendies de forêt, la plantation et l'entretien de la végétation devraient être soigneusement planifiés. Il doit tenir compte des conditions climatiques locales et des projections du changement climatique. Par exemple, l'utilisation de plantes ayant une teneur en humidité relativement élevée et de faibles niveaux d'huiles volatiles peut aider à prévenir les incendies de forêt. La sélection d’espèces d’arbres pour résister à un vent plus élevé devrait être envisagée dans les zones sujettes aux tempêtes (Blackwood et al., 2022).

La mise en œuvre de mesures structurelles pour l'ensemble du système ferroviaire n'est souvent pas réalisable tant pour des raisons économiques que pour des aspects liés à la protection de la nature et du paysage. Par conséquent, il est fortement nécessaire de prendre des mesures supplémentaires (non structurelles) de réduction des risques, telles que la mise à disposition de systèmes d’alerte précoce, la réorientation du trafic, d’autres horaires, le remplacement intelligent des services (par exemple, le transport par autobus), le renforcement de l’interconnectivité entre les différents modes de transport (multimodalité).  En outre, il est fondamental de fournir des informations en temps réel aux passagers. 

L’adaptation de l’infrastructure ferroviaire fait également partie des solutions permettant d’assurer la continuité des chaînes d’approvisionnement pour le secteur des entreprises et de l’industrie. Les risques communs qui menacent la continuité de la chaîne d’approvisionnement liée au transport comprennent les retards ou les interruptions des services de transport essentiels causés par des phénomènes météorologiques extrêmes, le flambement du rail et les accidents. La perturbation de la chaîne d'approvisionnement pourrait finalement entraîner une augmentation des coûts. Cela peut avoir un impact sur l'acheteur, le fournisseur ou l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement. Garantir la résilience des chemins de fer est également essentiel pour assurer la connectivité des destinations dans les régions touristiques, contribuant ainsi également au développement économique de ce secteur. 

Normalement, les compagnies ferroviaires travaillant au niveau national gèrent la mise en œuvre de mesures visant à accroître la résilience du transport ferroviaire.  Ces acteurs sont soutenus par des administrations publiques opérant au niveau régional, national ou même européen (par exemple, la DG MOVE de la CE). Ceux-ci fournissent un soutien législatif, administratif et financier aux activités d'adaptation. Les entreprises spécialisées dans la conception et la construction de transports effectuent la mise en œuvre technique des mesures. . Toutes ces parties prenantes sont soutenues par des instituts de recherche et des consultants fournissant une évaluation de la vulnérabilité, la hiérarchisation des mesures, des études de faisabilité et une analyse coûts-avantages. Les acteurs fournissant des systèmes de prévision météorologique et d'alerte précoce (par exemple UBIMET en Autriche) sont également des parties prenantes importantes à impliquer. Certaines études ont révélé un faible niveau de sensibilisation des gestionnaires ferroviaires et des parties prenantes aux questions liées au changement climatique, ce qui peut entraver l’adaptation.

En raison de la longue durée de vie de l’infrastructure ferroviaire, la mise en œuvre de mesures d’adaptation fait partie du processus global de développement et/ou de modernisation du chemin de fer. Plus généralement, il devrait être intégré dans les stratégies de transport à long terme, le rail devant jouer un rôle important. Cela peut garantir la disponibilité des ressources financières nécessaires. Outre le manque de fonds, d’autres facteurs susceptibles d’entraver le développement et l’adaptation des chemins de fer sont liés à d’éventuels conflits avec les objectifs de protection de l’environnement, principalement liés à la fragmentation du paysage, et à d’éventuels conflits avec les communautés locales préoccupées par l’augmentation de la pollution sonore et de l’occupation des sols.

Les mesures d’adaptation les plus avantageuses sont celles qui créent des synergies avec d’autres mesures entraînant des avantages supplémentaires, par exemple en contribuant à l’atténuation du changement climatique, en favorisant le développement durable et en améliorant la protection de la biodiversité. Dans cette perspective, des solutions fondées sur la nature pourraient être utilisées pour adapter le système ferroviaire de diverses manières. Certains arbres résistent à des vitesses de vent plus élevées que d'autres, de petits cours d'eau sinueux pourraient mieux amortir les niveaux d'eau élevés que les systèmes de drainage artificiels, et le choix d'une végétation appropriée près du corridor ferroviaire pourrait réduire le risque d'incendie.

Les mesures entraînant des effets néfastes sur l'environnement ne devraient pas être envisagées, sauf si la réglementation en matière de sécurité l'exige. Par exemple, l’utilisation accrue de systèmes de climatisation pour refroidir les espaces intérieurs devrait être limitée autant que possible afin de limiter la production aux émissions de gaz à effet de serre. Les mesures visant à réduire la vulnérabilité aux chutes d'arbres en créant des corridors ferroviaires plus larges peuvent être contre-productives pour d'autres objectifs. Un couloir plus large peut entraîner des différences de température plus importantes dans la zone de la voie. Cela pourrait remettre en question les objectifs futurs visant à réduire la vulnérabilité aux incendies ou au flambement des rails, à moins que ces problèmes ne soient résolus.

Le principal avantage des mesures d’adaptation est une infrastructure et une exploitation ferroviaires résilientes au changement climatique, garantissant la connectivité du réseau de transport avec des implications pour la prospérité et le bien-être économiques. En outre, les avantages auxiliaires des mesures d’adaptation sont les contributions au développement durable et à l’atténuation du changement climatique (le passage du mode de transport au rail entraîne une diminution des émissions de gaz à effet de serre). En outre, d'autres synergies que les synergies environnementales et les avantages connexes des mesures d'adaptation sont souhaitables. Par exemple, les mesures de protection structurelle peuvent, en plus de protéger la voie ferrée, également protéger les colonies ou d'autres infrastructures telles que les routes ou l'approvisionnement énergétique. Sur le plan économique, les chemins de fer sont des infrastructures de transport essentielles non seulement pour la mobilité des résidents et des touristes de l’UE, mais aussi pour le transport durable de marchandises à l’intérieur des pays et entre ceux-ci. Les émissions de carbone du transport ferroviaire ne représentent qu’une fraction des émissions des autres options de transport de marchandises (AEE, 2021). Les actions d'adaptation visant à préserver l'opérabilité à moyen et long terme du réseau ferroviaire européen sont donc également cruciales pour la vitalité et la durabilité du secteur européen du commerce de fret et pour les industries qui expédient leurs marchandises par chemin de fer.

Les coûts varient constamment en fonction des mesures sélectionnées, de leur conception spécifique, de l’échelle d’application, des conditions spécifiques de la localité où les mesures sont mises en œuvre, des défis climatiques relevés et de nombreux autres facteurs. Les coûts économiques comprennent le coût des incidences directes sur les actifs d'infrastructure, le coût des retards et des annulations de transport dus à des conditions météorologiques extrêmes et le coût des mesures d'adaptation. Plusieurs études quantifient les coûts économiques du changement climatique sur les chemins de fer. La comparaison de ces résultats a été jugée assez difficile. Cela est dû à l'utilisation de différents modèles climatiques, scénarios climatiques, périodes futures, méthodologies d'évaluation, portée géographique, etc.

En outre, le coût socio-économique plus large des perturbations des transports est rarement quantifié. Elle peut englober la réduction de la capacité de transport de biens essentiels et la réduction de l’attractivité touristique des destinations (Palin et al., 2021). Compte tenu de l’augmentation des événements et des risques liés au climat, il est raisonnable de s’attendre à une augmentation des coûts pour maintenir un réseau sûr et en bon état de fonctionnement, reconstruire les infrastructures endommagées ou détruites et couvrir une gestion commerciale accrue (Agence de l’UE pour les chemins de fer, 2024).

Les coûts sont principalement couverts par la compagnie de chemin de fer; le cofinancement peut provenir du budget public, d'instruments financiers européens et d'autres sources. Les partenariats public-privé peuvent jouer un rôle dans le financement des mesures d'adaptation de l'infrastructure et des services ferroviaires. Par exemple, l’entreprise ferroviaire autrichienne ÖBB a adopté une stratégie de réduction des risques fondée sur une surveillance météorologique avancée et un système d’alerte précoce (infra:wetter). Elle est exploitée conjointement par ÖBB et le service météorologique privé UBIMET GmbH (voir l’étude de cas intitulée Building railway transport resilience to Alpine hazards).

Le transport international par chemin de fer est régi par plusieurs conventions intergouvernementales et, au sein de l'Union européenne, par plusieurs règlements et directives de l'UE.

Au niveau de l'UE, un important document d'orientation, le livre blanc de 2011 (Feuille de route pour un espace européen unique des transports), proposait une approche ambitieuse pour remédier aux lacunes recensées en matière de mobilité dans l'UE. Parmi les différentes actions, elle a également reconnu la nécessité de relever les défis liés au changement climatique en renforçant la résilience climatique de l’ensemble des infrastructures.

Depuis 2020, la stratégie de mobilité durable et intelligente, associée à un plan d’action de 82 mesures, régit l’avenir des transports de l’UE conformément à l’ambition du pacte vert pour l’Europe et aux objectifs de la stratégie numérique de l’UE. La mobilité résiliente est un objectif clé de la stratégie de mobilité durable et intelligente de l’UE. Afin de préserver la continuité des transports, les actions comprennent la mise en place d’un ou de plusieurs plans d’urgence en cas de crise pour le secteur des transports, la mise à niveau (résistance au changement climatique) des infrastructures de transport physiques et numériques, l’interopérabilité entre les différents modes de transport et le renforcement du réseau RTE-T. L’un des principaux objectifs stratégiques de l’UE est de renforcer la multimodalité, d’assurer une meilleure intégration des modes de transport et d’établir l’interopérabilité à tous les niveaux du système de transport (Agence de l’UE pour les chemins de fer, 2024). Le règlement RTE-T exige que les projets d’«intérêt commun» fassent preuve de résilience face au changement climatique. Elle impose spécifiquement aux gestionnaires de l’infrastructure d’évaluer la vulnérabilité au changement climatique (inondations, vagues de chaleur) et de mettre en œuvre des mesures d’adaptation pour protéger les investissements publics.

En règle générale, le temps nécessaire à la mise en œuvre des mesures techniques est de plusieurs années (environ 2 à 5 ans). La mise en œuvre des mesures opérationnelles doit toutefois être rapide et réagir rapidement aux perturbations causées par des événements extrêmes. La fourniture de prévisions météorologiques et de systèmes d'alerte précoce est continue.

La durée de vie des mesures techniques devrait être conforme à la durée de vie de l'infrastructure ferroviaire elle-même, qui est de plusieurs décennies.