## Sommaire :

- Introduction
- Conclusion générale du dossier

# TPE année 2010/2011 lycée francois mitterand

# Étude comparative TGV-Avion

De nos jours, après la voiture, le train et l’avion sont les moyens de transports principaux, notamment pour les moyennes et longues distances. En ce qui concerne le transport des personnes, 89 % se fait par la route, 6 % en train et 5 % en avion. Quant aux marchandises, 47 % prennent la route, 41 % la mer, 8 % le train et 4 % les voies fluviales. Ainsi on va étudier les caractéristiques de les 2 moyens de transports en communs et les comparer

## Histoire

### Le train :

Un train est constitué d’une série de véhicules sur roues tractés par une locomotive. Il se déplace sur un chemin de fer, c’est à dire une voie qui assure son guidage.

La locomotive à vapeur fut inventée au début des années 1800. 172 ans après, le TGV fut créé. A l’époque il était propulsé par un moteur diesel mais la crise pétrolière de 1973 obligea les ingénieurs a créer un TGV intégralement électrique. Les machines électriques possèdent des avantages sur les machines à vapeur et diesel: plus rapides et silencieuses, elles sont plus faciles à conduire. Aujourd’hui bénéficiant des techniques modernes, les locomotives électriques continuent d’améliorer la qualité de ce moyen de transport. Le 3 avril 2007 le TGV explose le record de vitesse en atteignant 574,8 km/h.

### L'avion :

e premier vol d’un appareil « plus lourd que l’air » ( par oppositions aux montgolfières et aux ballons ) a été effectué en 1890 par l’ingénieur français Clément Ader. C’est d’ailleurs à Ader que l’on doit le mot avion. Le développement de l'aviation civile a eu lieu après la Seconde Guerre mondiale, puis surtout à la fin du XXe siècle, malgré les chocs pétroliers de 1973 et 1979.

Les long-courriers à réaction ont rendu les vols à grande distance moins chers et plus sûrs. Le premier gros-porteur a été le Boeing 747 surnommé « Jumbo Jet ». Il peut transporter jusqu’à 560 passagers sur une distance de 8000km.

## Écologie et fonctionnement

### L'avion :

L'avion est un moyen de transport qui permet de se déplacer rapidement et sur de très longues distances. Par exemple un Paris/New York (l'aller) dure seulement 7h30. C'est pourquoi l'avion est très utilisé.

Toutefois, c'est un moyen de transport qui a un impact sur l'environnement, notamment en contribuant au dérèglement climatique. Globalement, on évalue aujourd'hui à 3%des émissions mondiales les rejets de gazs à effet de serre dues à l'aviation, mais c'est le secteur, qui avec la marine marchande augmente le plus rapidement. En 2000, le transport aérien a émis 664 millions de tonnes de CO2, soit 11,5% des émissions du secteur des transports. En effet l’avion émet entre 134 et 148 grammes de CO2 par voyageur.kilomètre (presque 50 fois plus que le train) Pour un même trajet Paris/New York aller retour on consomme 1 tonne de CO2 par passager.

#### Fonctionnement :

La principale pollution vient de ses moteurs, c’est à dire les turboréacteurs et de son combustible : le kérosène. Le turboréacteur fonctionne sur le principe des turbines à gaz.

#### Ecologie :

Les moteurs d’avion émettent principalement les composants polluants suivants : de l'oxydes d’azote (NOx), du monoxyde de carbone (CO), des hydrocarbures (HC) (ou composés organiques volatiles : COV), du dioxyde de carbone (CO2), dioxyde de soufre (SO2) et particules solides ( suies ).

La diffusion de gaz toxiques a un impact fort dans le voisinage immédiat des pistes. Selon les associations, les 2 300 avions qui décollent d’Orly, de Roissy et du Bourget produisent la même quantité de NOx que 2 300 000 voitures Diesel parcourant chacune 25 km.

C'est au décollage, quand les réacteurs fonctionnent à pleine puissance que l’avion pollue le plus (CO2, NOx, Métaux lourds contenus dans le kérosène ou provenant de l'usure des tuyères,... ).

Les avions sont aussi une source de pollution sonore importante aux abords des aéroports et sous les zones d’entraînement d'avions militaires.

Voici les émissions de gaz à effet de serre par passager et par classe (en kg équivalent CO2) pour quelques destinations. Les chiffres s'entendent pour un aller-retour, et tous les gaz à effet de serre sont confondus.

De plus l'avion a un autre inconvénient : son prix, 175 millions de dollars en moyenne.

En effet, les complexes turboréacteur dont le prix est très important, représentent en général pour un avion civil le tiers du coût total.

Le bilan écologique étant inquiétant, des mesures ont été prise. Ainsi dans l'Union Européenne, pour stopper l’augmentation de la pollution des avions, le protocole de Kyoto sera mis en application à partir de 2012 avec pour objectif de réduire les émissions de C02 de 3% en 2012, et de 5% durant la période 2013-2020, comparées aux émissions moyennes constatées dans la période 2004-2006.

Sur le grapphe précèdent, la barre rouge représente le maximum des émissions annuelles de CO2 par personne (en kg) auxquelles il faut redescendre pour que la quantité de CO2 dans l'atmosphère soit stable (c'est à dire diviser les émissions humaines de CO2 par 2 par rapport à 1990). Stabiliser la concentration en CO2 dans l'atmosphère. Donc il va falloir trouver des solutions pour les avions car ils polluent trop. Selon les experts du climat, il faut limiter à + 2°C la hausse des températures ce qui impose de limiter les émissions de CO2 à moins de 2 tonnes de CO2 par année et par être humain (source : Union Européenne, commission des communautés européennes, GIEC).

Ainsi, un unique passager d’un vol long courrier avec un avion « dernier cri » consomme le potentiel CO2 annuel du voyageur de demain. Et le progrès technologique n’y changera pas grand-chose : le potentiel de réduction des consommations de nos avions longs courriers se limite à 20- 30%.

#### Solution au problème écologique

Il faudra peut être réduire la vitesse de croisière de nos avions (la consommation augmente avec la vitesse au carré et la puissance nécessaire augmente avec la vitesse au cube) ou revenir aux hélices,...

Une solution serait de limiter les retards d'avions. En Europe: selon, l’IATA, les 34 fournisseurs de services de navigation aérienne ont généré pas moins 18 millions de minutes de retard pour les voyageurs européens en 2006.

Outre un coût estimé à 3,3 milliards d’euros pour les compagnies aériennes, des millions de passagers frustrés, cela représente quelque 12 millions de tonnes de CO2 répandues dans l’atmosphère. Des émissions qui auraient pu être évitées en ne faisant pas tourner en rond les avions en attente d’atterrissage par exemple.

Selon l’IPCC « il y aurait 12 % d’inefficacité dans la gestion globale du trafic aérien, soit 73 millions de tonnes d’émissions en trop de CO2 gaspillé et presque 13,5 milliards de dollars de dépenses inutiles ».

« Chaque minute de vol que nous pouvons économiser réduit la consommation de kérosène d’environ 62 litres et les émissions de CO2 de 160 kilos», indique l’IATA. Une meilleure gestion du trafic aérien limiterait donc l’empreinte carbone de l’aviation.

La conception des avions fait appel à des matériaux dont la production est également une source d'impacts écologiques et le traitement des avions en fin de vie pose encore problème, avec un nombre d'avions à démanteler de plus en plus élevé (environ 6 000, soit 300 avions/an à traiter, sans compter les épaves déjà stockées à proximité des aéroports dans le monde. Les avions contiennent des matériaux précieux et dont la fabrication a causé l'émission d’importantes quantités de gaz à effet de serre et de métaux lourds, mais les carlingues n'ont pas été conçues pour faciliter la récupération de ces matériaux en fin de vie.

En France, un programme nommé « Pamela » piloté par Airbus (3 242 694 € aidé par l'Europe), à Tarbes, expérimente des procédés de déconstruction et valorisation ou recyclage des matériaux.

Des avions écologiques existent mais ils ne sont pas compétitifs de par leur faible capacité d'emport et leur lenteur.

### Le Train :

#### Fonctionnement :

Le train à grande vitesse (TGV) est peut être aussi une solution pour remplacer l'avion. Pour le savoir, nous allons étudier ses caractéristiques.

Contrairement à l'avion se sont des moteurs électriques qui assurent la propulsion. De ce fait, le TGV est moins rapide que l'avion (300km/h) mais il est beaucoup plus propre que ce dernier.

Le bogie commun pour deux voitures réduit le risque de déraillement car les wagons ne se couchent pas et ne se mettent pas en « accordéons ».Grâce au bogie commun à deux wagons il y a un gain de vitesse et de confort car il y a moins de poids, de frottements et de bruit.

<img="image/eco_fonc_4.png" alt="bogie du TGV"/>

L'anneau d'intercirculation fixes les wagons entre eux et attache le bogie par dessous. Ainsi les wagons sont solidaire entre eux et peuvent suivre la courbe des rails contrairement aux autres trains.

#### Ecologie :

Pour bien comprendre l'impact écologique du train nous allons les comparer parmi d'autres moyens de transports :

On s'aperçoit que le train à un impact écologique beaucoup moins important que l'avion. 97Kg CO2/voyageur pour l'avion et 2 Kg CO2/voyageur pour le train.

Mais les valeurs moyennes sont de 2,6 grammes de CO2 par voyageur et par kilomètre pour le train contre 134 ou 148 grammes pour l’avion ( 50 fois plus).

Malgré tout le train a un inconvénient : ses infrastructures. Des chercheurs ont comparé 11 modes de transports aux États-Unis. Ils constatent que si on prend en compte les infrastructures le train n’est pas si avantageux. Les infrastructures alourdissent diversement la facture énergétique et la contribution à l’effet de serre selon le mode de transport.

- Aux Etats-Unis, les infrastructures routières alourdissent de 63% l’impact du transport automobile (voiture, camions, bus) ;
- Pour le train, le chiffre grimpe à 155% ;
- Pour les navires, les infrastructures aéroportuaires affichent des conséquences nettement plus faibles;

Au final, un gros avion consommerait moins d’énergie par personne transportée qu’une ligne de train de banlieue et aurait un meilleur bilan d’émission de gaz à effet de serre. Bien entendu, il faut prendre cette étude avec précaution. Néanmoins, elle nous montre que les choses ne sont pas aussi simples que le dit la Sncf.

Pour conclure, nous pouvons dire que suite à son ampleur et sa grande dépendance vis-à-vis du pétrole, le transport actuel des personnes (comme celui des marchandises, évidemment) a un impact environnemental énorme. En ce qui concerne la contribution à l’effet de serre, l’avion est le moyen de transport le plus polluant suivi de la voiture. Quant au train, il présente deux avantages : d’une part, il est le moyen de transport le moins énergivore et, d’autre part, il ne dépend pas exclusivement des combustibles fossiles (en Europe, 35 % de l’électricité est d’origine nucléaire et 12 % d’origine renouvelable ). Toutefois, l'électricité produite par le nucléaire n'est peu être pas non plus une bonne solution comme on le voit au Japon à Fukushima.

## Concurrence et Intermodalité

En France le développement des lignes TGV a fortement concurrencé les lignes intérieures aériennes. La concurrence entre le train et l'avion dépend principalement de la durée du trajet. Pour un trajet de moins 2h la part de marché du train est de 90%, elle descend à 70% pour un voyage de 3h (cf graphe suivant).

Sur des trajets tels que Paris/Lyon, Paris/Marseille, Lyon/Marseille, Paris/Bruxelles, Paris/Strasbourg…, grâce au TGV, l’avion n’est plus si compétitif. Ainsi, Paris/Marseille est aussi rapide en TGV (3 heures 30) qu’en avion (50 minutes de vol + 1h pour faire Paris/Centre – Aéroport + 50 minutes d’embarquement + 50 minutes à l’arrivée entre aéroport et le centre ville soit 3h30), sans compter la gêne occasionée par les aéroports. Il est préférable largement 3h30 de train calme où l’on peut dormir, lire ou travailler.

Les compagnies aériennes ne sont pas forcément opposées à ce transfert : les vols courts sont souvent difficilement rentable et leur remplacement par le train permet de libérer des créneaux horaires pour développer leur activité long courrier.

La France possède deux gares TGV situées dans un aéroport: Charles-de-Gaulle 2 TGV et Lyon-Saint-Exupéry TGV. En 2006, 45% des correspondances vers la province depuis l'aéroport Paris-Charles-de-Gaulle se faisaient en TGV, 55% en avion.

L'intermodalité train-avion se développe surtout pour les vols longs courriers. Le TGV remplace les vols intérieurs pour rabattre les passagers de province vers les vols longs courriers. Ainsi se ne sont plus des avions qui emmènent à l’aller, les voyageurs vers de grands aéroports pour les vols long courrier, mais les trains. De même, les voyageurs rentre chez eux en trains ( pour les provinces ).

<img="image/eco_fonc_6.png" alt="part du fer en fonction de la durée du trajet" title="part du fer (en %)en fonction de la durée du trajet(en H)"/>

Le graphe ci-contre représente en abscisse le temps de trajet entre deux gares ferroviaires et en ordonnées la part du marché du transport occupé par le train. Par exemple pour un trajet de deux heures, près de 90% des usgers préfères prendre le train plutôt que l'avion.

Il existe un moyen pratique pour savoir s’il vaut mieux prendre le train ou l’avion : le calcul de h avec la formule h = Pa-Pf/Tf-Ta où h est la valeur d’indifférence, Pa est le prix d'un billet d'avion, Pf le prix d'un billet de train, Ta le temps de trajet en avion et Tf le temps de trajet en train.

Le modèle « prix-temps » aboutit aux conclusions suivantes :

- les passagers dont la valeur du temps de trajet ( hi0 pour le train classique ou hi1 pour le TGV) est supérieure à cette valeur d’indifférence h utiliseront majoritairement l’avion.
- les passagers dont la valeur du temps de trajet est inférieure à cette valeur d’indifférence h utiliseront majoritairement le chemin de fer.

En France, l’application d’un tel modèle donne généralement les résultats suivants en ce qui concerne les parts de marché fer-air (train-avion), en fonction des temps de trajet en train entre gares (les durées des dessertes terminales ne sont donc pas incluses dans ces temps de parcours). La droite du TGV est celle en pointillé.

## Conclusion : un bilan mitigé

Récapulatif de la comparaison avion/train
Comparatif | Avion | Train
--- | --- | ---
Energie | Energie fossile : kérosène | Energie électrique : 20000kW (TGV) ou 15000kW
Consommation | 3.6 litre par passager pour 100 km | 3 000 kWh pour 100 km

Utilisation

On comptabilise 80 000 vols par jour On estime qu'il y a 20 000 avions de ligne en état de voler dans le monde, et 5000 avions dans le ciel à tout moment. Si on prend une moyenne de 100 voyageurs par avion, on a 500 000 personnes dans le ciel à tout instant

Chaque jour, 14 000 trains circulent en France, soit 10 chaque minute et 5,1 millions par an, sur les 30 000 kilomètres de voies ferrées françaises

Vitesse | Mach 0.86, c’est à dire environ 900km/h par rapports au sol | TGV : 300km/h et Train classique :240 km/h
Sécurité et accident | 16 Passagers tués par 100 millions de passagers-kilomètres dans le monde. 152 vols commerciaux ont eu un accident dans le monde en 2010. Il y a en moyenne 830 morts par ans. | Seulement 6 déraillements pour le TGV et 2 Passagers tués par 100 millions de passagers-kilomètres dans le monde.
Nombre de passagers | 250 passagers en moyenne par avion. 150 places pour l’A320 et 525 pour l’A380 | Autant qu’on veut mais il faut pouvoir fermer les portes. Un TGV duplex en compte 500
Capacité de fret | 200 tonnes en moyennes. Transporter des marchandises par avion est très cher | Les trains de fret roulent à 100 km/h mais certains trains spécialisés peuvent circuler à 140 km/h
Ecologie | 3% d’effet de serre est due à l’aviation. L’avion émet entre 134 et 148 grammes de CO2 par voyageur/kilomètre | Le train émet 2,6 grammes de CO2 par voyageur/kilomètre; Mais l'impacte écologique de son infrastructure est plus importante que l'avion
Prix de construction | 175 millions de dollars en moyenne. Un A320 coute 85 millions et un A380 375.3 millions | Une rame de 500 places de TGV Duplex à l’achat est estimée à 25 millions d’euros (décembre 2007.
Coût moyen d’une place | 100 euros mais les prix varient énormément | 45,2 euros . Mais le prix du billet a eu une augmentation de plus de 18% depuis 2002. De plus le prix d’une place varie beaucoup
Durée de vie de l’appareil | 20 ans | Durée de vie longue mais demande beaucoup d’entretien
Confort | Il y a plus de place qu’en train et un plus grand confort : nourriture,... | En 1ère classe, le confort est de haut niveau mais les services proposés au voyageurs sont jugés plus modestes que dans d'autres trains à grande vitesse et la 2nd classe est jugée médiocre
Temps d’attente | 2h30 | Presque aucun

Ainsi l’avion est un moyen de transport rapide mais coûteux et polluant. Le train lui, est moins rapide mais son impact écologique est moindre. De plus il est moins cher que l’avion. Toutefois le TGV n’est pas parfait car les vols d’avions sont plus directs et un réseau aérien est de loin plus souple et plus facile à installer que des voies de TGV. Ces voies sont figées, leur construction et leur entretien sont très coûteux en énergie. Elles sont bruyantes, elles occupent beaucoup de terrain et elles représentent des barrières infranchissables pour les animaux.

Malgré les qualités du TGV, l’avion est très utilisé dans les longs et moyens trajets car les gens sont de plus en plus pressé et le facteur temps prime sur l’écologie et le prix.

Finalement, on s’aperçoit que la solution idéale serait un train plus rapide avec toujours une bonne sécurité, un prix de construction et un prix de billet peu élevé et un très faible impact écologique. Si ce moyen de transport existait, l’avion deviendrait obsolète et inutile. Peut être faut il chercher vers les trains de nouvelles générations qui utilisent des technologie futuristes telles que le train à sustentation magnétique.

Code et design par Quentin Rouland. 2011.Pour toutes suggestions ou questions: quintin_82@hotmail.fr