Modélisme ferroviaire et simulation
RETOUR A LA PAGE PRINCIPALE

Présentation

Je suis particulièrement intéressé par l'exploitation des réseaux modèles, surtout d'un point de vue ludique. À l'aide d'Internet, je souhaite échanger des idées avec des modélistes intéressés par le même sujet. Ces quelques pages tentent d'expliquer mon point de vue à ce jour. Je construis actuellement un réseau qui devrait me permettre de mettre en pratique les idées exposées ci-dessous. Ce réseau est encore loin d'être achevé, mais il me permet dejà en l'état de valider plusieurs idées et de progresser sur ce sujet.
 

Mon projet : un jeu interactif

La construction d'un réseau entièrement automatique, où l'observateur regarde le mouvement des trains sans rien faire peut constituer un certain défi technique, mais apporte selon moi peu d'intérêt à son constructeur une fois mis au point (à part peut-être la programmation de nouveaux itinéraires).

En revanche, une exploitation à plusieurs joueurs, responsables de conduire leur train d'un point à un autre, avec le respect des contraintes structurelles du réseau et de règles de jeu édictées au préalable retient actuellement mon attention. Cette idée n'est pas nouvelle, loin de là.

Associé à un système de supervision, mon réseau pourrait être considéré comme un jeu interactif, je m'explique : comme pour un réseau entièrement automatique, un ordinateur serait utilisé, non pas pour piloter les trains mais plutôt pour superviser les actions des joueurs et calculer une sorte de score relativement à chaque joueur.

Le but du jeu

L'ensemble des joueurs doit dérouler un scénario sur une durée donnée en temps accéléré. Le trafic doit être écoulé en respectant les horaires établis :

Les contraintes d'exploitation

Les contraintes qui doivent être respectées par les joueurs sont : ** L'idée du contrôle des consommations m'est venue du fameux livre En train avec John Allen de Linn H. Westcott (traduit en français par Jacques Le Plat), édité par Pro Rail International (le Gorre & Daphetid Railroad).

Les scores

Un ordinateur, connecté au réseau par le biais de capteurs, surveille les actions des joueurs à l'aide d'un logiciel particulier. Il vérifie que les contraintes d'exploitation sont respectées et attribue un score à chaque joueur. Les joueurs qui ne respectent pas toutes les contraintes obtiennent un score plus faible.

Les définitions préalables

Il est très difficile de reproduire complètement un réseau ferroviaire réel, étant donné l'échelle de réduction (ex : H0=1/87) et la place maximum généralement disponible.

Cependant, lorsque l'on s'intéresse à l'exploitation réaliste du réseau modèle, nous sommes amenés à considérer les flux réels de voyageurs et de marchandises, qui font normalement intervenir de nombreuses gares, de nombreux points de passage et des distances importantes.

Lorsque l'on souhaite simuler les flux réels de voyageurs et de marchandises, il est possible de considérer :

Cette coulisse correspond à la gare cachée de certains réseaux modèles, qui permet de cacher les trains pour les faire apparaître aux observateurs au moment voulu. Contrairement à une gare cachée, nous considérons la coulisse comme entièrement visible pour autoriser sa gestion par un opérateur : L'idée de coulisse active m'est venue d'un article intitulé "Flexible operation with a fiddle yard" by John Ozanich dans Model Railroad Planning 1995, un magazine annuel publié par Kalmbach Publishing Co. (USA).

Les sites et bâtiments

Différentes sortes de sites et bâtiments apportent un intérêt pour l'exploitation. Ces sites sont à l'origine des flux de voyageurs et de marchandises, donc à l'origine du trafic que l'on cherche à reproduire : D'autres sites permettent de simuler les contraintes d'organisation de la société de chemin de fer :

Les trains

Les trains dits "réguliers" relient les gares et sont du type : Les trains dits "collecteurs" collectent puis rassemblent à la gare la plus proche tous les wagons des usines environnantes qui doivent être expédiés vers l'extérieur.

L'idée des trains collecteurs m'est venue du fameux livre "En train avec John Allen" de Linn H. Westcott (traduit en français par Jacques Le Plat), édité par Pro Rail International (le Gorre & Daphetid Railroad).

Le rôle des joueurs

Un rôle est attribué à chaque joueur :

Le conducteur

Un conducteur est responsable d'un train de voyageurs ou de marchandises.

Les tâches d'un conducteur sont les suivantes :

Le chef de gare ou de zone

Le chef de gare ou de zone est responsable de tout ce qui se passe dans sa gare ou sa zone. Ses tâches sont les suivantes :

Le chef du centre de triage caché (coulisse)

Les tâches du responsable de la coulisse sont les suivantes :

Le scénario

Le scénario définit les mouvements des trains nécessaires à l'écoulement du trafic par le réseau de la société ferroviaire.

Le trafic

Nous considérons que le trafic est engendré par : La forme du scénario dépend du type de jeu souhaité : Le premier cas impose uniquement des tâches d'exécution. Le second cas est proche de la réalité, il nécessite des tâches de planification, qui s'imposent effectivement aux sociétés ferroviaires.

Pour mon réseau, je souhaite que le trafic se décompose ainsi :

La simulation du trafic minimal

Lorsque peu de joueurs sont présents, voire dans le cas extrême d'un seul joueur, il est intéressant de simuler un trafic minimal. Il peut être simulé par un ordinateur de commande qui assure alors les mouvements à la manière d'un joueur, ou même de plusieurs.

On s'aperçoit que si l'ordinateur assure tous les mouvements, on se retrouve alors dans le cas d'un réseau entièrement automatique, ce qui n'est pas le but recherché.

Il est possible d'exploiter cette idée avec peu de moyens : le simple aller-retour d'un autorail (ou d'une rame réversible) du réseau vers l'extérieur, cadencé par un mécanisme électronique voire électrique (relais, condensateurs) constitue déjà un trafic voyageurs minimal à horaires régulier.

Il est également possible, dans le cas d'un réseau en boucle, de faire tourner en permanence un autorail à vitesse réduite, pour simuler un trafic voyageurs minimal à horaires régulier (cette idée m'est venue d'un article intitulé "Continuous running on a point-to-point railroad" dans Model Railroad Planning 1996, un magazine annuel publié par Kalmbach Publishing Co. - USA).

La conception du réseau pour le jeu

La réalisation d'un réseau où l'on veut simuler des opérations réalistes nécessite une conception attentive de son plan de voies, pour permettre la mise en œuvre des concepts clés d'exploitation.

Voici par exemple quelques questions d'importance :

Voie unique ou double voie ?

Une voie double permet de faire circuler plus de trains simultanément ce qui peut occuper plus d’opérateurs. Elle permet par exemple de faire tourner un train en boucle simulant alors un trafic permanent dans lequel un opérateur doit insérer son train sans rien perturber. Elle permet aussi des circulations plus complexes.

Boucle de retournement / topographie du réseau ?

Trois exemples :

1) Un réseau en forme d’os dans un schéma en double voie (sans boucle de retournement) facilite l’aller et le retour continu des trains par les gares de passage : on a plus de trafic en ligne et une gestion plutôt simple, il faut respecter l’espacement. Pour certains wagons, il faut modifier leur chargement (les vider ou les remplir) pour simuler l’activité.

2) Un réseau en forme d’os en voie unique impose deux boucles de retournement : on a moins de trafic en ligne et une exploitation compliquée par la gestion de l’occupation de la voie (sans compter les problèmes électriques).

3) Un réseau circulaire, même assez grand autour d’une pièce, ne permet pas de gérer facilement l’aller retour des trains (ils passent naturellement toujours dans le même sens dans les gares) : il est alors utile d’avoir une coulisse permettant de retourner les trains avec une 0-5-0 (main de cinq doigts) ou une autre machine mais cela prend du temps, ça casse la fluidité du trafic et ça rend disproportionnées les durées de triage relativement aux durées des parcours.

Zones cachées (accessibilité) ?

Il faut éviter les zones inaccessibles pour pouvoir intervenir partout sur le réseau, en cas de déraillement, en cas d’encrassement des voies nécessitant des intervention manuelles.

Pont tournant ou triangle de voies ?

En l’absence d’un dispositif pour retourner les trains dans le cas de certaines topologies (ex : réseau circulaire) il faut accepter que les trains ne puissent pas effectuer des allers-retours.
Par ailleurs, un pont tournant nécessite moins d'espace qu'un triangle de voies

Préparation des trains avant ou pendant (coulisse) ?

Le garage des trains en attente dans une gare cachée inaccessible interdit de les retourner et d’en modifier la composition. C’est une des raisons qui justifie une coulisse séparée du réseau mais ouverte pour qu’un opérateur puisse y intervenir (avec une 0-5-0 !).

Allongement artificiel des durées

Nos réseaux étant le plus souvent assez comprimés, les distances entre les gares sont très courtes (quelques mètres). En jouant sur le facteur d’accélération du temps, à l'aide d'une horloge accélérée, on simule des tableaux horaires réalistes (avec un facteur 12, 5 minutes réelles sont considérées comme 1 heure simulée et 1 mètre réel représente 1 kilomètre simulé), mais il n’empêche que les durées réelles des trajets, celles qui permettent aux opérateurs de préparer les tâches suivantes, sont courtes : 10 mètres réels de voie représentent 10 kilomètres parcourus approximativement en 30 secondes réelles à une vitesse simulée de 60 kilomètres / heure. Ca ne laisse pas beaucoup de temps pour basculer les aiguilles, dégager les voies, se préparer aux mouvements suivants, le tout sans se tromper !

L’utilisation d’une spirale permet de franchir des dénivelés importants et permet d’allonger la durée d’un trajet entre deux points : cela laisse un peu de temps aux opérateurs.

Thème ?

Le choix du thème a un impact très important sur les possibilités de jeu. Par exemple, le trafic dans les zones industrielles est important mais surtout composé de trains de marchandises, tandis que le trafic en campagne sur une ligne secondaire peut être moins important mais plus varié, avec des trains marchandises / voyageurs (MV) et des autorails.

Organisation du jeu ?

La commande du réseau

De quoi a t-on besoin pour exploiter son réseau dans de bonnes conditions de jeu ?

Dans le désordre :

Il faut que les opérateurs soient déchargés des tâches de gestion de l'affectation des commandes aux cantons.

J'ai examiné principalement trois types de systèmes :

Tableau comparatif :
 
 
Commande classique Commande digitale
Il faut assembler des systèmes disparates parfois incompatibles, exemple : la commande Mark II est incompatible avec le générateur 50 khz car tout composant électrique (bobine de découplage) intercalé dans le câblage perturbe le fonctionnement de l'asservissement de cette commande. Une seule centrale "équivaut" à plusieurs transformateurs classiques déjà sophistiqués (avec des décodeurs à simulation d'inertie et asservissement) et intègre de plus la fonction d'éclairage constant. Il faut installer un décodeur dans chaque locomotive.
Le câblage devient rapidement complexe avec tous les problèmes associés (de nombreux modélistes ont déjà exprimé les difficultés rencontrées et les solutions possibles). Le câblage est réduit au minimum par conception du système digital.
Pendant une séance de jeu, l'exploitation des zones électriques nécessite presque un opérateur dédié si on veut éviter les courts-circuits ou les mauvaises surprises. Par exemple, pris dans l'action, il n'est pas rare de voir un train s'arrêter brutalement en changeant de zone électrique à cause d'une mauvaise affectation de la commande de l'opérateur. Il n'y a pas de zone électrique, donc pas d'exploitation associée.
Sur un réseau assez petit, il est impossible de faire se suivre deux trains : cela nécessite alors un vrai bloc système ou une commande sélective par exemple. Il est impossible de gérer à la main la vitesse des trains en même temps que l'affectation des commandes aux zones électriques (en particulier quand les zones sont courtes), sans compter les autres actions à mener (commande des aiguilles, préparation des manœuvres, etc.). Il est facile de se faire suivre plusieurs trains, chacun ayant sa commande de vitesse.
Il est impossible de venir accoupler une machine avec une autre à l'arrêt (sauf si l'accouplement vient à être effectué à un endroit où il existe une frontière entre deux zones électriques). L'accouplement est possible n'importe où, ensuite la conduite des deux machines nécessite de les commander en parallèle (pousser les deux curseurs en même temps) ou d'affecter le même code numérique aux deux machines.
Du point de vue de l'exploitation, la solution de commande classique limite les possibilités et complique le jeu pour les opérateurs.

Au titre des avantages, le prix d'une commande traditionnelle reste faible, en tout cas il est encore assez inférieur à celui d'une commande digitale. En outre, les locomotives n'ont pas besoin d'être modifiées (par exemple, être équipées de décodeurs). L'utilisation de l'éclairage constant reste tout de même un problème car il n'est pas si facile que ça à mettre en œuvre.

Les commandes de conduite sélective ont pour moi l'inconvénient de ne pas être fondées sur une norme standardisée reconnue par les constructeurs. Leur prix reste assez élevé.

Au contraire, la plupart des commandes digitales sont désormais basées sur le standard DCC de la NMRA ce qui constitue un gage de pérennité et de diminution des prix de par le jeu de la concurrence.

La supervision et le logiciel de jeu

Le système de supervision impose l'utilisation d'un ordinateur et d'un logiciel. Il serait probablement possible de réaliser un système entièrement électronique mais il ne serait pas évolutif.

Le programme de supervision

Les fonctions du programme de supervision

Le mode de fonctionnement recherché nécessite principalement l’entrée de signaux provenant soit du réseau vers l’ordinateur, soit du clavier.

Le programme de supervision est chargé de :

Le matériel électronique et informatique

La solution matérielle permettant de réaliser un programme de supervision avec les fonctions décrites précédemment consiste en : Quelques précisions :

Cette solution de supervision offre l’avantage d’être indépendante du système d’alimentation qui peut être classique ou numérique : actuellement, j'utilise soit deux commandes classiques, soit une commande MRC 2000 (voir LOCO REVUE n°620 12/98, voir également le Hors-Série Electronique paru en 12/98 pour une étude comparative de plusieurs systèmes d’alimentation numériques).

Pour moi, cette solution offre l’avantage de me permettre d’utiliser mon vieux 8086 en MS DOS 3.2 alors que l’adoption d’un système numérique m’obligerait à utiliser au moins un 486 (toutefois, le boîtier ORD102 peut également être connecté à mon PENTIUM). Évidemment, avec un vieux PC, je ne peux pas réaliser un programme Windows et je suis obligé de réaliser une interface en mode monochrome.

Dans mon cas, il faut noter que le réseau est constitué d’une voie unique de longueur assez limitée (12 mètres en boucle) et d’une gare unique. Je souhaite pourtant réaliser des scénarios passant par plusieurs gares. J’ai donc adopté le principe que l’unique gare réelle peut représenter plusieurs gares fictives. Tout scénario passant virtuellement par plusieurs gares boucle par l’unique gare réelle existante sur le réseau. Pour aider les joueurs, l’ordinateur affiche alors le nom de la gare courante, les joueurs ne doivent pas tenir compte du nom inscrit sur le bâtiment de la gare réelle (là encore, l’ordinateur apporte une aide).

Les contacts ILS ne permettant de distinguer de manière simple qu’une seule locomotive, les joueurs conducteurs doivent réaliser le plan prévu au tableau horaire chacun leur tour pour que le programme puisse calculer leur score (voir note 1). Toutefois, le système reste évolutif car il faut noter que l’utilisation d’un système de reconnaissance de type code à barre (voir LOCO REVUE n°604 06/97 et n°605 07-08/97) à la place des ILS permettrait alors au programme de gérer simultanément plusieurs trains, donc plusieurs joueurs.

(note 1) : Cette contrainte n’enlève pas d’intérêt au jeu car plusieurs joueurs sont requis pour exécuter ce type de scénario : un conducteur, un contrôleur pour les aiguillages et un chef de gare.

Le programme de génération de scénario

Lors de mes premières recherches en 1996, je ne trouvais quasiment pas de logiciel pour générer des scénarios de jeu qui soient indépendants de produits spécifiques tels que, par exemple, les commandes numériques avec interface ordinateur. Ayant les compétences nécessaires, j'ai donc décidé de réaliser mon propre programme pour me faciliter la mise au point de scénarios de jeu, selon des paramètres tels que : Je voulais un programme indépendant de la commande des trains, assez général et paramétrable pour s'adapter à différentes situations de jeu. J'étais conforté dans cette idée par la lecture de plusieurs articles présentant des réseaux réalisés par des américains qui organisaient des séances de jeu à grande échelle.

En 1997, j'ai effectivement réalisé un prototype de programme de génération pour me permettre de générer des scénarios pour mon plan de voies. J'ai réalisé ce programme en une dizaine de jours en langage lisp sur mon vieux PC. Ce programme génère deux tableaux : la liste des véhicules avec leurs mouvements horodatés, et la liste chronologique des mouvements. La première liste donne sur une unique page A4 les mêmes informations que les fameux way bills des réseaux américains (feuille de route de chaque wagon). Mes conclusions sur cette expérience sont à ce jour les suivantes : à moins d’être un club organisant fréquemment de nouveaux scénarios dans des conditions changeantes (ex : plan de voies modifiable selon l’agencement de modules), il est plus rapide de calculer ses scénarios avec un outil de saisie tel qu’un traitement de texte ou mieux un tableur que de paramétrer un programme. Le plan de voies du réseau contraignant fortement les possibilités pour les scénarios, dans un premier temps il faut déterminer les types de scénarios possibles et ensuite faire varier les paramètres indépendants du plan de voies (ex : type de trafic, horaires, règles, etc.).

Maintenant, j’utilise un tableur pour mettre en forme un tableau horaire général (timetable) et des listes de répartition des wagons (switch list) pour chaque scénario.

L’intelligence nécessaire pour construire des scénarios pertinents et intéressants avec de nombreux paramètres possibles est difficile à mettre dans un programme de calcul automatique. La réalisation d’un programme personnalisé n’est pas rentable si le nombre de scénarios à réaliser est potentiellement faible. L’utilisation d’un programme existant apporterait un plus à condition qu’il soit suffisamment générique pour s’adapter aux nombreux cas possibles et donc ainsi aux cas qui nous préoccupent. Finalement, l’utilisation d’un tableur constitue peut-être un bon compromis en permettant de réaliser certains calculs (somme des durées, longueurs, poids, calcul de moyennes, etc.) qui facilitent le travail du concepteur et en permettant une mise en page totalement personnalisée.

Références :

Pendant le temps que j’ai passé à expérimenter tout ceci (1996-1998), sont apparus plusieurs programmes vendus par des éditeurs spécialisés ou parfois gratuits (freewares). Le lecteur intéressé pourra consulter le Hors-Série Electronique paru en 12/98 chez LOCO REVUE, numéro accompagné d’un cédérom contenant quelques programmes de ce type en version de démonstration et les adresses de plusieurs éditeurs.

Les documents pour la simulation

Tableau horaire

Pour commencer mes essais, j'ai conçu cette première version d'un tableau horaire simple, relatif au trafic de convois de marchandises. J'ai ajusté les horaires après les premiers essais sur mon réseau.

Les horaires sont liés à l'utilisation de mon horloge accélérée (d'un facteur 12), et à la mesure des distances représentées par le réseau, compte-tenu de l'échelle de réduction au 1/87 et au facteur d'accélération. Pour mémoire, avec ces deux paramètres, un mètre réel de voie du réseau représente environ un kilomètre fictif. Mon programme de supervision sur PC, enregistre chaque passage du train à l'entrée de la gare et calcule sa vitesse moyenne sur le parcours. Les vitesses entre deux gares constatées lors de mes premiers essais varient entre 40 Km/heure et 60 Km/heure à l'échelle. Il est également nécessaire d'étalonner la commande du train pour que le conducteur sache quelle est sa vitesse à chaque cran du bouton de commande.

Pour ce premier tableau, je me suis inspiré du formulaire de type Timetable présenté par Jack Burgess pour son Yosemite Valley Railroad. Je l'ai réalisé avec un tableur standard.

Tableau horaire / Timetable (20 Ko)

Les temps indiqués correspondent aux arrêts en gare. Lorsque deux heures sont indiquées pour une même gare (en gras), elles correspondent aux heures d'arrivée et de départ, sinon lorsqu'une seule heure est indiquée, le temps d'arrêt standard est de 3 minutes (le temps de décharger le courrier...).

J'ai pu déjà constater qu'il n'est pas si facile de tenir l'horaire car tout écart est démultiplié par le facteur d'accélération utilisé. Cela m'amène à penser qu'il faudrait maintenant que je réalise des essais avec un facteur 6, comme certains modélistes. Dans tous les reportages que j'ai pu lire sur ce sujet, les modélistes utilisent généralement un facteur de 6, 10 ou 12.

Autre point important, on ressent une certaine dilatation du temps pour tous les mouvements qui doivent être effectués en gare car là on doit réaliser les manoeuvres sur une échelle de temps non accélérée (on ne peut pas déplacer les wagons à toute vitesse) et on constate sur le tableau horaire des durées de une à deux heures pour manoeuvrer seulement quelques wagons.

Dans les semaines et les mois à venir, je vais essayer d'autres horaires avec plus de variété dans les types de relations.

Liste de répartition des wagons (scénario 1)

Liste de répartition des wagons / Switchlist (10 Ko)

Pour un même tableau horaire, il est possible de réaliser plusieurs scénarios en fonction des wagons et des mouvements concernés. J'ai commencé modestement, avec un scénario simple n'incluant que quelques wagons. De plus, ce sont des couverts ou des citernes, donc la gestion de leur chargement n'est pas à faire dans ce scénario.

Il faut prévoir l'organisation des mouvements dans les gares avant de les atteindre. En effet, il faut prévoir l'occupation des voies et la disponibilité de locomotives sur place pour effectuer la livraison des wagons aux embranchements particuliers.

J'utilise une désignation des wagons qui permet de les repérer facilement par leur type et leur couleur. Les lieux d'origine et de destination sont indiqués par les bigrammes des gares, tels qu'indiqués sur le tableau horaire. Les wagons sont triés en fonction de leur lieu de départ.

Pour ce formulaire, je me suis inspiré du formulaire de type Switchlist présenté par Jack Burgess pour son Yosemite Valley Railroad, ainsi que des informations des formulaires proposés par le logiciel Ship It! Car Cards Version 1.0 from Albion Software. Je l'ai réalisé avec un tableur standard.

Dans les semaines et les mois à venir, je vais essayer d'autres scénarios en y ajoutant des mouvements à réaliser dans les gares. Avec mon nouveau système Digital, Je vais essayer de faire évoluer simultanément un train dans chaque sens, ou un train collecteur avec un train régulier.


RETOUR A LA PAGE PRINCIPALE