A. Au début des années 2000, le canton de Vaud, les associations régionales et les communes concernées ont élaboré un concept de Projet d'agglomération Lausanne-Morges (ci-après: PALM). Le 22 février 2007, une convention liant le canton de Vaud, les associations régionales et les communes concernées a été signée et remise à la Confédération. Au mois de mai 2008, le Conseil d'Etat vaudois a retenu des investissements comprenant la construction du tram Renens-Flon et de plusieurs tronçons de trolleybus en site propre (en d'autres termes, un site réservé à l'installation de transport concernée, à l'exclusion de tout autre mode de transport). Après avoir été évalué par la Confédération, le PALM (1^re génération) a reçu le soutien financier des Chambres fédérales en 2010.

B. Par acte du 15 mars 2010 adressé à l'Office fédéral des transports (ci-après: OFT), la société des Transports publics de la Région Lausannoise SA (ci-après: les TL ou encore la société de transports) a requis, auprès du Département fédéral de l'environnement, des transports, de l'énergie et de la communication (DETEC), l'octroi d'une concession pour la construction et l'exploitation de l'infrastructure ferroviaire de la ligne de tramway "Renens-Gare - Lausanne-Flon" (ci-après: tramway ou "t1").

En cours de procédure, les TL ont demandé d'intégrer à la concession une nouvelle liaison routière entre la rue de la Vigie et l'avenue Jules-Gonin (ci-après: liaison Vigie-Gonin). Après consultation des autorités fédérales, cantonales et communales, dite liaison routière a été intégrée à la concession.

Par décision du 16 septembre 2011, le Conseil fédéral a octroyé aux TL la concession n^o 5146 pour construire et exploiter la ligne de tramway "Renens-Gare - Lausanne-Flon". Cette concession a pris effet le 1^er janvier 2012; elle est valable jusqu'au 31 décembre 2061.

Le Conseil fédéral a en substance considéré que la demande de concession répondait aux conditions de l'intérêt public et de la couverture des coûts de l'art. 6 al. 1 de la loi fédérale du 20 décembre 1957 sur les chemins de fer (LCdF; RS 742.101). Il a de même estimé qu'aucun intérêt public prépondérant ne s'opposait au projet, notamment en matière d'aménagement du territoire, de protection de l'environnement, de la nature et du paysage ou de coopération en matière de sécurité nationale (art. 6 al. 2 LCdF). Enfin, le Conseil fédéral a imposé certaines conditions à l'octroi de la concession, notamment en matière de défrichement.

C. Le 22 mai 2012, les TL ont soumis à l'OFT une demande d'approbation des plans contenant trois volets. Le premier concernait l'axe du tramway "Renens-Gare - Lausanne-Flon" ("t1"), y compris la requalification de l'avenue du 14-Avril (Renens) et la liaison Vigie-Gonin (Lausanne). Le deuxième volet traitait de l'axe du trolleybus à haut niveau de service "Prélaz-les-Roses - St-François" (ci-après: BHNS). Le troisième volet portait enfin sur le garage atelier du tramway "Perrelet".

Le 30 mai 2012, l'OFT a ouvert une procédure d'approbation des plans (ci-après également: PAP) ordinaire et invité, d'une part, les communes concernées et le canton de Vaud et, d'autre part, les autorités fédérales à se déterminer jusqu'au 30 août 2012. L'OFT a également chargé le canton de procéder à la mise à l'enquête publique pendant 30 jours.

L'enquête publique s'est déroulée du 12 juin au 12 juillet 2012. Elle a suscité 126 oppositions. Au nombre des opposants figurent notamment A., B. SA, C. SA, D. Sàrl et E. Sàrl.

Le 15 novembre 2012, le canton de Vaud a remis à l'OFT ses déterminations ainsi que celles de l'ensemble des services compétents. Ne remettant pas en cause la conformité du projet à son plan directeur cantonal, le canton de Vaud a cependant demandé que la construction de la bibliothèque communale (Maison du livre et du Patrimoine), prévue sous la liaison Vigie-Gonin, soit retirée de la PAP, estimant qu'une telle autorisation ne se justifiait pas sous l'angle de l'art. 18 LCdF. Les TL ont en conséquence été invités, le 19 novembre 2012, à examiner une variante au projet et, le cas échéant, à soumettre une modification de celui-ci à l'OFT.

Le 20 mars 2013, l'OFT a transmis aux TL les préavis fédéraux des 14 juin 2012 (Caisse nationale d'assurances [CNA ou SUVA]), 11 et 17 décembre 2012 (Office fédéral des routes [OFROU]), 21 décembre 2012 (Inspection fédérale des installations à courant fort [ESTI] et Office fédéral de la culture [OFC]), 21 janvier 2013 (Office fédéral de l'environnement [OFEV]) et 12 mars 2013 (Office fédéral du développement territorial [ARE]).

D. Le 25 septembre 2013, la société de transports a demandé une modification du projet en retirant la Maison du livre et du Patrimoine de la procédure d'approbation. Cette modification a fait l'objet d'une enquête publique; A., B. SA, C. SA, D. Sàrl et E. Sàrl ont nouvellement formé opposition. Répétant notamment leur argumentation développée dans leurs observations précédentes du 9 septembre 2013, les opposants contestaient la compétence de l'OFT d'approuver la liaison Vigie-Gonin et le défrichement rendu nécessaire par cet aménagement routier.

Le 7 juillet 2014, les TL ont indiqué à l'OFT envisager une nouvelle modification du projet visant à minimiser l'impact du terminus du tram sur la place de l'Europe. Par envois des 3 et 13 février 2015, les TL ont remis à l'OFT le dossier définitif de la procédure d'approbation des plans complémentaires pour le réaménagement de la place de l'Europe et les reprises dans le secteur Vigie-Gonin. Ces modifications ont été mises à l'enquête publique du 25 février au 27 mars 2015. Le 25 mars 2015, A., B. SA, C. SA, D. Sàrl et E. Sàrl se sont également opposés à cette modification. Le canton de Vaud et ses services ont préavisé favorablement cette demande.

E. Une séance de conciliation s'est déroulée le 2 juin 2015 avec A., B. SA, C. SA, D. Sàrl et E. Sàrl; celle-ci n'a pas abouti à un accord.

Par décision du 7 mars 2016 [ci-après: décision d'approbation ou encore DAP), l'OFT a approuvé le projet des TL du 22 mai 2012, modifié les 25 septembre 2013, 3 février et 20 août 2015 et complété une ultime fois le 4 février 2016.

En substance, et en ce qui concerne la présente cause, l'OFT s'est estimé compétent pour approuver les plans de la liaison Vigie-Gonin. L'office fédéral a déclaré irrecevable l'opposition de A.; il a en outre rejeté les oppositions formées par B. SA, C. SA, D. Sàrl et E. Sàrl. L'OFT a par ailleurs statué sur les autres oppositions encore pendantes.

F. A., B. SA, C. SA, D. Sàrl et E. Sàrl ont recouru contre la décision d'approbation. Une série d'autres opposants ont également saisi le Tribunal administratif fédéral.

Par ordonnance du 27 mai 2016, le Tribunal administratif fédéral a joint les causes.

Le 8 septembre 2017, le Tribunal administratif fédéral s'est déplacé à Lausanne (place de l'Europe et quartier du Flon) pour procéder à une inspection locale en présence notamment de A., B. SA, C. SA, D. Sàrl et E. Sàrl.

Par arrêt du 2 février 2018, en ce qui concerne la présente cause, le tribunal a déclaré sans objet les recours de A., B. SA, C. SA, D. Sàrl et E. Sàrl en tant qu'ils portaient sur l'incompétence de l'OFT pour approuver la liaison routière Vigie-Gonin; à cet égard, l'instance précédente a considéré que les plans relatifs à cette liaison n'avaient pas été formellement approuvés, faute, notamment, d'apparaître dans le dispositif de la décision de l'OFT et de revêtir un tampon d'approbation. En revanche, en tant qu'ils traitaient de l'approbation par l'office fédéral du défrichement forestier nécessaire à cette liaison routière, lesdits recours ont été admis et la décision d'approbation partiellement annulée. L'instance précédente a en particulier jugé que l'OFT n'était pas compétent pour approuver ce défrichement, celui-ci devant faire l'objet d'une procédure cantonale; il a également annulé les expropriations prononcées en lien avec la réalisation de la liaison routière Vigie-Gonin.

Par ce même arrêt du 2 février 2018, le Tribunal administratif fédéral a rejeté les autres recours dont il était saisi.

G. La société des Transports publics de la Région Lausannoise SA a déféré cet arrêt à l'autorité de céans, qui a admis son recours en matière de droit public, lors de sa séance publique du 8 mai 2019.

(résumé)

4. Dès lors que la liaison routière Vigie-Gonin est englobée dans la décision d'approbation du 7 mars 2016 (cf. consid. 3 non publié), il convient, à ce stade, d'examiner si l'OFT était compétent pour en approuver les plans en application de l'art. 18 al. 1 LCdF. Le Tribunal fédéral procédera à cette analyse, qui relève de l'application du droit fédéral (art. 106 al. 1 LTF); l'instance précédente a par ailleurs formellement statué sur ce point - essentiellement en lien, il est vrai, avec le défrichement -, bien qu'elle ait préalablement jugé que la PAP n'englobait pas cet ouvrage.

Devant le Tribunal fédéral et en substance, la société de transports recourante soutient que cette mesure routière servirait principalement à l'exploitation du projet ferroviaire, au sens de l'art. 18 al. 1 LCdF (et du trolleybus à haut niveau de service; cf. art. 11 al. 1 de la loi fédérale du 29 mars 1950 sur les entreprises de trolleybus [LTro; RS 744.21], dont la teneur est voisine de celle de l'art. 18 al. 1 LCdF), celle-ci visant à absorber le trafic individuel motorisé (ci-après: TIM) exclu de la rue de Genève et de l'axe Chauderon - St-François, fermés au trafic par la mise en sites propres des voies de transports projetées.

En réponse au recours, A. et consorts contestent ce dernier point de vue. Selon eux, il n'existerait ni lien fonctionnel ni lien géographique entre la rampe routière litigieuse et le projet de tramway; le Tribunal administratif fédéral aurait ainsi à bon droit nié la compétence de l'OFT pour approuver cet ouvrage.

Quant à l'OFT, il soutient en premier lieu que le retrait du viaduc Vigie-Gonin remettrait en question la nature même du projet de transports publics, à savoir une amélioration de l'accessibilité du centre-ville. L'office fédéral relève ensuite que le projet approuvé par l'instance précédente ne correspond ainsi plus à celui mis à l'enquête ni aux variantes examinées en cours d'instruction. L'OFT maintient que cet ouvrage routier vise à endiguer l'augmentation du TIM générée par la fermeture d'axes routiers existants pour les besoins du "t1" et du BHNS, augmentation que le réseau existant n'est pas en mesure d'absorber. L'avenue Jules-Gonin serait enfin le tronçon routier le plus proche pour rediriger le TIM directement depuis la portion de route réservée au tramway.

4.1 Aux termes de l'art. 18 al. 1 LCdF, les constructions et installations servant exclusivement ou principalement à la construction et à l'exploitation d'un chemin de fer (installations ferroviaires) ne peuvent être établies ou modifiées que si les plans du projet ont été approuvés par l'autorité compétente, à savoir l'OFT (cf. art. 18 al. 2 LCdF; avant le 1^er janvier 2016 également le DETEC s'agissant de grands projets; à ce sujet cf. Message du 4 septembre 2013 relatif à la modification du droit des entreprises de transport routier et du droit pénal des transports, FF 2013 6466 ch. 2.4). L'approbation des plans couvre toutes les autorisations requises par le droit fédéral (art. 18 al. 3 LCdF). Aucune autorisation ni aucun plan relevant du droit cantonal ne sont requis; le droit cantonal est pris en compte dans la mesure où il n'entrave pas de manière disproportionnée l'accomplissement des tâches de l'entreprise ferroviaire (art. 18 al. 4 LCdF). Par opposition, l'établissement et la modification de constructions ou d'installations ne servant pas exclusivement ou principalement à l'exploitation ferroviaire (installations annexes) sont régis par le droit cantonal; l'accord de l'entreprise ferroviaire ou la consultation de l'OFT sont toutefois nécessaires dans certains cas (art. 18m al. 1 et 2 LCdF).

Selon la jurisprudence, est considéré comme une installation servant exclusivement ou principalement le chemin de fer le projet qui présente, d'un point de vue matériel et spatial, un rapport nécessaire et étroit avec l'exploitation ferroviaire (ATF 127 II 227 consid. 4 p. 234; ATF 111 Ib 38 consid. 6c p. 44; arrêt 1C_32/2017 du 6 mars 2018 consid. 6.1). Servent toutefois simultanément l'exploitation ferroviaire et la circulation routière notamment les carrefours entre rail et route; il s'agit de constructions mixtes qui contiennent régulièrement des éléments en lien avec l'exploitation ferroviaire et d'autres étrangers à ce domaine. En principe, une procédure unique d'approbation doit être suivie (cf. ATF 127 II 227 consid. 4a p. 234; ATF 122 II 265 consid. 3 p. 269; arrêt 1C_463/2010 du 24 janvier 2011 consid. 2.2, in RtiD 2011 II p. 228). Selon l'objectif principal poursuivi par l'installation en cause, celle-ci devra faire l'objet d'une procédure d'approbation relevant du droit ferroviaire ou, au contraire, être autorisée par le biais de la procédure cantonale applicable (cf. ATF 127 II 227 consid. 4 p. 234 s.). Dans ce cadre, il ne s'agit pas seulement de se fonder sur l'ampleur des modifications projetées, sur le plan respectivement routier ou ferroviaire, mais essentiellement sur l'objectif principal poursuivi par le projet; en d'autres termes, il convient, dans chaque cas particulier, de déterminer si la construction ou l'installation répond au premier chef aux besoins de l'exploitation ferroviaire ou à ceux de la circulation routière (cf. ATF 127 II 227 consid. 5 p. 236 s.; arrêts 1C_32/2017 précité consid. 6.1; 1C_463/2010 du 24 janvier 2011 consid. 2.2, in RtiD 2011 II p. 228 et les arrêts cités; 1A.117/ 2003 du 31 octobre 2003 consid. 2.3, in ZBl 105/2004 p. 497).

4.2 L'instance précédente a reconnu que pour parvenir à des cadences d'exploitation suffisantes, le "t1" devait être mis en site propre, ce qui requerrait la fermeture de la rue de Genève au trafic. Elle a également constaté que la liaison routière Vigie-Gonin visait à absorber le report du TIM entraîné par cette fermeture. Le tribunal en a tout d'abord déduit que cet ouvrage présentait indubitablement un lien avec le projet ferroviaire. Dans un deuxième temps, il a cependant estimé que ce lien n'était pas suffisant pour inclure le viaduc dans la procédure d'approbation ferroviaire au sens des art. 18 ss LCdF. D'un point de vue spatial, l'instance précédente a émis des doutes quant à l'existence d'un rapport étroit, la liaison Vigie-Gonin étant éloignée d'environ 150 m du tracé ferroviaire et nullement reliée à l'infrastructure du "t1" ou du BHNS. Sur le plan matériel, pour exclure l'existence d'un tel lien, le tribunal s'est essentiellement fondé sur le fait que l'ouvrage litigieux ne servira pas exclusivement à absorber le report du TIM émanant des axes fermés à la circulation: l'utilisation de la rampe sera en effet ouverte à tout citoyen, qu'il s'agisse de conducteurs de véhicules à moteur, de cyclistes ou encore de piétons (cf. Convention d'utilisation du viaduc Vigie-Gonin TW-J-1.1, p. 4). Il a également relevé que le fonctionnement du carrefour de Chauderon-Sud ne pouvait être garanti sans cette liaison. Le Tribunal administratif fédéral en a conclu que le trait prédominant du viaduc était ainsi de servir les besoins de la circulation routière. L'instance précédente a partant jugé que l'OFT n'était pas compétent pour approuver les plans du viaduc Vigie-Gonin. Dans le prolongement de cette première conclusion, le tribunal a - en toute logique - estimé que l'approbation des plans du défrichement et des expropriations nécessaires à la réalisation de cet ouvrage routier ne devait pas non plus être englobée dans la procédure fédérale d'approbation.

4.3.1 Il faut certes concéder à l'instance précédente que le viaduc Vigie-Gonin présente des aspects routiers indéniables, celui-ci pouvant être emprunté indistinctement par l'ensemble des usagers du réseau routier. Il n'en demeure pas moins que la réalisation de cette liaison est exclusivement dictée par la mise en sites propres des lignes de transports en commun projetées. Comme le souligne l'OFT dans sa décision d'approbation (cf. DAP, ch. 1.2 p. 15), la mise en site propre constitue une exigence fixée par la concession octroyée aux TL (cf. décision du Conseil fédéral du 16 septembre 2011 p. 8 s.). Or, à la lumière du dossier, il apparaît - ce qui n'est pas discuté - que le réseau routier actuel n'est pas en mesure d'absorber de manière satisfaisante le report du TIM entraîné par la fermeture des axes dédiés aux "t1" et au BHNS (rue de Genève et rue des Terreaux), entraînant un risque de saturation en particulier au niveau du carrefour de Chauderon-Sud (cf. rapport accessibilité 081+04, p. 22 s.; note DRPJ-NO-116 du 21 juillet 2014 sur l'accessibilité au centre-ville de Lausanne: analyses trafic sans la liaison Vigie-Gonin, de variantes d'aménagement et du gabarit de cette liaison routière, p. 7; observations de l'OFT du 24 avril 2018 p. 2; voir également consid. 2.2 non publié). Or, la réalisation de la rampe Vigie-Gonin constitue l'une des mesures routières d'accompagnement préconisées pour assurer le maintien - en phase d'exploitation du "t1" et du BHNS - d'un fonctionnement satisfaisant du réseau existant. Ainsi, en tant qu'il constitue une réponse aux inconvénients générés par la mise en sites propres des axes réservés au "t1" ainsi qu'au BHNS, le viaduc Vigie-Gonin présente un lien étroit avec le projet ferroviaire au sens de l'art. 18 al. 1 LCdF. Cela est d'autant plus vrai que, dans la situation présente, le réseau routier existant (en particulier les axes et carrefour concernés par le report du TIM) permet de gérer les charges de trafic actuelles (cf. note DRPJ-NO-116 précitée, p. 7). La réalisation du viaduc n'apparaît ainsi pas comme une mesure directement imposée par des impératifs routiers, mais comme une mesure nécessaire à la réalisation de l'élément principal du projet, à savoir la création de deux lignes de transports publics en sites propres (cf. ATF 127 II 227 consid. 5 p. 236 s.; arrêt 1C_32/2017 du 6 mars 2018 consid. 6.3.1).

4.3.2 La liaison litigieuse présente par ailleurs un lien spatial avec le projet ferroviaire. Il est certes établi que celle-ci sera localisée à 150 m du tracé ferroviaire. Néanmoins, comme le souligne l'OFT, il n'y a pas d'axe "plus proche que l'avenue Jules Gonin pour rediriger le TIM directement depuis le tronçon de route qui sera réservé au "t1"". Il apparaît en effet, à la lumière des plans versés au dossier, que cette avenue constitue un axe routier parallèle à la rue de Genève et à la rue des Terreaux, toutes deux fermées au TIM pour les besoins du projet. Ces trois axes, de même que le viaduc litigieux, ainsi que les tronçons routiers et le carrefour soulagés par la réalisation de cet ouvrage, s'inscrivent au demeurant dans un périmètre restreint du centre-ville de Lausanne et présentent ainsi un lien de proximité évident. Au regard de la localisation de ces différents éléments du projet, force est de reconnaître que le viaduc Vigie-Gonin aura pour vocation première d'accueillir le TIM déplacé par la fermeture des rues de Genève et des Terreaux. Les axes fermés à la circulation étant des routes publiques, il n'est du reste guère pertinent de tirer argument - comme le fait l'instance précédente - de la possible utilisation de cette rampe par tout usager du réseau routier, pour en exclure tout caractère ferroviaire.

4.3.3 Pour des motifs liés à la coordination, il s'impose enfin également de soumettre l'ensemble du projet, y compris la liaison Vigie-Gonin, à une procédure d'approbation unique. En effet, il apparaît qu'en l'état actuel du projet la suppression de cette liaison conduirait à une saturation du réseau routier (cf. consid. 4.3.1). Le projet ferroviaire ne saurait partant être approuvé - comme l'a pourtant fait le Tribunal administratif fédéral - sans également inclure, dans l'examen, les mérites et inconvénients de cette mesure d'accompagnement. A défaut, on court le risque non seulement d'alourdir inutilement le processus d'approbation, mais également - et surtout - d'aboutir, selon le résultat de procédure routière cantonale, à des décisions inconciliables, ce que le législateur a précisément entendu éviter en adoptant les art. 18 ss LCdF (ainsi que l'art. 11 LTro; cf. Message du 25 février 1998 relatif à la loi fédérale sur la coordination et la simplification des procédures d'approbation des plans, FF 1998 2227; voir également art. 25a LAT [RS 700]; arrêt 1C_32/2017 du 6 mars 2018 consid. 6.3.3). Une telle concentration des procédures se justifie en outre particulièrement dans le cadre de projets d'envergure (simplification et accélération des procédures d'approbation des "grands projets d'équipement", cf. Message, FF 1998 2224) - à l'instar du projet litigieux - qui soulèvent de nombreuses problématiques tant techniques qu'environnementales, et mettent en présence de nombreux intérêts privés et publics divergents.

4.4 En définitive, à la lumière de l'agencement du projet soumis à l'OFT par les TL, l'instance précédente a violé le droit fédéral en excluant de la PAP la mesure d'accompagnement Vigie-Gonin; le grief est admis. Il s'ensuit que c'est également à tort que le Tribunal administratif fédéral a exclu de son examen les problématiques liées au défrichement et aux expropriations nécessaires à la réalisation de cet ouvrage. Pour ces motifs, l'arrêt attaqué doit être annulé et la cause renvoyée à l'instance précédente afin qu'elle procède à l'examen du projet tel qu'approuvé par l'OFT, en d'autres termes, en incluant dans son analyse l'ensemble des aspects liés à la réalisation de la liaison Vigie-Gonin et le traitement des griefs dirigés contre cet ouvrage. Si les inquiétudes affichées par la société de transports recourante en lien avec le retard engendré par un tel renvoi sont compréhensibles, le Tribunal fédéral ne saurait cependant statuer sur la base du projet incomplet approuvé par l'instance précédente (art. 107 al. 2 LTF; cf. BERNARD CORBOZ, Commentaire de la LTF, 2^e éd. 2014, n^os 10 ss ad art. 107 LTF).