Je me suis un peu renseigné sur cette ligne et les possibilités de modernisation.
La ligne est actuellement en mauvais état par manque de maintenance, et du coup sur de nombreux tronçons les trains circulent bien moins vite que le profil de la ligne ne le permettrait en théorie: par exemple entre Pau et St Pé de Bigorre la vitesse est actuellement limitée à 80km/h alors que la ligne permet normalement du 100 ou du 120. Entre Bayonne et Mousserolle la vitesse est limitée à... 40km/h pour les mêmes raisons !!
Donc il y aurait déjà un gros boulot de remise en état à faire pour revenir aux vitesses théoriquement possibles:
http://pagesperso-orange.fr/florent.bri ... ayonne.htm
On constate par ailleurs que les seuls tronçons admissibles à 160km/h sont entre Toulouse et Montréjau. Au-delà c'est du 100, 110, 120 (avec quelques courts tronçons à 130 ou 140). Ces limitations proviennent essentiellement des rayons de courbure des virages (un train classique est limité à 120 dans une courbe de 600m de rayon par exemple). Mais il y a aussi des contraintes dues à la signalisation installée sur la voie.
LA solution technique pour aller plus vite sans changer le profil de la voie est le train pendulaire. En théorie une rame automotrice pendulaire (genre Talgo ou ETR 460) peut passer à 155km/h dans une courbe de 600m de rayon avant d'atteindre la limite déraillement, soit un gain de 27% par rapport à une rame tractée normale (122km/h) ou de 15% par rapport à une rame automotrice (135km/h).
Outre le changement de signalisation sur la ligne pour augmenter la vitesse, le pendulaire implique de renforcer les voies pour supporter les efforts latéraux supérieurs (et probablement sur Toulouse-Bayonne de changer les caténaires). Et par dessus tout ça, le pendulaire doit faire face en France à une règlementation défavorable, qui ne lui permet pas d'exploiter tout son potentiel: pour reprendre l'exemple de la courbe de 600m de rayon, la règlementation impose aux pendulaires une vitesse max de 144km/h (au lieu des 155 possibles). Sous des prétexte de confort des passagers, cette règlementation a très probablement une origine de guerre économique : Alsthom ne fabriquait pas de trains pendulaires, donc il fallait décourager leur utilisation en France.
Sur les portions suffisamment droites, pour aller au-delà de 160km/h il faut ensuite supprimer les passages à niveau.