Fatti

Il Cantone di Vaud, le associazioni regionali e i comuni interessati hanno elaborato il progetto d'agglomerato Losanna-Morges (PALM). Una convenzione è stata firmata il 22 febbraio 2007 e consegnata alla Confederazione. Nel maggio 2008, il Consiglio di Stato vodese ha previsto investimenti comprendenti il tram Renens-Flon e diversi tratti di filobus in sede propria.

Con istanza del 15 marzo 2010, la società Transports publics de la Région lausannoise SA (i TL, società di trasporti) ha chiesto al DETEC una concessione per la costruzione e l'esercizio della linea tranviaria 'Renens-Gare - Lausanne-Flon' (t1). Durante la procedura, i TL hanno chiesto l'integrazione di un nuovo collegamento stradale tra la rue de la Vigie e l'avenue Jules-Gonin (collegamento Vigie-Gonin). Con decisione del 16 settembre 2011, il Consiglio federale ha accordato la concessione n. 5146, valida dal 1° gennaio 2012 al 31 dicembre 2061, imponendo alcune condizioni, in particolare in materia di disboscamento.

Il 22 maggio 2012, i TL hanno sottoposto all'Ufficio federale dei trasporti (UFT) una domanda di approvazione dei piani relativa a tre componenti: il tram t1 (compreso il collegamento Vigie-Gonin), il filobus ad alto livello di servizio (BHNS) 'Prélaz-les-Roses - St-François' e il deposito-officina 'Perrelet'. La procedura ordinaria è stata avviata il 30 maggio 2012. La pubblica inchiesta ha suscitato 126 opposizioni, tra cui quelle di A., B. SA, C. SA, D. Sàrl ed E. Sàrl. Il Cantone di Vaud ha chiesto il ritiro della biblioteca comunale prevista sotto il collegamento Vigie-Gonin, cosa avvenuta nel settembre 2013. Sono seguite diverse modifiche (2013, 2015, 2016), e una conciliazione del 2 giugno 2015 non ha avuto esito.

Con decisione del 7 marzo 2016 (decisione di approvazione, DAP), l'UFT ha approvato il progetto. Si è ritenuto competente ad approvare i piani del collegamento Vigie-Gonin, ha dichiarato irricevibile l'opposizione di A. e ha respinto quelle delle società e Sàrl opponenti.

Il Tribunale amministrativo federale (TAF), con sentenza del 2 febbraio 2018, ha giudicato che i piani del collegamento Vigie-Gonin non erano stati formalmente approvati, non figurando nel dispositivo della decisione e non recando un timbro di approvazione. Ha invece accolto i ricorsi sul disboscamento, ritenendo che l'UFT non fosse competente ad approvarlo (era richiesta una procedura cantonale), e ha annullato le espropriazioni connesse al collegamento stradale. I TL hanno impugnato questa sentenza dinanzi al Tribunale federale.

Questione centrale: il collegamento stradale Vigie-Gonin deve essere qualificato come installazione ferroviaria (art. 18 cpv. 1 Lferr) o come installazione di filobus (art. 11 cpv. 1 LIF), rientrando nella procedura federale unica di approvazione dei piani, oppure rientra nel diritto cantonale?

Diritto

Il Tribunale federale esamina anzitutto se l'UFT fosse competente ad approvare i piani del collegamento Vigie-Gonin in applicazione dell'art. 18 cpv. 1 Lferr, questione che attiene al diritto federale (art. 106 cpv. 1 LTF). Gli impianti destinati esclusivamente o principalmente alla costruzione e all'esercizio di una ferrovia possono essere realizzati solo dopo l'approvazione dei piani da parte dell'autorità federale (art. 18 cpv. 2 e 3 Lferr), tenendo conto del diritto cantonale soltanto nella misura in cui non ostacoli in modo sproporzionato l'impresa (art. 18 cpv. 4 Lferr). Gli impianti accessori, invece, rientrano nel diritto cantonale (art. 18m Lferr). Secondo la giurisprudenza, è determinante il rapporto materiale e spaziale necessario e stretto con l'esercizio ferroviario, e più precisamente lo scopo principale perseguito dall'impianto, e non soltanto l'entità delle modifiche stradali o ferroviarie. Per le costruzioni miste, in linea di principio si applica una procedura unica.

Il Tribunale federale constata che il TAF ha riconosciuto il legame con il progetto ferroviario, ma lo ha ritenuto insufficiente a motivo della distanza (circa 150 m), dell'assenza di collegamento con l'infrastruttura del t1 o del BHNS, dell'apertura dell'opera a tutti gli utenti e della necessità di garantire l'incrocio di Chauderon-Sud. Tale valutazione è contestata e non può essere condivisa.

Quanto al legame materiale, il collegamento Vigie-Gonin è dettato esclusivamente dalla messa in sede propria delle linee di trasporto pubblico, richiesta dalla concessione. Non è controverso che la rete stradale attuale non possa assorbire il trasferimento del traffico individuale motorizzato (TIM) risultante dalla chiusura della rue de Genève e della rue des Terreaux. La realizzazione dell'opera costituisce quindi una misura di accompagnamento necessaria all'elemento principale del progetto, cioè le due linee di trasporto pubblico in sede propria, e non una misura imposta da esigenze stradali. Il carattere stradale dell'opera, utilizzata da tutti gli utenti, non basta a sottrarla al regime ferroviario.

Quanto al legame spaziale, sebbene l'opera si trovi a circa 150 m dal tracciato ferroviario, l'avenue Jules-Gonin è l'asse parallelo più vicino per deviare direttamente il TIM dal…