Interpellé dans un train à Toulon (sud), l'homme s'est présenté comme un Camerounais de 32 ans faisant l'objet d'une obligation de quitter le territoire français (OQTF).

Il est soupçonné du meurtre d'un sans-abri moldave à Lyon (centre) lundi.

Il est également soupçonné d'avoir commis des homicides "avec le même mode opératoire" à Evry, près de Paris, Dijon (est de la France) et Strasbourg, ainsi que d'une tentative de meurtre à Rotterdam aux Pays-Bas, selon une autre source policière.

Selon une autre source, le meurtrier présumé, dont les crimes s'étalent sur les dernières semaines, ne s'en prenait qu'à des personnes sans-abri.

Les forces de l'ordre françaises ont coopéré avec celles de Rotterdam, où un sans-abri a été violemment agressé dans la nuit du 4 au 5 novembre.

L'homme a été arrêté mardi soir par la police ferroviaire française en gare de Toulon après l'agression d'une jeune femme à bord d'un train.

"Après vérification sur le fichier des personnes recherchées, ils se sont rendus compte qu'il faisait l'objet d'un mandat d'arrêt émis par une juge d'instruction d'Evry", a précisé à l'AFP le procureur de Toulon Samuel Finielz.

"L'homme a été placé en rétention et les mesures seront prises pour qu'il soit transféré vers le juge d'instruction mandant", soit vers Evry, a-t-il ajouté, sans donner plus de détail.

Des analyses, notamment d'ADN, sont désormais en cours, pour déterminer s'il est bien l'auteur des crimes dont il est soupçonné, selon une autre source judiciaire.

Lundi matin, un sans-abri de nationalité moldave avait été découvert mort à Lyon avec une large plaie à la tête, un parpaing ensanglanté à côté de lui.

Une caméra de vidéosurveillance avait filmé un homme en train de lui porter des coups à la tête. Une enquête pour assassinat avait été ouverte.

Dans la nuit du 4 au 5 novembre, un SDF avait été attaqué de la même manière à Rotterdam. La scène avait elle aussi été filmée.

Dans un avis de recherche, publié sur internet, la police néerlandaise avait diffusé une image d'un homme à la peau sombre, âgé d'une trentaine d'année, portant un imperméable noir, un pantalon bleu et des chaussures à lacet orange. "Cet homme a grièvement blessé un sans-abri cette semaine avec une grosse tuile", avait-elle écrit.

Il avait ensuite été localisé à bord d'un train international en direction de la Belgique.

Après l'arrestation de Toulon, la police néerlandaise a précisé "enquêter pour savoir s'il s'agit du suspect lié à l'attaque de Rotterdam". "A ce stade, nous ne pouvons pas le confirmer", a déclaré sa porte-parole Janine Tuinfort à l'AFP.