PROJET SARI - PREDIT 3

Surveillance Automatisée de la Route pour l’Information des conducteurs et des gestionnaires

Thème 3 : IRCAD

Mise en place et suivi des systèmes d’information

– Equipements mis en œuvre sur les sites expérimentaux

Livrable 3.3.2

RCADPREDIT SARI

RCADPREDIT SARIPREDIT SARI

Référence : SARI_IRCAD_LCPC_09_3.32_v1revise.doc

Date : 05/06/2009 Version : v1 Partenaire(s) : LCPC

Auteur(s) : Minh-Tan DO

Thème : 3 (IRCAD) – 2ème tranche Diffusion : Partenaires SARI Financement : DRI - Direction de la Recherche et de

l’Innovation

Responsable : Minh-Tan DO

PROJET SARI - PREDIT 3

Surveillance Automatisée de la Route pour l’Information des conducteurs et des gestionnaires

3

TABLE DES MATIERES

1 Introduction ....................................... ................................................................. 1

2 Contexte des expérimentations...................... .................................................. 1

2.1 Objectifs .......................................... ....................................................................................... 1

2.2 Démarche ........................................... .................................................................................... 1

2.3 Sites expérimentaux................................ .............................................................................. 3

2.4 Equipements requis ................................. ............................................................................. 5

2.5 Fonction de risque................................. ................................................................................ 6

3 Installation des équipements....................... ..................................................... 8

4 Conclusions ........................................ ............................................................. 13

5 Références bibliographiques........................ .................................................. 13

1

1 Introduction Le projet IRCAD vise à proposer aux gestionnaires des systèmes d’information permettant d’attirer l’attention des conducteurs sur des risques de glissance lorsque les conditions atmosphériques sont dégradées. Des expérimentations sont prévues avec ces systèmes d’information sur des routes circulées afin d’évaluer l’efficacité des informations transmises aux conducteurs depuis le bord de la route. Une subvention de la DSCR (notification n° 000 1946 datant du 12 décembre 2006 et complété par un avenant datant du 27 juillet 2007) a permis de mettre en œuvre ces expérimentations en équipant les deux sites d’IRCAD d’instruments mesurant des conditions de trafic et de météorologie, et délivrant des messages d’alerte.

Le livrable 3.3 est dédié à la restitution de la mise en œuvre des expérimentations d’IRCAD. Un premier volet [1] est déjà produit sur le choix des sites. Ce rapport, intitulé livrable 3.3.2, constitue le deuxième volet. Il présente des travaux liés à l’installation des instruments de mesure. La présentation des données et leur exploitation sont traitées dans le livrable 4.1 [2].

2 Contexte des expérimentations

2.1 Objectifs

Une dégradation des conditions atmosphériques peut avoir des conséquences dramatiques sur la sécurité des conducteurs. En effet, le contrôle d’un véhicule peut être rendu difficile, voire impossible, lorsque la chaussée est glissante et/ou lorsque le véhicule est soumis à un fort vent latéral. Le risque de sortie de route est d’autant plus important que le conducteur est surpris par des sollicitations subies sur une route habituellement sans-risque. L’un des objectifs de SARI, via la conduite du projet IRCAD, est donc d’informer les conducteurs de l’apparition des zones dangereuses sur leur itinéraire par temps pluvieux et venteux. Il s’agit d’une part de disposer d’outils d’évaluation de risques en fonction des données météorologiques, et d’autre part de proposer des systèmes d’information sur les risques encourus, qui seront installés en bord de route.

Des routes départementales sont choisies, en concertation avec le Conseil Général des Côtes d’Armor, comme lieux d’expérimentations. L’objectif de ces expérimentations est :

1. de recueillir des données permettant de caractériser les itinéraires, et d’évaluer la pertinence des modèles ou méthodes déjà validés sur pistes ;

2. de déployer des systèmes d’information et évaluer leur efficacité.

2.2 Démarche

La démarche d’évaluation de risques menée dans le projet IRCAD est illustrée dans la Figure 1.

2

Courbure

Dévers

Hauteur

d’eau

Texture revêtement

Adhérence disponible

min (V1, V2) =

Vitesse de

passage

Météorologie

Géométrie

Distance

de

visibilité

V1

V2

Courbure

Dévers

Hauteur

d’eau

Texture revêtement

Adhérence disponible

min (V1, V2) =

Vitesse de

passage

Météorologie

Géométrie

Distance

de

visibilité

V1

V2

Figure 1. Démarche d’IRCAD

A l’aide d’instruments statiques et dynamiques, on cherche à recueillir les données suivantes sur les sites :

- la géométrie (tracé, pentes, rayons, etc.) et l’état du revêtement de chaussée (adhérence notamment) ;

- le trafic et les vitesses pratiquées ;

- des données météorologiques.

Les deux derniers types de données sont utilisés également pour évaluer en temps réel le risque encouru par les conducteurs et déclencher éventuellement une alerte. Pour le déploiement du système d’information, un schéma de déploiement en quatre phases successives est envisagé :

- Phase 1 : une phase d’évaluation de l’existant ;

- Phase 2 : une alerte générale déclenchée par un état critique de la chaussée propice à la perte de contrôle

- Phase 3 : une alerte individuelle non ciblée déclenchée par une vitesse d’approche excessive, cette phase étant déployée rapidement après la validation de la génération d’une alerte générale

- Phase 4 : une alerte individuelle ciblée.

Le même système d’information sera donc utilisé sous différentes configurations. L’objectif est de proposer à la fin de SARI le schéma de déploiement le plus approprié. Pour chaque scénario, une alerte est déclenchée lorsque l’adhérence est dégradée et la vitesse du véhicule à l’approche n’est pas compatible. On considère que l’adhérence est « dégradée » lorsque l’eau est présente sur la chaussée. La vitesse « limite » est déterminée en combinant l’information sur la hauteur d’eau et un modèle décrivant la variation de l’adhérence avec le couple (mouillage, vitesse).

La prévision d’un état de mouillage est une tâche essentielle dans la démarche annoncée. Un modèle est développé au LCPC afin de calculer la hauteur d’eau sur la chaussée en fonction des données météorologiques (pluviométrie, température de surface, vent, etc.) et

3

de la macrotexture du revêtement de chaussée. Le modèle est actuellement validé au travers d’essais sur piste. Le passage sur des routes réelles pose de nombreuses incertitudes liées :

- à la distance entre la station de météorologie et l’itinéraire ;

- à la présence d’ombres, qui peuvent influer sur la température de surface, donc sur le temps de séchage ;

- etc.

L’estimation d’un état de mouillage par modèle est donc encore prématurée. Il est nécessaire de mesurer directement les hauteurs d’eau présentes sur la chaussée à l’aide d’un capteur dédié. Cette approche présente un double avantage :

- elle permet de lancer des expérimentations avec les systèmes d’information ;

- elle fournit des données de validation au modèle météorologie-mouillage.

Le capteur de hauteur d’eau sera connecté au système de contrôle/commande des Panneaux à Messages Variables (PMV) constituant le système d’information. Dans la phase 2, l’alerte est déclenchée dès que le capteur indique une présence d’eau sur la chaussée. Dans les phases 3 et 4, non seulement la présence d’eau mais aussi son épaisseur seront utilisées par le système de contrôle/commande pour décider de lancer ou non une alerte.

2.3 Sites expérimentaux

Notre approche est expérimentée sur deux itinéraires routiers situés dans le département des Côtes d’Armor (22). Il s’agit de deux tronçons de la RD 786 limités respectivement :

- par les communes de Binic et Saint Quay Portrieux (PR 27 à 29, Figure 2), le site étant désigné dans la suite par « site d’Etables » ;

- par les communes de Lannion et Saint Michel en Grève (PR 68 à 70, Figure 3), le site étant désigné dans la suite par « site de Saint Michel ».

4

Figure 2. Itinéraire du site d’Etables

Figure 3. Itinéraire du site de Saint Michel

Ces deux sites font partie d’un ensemble de 7 itinéraires présélectionnés par le LR de St Brieuc [3] pour tester des systèmes de diagnostic et d’information dans le cadre de SARI. Les critères de sélection sont basés principalement sur le niveau de risque donné par le logiciel ALERTINFRA [4] et des données d’accidentologie. Les deux sites retenus pour le projet IRCAD ont répondu en plus à d’autres critères liés au mouillage de la chaussée (collecte et rétention d’eau, valeurs d’adhérence en présence d’eau). Le tableau de la Figure 4, extrait de la référence [1], résume les caractéristiques justifiant le choix de ces sites.

5

CRITERES DE CLASSEMENT D'UN ITINERAIRE ROUTIER / PA R SITE AVEC CRITERES PONDERES

Peu significatif Moyen CritiquePoids critère Note

0 1 2 3 4 5 1,0-1,5-2,0pondérée

1 niveau du trafic total 1 0

2 niveau du trafic PL 1 0

3 accidentologie avérée (ou supposée) 1 0

4 caractéristiques géométriques / temps visibilité 1 0

5 Pertinence/implantation signalisation horizontale 1 0

6 Usure de la signalisation horizontale 1 0

7 Pertinence/implantation signalisation verticale 1 0

8 Vétusté de la signalisation verticale 1 0

9 Vitesses de circulation sur l’itinéraire 1 0

10 rupture physique de l’itinéraire 1 0

11 conditions météorologiques défavorables (pluie) 1 0

12 conditions météorologiques défavorables (vent) 1 0

13 conditions de mouillage de la chaussée défavorables 1 014 o rétention d’eau par orniérage 1 0

15 o rétention d’eau par cuvette 1 0

16 o mauvais séchage zones ombragées 1 0

17 o collecte d’eau par voie adjacente 1 0

18 o collecte d’eau par mauvais fossés 1 0

19 o collecte d’eau par accottement non dérasé 1 0

20 o collecte d’eau par changement de dévers 1 0

21 Glissance des chaussées (de faible à fort) 1 0

22 Notation globale ALERTINFRA 1 022 0

0,00

Notation de 1 à 5

Critère

Figure 4. Critères de choix des sites expérimentaux d’IRCAD

Le site d’Etables présente deux grandes virages dont le rayon de courbure se réduit ponctuellement à 128 m. La macrotexture du revêtement est d’un bon niveau (valeurs de profondeur de texture estimée « PTE » [5] partout supérieures à 0,70 mm) mais l’adhérence n’est pas élevée avec des valeurs de coefficient de frottement transversal « CFT » [5] fréquemment inférieures à 0,40. Le site de St Michel présente un virage de très faible rayon de courbure (valeur mini 64 m). La macrotexture du revêtement présente des valeurs très variables (PTE de 0,55 à 1,42 mm) et un CFT atteignant des valeurs de 0,30 dans le virage.

2.4 Equipements requis

Les équipements installés sur les sites expérimentaux ont pour objectifs :

1. de fournir des données d’entrée nécessaires à un diagnostic de l’état d’adhérence de l’itinéraire ;

2. de communiquer aux conducteurs des informations leur incitant, en cas de risque de sortie de route, à modifier leur conduite ;

3. d’évaluer l’apport de l’information en termes de vitesses pratiquées ;

4. de fournir des données nécessaires à la validation des modèles.

On distingue trois lots d’équipements statiques :

- Lot 1 : il s’agit d’équipements nécessaires à la mesure des vitesses pratiquées et du trafic ;

- Lot 2 : il s’agit d’équipements nécessaires à la mesure des conditions météorologiques et des hauteurs d’eau sur la chaussée;

- Lot 3 : il s’agit d’équipements formant le système d’information.

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2.5 Fonction de risque

Ce travail, non identifié au lancement du projet, est un élément essentiel pour la phase d’expérimentation sur route. La fonction de risque constitue en effet le lien entre les données d’entrée (géométrie, adhérence, météorologie) et l’information communiquée aux conducteurs.

Le CETE Normandie-Centre, responsable du travail, a développé un système permettant de lire les informations provenant des appareils (Figure 5a) : VANI (géométrie, adhérence), VAISALA (hauteurs d’eau), stations de météorologie, et de déclencher, selon des critères définis par la fonction de risque (Figure 5b), des panneaux à messages variables (Figure 5c).

a)

<numéro>

I. Vision schématique du rôle du système de

contrôle/commande

a. Les capteurs et l'IHM G303

Radar Sférielvitesse

Capteur VAISALA

hauteur d'eau

envoi continu : 6 min

envoi à chaque détection

Interface Homme Machine(IHM) G303, RED LION

� acquisition des trames de données issues des

capteurs,� sélection des mesures,� visualisation des mesures

en temps réel,� intégration de la fonction

de risque.

RS232

RS485

7

b)

<numéro>

I. Vision schématique du rôle du système de contrôle/commande

b. L'IHM G303 et le DataLogger

Interface Homme Machine(IHM) G303, RED LION

� acquisition des trames de données issues des

capteurs,� sélection des mesures,� visualisation des mesures

en temps réel,� intégration de la fonction

de risque.

DataLogger IDL101, Gantner

� lecture des valeurs numériques de vitesse et de

hauteur d'eau,� comparaison binaire et

numérique,� écriture des valeurs d'état binaire de fonctionnement

des PMVs,� Horodatage et sauvegarde.

Bus RS485

c)

<numéro>

I. Vision schématique du rôle du système de contrôle/commande

b. Le DataLogger, le modem GSM et les PMVs

DataLogger IDL101, Gantner

� supervision et commande des PMVs, plots lumineux,� alertes par SMS,� communication à distance,� transfert des données à

distance.

Panneaux à Messages Variables( PMVs), Optifib

commande d'allumage/extinction

énergie : 0 ou 1message affiché : 0 ou 1

message neutre : 0 ou 1module dégradé : 0 ou 1

Modem GSM, siemens

Figure 5. Schéma de fonctionnement du système de contrôle/commande d’IRCAD (source : CETE Normandie-Centre)

Les données de VANI sont stockées dans le système et mises à jour lors d’un nouveau passage de VANI sur les sites. Les données de météorologie et de hauteur d’eau sont enregistrées et traitées en temps réel car elles influent sur l’adhérence disponible.

Dans le scénario 1, basé sur un changement d’état de surface sec/mouillé, la présence d’eau sur la chaussée déclenche une alerte. Dans le scénario 2, basé sur une adhérence insuffisante et une vitesse élevée, la présence d’eau sur la chaussée et une comparaison

8

entre la vitesse d’approche et la vitesse de passage, adaptée aux conditions d’adhérence, permettent de déclencher une alerte.

3 Installation des équipements Pour répondre au premier objectif de déploiement (voir § 2.4), une station de météorologie est implantée sur chaque site. Les stations se trouvent dans à 3-4 km des sections expérimentales.

Pour répondre au deuxième objectif, des panneaux à messages variables (PMV) ont été choisis comme moyen d’information. L’implantation de ce type de signalisation doit compléter des signalisations fixes existantes. De plus, l’espacement entre diverses signalisations doit être conforme aux règles de l’art. Le SETRA a été consulté à cet effet. Sur le site d’Etables, deux PMV ont été déployés : un avec le message « Rappel » destiné aux alertes sur l’état d’adhérence de la chaussée, un avec le message « Ralentir », complétant le premier PMV, destiné aux alertes sur la vitesse d’approche. Sur le site de Saint Michel, un seul PMV est déployé : il affiche en alternance les deux messages « Rappel » et « Ralentir ». Outre les PMV, on doit citer aussi des systèmes de contrôle/commande (un par site) développés par le CETE Normandie-Centre. A noter que des plots clignotants font également partie du système d’information. Cependant, dû à leur caractère innovant, il a été demandé de tester ces plots en site fermé, en l’occurrence au LCPC de Nantes.

Pour répondre au troisième objectif, des boucles électromagnétiques ont été noyées dans la chaussée pour mesurer les vitesses pratiquées. Chaque boucle est accompagnée d’un système permettant d’analyser finement les mesures de vitesses. Trois boucles sont implémentées par site : leur localisation permet de voir l’évolution de la vitesse pratiquée avant/après la zone à risque et avant/après la perception des messages d’alerte.

Pour répondre au quatrième objectif, un capteur permettant la mesure de hauteurs d’eau sur la chaussée est implantée sur chaque site. Ces capteurs, non prévus initialement, permettent d’une part de valider le modèle météorologie-mouillage développé au LCPC permettant notamment de prédire la période de séchage après une pluie, propice aux accidents, et d’autre part, de lancer rapidement les scénarii d’alerte. En effet, une présence d’eau signalée par le capteur suffit à déclencher le message « Rappel » au niveau des PMV.

Le schéma d’implantation des équipements listés ci-dessus est montré dans les Figure 6 et Figure 7 pour les sites d’Etables et de Saint Michel respectivement.

9

V1V1 V2V2 V3 V3

Figure 6. Schéma d’implantation des équipements du site d’Etables (V1, V2 et V3 indiquent l’emplacement des boucles de mesure de vitesses)

V1V1 V2V2 V3V3

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Figure 7. Schéma d’implantation des équipements du site de Saint Michel (V1, V2 et V3 indiquent l’emplacement des boucles de mesure de vitesses)

La localisation des équipements par rapport à l’itinéraire étudié est montrée dans les Figure 8 et Figure 9. A noter que sur le site d’Etables, une deuxième station de météorologie appartenant au LCPC est installée au bord de la route. Il s’agit d’une option permettant d’évaluer l’influence de la distance sur l’exactitude des informations de météorologie recueillies.

PMV « rappel »& PMV « ralentir »

Capteur de hauteurs d’eau & station météo locale

Station météo

Itinéraire étudié

PMV « rappel »& PMV « ralentir »

Capteur de hauteurs d’eau & station météo locale

Station météo

Itinéraire étudié

Figure 8. Implantation des équipements sur le site d’Etables

Station météo

PMV « rappel » & « ralentir »

Capteur de hauteurs d’eau

Itinéraire étudié

Station météo

PMV « rappel » & « ralentir »

Capteur de hauteurs d’eau

Itinéraire étudié

Figure 9. Implantation des équipements sur le site de « Saint Michel »

La photo de la Figure 10 (exemple du site d’Etables) montre une vue d’ensemble des équipements depuis la route.

11

Figure 10. Equipements du site d’Etables

L’achat des équipements a nécessité une subvention de la DSCR pour un montant global de 145 673 euros TTC. A noter que le Conseil Général des Côtes d’Armor a financé l’achat des boucles électromagnétiques et tous les travaux de génie civil.

Les équipements envisagés sont listés dans le Tableau 1 ; le lot 1, ne rentrant pas dans la subvention de la DSCR, est indiqué à titre d’information. Les équipements réellement acquis sont listés dans le Tableau 2.

Tableau 1. Equipements envisagés pour des expérimentations IRCAD

Lot d’équipements Désignation de l’équipement Quantité

Tube pneumatique 1

Boucle électromagnétique 3 Lot 1 Analyseur associé aux boucles

3

Mât haubané de 10 m de hauteur

1

Anémomètre 1

Station de météorologie 1

Lot 2

Capteur de hauteur d’eau 1

PMV A4 1

PMV A4 + ligne alphanumérique

1 Lot 3

Plots dynamiques pour signalisation horizontale

20

capteur de hauteur d’eau � station de météo

↓

St Quay

� Binic

12

Tableau 2. Equipements acquis pour des expérimentations IRCAD

Lot Equipement Quantité Coût total TTC

2 Station de météorologie 2 35875,22

2 Capteur de hauteur d’eau 2 33962,81

2 Capteur de température de surface 1 4561,54

3 Modules d’acquisition pour système contrôle/commande 4 10973,3

3 Accessoires 3249,62

3 Armoires pour système contrôle/commande 4 2825,31

3 PMV 3 22102,08

3 Plots 15 7653,21

3 Câbles 321,13

TOTAL 121524,22

Pour les stations de météorologie, un appel d’offres avec mise en concurrence a été lancé. Trois fournisseurs ont répondu :

- EMI-SEPAME SA pour un devis de 29 996 Euros HT ;

- SIGNATURE TRAFFIC-SYSTEMS pour un devis de 47 863,80 Euros HT ;

- BOSHUNG Environnement pour un devis de 54 752,88 Euros HT.

L’entreprise EMI-SEPAME SA a donc été choisie pour la fourniture et l’installation des stations de météorologie.

Pour les capteurs de hauteurs d’eau, il n’y a pas eu de mise en concurrence car le type de capteur recherché n’est fabriqué que par l’entreprise VAISALA. Il en est de même pour le capteur de température de surface, qui doit fonctionner avec la station de météorologie provenant du même fournisseur.

Pour les modules d’acquisition, un appel d’offres avec mise en concurrence a été lancé pour trois modules. Trois fournisseurs ont répondu :

- BGP Electronic pour un devis de 6 835 Euros HT ;

- Win Sensor pour un devis de 7 520 Euros HT ;

- Bourgeois JSA pour un devis de 7 856 Euros HT.

L’entreprise BGP Electronic a donc été choisie. A noter qu’un quatrième module a été acquis par après. Ce dernier module a servi de prototype pour le développement du système de contrôle/commande réalisé au CETE de Normandie Centre.

Pour les panneaux à messages variables (PMV), un appel d’offres avec mise en concurrence a été lancé. Trois fournisseurs ont répondu :

- TECKNISOLAR pour un devis de 53 500 Euros HT ;

- ELSI pour un devis de 21 480 Euros HT ;

- OPTIFIB pour un devis de 17 870 Euros HT.

L’entreprise OPTIFIB a donc été choisie pour la fourniture et la pose des PMV. Le montant indiqué dans le Tableau 2 tient compte également d’une pénalité liée au report de la date d’installation (voir la liste des difficultés rencontrées ci-dessous).

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Pour les plots, il n’y a pas eu de mise en concurrence car le type de capteur recherché n’est fabriqué que par l’entreprise CRYZAL.

Sur les deux itinéraires, les installations dans l’ordre chronologique sont les suivantes : boucles électromagnétiques et analyseurs, stations de météorologie, capteurs de hauteurs d’eau, PMV et systèmes de contrôle/commande. A noter des difficultés liées à la présence de terrains communaux (site d’Etables sur mer) et à l’intervention de divers gestionnaires comme EDF/GDF :

• l’implantation du capteur de hauteurs d’eau et de la station de météorologie locale sur un terrain de la commune d’Etables sur mer ;

• le coulage du massif de béton supportant les deux PMV sur le site d’Etables sur mer au droit des canalisations du GDF ;

• le branchement de divers capteurs au réseau d’EDF.

4 Conclusions La subvention de la DSCR a permis d’acquérir des instruments de mesure et d’équiper deux sections de la route départementale RD 786 dans le but de tester l’efficacité, en termes de perception et d’acceptabilité, d’un système d’information du projet IRCAD destiné à alerter les conducteurs des risques de glissance en conditions atmosphériques dégradées.

Les instruments sont installés et le système d’information est opérationnel depuis le mois de février 2008. L’arrêt des expérimentations IRCAD est programmé pour le 15 janvier 2009, date de la fin du projet. Il a été convenu avec la DRI et la direction de SARI :

• que tous les instruments du site de Saint Michel, excepté les boucles électromagnétiques, ainsi que la station de météorologie « locale » installée en bord de route du site d’Etables seront démontés par le consortium IRCAD après le 15 janvier 2009 et rapatriés au LCPC de Nantes ;

• que le reste des instruments du site d’Etables reste en place ; ils seront en prêt pour des expérimentations d’AJISE. Le consortium AJISE sera responsable des ces instruments durant toute la durée des expérimentations d’AJISE, et restituera les instruments, dans le même état que lorsqu’ils ont été remis au 15 janvier 2009, au LCPC à la fin de ces expérimentations.

5 Références bibliographiques [1] Anelli, P, IRCAD – Choix des itinéraires et chiffrage des expérimentations, Livrable 3.31,

Avril 2006. [2] E.VIOLETTE, P.SUBIRATS, D.DOUCET, F. ROSEY, R.QUEGUINER, L.DI

GIACOMO, Effet du système d’information sur le comportement des conducteurs, Livrable 4.1, Mars 2009.

[3] Kerdudo, K, RADARR – Choix des sites expérimentaux, Livrable 3.2.1, Septembre 2005. [4] DUPRÉ G., FLACHAT P., GRATIA G., LATORRE M., OLIVIER J.-C., Détection «

d’alertes sécurité » liées à des dysfonctionnements de l’infrastructure routière, Bulletin des Laboratoires des Ponts et Chaussées, 213, 1998, pp. 3-16..

[5] GOTHIÉ M., Les mesures de l’adhérence des chaussées en France et leur interprétation, Bulletin des Laboratoires des Ponts et Chaussées, 255, 2005, pp. 53-69.