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Les tunnels routiers: La théorie (partie I)

Éclairage Québec - Par Mihai-Razvan Pecingina, ing.

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photo 1

Du point de vue de l’éclairage, un tunnel est une zone couverte au-dessus d’une route qui empêche un éclairage diurne, naturel, normal. Cette zone peut être construite par l’homme ou percée dans un élément naturel.

La particularité fondamentale des tunnels est le besoin d’éclairage le jour. Dans la plupart des cas, la lumière naturelle ne pénètre que sur une distance de l’ordre d’une à trois fois leur plus grande dimension transversale,  en fonction de l’orientation et du site. Sans éclairage artificiel, au-delà de cette zone, les conditions sont insuffisantes pour assurer la visibilité  l’obstacles éventuels ou même le guidage. L’éclairage propre des véhicules ne permet pas de satisfaire le jour aux besoins de vision à l’entrée des tunnels.

De nuit, l’éclairage artificiel est conservé à un niveau réduit de manière à assurer des bonnes conditions de visibilité. Il est difficile de corréler l’influence de l’éclairage et la réduction du nombre d’accidents, mais il est indéniable que l’éclairage joue un rôle essentiel pour assurer la sécurité, ainsi que le confort des utilisateurs.

 photo 2

Le jour (nous allons insister plus sur cette période), deux phénomènes se produisent et peuvent provoquer des situations dangereuses :

  • l’oeil ne parvient pas à s’adapter avec les niveaux d’éclairage faibles qui sont à l’intérieur car il est ébloui par l’environnement autour de l’entrée, le tunnel apparaissant comme un « trou noir » (voir photo 1 – entrée dans un tunnel urbain et photo 2 – entrée dans un tunnel interurbain) ; l’oeil ne sera donc pas capable de distinguer des obstacles et/ou un autre risque potentiel;
  • au passage d’un niveau de luminance très élevé dans un milieu avec un niveau beaucoup plus faible, l’oeil a besoin d’une période d’adaptation ; pendant tout ce temps (jusqu’au moment où l’oeil recommence à fonctionner normalement) une auto peut parcourir, selon sa vitesse, une distance importante.

Nous pouvons maintenant définir les zones d’un tunnel (voir figure 1) :

 

 

La zone d’approche (photo 3) est en effet la partie de route menant au tunnel; elle est importante dans le contexte des mesures à prendre pour réduire la luminance de l’environnement avant le seuil du tunnel.

 

 

 

La zone d’entrée (photo 4) est celle qui requiert un éclairage renforcé de façon à adoucir le passage vers les niveaux intérieurs de luminance réduite. IESNA recommande des valeurs maintenues en fonction de l’orientation du tunnel, la vitesse et le volume du trafic et qui assurent un équilibre entre la qualité et les coûts d’entretien. La longueur de cette zone peut être considérée comme ayant environ 15 m de moins que la distance d’arrêt  sécuritaire (en anglais « safe-stop sight distance » SSSD) - le trajet parcouru à partir du moment de la perception du danger ou de l’objet, durant la réaction du chauffeur, l’action sur la pédale de frein ainsi que le chemin parcouru après l’action de freinage sur une chaussée mouillée.

La longueur de la zone de transition est égale à la distance d’arrêt sécuritaire (SSSD). C’est dans cette zone que la luminance doit être réduite graduellement du haut niveau de luminance (de l’accès) au niveau normal, plus bas, intérieur. Au début de la zone de transition, la luminance du pavage doit être au minimum 25 % de la luminance de l’entrée. Elle peut être ensuite réduite par des segments égaux de 33 % vers la zone interne. Dans le dernier segment avant la zone interne, la luminance ne doit pas être, en aucun point, plus grande que le double de la luminance de la prochaine zone.

La zone interne (photo 5) est la partie intérieure où la luminance peut être réduite jusqu’à 5 cd/m2 (uniformité : luminance moyenne/minime 3 :1).

 

 

Vers la sortie du tunnel, des sérieux risques peuvent être reliés à l’éblouissement provoqué par les hauts niveaux de luminance (voir photo 6). L’éclairage doit être aussi renforcé. Les zones de transition et de sortie seront moins longues qu’à l’entrée car l’adaptation de l’oeil se fait plus rapidement au passage du sombre vers le plus clair. Dans le cas des tunnels contenant les deux sens de circulation, elles seront identiques et même dans le cas d’un tunnel à sens unique, il est recommandé d’avoir une symétrie pour le cas où un trafic à deux sens serait demandé dans une situation telle réparations majeures, accidents, incendies, etc. – photo 7 – tunnels routiers à sens unique.

 

Pour les besoins d’un projet d’éclairage, il est utile de distinguer deux catégories de tunnels : courts – ceux qui ont une longueur entre l’entrée et la sortie (mesurée sur la line centrale) plus petite que la SSSD, et longs.

 

Évidemment, jusqu’ici seuls les tunnels longs ont été traités.

Pour les tunnels courts, aux critères d’évaluation énumérés  précédemment (vitesse, volume du trafic et orientation géographique), afin de choisir une solution équilibrée (couts/confort et sécurité), nous devons  aussi tenir compte de la présence de la sortie (le portail de sortie) dans le champ visuel et la longueur du tunnel. Dans certaines circonstances (approche en ligne droite et au même niveau continuée avec un tunnel en ligne droite sans changement de niveau) l’éclairage diurne peut être suffisant, la visibilité étant donnée par le contraste négatif – silhouettes sombres sur la luminance très haute de la sortie (visible). Si le tunnel est en courbe et la sortie n’est pas visible, l’éclairage doit être traité comme pour la zone d’accès d’un tunnel long.

Au-delà de ces aspects, la qualité d’un système d’éclairage dans un tunnel est donnée aussi par l’uniformité de la distribution des luminances, le guidage visuel assuré et l’absence du phénomène de papillotement (« flicker »).

La distribution des luminances recommandée dans les zones du tunnel est identique à celle pour les routes – mêmes conditions et facteurs qui influencent la variation entre 3 :1 et 6 :1 (moyenne/minime).

Le bon guidage visuel est obtenu par un emplacement des luminaires centré dans l’axe du chemin ou dans des lignes parallèles avec l’axe. Sur la photo 8, vous pouvez voir l’éclairage centré du plus long tunnel routier au monde (24,5 km – Laerdal-Aurland en Norvège) dans une zone de repos et la continuité.

 

Le papillotement est l’effet d’inconfort produit par les rangées discontinues des luminaires qui se trouve dans le champ visuel du chauffeur. Et ce ne sont pas seulement les luminaires mais aussi leurs images reflétées qui peuvent  produire ce phénomène dangereux. Le niveau d’inconfort dépend de la fréquence et l’amplitude du rapport entre les luminances successives maximales et minimales. La zone de confort (ou, au moins, la zone d’un confort minimal acceptable) se situe en bas de 5 et en haut de 10 Hz.

La meilleure solution pour éviter cet effet est donc la ligne de luminaires continue.

Nous  n’avons pas parlé des demandes de nuit pour l’éclairage de tunnel parce que dans la plupart des cas, elles seront identiques à l’éclairage routier et il est même recommandé d’assurer une continuité.

Les solutions sont toujours complexes car jamais l’éclairage seul ne sera capable de compenser, par exemple, la luminance du soleil : utilisation des asphaltes plus foncés dans la zone d’approche et des plus claires tout de suite après l’entrée sur une distance égale à la SSSD, plantations ou construction des obstacles artificiels autour de l’entrée dans le tunnel (spécialement dans le cas d’un tunnel est-ouest), murs internes de couleur claire, etc.

Bien sûr l’éclairage va devoir réaliser sa part : l’emplacement des luminaires asymétriques en opposition au sens du trafic va augmenter la luminance (donc va réduire le contraste). Un contrôle adéquat (par exemple : charge maximale durant une heure avant le coucher du soleil pour les entrées Est) ne va pas seulement augmenter la qualité de l’éclairage, le confort et la sécurité du trafic mais aussi favoriser l’économie d’énergie.

L’équilibre économique sera assuré aussi par le choix de la source de lumière, le choix du luminaire et de sa distribution et aussi par la limitation de la vitesse à l’entrée des tunnels – la vitesse joue un rôle important dans l’évaluation de la valeur de la luminance dans une zone d’accès. En France, des études de CETU (Centre des études des tunnels) ont démontré qu’en haut de 110 km/h, les valeurs de luminance nécessaires dans le cas d’un contraste moyen avec le milieu autour de l’entrée, impliquent des solutions  prohibitives du point de vue économique. 

Dans la prochaine partie, nous allons présenter quelques uns des points faibles de certains tunnels à Montréal et tenter de proposer des solutions.

Bibliographie :

  • The IESNA Lighting handbook;
  • 9th edition, 2000 Bianchi, Cornel, prof. Dr. Ing. – Luminotehnica, Bucarest, 1990 University of New Brunswick Transportation Group’s Mynet page : http://www.unb.ca/web/transpo/mynet/ mty107.htm, mty86.htm si mty85.htm;
  • Centre d’études des tunnels (CETU) – Dossier pilote des tunnels, France, novembre 2000.

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