Accueil>Publications centres de données

Publications : Génératrices de relève et d'urgence - Alimentation ASC

Retour à la liste

La lumière... Au bout du tunnel! (partie 2)

Électricité Québec - Par Mihai-Razvan Pecingina, ing.

Imprimer

Dans la première partie nous avons montré qu’un des premiers sujets sensibles concernant l’éclairage est l’entrée du tunnel où il faut adoucir le passage vers les niveaux intérieurs de luminance réduite - éclairage renforcé en interdépendance avec la lumière du jour. Les automobilistes, dans les tunnels, peuvent avoir l’impression de se trouver dans un environnement étrange. La sécurité est augmentée si les causes de distraction sont évitées - par exemple prévenir la variation excessive ou soudaine de l’éclairage. La sécurité exige la possibilité d’observer un obstacle de taille critique à temps pour pouvoir freiner le véhicule. Le conducteur peut d’abord mieux se concentrer à la conduite et au trafic s’il peut distinguer clairement la chaussée et les parois du tunnel, bien au-delà de la limite de la distance de freinage.

 photo 1

L’éclairage doit donc être raisonnablement uniforme, sans papillotement notable. Des études psychologiques ont démontré que les conducteurs ayant une tendance à l’épilepsie peuvent être affectés par un papillotement des lumières à une fréquence de 5 à10 Hz. Ça ne veut pas dire que les autres ne peuvent pas ressentir au moins une sensation d’inconfort visuel, voire des nausées.

 photo 2

Après ce résumé de la première partie, nous pouvons déjà nommer les points faibles de certaines oeuvres :

  • le tunnel Dorval où les lumières sont alternées blanc-bleu-orange de façon visible pour l’autre sens et sans augmenter la qualité pour le sens qu’elles éclairent;
  • le tunnel Notre-Dame-de-Grâce avec le nombre incroyable de luminaires installés et qui ont été allumés sans arrêt pour une bonne période de temps (le contrôle doit être fait de façon à compenser les levers et les couchers de soleil assez ennuyants), etc.

Sans aller plus loin, nous pouvons constater qu’au moins la Ville de Montréal a commencé à faire quelque chose pour ses tunnels. Atwater et St- Marc sont la preuve de la volonté de la Ville d’améliorer la situation en modifiant l’éclairage.

Voyons plutôt quelles sont les solutions « alternatives » qui peuvent être proposées.

Pour l’entrée des tunnels :

  1. l’éclairage à LED (déjà utilisé par la Ville de Montréal) combiné avec un contrôle adéquat ;

  2. l’utilisation des conduits de lumière (« light pipe ») seuls ou en combinaison avec les tunnels solaires (pour utiliser le nom donné par «Velux» « sun tunnel »).

Pour l’intérieur des tunnels :

  1. la possibilité d’utiliser les conduits de lumière.

ÉCLAIRAGE À LED

La technologie est déjà connue. Plusieurs  luminaires sont disponibles sur le marché, quelques-uns avec des performances remarquables. Le principal avantage des luminaires à LED est la possibilité de contrôler le flux mais aussi la couleur de la lumière émise, ce qui peut aider à encadrer l’éclairage de nuit dans un scénario plus complexe et d’adapter le niveau de jour selon la luminance de l’ambiant.

Bien sûr, dans le cas d’un éclairage d’entrée de tunnel, le contrôle va intégrer un luminance-photomètre, une minuterie et une photocellule (photo 3 - un luminance-photomètre) et va devoir offrir la possibilité d’intervenir à distance pour les situations spéciales.

Pour réduire les coûts, une partie des luminaires restera allumée en permanence et seulement le groupe jugé indispensable dans l’éclairage d’entrée sera commandé de façon dynamique.

La puissance réduite des LED va aussi diminuer le nombre de circuits nécessaires à l’entrée. La durée de vie des LED est un autre avantage qui va se refléter dans les coûts d’entretien.

Récemment (janvier 2005) en Norvège, une étude a été réalisée pour l’éclairage de l’entrée d’un nouveau tunnel d’environ 2 km (à Drammen, planifié à être opérationnel à partir de 2008, 10 000 véhicules par jour, section circulaire 10m).

En passant, il faut dire que la Norvège détient environ 630 km de tunnels routiers dont 546 km sont des tunnels de plus de 500m.

L’étude économique montre que pour une même période de temps (qui n’est pas précisée) les dépenses totales - entretien, coûts du remplacement des sources de lumière, énergie, investissement - d’un système d’entrée dans le tunnel avec des LED (1 539 000 NOK où NOK est la monnaie norvégienne krona, 100 NOK approx. 18 CAD) sont plus petites que celles d’un système à lampes de sodium lumière blanche (CDM – 1 873 000 NOK), qui, à leur tour, sont plus petites que celles d’un système traditionnel (2 046 000 NOK).

LES CONDUITS DE LUMIÈRE

Le concept des conduits de lumière a été introduit en 1881 par l’Américain William Wheeler qui a été le premier à obtenir un brevet d’invention en proposant l’installation de miroirs à l’intérieur d’un tube. À chaque fois qu’un rayon de lumière touchait un miroir, 5 % y était absorbé.

photo 3 

Nous pouvons considérer quelques types de dispositifs de transmission de la lumière à distance :

  1. Les tubes métalliques à  réflexion miroir (fig. 3) – le plus simple dispositif, dont la surface intérieure est recouverte d’un film qui donne une réflexion près de celle de miroir.

  2. Les guides de lumière prismatiques (fig. 4 et 5) – identifiés pour la première fois par Lorne A. Whitehead (le fondateur de la compagnie « TIR Systems » de Vancouver) et brevetés exactement 100 ans après Wheeler. À l’intérieur d’un tel guide, un film acrylique prismatique (fig. 6 – le film de la compagnie « 3M ») est déposé de façon à guider la lumière. Si les rayons sont émis dans un angle solide d’approximativement 28o (27,6o), la réflexion est de presque 1 (100%).

  3. Les conduits portables – installations de bandes très réfléchissantes (fig. 7) ou d’un film prismatique sur un support élastique. Ils peuvent être transportés facilement et pour les fixer, il faut installer des anneaux rigides aux bouts et souffler de l’air dans le support pour lui donner la forme cylindrique.

 

photo 4

Pour l’entrée du tunnel, une combinaison entre les conduits solaires (éléments verticaux - photo 4) et les conduits de lumière horizontaux (photo 1) peuvent porter vers l’équilibre des luminances. L’investissement sera important mais les économies dans l’exploitation peuvent être encore plus spectaculaires (pas de source de lumière, pas de contrôle etc.).

Les éléments verticaux ont déjà fait leur preuve et ils sont utilisés couramment dans des applications domestiques. En général, ce sont des tubes métalliques et ils ne peuvent pas être utilisés sur de longues distances (max. 6m pour les produits commerciaux de « Velux »). À la partie supérieure, un dôme en polycarbonate très résistant est installé. Sa construction (type lentille) peut aussi permettre la concentration de la lumière solaire dans un angle solide facilitant une meilleure réflexion (atténuation minime jusqu’en bas). Pour des effets spéciaux durant la nuit ou pour ajouter de l’éclairage durant le jour, certains dômes peuvent être éclairés avec des sources électriques.

Dans le tunnel, les conduits de lumière sont fabriqués en acrylique. La lumière doit pénétrer par un des bouts du conduit sous l’angle solide de 27,6o pour une efficience maximale (longueur maximale théorique de 30 m). La lumière émise par les conduits sera uniforme, sans produire l’effet de voile et sans éblouir les participants au trafic.

Au niveau de l’entretien, nous voulons préciser que la compagnie TIR Systems produit des conduits de lumière lavables au boyau. De plus, les surfaces extérieures sont lisses (les prismes sont à l’intérieur), ce qui retarde le nettoyage de la saleté.

Les avantages sont évidents : esthétique, entretien facile, contrôle de la quantité et de la qualité de la lumière, autoréglage des niveaux des luminances à l’entrée du tunnel par rapport à la lumière solaire.

Parmi les désavantages, la possibilité de l’apparition d’infiltration d’eau (eau ou glace sur la chaussée), protection difficile des dômes contre le vandalisme,  dans le cas du bris ou du nettoyage d’un dôme, la transmission et la distribution de la luminance peuvent être affectés de façon dangereuse pour le trafic. Une solution combinée éclairage sodium-LED-lumière naturelle nous semble préférable.

CONDUITS DE LUMIÈRE À L’INTÉRIEUR DU  TUNNEL

La compagnie TIR Systems recommande l’utilisation à l’intérieur des tunnels de conduits de lumière – photo 2).

Les lignes continues assurent un bon guidage ainsi qu’un environnement confortable.

Le nombre réduit de sources de lumière va avoir des conséquences  importantes sur les coûts de l’entretien. Les ballasts peuvent être placés à distance dans un endroit facilement accessible et qui ne produit pas un encombrement du trafic si une intervention est requise.

Ce qui devient très important, c’est la surveillance du bon fonctionnement des sources de lumière et le remplacement rapide en cas de défaillance ou l’utilisation d’un système mixte, avec des luminaires traditionnels indépendants qui assurent la redondance ou qui sont alimentés sur le défaut des sources de lumière du système principal tout en transmettant une alarme au centre de surveillance. 

Photos: Les photos du tunnel Ville-Marie ont été prises par l’auteur.

Bibliographie :

  • Mark AYERS, Cornel SFETCU – SISTEME DE ILUMINAT PENTRU TUNELURI RUTIERE UTILIZAND CONDUCTE DE LUMINA, revue «Electricianul», Roumanie, no. 1/1994
  • Internet – Per Ole WANVICK – LIGHTING ROAD TUNNELS WITH LED
  • Internet – www.velux.com
  • Internet – TUNNEL LIGHTING DESIGN & CONTROL – Technical University, Sofia, Bulgaria
  • Catalogue TIR Systems Ltd. – www.tirsys.com
  • Sir Alan MUIR WOOD, Comité AIPCR des Tunnels routiers - LE PREMIER TUNNEL ROUTIER - GUIDE DU CONCEPTEUR POUR LES PAYS  NOUVELLEMENT CONFRONTES À L’ÉVENTUALITÉ DE TUNNELS DANS LEUR RÉSEAU ROUTIER, 1995
  • Internet - Dr. Mohamed A. ATY -  TUNNEL SAFETY
  • David CRUNDALL, Geoffrey UNDERWOOD and Peter CHAPMAN - Accident Research Unit, School of Psychology, University of Nottingham, UK - ATTENDING TO THE PERIPHERAL WORLD WHILE DRIVING, published online in Wiley InterScience 8 March 2002,  www.interscience.wiley.com)
  • Internet - K. G. KNEIPP - USE OF PRISMATIC FILMS TO CONTROL LIGHT DISTRIBUTION
  • The University of British Columbia - Structured Surface Physics Laboratory - LIGHT PIPE TECHNOLOGIES (http://www.physics.ubc.ca/ssp/)
  • Internet - Dr. S. Harrison - Dept. of Mechanical Engineering, Queen's University, Kingston, Ontario - LIGHT PIPES

Publications : Génératrices de relève et d'urgence - Alimentation ASC