Signalisation dynamique au pont de la rivière Famine

Introduction

Dans le cadre du projet de prolongement de l’autoroute 73 dans la région de  Chaudière-Appalaches, un nouveau tronçon a été ouvert à la circulation à SaintGeorges au cours de l’automne 2013. En raison de la géographie particulière de ce secteur, comprenant une rivière et un relief irrégulier, l’autoroute a dû être construite selon une configuration s’adaptant à la topographie. Ainsi, afin d’améliorer la  sécurité des usagers de la route, le ministère des Transports du Québec (MTQ) a mis en place une signalisation dynamique, qui consiste en un dispositif de détection de chaussée glissante, sur le pont traversant la rivière Famine, lequel est situé dans  un secteur géographique complexe comportant un relief très accidenté. Ce dispositif  de détection est relié à deux panneaux de signalisation munis de clignotants qui s’allument en cas de perte d’adhérence sur la chaussée du pont, ce qui permet  d’aviser l’usager afin que celui-ci puisse adapter sa conduite.

La problématique constatée

Bien que les normes de conception en conditions hivernales aient été respectées,  la géométrie de l’approche du pont surplombant la rivière Famine présente des singularités qui laissent présager un certain  potentiel de conditions favorisant la  formation de verglas sur la chaussée de la structure. D’une longueur de 148 mètres et d’une largeur de 26,2 mètres, le pont construit sur poutres d’acier comporte deux voies dans chaque direction séparées par une glissière en béton rigide. À l’approche sud du pont, la présence d’une courbe caractérisée par un rayon de courbure de 1 500 mètres suivie d’une pente verticale de 7 % augmente la vitesse inertielle des véhicules circulant en direction nord, diminuant ainsi leur adhérence à la chaussée.

De plus, la géomorphologie particulière de ce site engendre également un certain  potentiel de risque. Le relief de cet endroit génère un corridor d’air ayant un taux d’humidité très élevé. Ce corridor est formé par la présence de hautes parois  rocheuses qui bordent le lit de la rivière, canalisant le vent sous le pont construit à 33 mètres au-dessus du cours d’eau. De plus, la présence d’une chute à proximité du site accentue fortement le taux d’humidité de cette masse d’air. La surface de la structure est donc plus fréquemment sujette à la condensation de l’air humidifié, d’où s’ensuit la formation possible de glace sur la chaussée lorsque la température est sous le point de congélation. Ce risque de gel est plus important sur le tablier du pont que sur la chaussée aux approches de celui-ci, car la perte de chaleur sur  le pont est beaucoup plus rapide que sur le sol environnant.

La solution mise en place

Par souci d’offrir un niveau supérieur de  sécurité, le MTQ s’est engagé à limiter le risque de perte de contrôle des usagers en avisant ces derniers lorsque la chaussée présente une perte d’adhérence sur le pont. La solution adoptée vise donc à influencer directement le comportement des conducteurs par l’optimisation de la signalisation. L’installation de panneaux de signalisation munis de clignotants lumineux, situés dans les deux directions de l’autoroute, permet de prévenir les conducteurs lorsqu’il est  probable que la chaussée du pont soit  affectée et que l’on évalue une diminution possible de l’adhérence des véhicules. Ces panneaux sont automatiquement activés par  un système de détection de l’état de la chaussée. Ce système est pourvu de capteurs et d’une programmation permettant d’analyser  l’état de la chaussée selon les différents paramètres mesurés. Lorsque les limites établies sont atteintes, le système active les feux clignotants installés sur deux panneaux d’avertissement de chaussée glissante (un par direction) afin d’avertir les usagers de la diminution possible de l’adhérence de la chaussée.

Comme le pont est à 18 km du centre de services qui assure  sa gestion, à Beauceville, et dans une perspective d’une saine gestion des sels de voirie, l’installation d’un système de détection des conditions routières permet aux équipes d’entretien d’hiver d’optimiser leurs interventions. En effet, lorsque des conditions sont propices à la diminution de l’adhérence sur le tablier du pont, des renseignements sont directement transmis aux équipes opérationnelles afin que celles-ci puissent intervenir  rapidement et procéder aux opérations de déneigement et de déglaçage. Par le fait même, ce système de détection améliore le temps de réponse des équipes d’entretien et permet également de réduire la fréquence de leurs déplacements.

La technologie utilisée

Ce système est composé du capteur non intrusif d’état de surface de la chaussée Vaisala DSC111, qui fournit des renseignements importants tels que l’état de la surface, l’épaisseur de l’eau et l’adhérence de la route. Il possède la capacité d’effectuer les mesures nécessaires à distance sans devoir installer d’autres capteurs dans la chaussée. Il est fixé à quelques mètres du sol, sur un mât, aux abords du tablier du pont. Le principe de mesure spectroscopique permet une détermination fiable de l’état de la surface de la chaussée. Ce capteur mesure l’épaisseur du film d’eau et de glace et détermine l’épaisseur de la couche de neige. De plus, il détecte de façon précoce la présence de cristaux de glace bien avant que ceux-ci ne rendent la chaussée glissante.

Le fonctionnement de ce système d’analyse de l’état de la chaussée commence par la mesure de la température de la chaussée. En effet, l’énergie thermique dégagée par celle-ci est mesurée selon les radiations de différentes longueurs d’onde qui sont captées par des senseurs. Une mesure de l’épaisseur de l’eau est aussi effectuée par des capteurs qui permettent d’obtenir des renseignements sur l’état de la surface de la chaussée.

L’adhérence relative à la chaussée se définit sous la forme d’un coefficient de friction allant de 0 pour une absence totale d’adhérence à 1 pour une adhérence optimale. La chaussée est jugée glissante lorsque le coefficient de friction se situe aux alentours de 0,5 à 0,6. Le seuil critique d’activation des panneaux d’avertissement de chaussée glissante est déterminé par ce coefficient. Lorsque les conditions de chaussée atteignent un coefficient plus bas que 0,6, les panneaux d’avertissement s’activent et le système informatique avertit les équipes opérationnelles par un courriel d’alerte. Les données météorologiques et de conditions  de la chaussée sont alors intégrées au système d’aide à la  décision en entretien hivernal. Les équipes d’entretien peuvent alors consulter ces données par un lien intranet afin d’optimiser leur méthode de déneigement et de déglaçage.

Ce système d’analyse de l’état de la chaussée comporte aussi  des systèmes complémentaires qui permettent de comparer les résultats obtenus, tels qu’une station météo routière installée aux abords de ce pont. De plus, les images d’une caméra visualisant la chaussée étudiée par le système d’analyse permettent d’obtenir un aperçu visuel des conditions déterminées de la chaussée.

La validation des résultats

Afin de valider les résultats transmis par le système et de vérifier  les paramètres de fonctionnement établis (temps de clignotement, seuil limite de déclenchement des clignotants, etc.), plusieurs tests comparatifs sont prévus au cours de la saison hivernale 2015-2016. Le premier test sera constitué d’observations effectuées par l’équipe de surveillance hivernale du MTQ qui, sur place, vérifiera régulièrement les conditions de la chaussée selon les alertes émises. De plus, des essais comparatifs seront effectués. Ils mesureront l’adhérence  à l’aide d’un appareil mécanique équipé de roues. La comparaison des coefficients de friction obtenus par le système d’analyse de  l’état de la chaussée et par l’appareil mécanique permettra alors de confirmer l’exactitude de l’information. Ces analyses de la concordance des résultats serviront par la suite à confirmer le seuil établi de déclenchement du clignotement des feux, le temps de clignotement des feux et autres paramètres de fonctionnement du système d’alerte. Ces paramètres pourront alors être ajustés  selon la durée de l’épisode d’adhérence réduite réellement observée sur l’ensemble de la surface du pont.

La mise en œuvre de ce processus de validation vise à optimiser le système selon les données opérationnelles obtenues et les images recueillies par les caméras. Parmi les avantages de l’automatisation du système de signalisation, mentionnons l’accroissement de la  sécurité routière, un accès immédiat à l’information sur les conditions météorologiques et sur la chaussée ainsi que l’optimisation  du déneigement et du déglaçage du secteur en question.