Calcul du nombre et de la largeur des routes

Contexte : L'aménagement d'un nouveau quartier résidentiel.

Le dimensionnement de la voirie est une étape cruciale dans la planification urbaine. Il garantit non seulement la fluidité du trafic, mais aussi la sécurité des usagers et l'intégration harmonieuse du quartier dans le tissu urbain existant. Cet exercice vous guidera à travers les calculs fondamentaux pour déterminer le nombre de voies nécessaires et la largeur totale d'une route principale desservant une nouvelle zone d'habitation, en se basant sur le trafic journalier moyen annuel (TJMA)Le trafic journalier moyen annuel (TJMA) représente le nombre moyen de véhicules circulant sur une section de route chaque jour de l'année. C'est un indicateur clé pour le dimensionnement des infrastructures routières..

Remarque Pédagogique : Cet exercice vous apprendra à appliquer des formules standards d'urbanisme pour traduire des projections de trafic en caractéristiques physiques d'une infrastructure routière, une compétence essentielle pour tout urbaniste ou ingénieur en génie civil.

Objectifs Pédagogiques

Comprendre la relation entre la capacité d'une voie et le débit de trafic.
Calculer le nombre de voies requises en fonction du trafic attendu.
Déterminer la largeur totale de la chaussée en incluant les accotements et terre-pleins.
Se familiariser avec les normes et standards de conception routière.

Données de l'étude

Une nouvelle zone résidentielle de 500 logements est planifiée. Les études de trafic prévoient les données suivantes pour la route principale qui desservira ce nouveau quartier.

Fiche Technique du Projet

Caractéristique	Valeur
Type de zone	Résidentielle, périurbaine
Nombre de logements	500
Vitesse de référence (V85)	70 km/h

Plan de Situation Simplifié

Nom du Paramètre	Description ou Formule	Valeur	Unité
Trafic Journalier Moyen Annuel	TJMA	12 500	véhicules/jour
Capacité théorique d'une voie	C_voie	1 900	véhicules/heure
Coefficient de pointe	K	0.10	sans unité

Questions à traiter

Calculer le débit de pointe horaire (DPH).
Déterminer le nombre de voies nécessaires pour chaque sens de circulation.
Calculer la largeur totale de la chaussée (voies de circulation uniquement).
Proposer une largeur totale pour l'emprise de la route en incluant un terre-plein central et des accotements stabilisés.
Justifier le choix des largeurs pour les accotements et le terre-plein.

Les bases du dimensionnement de voirie

Le dimensionnement d'une route repose sur l'équilibre entre la demande (le trafic) et l'offre (la capacité de l'infrastructure). On cherche à assurer un niveau de service adéquat, c'est-à-dire des conditions de circulation fluides et sécuritaires, même pendant les heures de pointe.

1. Du Trafic Journalier au Débit de Pointe
Le TJMA nous donne une vision globale du trafic sur l'année. Cependant, les routes doivent être conçues pour supporter les moments les plus chargés de la journée. On utilise un "coefficient de pointe" (K) pour estimer le débit durant l'heure la plus chargée de la journée (Débit de Pointe Horaire). \[ \text{DPH} = \text{TJMA} \times K \]

2. Capacité et Nombre de Voies
Chaque voie de circulation a une capacité maximale, c'est-à-dire un nombre maximal de véhicules qu'elle peut écouler par heure. Pour trouver le nombre de voies nécessaires, on divise le débit de pointe par la capacité d'une seule voie. On arrondit toujours au nombre entier supérieur. \[ N_{\text{voies}} = \frac{\text{DPH}_{\text{sens}}}{C_{\text{voie}}} \]

Correction : Calcul du Nombre et de la Largeur des Routes en Urbanisme

Question 1 : Calculer le débit de pointe horaire (DPH)

Principe

L'objectif est de transformer le volume de trafic quotidien (TJMA), qui est une moyenne sur 24h, en un débit pour l'heure la plus critique de la journée. C'est cette période de pointe qui impose les contraintes les plus fortes sur l'infrastructure et qui doit donc servir de base au dimensionnement.

Mini-Cours

Le trafic routier n'est jamais constant. Il suit des cycles journaliers (pics matin et soir), hebdomadaires (plus de trafic le week-end pour les loisirs) et annuels. Le coefficient de pointe K est un facteur empirique qui représente la part du trafic journalier se concentrant sur l'heure la plus chargée. Il est typiquement compris entre 8% (0.08) et 15% (0.15) pour les routes principales.

Remarque Pédagogique

Imaginez que le TJMA est votre revenu mensuel. Pour établir votre budget, vous ne regardez pas seulement le total, mais aussi vos plus grosses dépenses ponctuelles (loyer, etc.). De même en trafic, on ne dimensionne pas pour la moyenne, mais pour le pic de demande afin d'éviter la congestion.

Normes

Le choix du coefficient K est souvent guidé par des manuels de conception routière, comme ceux du CEREMA en France, qui fournissent des valeurs types en fonction du contexte (urbain, périurbain, rural) et du type de trafic.

Formule(s)

\text{DPH} = \text{TJMA} \times K

Hypothèses

Pour ce calcul, la seule hypothèse est que le coefficient K de 0.10 fourni par l'étude de trafic est représentatif de la réalité future du site.

Donnée(s)

Paramètre	Symbole	Valeur	Unité
Trafic Journalier Moyen Annuel	TJMA	12 500	véhicules/jour
Coefficient de pointe	K	0.10	-

Astuces

Pour un calcul mental rapide, multiplier par 0.10 revient simplement à diviser par 10. Ainsi, 12 500 / 10 = 1250. C'est un bon moyen de vérifier l'ordre de grandeur de votre résultat.

Calcul(s)

On applique la formule en multipliant le trafic journalier par le coefficient de pointe.

\begin{aligned} \text{DPH} &= 12500 \text{ véh/jour} \times 0.10 \\ &= 1250 \text{ véh/heure} \end{aligned}

Schéma (Après les calculs)

Visualisation du Débit de Pointe Horaire

Réflexions

Un DPH de 1250 véh/h est un trafic modéré mais significatif pour une route desservant un quartier résidentiel. Il indique que pendant l'heure de pointe, plus de 20 véhicules passeront en moyenne chaque minute sur cette route (dans les deux sens).

Points de vigilance

L'erreur la plus commune est d'oublier que le DPH calculé ici concerne les deux sens de circulation confondus. Pour dimensionner les voies, il faudra ensuite le répartir par sens.

Points à retenir

Le dimensionnement se fait sur le trafic de pointe, pas le trafic moyen.
La formule DPH = TJMA x K est fondamentale pour passer de l'échelle journalière à l'échelle horaire.

Le saviez-vous ?

Le "30ème heure" est un concept utilisé par les ingénieurs trafic. Pour éviter de surdimensionner une route pour quelques heures exceptionnelles dans l'année (grands départs en vacances), on la dimensionne souvent pour la 30ème heure la plus chargée de l'année. Cela offre un bon compromis entre coût et fluidité.

FAQ

Résultat Final

Le débit de pointe horaire (DPH) pour les deux sens confondus est de 1250 véhicules/heure.

A vous de jouer

Si une étude complémentaire montrait que le quartier attirera aussi quelques bureaux, faisant passer le coefficient K à 0.12, quel serait le nouveau DPH ?

Question 2 : Déterminer le nombre de voies nécessaires pour chaque sens de circulation

Principe

Il s'agit de comparer la demande (le débit de trafic par sens) à l'offre (la capacité d'une voie). Si la demande est supérieure à la capacité d'une seule voie, il en faudra plusieurs.

Mini-Cours

La capacité d'une voie (C_voie) n'est pas infinie. Elle dépend de nombreux facteurs : vitesse, type de véhicules, conditions météo, géométrie de la route. 1900 véh/h est une valeur théorique élevée pour des conditions de circulation idéales. En pratique, on parle de "niveau de service" : on cherche à ce que le débit de pointe ne dépasse pas un certain pourcentage de la capacité pour éviter la saturation et maintenir une circulation fluide.

Remarque Pédagogique

C'est comme remplir des bouteilles d'eau (les voies) à partir d'une grande carafe (le DPH). Vous devez savoir combien de litres la carafe contient (DPH/sens) et quelle est la contenance d'une bouteille (C_voie) pour savoir combien de bouteilles il vous faudra.

Normes

Les manuels de conception définissent des "seuils de capacité" ou des "seuils de niveau de service". Par exemple, on peut décider qu'une route à 2x1 voies est acceptable jusqu'à un TJMA de 15 000 véh/j, au-delà duquel un passage à 2x2 voies doit être envisagé.

Formule(s)

\text{DPH}_{\text{sens}} = \frac{\text{DPH}}{2}

N_{\text{voies/sens}} = \lceil \frac{\text{DPH}_{\text{sens}}}{C_{\text{voie}}} \rceil

Hypothèses

Le trafic se répartit de manière égale dans les deux sens (50/50), ce qui est une hypothèse courante pour les zones résidentielles (flux pendulaires matin et soir).

Donnée(s)

Paramètre	Symbole	Valeur	Unité
Débit de Pointe Horaire (Total)	DPH	1250	véh/h
Capacité d'une voie	C_voie	1900	véh/h

Calcul(s)

Étape 1 : Calcul du DPH par sens

\text{DPH}_{\text{sens}} = \frac{1250}{2} = 625 \text{ véh/h/sens}

Étape 2 : Calcul du nombre de voies

\begin{aligned} N_{\text{voies/sens}} &= \lceil \frac{625}{1900} \rceil \\ &= \lceil 0.33 \rceil \\ &\Rightarrow N_{\text{voies/sens}} = 1 \text{ voie} \end{aligned}

Schéma (Après les calculs)

Répartition du trafic par voie

Réflexions

Le calcul montre que le débit de pointe n'utilise que 33% de la capacité théorique d'une voie. Cela signifie que la route offrira un excellent niveau de service, avec une circulation très fluide même aux heures de pointe. Il y a une marge de capacité importante pour accueillir un développement futur du quartier.

Points de vigilance

Ne jamais oublier d'arrondir à l'entier **supérieur**. Même un résultat de 1.05 signifie qu'une seule voie est techniquement insuffisante et qu'il en faut deux pour garantir un bon niveau de service.

Points à retenir

Le calcul du nombre de voies se fait par sens de circulation.
Le résultat final est toujours un nombre entier, obtenu par arrondissement à l'unité supérieure.

Le saviez-vous ?

La fameuse "vague verte" des feux de signalisation est une technique de gestion du trafic qui vise à maximiser la capacité réelle d'une série de carrefours en synchronisant les feux pour qu'un peloton de véhicules puisse les franchir sans s'arrêter, à une vitesse donnée.

FAQ

Résultat Final

Il est nécessaire de prévoir 1 voie par sens de circulation. La route sera donc une route à 2 voies (1x1).

A vous de jouer

Imaginons que la capacité réelle de la voie, plus réaliste, soit de 1200 véh/h. Combien de voies faudrait-il alors par sens ?

Question 3 : Calculer la largeur totale de la chaussée

Principe

La chaussée est la partie de la route sur laquelle les véhicules circulent. Sa largeur totale est simplement la somme des largeurs de toutes les voies de circulation déterminées précédemment.

Mini-Cours

La largeur d'une voie n'est pas arbitraire. Une voie plus large (ex: 3,50m) augmente la sécurité en offrant plus d'espace de manœuvre et le confort des conducteurs, surtout à vitesse élevée. Une voie plus étroite (ex: 3,00m ou moins) est utilisée en ville pour modérer les vitesses. La largeur est donc un outil de conception pour influencer le comportement des usagers.

Remarque Pédagogique

C'est une simple multiplication, mais elle est fondamentale. C'est cette dimension qui sera reportée sur les plans d'aménagement et qui conditionnera l'emprise nécessaire au projet.

Normes

En France, le guide de l'Aménagement des Routes Principales (ARP) du CEREMA définit les largeurs de voies recommandées. Pour une route à 70 km/h en milieu périurbain (catégorie T80 ou R60), une largeur de 3,50 m est le standard pour les voies de circulation courante.

Formule(s)

L_{\text{chaussée}} = N_{\text{voies, total}} \times L_{\text{voie}}

Donnée(s)

Paramètre	Valeur	Unité
Nombre total de voies (1 par sens)	2	-
Largeur standard d'une voie	3.50	m

Calcul(s)

L_{\text{chaussée}} = 2 \times 3.50 = 7.00 \text{ m}

Schéma (Après les calculs)

Dimension de la Chaussée

Réflexions

Une chaussée de 7,00 m est une largeur confortable pour une route à double sens. Elle permet aux véhicules de se croiser sans difficulté et offre une bonne perception de l'environnement routier aux conducteurs.

Points de vigilance

Attention à ne pas confondre la largeur de la **chaussée** (uniquement les voies de circulation) avec la largeur de la **plateforme** (chaussée + accotements) ou de l'**emprise** (la totalité du terrain réservé à la route).

Points à retenir

La largeur de la chaussée est le produit du nombre total de voies par leur largeur unitaire.
La largeur unitaire d'une voie est une donnée normative qui dépend du type de route et de la vitesse.

Le saviez-vous ?

Les voies de l'Empire Romain, comme la Voie Appia, avaient une largeur standardisée d'environ 4,15 mètres, ce qui permettait déjà le croisement de deux chars. La notion de standardisation des largeurs de transport est donc très ancienne !

FAQ

Résultat Final

La largeur totale de la chaussée (voies de circulation) est de 7,00 mètres.

A vous de jouer

Si, pour des raisons de modération de vitesse à l'entrée du quartier, on décidait de réduire la largeur des voies à 3,25 m, quelle serait la nouvelle largeur de la chaussée ?

Question 4 : Proposer une largeur totale pour l'emprise de la route

Principe

L'emprise totale de la route, aussi appelée "plateforme", ne se limite pas à la chaussée. Il faut y ajouter des espaces latéraux (accotements) et centraux (terre-plein) qui assurent des fonctions de sécurité, de service et de structure.

Mini-Cours

Les "dépendances" d'une route sont essentielles. Les **accotements** (ou bandes dérasées) permettent l'arrêt d'urgence, le stockage temporaire de neige ou de matériaux, et améliorent la visibilité. Le **Terre-Plein Central (TPC)** sépare physiquement les flux de circulation opposés, ce qui est l'une des mesures les plus efficaces pour empêcher les chocs frontaux.

Remarque Pédagogique

Pensez à la route comme à une étagère. La chaussée est l'espace où vous posez les livres. Mais vous avez besoin d'un peu d'espace sur les côtés (accotements) pour ne pas qu'ils tombent, et peut-être d'un séparateur au milieu (TPC) pour organiser différentes catégories de livres. L'emprise totale est la largeur de la planche de bois de l'étagère.

Normes

Les guides techniques (CEREMA) fournissent des largeurs types pour ces dépendances. Pour une route de cette catégorie, un accotement de 2,00 m est courant. Un TPC de 1,00 m est un minimum pour assurer une séparation efficace.

Formule(s)

L_{\text{totale}} = L_{\text{chaussée}} + L_{\text{accotements}} + L_{\text{TPC}}

Proposition d'aménagement

Chaussée : 2 voies de 3,50 m = 7,00 m
Accotements (Bandes Dérasées de Droite) : 2 x 2,00 m = 4,00 m
Terre-Plein Central (TPC) : 1 x 1,00 m = 1,00 m

Schéma (Avant les calculs)

Profil en travers type proposé

Calcul(s)

\begin{aligned} L_{\text{totale}} &= L_{\text{chaussée}} + L_{\text{accotements}} + L_{\text{TPC}} \\ &= 7.00\text{ m} + (2 \times 2.00\text{ m}) + 1.00\text{ m} \\ &= 7.00 + 4.00 + 1.00 \\ &= 12.00 \text{ m} \end{aligned}

Résultat Final

Une emprise totale de 12,00 mètres est proposée pour la nouvelle route.

A vous de jouer

Pour intégrer une piste cyclable de chaque côté, on remplace les accotements par des pistes de 2,50m. Quelle serait la nouvelle largeur totale ?

Question 5 : Justifier le choix des largeurs pour les accotements et le terre-plein

Principe

La justification d'un aménagement ne doit pas être seulement numérique mais aussi fonctionnelle. Il faut expliquer en quoi les dimensions choisies répondent à des objectifs précis de sécurité, de confort et d'usage.

Mini-Cours

La conception routière moderne intègre le concept de "route qui pardonne" (Forgiving Roadside). L'idée est que l'environnement de la route doit minimiser les conséquences d'une erreur de conduite. Des accotements larges et dégagés, et une séparation des sens de circulation sont des éléments clés de cette philosophie.

Remarque Pédagogique

C'est la partie "argumentaire" du travail de l'ingénieur. Les calculs donnent un chiffre, mais vous devez être capable d'expliquer pourquoi ce chiffre est le bon choix, en le reliant à des bénéfices concrets pour les usagers et la collectivité.

Justification

Accotements (2,00 m): Cette largeur est un excellent compromis. Elle est suffisante pour permettre à une voiture de s'arrêter complètement en cas de panne sans gêner la circulation, ce qui est un gage de sécurité majeur. Elle offre aussi une "zone de récupération" pour un conducteur qui se déporterait de sa trajectoire. Enfin, elle facilite les opérations d'entretien et peut, si besoin, être transformée en bande cyclable, offrant une flexibilité pour l'avenir.
Terre-Plein Central (1,00 m): Un TPC de 1,00 m est un minimum pour matérialiser une séparation physique efficace. Il empêche la plupart des manœuvres de demi-tour dangereuses et, surtout, réduit drastiquement le risque de chocs frontaux, qui sont les accidents les plus graves. Il améliore également le guidage visuel pour les conducteurs, notamment de nuit ou par temps de pluie.

Réflexions

Le profil proposé (2x3.50m + TPC 1m + 2x Accotements 2m) est un aménagement qualitatif et sécuritaire pour la desserte d'un nouveau quartier. Il anticipe les besoins futurs et promeut une conduite apaisée, tout en restant dans des dimensions raisonnables pour une route périurbaine.

Points de vigilance

Il ne faut pas oublier que ces largeurs ne sont qu'une partie du projet. Il faudra également prévoir l'espace pour les fossés, les talus, les trottoirs, l'éclairage public, les réseaux souterrains, etc. L'emprise foncière à acquérir sera donc supérieure à ces 12 mètres.

Points à retenir

Chaque élément du profil en travers a une ou plusieurs fonctions (sécurité, service, structure).
La justification des choix de dimensionnement est aussi importante que le calcul lui-même.

Le saviez-vous ?

Les "chicanes" ou les rétrécissements de voie que l'on trouve à l'entrée des villages sont des techniques de "conception auto-explicative" (self-explaining road). Le design de la route lui-même indique au conducteur qu'il doit ralentir, sans avoir besoin de nombreux panneaux.

FAQ

Résultat Final

Les largeurs de 2,00 m pour les accotements et 1,00 m pour le TPC sont justifiées par des objectifs élevés de sécurité (arrêt d'urgence, prévention des chocs frontaux) et de confort pour les usagers.

Outil Interactif : Simulateur de Voirie

Utilisez les curseurs pour faire varier le trafic journalier et le coefficient de pointe, et observez l'impact sur le nombre de voies requises et la largeur de la chaussée.

Paramètres d'Entrée

TJMA (véhicules/jour) 12500 véh/jour

Coefficient de pointe (K) 0.10

Résultats Clés

Débit de Pointe Horaire (véh/h) -

Nombre de voies / sens -

Largeur Chaussée (m) -

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Qu'est-ce que le TJMA représente ?

Le nombre maximum de voitures par heure.
La moyenne journalière du trafic sur une année.
Le trafic total pendant le mois d'août.

2. Si le DPH par sens est de 2100 véh/h et la capacité d'une voie est de 1900 véh/h, combien de voies sont nécessaires par sens ?

1 voie
1.1 voies
2 voies

3. Pourquoi arrondit-on toujours le nombre de voies à l'entier supérieur ?

Pour garantir que la capacité est suffisante pour le débit de pointe.
C'est une convention sans raison technique.
Pour faciliter la construction.

TJMA (Trafic Journalier Moyen Annuel): Représente le nombre moyen de véhicules circulant sur une section de route chaque jour de l'année. C'est un indicateur clé pour le dimensionnement des infrastructures routières.
Débit de Pointe Horaire (DPH): Le volume de trafic le plus élevé observé ou prévu pendant une heure au cours d'une journée type. C'est la valeur utilisée pour le calcul de la capacité requise.
Emprise: La surface de terrain totale occupée par la route et ses dépendances (accotements, fossés, talus, etc.).
Accotement: Zone latérale qui borde la chaussée, pouvant être stabilisée (bande dérasée) ou en herbe. Elle sert à l'arrêt d'urgence et au maintien de la structure de la chaussée.