Analyse du Trafic sur l'Autoroute A100

Comprendre l'Analyse du Trafic Autoroutier

L'analyse du trafic sur les autoroutes est essentielle pour évaluer leur performance, planifier des améliorations, et gérer la circulation. Les indicateurs clés incluent le débit (volume de véhicules par unité de temps), la composition du trafic (pourcentage de poids lourds), la vitesse moyenne, et la densité. Ces paramètres permettent de déterminer le Niveau de Service (LOS), qui qualifie les conditions de circulation perçues par les usagers. Une analyse approfondie aide à identifier les sections critiques, à prévoir la congestion, et à justifier des investissements pour maintenir ou améliorer la fluidité et la sécurité du trafic.

Données de l'étude

On analyse une section de l'autoroute A100, qui est une autoroute à 2x3 voies (3 voies par sens) en terrain plat. Les données ont été collectées pendant l'heure de pointe du matin dans un sens de circulation.

Caractéristiques de la section et du trafic :

Nombre de voies dans le sens analysé (\(N\)) : \(3 \, \text{voies}\)
Vitesse de référence en écoulement libre (FFS) : \(120 \, \text{km/h}\)
Débit horaire observé (\(Q_h\)) : \(5400 \, \text{véhicules/heure}\) (total pour les 3 voies du sens)
Pourcentage de Poids Lourds (\(\%PL\)) : \(12\%\)
Facteur d'équivalence pour Poids Lourds en terrain plat (\(E_T\)) : \(1.5\) (unités de voitures particulières par poids lourd)
Facteur de pointe horaire (PHF) : \(0.90\)
Facteurs d'ajustement pour conditions non idéales (largeur de voie, accotement, population de conducteurs) : supposés égaux à \(1.0\) pour simplifier (conditions idéales hors PL).
Capacité de base par voie en conditions idéales (selon HCM) : \(2400 \, \text{uvp/h/voie}\) (unités de voitures particulières par heure par voie)

Schéma : Section d'Autoroute A100 (Un Sens)

Illustration simplifiée d'une section d'autoroute à 3 voies par sens.

Questions à traiter

Quels sont les trois paramètres fondamentaux qui décrivent un écoulement de trafic ? Définir brièvement chacun.
Calculer le facteur d'ajustement pour la présence de poids lourds (\(f_{\text{HV}}\)).
Calculer le débit de service ajusté (\(v_p\)) en unités de voitures particulières par heure par voie (uvp/h/voie).
Calculer la capacité ajustée (\(c_a\)) d'une voie de cette section d'autoroute. (Puisque les autres facteurs sont à 1.0, seul \(f_{\text{HV}}\) pourrait être utilisé pour ajuster la capacité de base si la méthodologie l'exigeait, ou on compare \(v_p\) à la capacité de base). Pour cet exercice, on considère que la capacité de base est déjà une capacité ajustée pour les conditions géométriques idéales.
Calculer le rapport volume sur capacité (\(v/c\)) pour une voie.
En utilisant le rapport \(v/c\) et la vitesse de référence (FFS), estimer la vitesse moyenne d'exploitation (\(S\)) sur la section à l'aide de la relation simplifiée suivante (pour \(v/c \le 1\)) : \(S = \text{FFS} \times (1 - 0.25 \times (v/c)^2)\).
Calculer la densité (\(k\)) en uvp/km/voie.

En se basant sur le rapport \(v/c\) et la densité, déterminer le Niveau de Service (LOS) probable de cette section d'autoroute en utilisant le tableau fourni dans les exercices précédents (ou un tableau standard si vous en avez un à disposition). Discuter de la signification de ce LOS.

LOS	\(v/c\) Max	Densité Max (uvp/km/voie)
A	\(\le 0.26\)	\(\le 6.8\)
B	\(\le 0.44\)	\(\le 11.2\)
C	\(\le 0.65\)	\(\le 16.2\)
D	\(\le 0.87\)	\(\le 21.2\)
E	\(\le 1.00\)	\(\le 28.0\)
F	\(> 1.00\)	\(> 28.0\)

Correction : Analyse du Trafic sur l’Autoroute A100

Question 1 : Paramètres fondamentaux du trafic

Définitions :

Débit (\(q\)) : Nombre de véhicules (ou d'unités de référence comme les uvp) passant par une section transversale d'une route par unité de temps. Typiquement en véh/h ou uvp/h.
Vitesse (\(u\) ou \(S\)) :
- Vitesse Moyenne Temporelle (TMS) : Moyenne arithmétique des vitesses instantanées des véhicules passant en un point sur une période.
- Vitesse Moyenne Spatiale (SMS) : Moyenne des vitesses des véhicules présents sur un tronçon de route à un instant donné. C'est la vitesse utilisée dans la relation fondamentale.
Typiquement en km/h ou m/s.
Densité (\(k\)) : Nombre de véhicules (ou uvp) présents par unité de longueur d'une voie ou d'une route à un instant donné. Typiquement en véh/km ou uvp/km.

Ces trois paramètres sont liés par la relation fondamentale : \(q = k \cdot S\).

Résultat Question 1 : Les trois paramètres sont le débit (\(q\)), la vitesse moyenne spatiale (\(S\)), et la densité (\(k\)), liés par \(q = k \cdot S\).

Question 2 : Facteur d'ajustement pour Poids Lourds (\(f_{\text{HV}}\))

Principe :

Ce facteur convertit le flux de véhicules mixtes en un flux équivalent de voitures particulières, en tenant compte de l'impact plus important des poids lourds.

Formule(s) utilisée(s) :

f_{\text{HV}} = \frac{1}{1 + P_T (E_T - 1)}

Où \(P_T\) est la proportion de poids lourds (\(\%PL/100\)) et \(E_T\) est le facteur d'équivalence.

Données spécifiques :

\(\%PL = 12\% \Rightarrow P_T = 0.12\)
\(E_T = 1.5\)

Calcul :

\begin{aligned} f_{\text{HV}} &= \frac{1}{1 + 0.12 \times (1.5 - 1)} \\ &= \frac{1}{1 + 0.12 \times 0.5} \\ &= \frac{1}{1 + 0.06} \\ &= \frac{1}{1.06} \\ &\approx 0.943396 \end{aligned}

Résultat Question 2 : Le facteur d'ajustement pour la présence de poids lourds est \(f_{\text{HV}} \approx 0.943\).

Question 3 : Débit de service ajusté (\(v_p\))

Principe :

Le débit de service ajusté (\(v_p\)) est le débit horaire de pointe (\(Q_h\)) converti en unités de voitures particulières par heure par voie (uvp/h/voie), en tenant compte du PHF, du nombre de voies (\(N\)), et de \(f_{\text{HV}}\) (et \(f_p=1\)).

Formule(s) utilisée(s) :

v_p = \frac{Q_h}{\text{PHF} \times N \times f_{\text{HV}} \times f_p}

Données spécifiques :

\(Q_h = 5400 \, \text{véh/h}\) (total pour les 3 voies du sens)
\(\text{PHF} = 0.90\)
\(N = 3 \, \text{voies}\)
\(f_{\text{HV}} \approx 0.943396\)
\(f_p = 1.0\) (conditions de conducteurs standard)

Calcul :

\begin{aligned} v_p &= \frac{5400}{0.90 \times 3 \times 0.943396 \times 1.00} \\ &= \frac{5400}{2.7 \times 0.943396} \\ &= \frac{5400}{2.5471692} \\ &\approx 2120.00 \, \text{uvp/h/voie} \end{aligned}

Résultat Question 3 : Le débit de service ajusté est \(v_p \approx 2120 \, \text{uvp/h/voie}\).

Question 4 : Capacité ajustée (\(c_a\)) d'une voie

Principe :

La capacité de base est donnée pour des conditions idéales. Si des facteurs d'ajustement pour la géométrie (largeur de voie, accotement, etc.) étaient différents de 1, on les appliquerait ici. Dans cet exercice, il est stipulé que ces autres facteurs sont à 1.0, donc la capacité ajustée pour les conditions géométriques est égale à la capacité de base.

Note : Le facteur \(f_{HV}\) est utilisé pour ajuster le débit de demande en \(v_p\), pas pour réduire la capacité de base elle-même dans la méthodologie HCM standard pour les autoroutes. La capacité est exprimée en uvp/h/voie et on compare \(v_p\) (déjà en uvp/h/voie) à cette capacité.

Formule(s) utilisée(s) :

c_a = c_{\text{base}} \times f_{\text{LV}} \times f_{\text{Accotement}} \times f_{\text{Autres}}...

Puisque \(f_{\text{LV}}=1\), \(f_{\text{Accotement}}=1\), etc. (conditions idéales géométriques) :

c_a = c_{\text{base}}

Données spécifiques :

\(c_{\text{base}} = 2400 \, \text{uvp/h/voie}\)

Calcul :

c_a = 2400 \, \text{uvp/h/voie}

Résultat Question 4 : La capacité ajustée d'une voie (dans ces conditions géométriques idéales) est \(c_a = 2400 \, \text{uvp/h/voie}\).

Question 5 : Rapport volume sur capacité (\(v/c\))

Principe :

Le rapport \(v/c\) compare le débit de service ajusté à la capacité ajustée de la voie.

Formule(s) utilisée(s) :

\frac{v}{c} = \frac{v_p}{c_a}

Données spécifiques :

\(v_p \approx 2120 \, \text{uvp/h/voie}\)
\(c_a = 2400 \, \text{uvp/h/voie}\)

Calcul :

\begin{aligned} \frac{v}{c} &= \frac{2120}{2400} \\ &\approx 0.8833 \end{aligned}

Résultat Question 5 : Le rapport volume sur capacité est \(v/c \approx 0.883\).

Quiz Intermédiaire 1 : Un rapport \(v/c\) proche de 1.0 indique :

Un écoulement très libre.
Une capacité largement excédentaire.
Que la route fonctionne près de sa capacité maximale.
Un très faible volume de trafic.

Question 6 : Estimation de la vitesse moyenne d'exploitation (\(S\))

Principe :

On utilise la relation simplifiée fournie pour estimer la vitesse moyenne en fonction de la FFS et du rapport \(v/c\).

Formule(s) utilisée(s) :

S = \text{FFS} \times \left(1 - 0.25 \times \left(\frac{v}{c}\right)^2\right)

(Valable pour \(v/c \le 1\))

Données spécifiques :

FFS = \(120 \, \text{km/h}\)
\(v/c \approx 0.8833\)

Calcul :

\begin{aligned} \left(\frac{v}{c}\right)^2 &\approx (0.8833)^2 \approx 0.78021889 \\ S &\approx 120 \times (1 - 0.25 \times 0.78021889) \\ &\approx 120 \times (1 - 0.1950547) \\ &\approx 120 \times 0.8049453 \\ &\approx 96.593 \, \text{km/h} \end{aligned}

Résultat Question 6 : La vitesse moyenne d'exploitation estimée est \(S \approx 96.6 \, \text{km/h}\).

Question 7 : Calcul de la densité (\(k\))

Principe :

On utilise la relation fondamentale du trafic \(q = k \cdot S\), où \(q\) est le débit par voie (\(v_p\)) et \(S\) est la vitesse moyenne d'exploitation.

Formule(s) utilisée(s) :

k = \frac{v_p}{S}

Données spécifiques :

\(v_p \approx 2120 \, \text{uvp/h/voie}\)
\(S \approx 96.593 \, \text{km/h}\)

Calcul :

\begin{aligned} k &\approx \frac{2120 \, \text{uvp/h/voie}}{96.593 \, \text{km/h}} \\ &\approx 21.948 \, \text{uvp/km/voie} \end{aligned}

Résultat Question 7 : La densité de trafic est \(k \approx 21.95 \, \text{uvp/km/voie}\).

Question 8 : Détermination du Niveau de Service (LOS)

Principe :

On utilise le rapport \(v/c\) et la densité calculée, et on les compare aux seuils du tableau fourni.

Données spécifiques :

\(v/c \approx 0.883\)
\(k \approx 21.95 \, \text{uvp/km/voie}\)

Tableau des LOS (Autoroute) :

LOS	\(v/c\) Max	Densité Max (uvp/km/voie)
A	\(\le 0.26\)	\(\le 6.8\)
B	\(\le 0.44\)	\(\le 11.2\)
C	\(\le 0.65\)	\(\le 16.2\)
D	\(\le 0.87\)	\(\le 21.2\)
E	\(\le 1.00\)	\(\le 28.0\)
F	\(> 1.00\)	\(> 28.0\)

Détermination et Discussion :

Rapport \(v/c \approx 0.883\):

Ce rapport est supérieur à \(0.87\) (seuil pour LOS D) et inférieur ou égal à \(1.00\) (seuil pour LOS E). Cela suggère un LOS E.

Densité \(k \approx 21.95 \, \text{uvp/km/voie}\):

Cette densité est supérieure à \(21.2\) (seuil pour LOS D) et inférieure ou égale à \(28.0\) (seuil pour LOS E). Cela suggère également un LOS E.

Conclusion sur le LOS : En se basant sur les deux indicateurs, le Niveau de Service est E. Un LOS E signifie que la route fonctionne à sa capacité ou très près de sa capacité. L'écoulement est instable, et de petites perturbations peuvent entraîner des arrêts et la formation de files d'attente. La liberté de manœuvre des conducteurs est extrêmement limitée, et le confort de conduite est médiocre. C'est un niveau de service généralement considéré comme inacceptable pour la planification à long terme.

Résultat Question 8 : Avec \(v/c \approx 0.883\) et \(k \approx 21.95 \, \text{uvp/km/voie}\), le Niveau de Service (LOS) est E. Cela indique des conditions de circulation proches de la saturation, avec un écoulement instable.

Quiz Intermédiaire 2 : Si le PHF était de 1.0 (débit parfaitement constant sur l'heure de pointe), le débit de service ajusté \(v_p\) (toutes autres choses égales) serait :

Plus élevé.
Inchangé.
Nul.
Plus faible.

Glossaire

Capacité Routière: Débit maximal de véhicules (ou équivalents uvp) qu'une section de route peut écouler dans des conditions données.
Niveau de Service (LOS): Mesure qualitative des conditions d'exploitation d'un écoulement de trafic (A à F).
Vitesse de Référence en Écoulement Libre (FFS): Vitesse moyenne des véhicules en l'absence de congestion ou d'interactions significatives.
Débit Horaire (\(Q_h\)): Nombre de véhicules passant par une section en une heure.
Facteur de Pointe Horaire (PHF): Rapport entre le volume horaire total et le débit maximal sur la période la plus chargée de 15 minutes au sein de cette heure (multiplié par 4). Il mesure l'uniformité du débit.
Unité de Voiture Particulière (uvp): Unité standardisant l'impact des différents types de véhicules sur le trafic par rapport à une voiture particulière.
Facteur d'Équivalence Poids Lourd (\(E_T\)): Nombre d'uvp qu'un poids lourd représente en termes d'impact sur le trafic.
Facteur d'Ajustement pour Poids Lourds (\(f_{\text{HV}}\)): Coefficient pour convertir un flux mixte en un flux équivalent d'uvp.
Débit de Service Ajusté (\(v_p\)): Débit de demande converti en uvp/h/voie, ajusté pour les conditions de trafic (PHF, PL).
Capacité Ajustée (\(c_a\)): Capacité de base d'une voie, ajustée pour les conditions géométriques non idéales (largeur de voie, accotements, etc.).
Rapport Volume/Capacité (\(v/c\)): Indicateur clé du niveau de congestion, rapport du débit de service à la capacité.
Densité de Trafic (\(k\)): Nombre de véhicules par unité de longueur de voie (ex: uvp/km/voie).

Analyse du Trafic sur l’Autoroute A100

Données de l'étude

Schéma : Section d'Autoroute A100 (Un Sens)

Questions à traiter

Correction : Analyse du Trafic sur l’Autoroute A100

Question 1 : Paramètres fondamentaux du trafic

Définitions :

Question 2 : Facteur d'ajustement pour Poids Lourds (\(f_{\text{HV}}\))

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 3 : Débit de service ajusté (\(v_p\))

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 4 : Capacité ajustée (\(c_a\)) d'une voie

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 5 : Rapport volume sur capacité (\(v/c\))

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 6 : Estimation de la vitesse moyenne d'exploitation (\(S\))

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 7 : Calcul de la densité (\(k\))

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 8 : Détermination du Niveau de Service (LOS)

Principe :

Données spécifiques :

Détermination et Discussion :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

Glossaire

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