Études de cas pratique

EGC

Évaluation des Capacités Routières

Évaluation des Capacités Routières en Ingénierie de Transport

Évaluation des Capacités Routières

Comprendre l'Évaluation des Capacités Routières

L'évaluation de la capacité routière est une démarche essentielle en ingénierie des transports pour déterminer le volume maximal de trafic qu'une infrastructure peut écouler dans des conditions données, tout en maintenant un niveau de service acceptable pour les usagers. Cette analyse prend en compte les caractéristiques géométriques de la route (nombre et largeur de voies, accotements, pentes, courbes), la composition du trafic (pourcentage de véhicules lourds), le comportement des conducteurs, et les conditions de régulation. Le résultat de cette évaluation, souvent exprimé en termes de débit de service ajusté et de niveau de service (LOS), informe les décisions de planification, de conception, et de gestion des réseaux routiers.

Données de l'étude

On analyse une section d'une route rurale à deux voies (une voie par sens) pour déterminer sa capacité et son niveau de service pendant l'heure de pointe du matin.

Caractéristiques de la route et du trafic :

  • Type de route : Rurale, deux voies (bidirectionnelle)
  • Vitesse de référence en écoulement libre (FFS - Free Flow Speed) : \(90 \, \text{km/h}\)
  • Largeur de voie : \(3.30 \, \text{m}\)
  • Largeur d'accotement : \(1.50 \, \text{m}\)
  • Débit horaire de pointe dans le sens analysé (\(Q_h\)) : \(1200 \, \text{véh/h}\)
  • Pourcentage de Poids Lourds (\(\%PL\)) : \(10\%\)
  • Type de terrain : Vallonné (facteur d'équivalence pour PL, \(E_T = 2.5\))
  • Facteur de pointe horaire (PHF - Peak Hour Factor) : \(0.90\)
  • Pourcentage de zones sans dépassement : \(40\%\)
  • Nombre de points d'accès par kilomètre (dans chaque sens) : \(5 \, \text{accès/km}\)

Capacité de base pour une voie de route rurale bidirectionnelle (conditions idéales) : \(1700 \, \text{uvp/h/voie}\) (unités de voitures particulières par heure par voie)

Facteurs d'ajustement (selon le HCM ou manuels similaires) :

  • Ajustement pour largeur de voie (\(f_{LV}\)) : pour \(3.30\text{m}\), \(f_{LV} = 0.91\)
  • Ajustement pour accotement (\(f_{A}\)) : pour \(1.5\text{m}\), \(f_{A} = 0.94\)
  • Ajustement pour pourcentage de zones sans dépassement (\(f_{ZD}\)) : pour \(40\%\), \(f_{ZD} = 0.97\)
  • Ajustement pour nombre de points d'accès (\(f_{PA}\)) : pour \(5 \, \text{accès/km}\), \(f_{PA} = 0.95\)
Schéma : Section de Route Rurale Bidirectionnelle
Accotement Accotement Évaluation de Capacité Routière Route Rurale 2 Voies

Illustration simplifiée d'une section de route rurale bidirectionnelle.

Questions à traiter

  1. Définir la capacité d'une route et le concept de Niveau de Service (LOS). Quels sont les principaux facteurs affectant la capacité ?
  2. Calculer le facteur d'ajustement pour la présence de poids lourds (\(f_{\text{HV}}\)).
  3. Calculer le débit de service ajusté (\(v_p\)) en unités de voitures particulières par heure par voie (uvp/h/voie).
  4. Calculer la capacité ajustée (\(c_a\)) de la voie en uvp/h/voie, en appliquant les facteurs d'ajustement donnés à la capacité de base.
  5. Calculer le rapport volume sur capacité (\(v/c\)) pour la voie.
  6. En utilisant une table de correspondance simplifiée \(v/c\) - LOS (similaire à celle de l'exercice précédent sur la capacité autoroutière, mais adaptée si nécessaire ou fournie), déterminer le Niveau de Service (LOS) de cette section de route.
    LOS\(v/c\) Max
    A\(\le 0.35\)
    B\(\le 0.55\)
    C\(\le 0.75\)
    D\(\le 0.90\)
    E\(\le 1.00\)
    F\(> 1.00\)
  7. Si le pourcentage de zones sans dépassement passait à \(80\%\) (avec \(f_{\text{ZD}} = 0.90\)), quel serait le nouvel impact sur la capacité ajustée et potentiellement sur le LOS (discussion qualitative sans recalcul complet du LOS) ?

Correction : Évaluation des Capacités Routières

Question 1 : Définitions Capacité et LOS, et facteurs affectant la capacité

Définitions :

Capacité d'une route : C'est le débit horaire maximal soutenable de personnes ou de véhicules qu'une section uniforme d'une voie ou d'une chaussée peut raisonnablement supporter dans des conditions de chaussée, de trafic et de régulation données. Elle est généralement exprimée en véhicules par heure (\(\text{véh/h}\)) ou en unités de voitures particulières par heure (\(\text{uvp/h}\) ou \(\text{vpml/h}\)).

Niveau de Service (LOS - Level of Service) : C'est une mesure qualitative qui décrit les conditions d'exploitation d'un écoulement de trafic et la perception qu'en ont les usagers. Il est défini par des lettres (A à F), où A représente les meilleures conditions (écoulement libre) et F les pires (congestion généralisée).

Principaux facteurs affectant la capacité :
  • Caractéristiques géométriques de la route :
    • Nombre de voies.
    • Largeur des voies.
    • Largeur des accotements et dégagements latéraux.
    • Pentes et rampes (profil en long).
    • Rayons des courbes (tracé en plan).
    • Distance de visibilité.
  • Caractéristiques du trafic :
    • Composition du trafic (pourcentage de poids lourds, bus, véhicules récréatifs).
    • Répartition directionnelle du trafic.
    • Variations temporelles du débit (facteur de pointe horaire).
  • Conditions de régulation et de contrôle :
    • Type de contrôle aux carrefours (feux, stop, giratoire).
    • Limitations de vitesse.
    • Présence de zones de dépassement interdit.
    • Nombre et type de points d'accès.
  • Comportement des conducteurs : Population de conducteurs (familiers, non familiers), agressivité.
  • Conditions environnementales : Météo (pluie, neige, brouillard), luminosité.
Résultat Question 1 : La capacité est le débit maximal soutenable. Le LOS qualifie les conditions d'écoulement. La capacité est affectée par la géométrie, le trafic, la régulation, les conducteurs et l'environnement.

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

Principe :

Les poids lourds (PL) ont un impact plus important sur l'écoulement du trafic que les véhicules légers (VL) en raison de leur taille, de leur masse et de leurs performances dynamiques (accélération, capacité à maintenir la vitesse en rampe). Le facteur \(f_{\text{HV}}\) convertit un flux mixte en un flux équivalent de voitures particulières.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ f_{\text{HV}} = \frac{1}{1 + P_T (E_T - 1)} \]

Où \(P_T\) est la proportion de poids lourds et \(E_T\) est le facteur d'équivalence en voiture particulière pour un poids lourd (dépend du type de terrain).

Données spécifiques :
  • \(\%PL = 10\% \Rightarrow P_T = 0.10\)
  • \(E_T = 2.5\) (terrain vallonné)
Calcul :
\[ \begin{aligned} f_{\text{HV}} &= \frac{1}{1 + 0.10 \times (2.5 - 1)} \\ &= \frac{1}{1 + 0.10 \times 1.5} \\ &= \frac{1}{1 + 0.15} \\ &= \frac{1}{1.15} \\ &\approx 0.869565 \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : Le facteur d'ajustement pour la présence de poids lourds est \(f_{\text{HV}} \approx 0.870\).

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 ou vpml/h/voie), en tenant compte du facteur de pointe horaire (PHF), du nombre de voies (\(N\)), du facteur d'ajustement pour poids lourds (\(f_{\text{HV}}\)), et d'autres facteurs comme celui pour la population de conducteurs (\(f_p\), ici supposé à 1 et donc non inclus explicitement dans la formule de base du HCM pour \(v_p\) mais peut être appliqué à la capacité).

Pour une route à deux voies bidirectionnelle, le débit \(Q_h\) est souvent donné pour le sens analysé. Si \(Q_h\) était le total des deux sens, il faudrait appliquer un coefficient de répartition directionnelle.

Formule(s) utilisée(s) (HCM) :
\[ v_p = \frac{Q_h}{\text{PHF} \times N \times f_{\text{HV}} \times f_p} \]

Dans ce cas, \(N=1\) car on analyse le débit par voie dans le sens étudié.

Données spécifiques :
  • \(Q_h = 1200 \, \text{véh/h}\) (dans le sens analysé, donc pour N=1 voie)
  • \(\text{PHF} = 0.90\)
  • \(N = 1\) (car \(Q_h\) est déjà par sens et on cherche par voie)
  • \(f_{\text{HV}} \approx 0.869565\)
  • \(f_p = 1.00\) (pas d'impact)
Calcul :
\[ \begin{aligned} v_p &= \frac{1200}{0.90 \times 1 \times 0.869565 \times 1.00} \\ &= \frac{1200}{0.7826085} \\ &\approx 1533.33 \, \text{uvp/h/voie} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Le débit de service ajusté est \(v_p \approx 1533 \, \text{uvp/h/voie}\).

Question 4 : Capacité ajustée (\(c_a\)) de la voie

Principe :

La capacité ajustée (\(c_a\)) est obtenue en multipliant la capacité de base par les différents facteurs d'ajustement qui reflètent les conditions non idéales.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ c_a = c_{\text{base}} \times f_{\text{LV}} \times f_{\text{A}} \times f_{\text{ZD}} \times f_{\text{PA}} \]

(D'autres facteurs peuvent exister, comme \(f_p\) pour la population de conducteurs, mais il est à 1.00 ici).

Données spécifiques :
  • \(c_{\text{base}} = 1700 \, \text{uvp/h/voie}\)
  • \(f_{\text{LV}} = 0.91\)
  • \(f_{\text{A}} = 0.94\)
  • \(f_{\text{ZD}} = 0.97\)
  • \(f_{\text{PA}} = 0.95\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} c_a &= 1700 \times 0.91 \times 0.94 \times 0.97 \times 0.95 \\ &= 1700 \times 0.8554 \times 0.97 \times 0.95 \\ &= 1700 \times 0.829738 \times 0.95 \\ &= 1700 \times 0.7882511 \\ &\approx 1339.027 \, \text{uvp/h/voie} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : La capacité ajustée de la voie est \(c_a \approx 1339 \, \text{uvp/h/voie}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si la largeur de voie était idéale (\(f_{LV}=1.0\)) et les accotements étaient idéaux (\(f_A=1.0\)), la capacité ajustée \(c_a\) (avec les autres facteurs inchangés) serait :

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

Principe :

Le rapport \(v/c\) (ou débit/capacité) est le rapport entre le débit de service ajusté (\(v_p\)) et la capacité ajustée de la voie (\(c_a\)). C'est un indicateur clé du niveau de congestion.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ \frac{v}{c} = \frac{v_p}{c_a} \]
Données spécifiques :
  • \(v_p \approx 1533.33 \, \text{uvp/h/voie}\)
  • \(c_a \approx 1339.027 \, \text{uvp/h/voie}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \frac{v}{c} &= \frac{1533.33}{1339.027} \\ &\approx 1.145 \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : Le rapport volume sur capacité est \(v/c \approx 1.145\).

Question 6 : Détermination du Niveau de Service (LOS)

Principe :

On utilise le rapport \(v/c\) calculé et on le compare aux seuils du tableau fourni pour déterminer le LOS.

Données spécifiques :
  • \(v/c \approx 1.145\)

Tableau des LOS (rappel) :

LOS\(v/c\) Max
A\(\le 0.35\)
B\(\le 0.55\)
C\(\le 0.75\)
D\(\le 0.90\)
E\(\le 1.00\)
F\(> 1.00\)
Détermination :

Le rapport \(v/c \approx 1.145\).

En comparant au tableau :

  • \(1.145 > 1.00\), ce qui correspond à un LOS F.

Un LOS F indique des conditions de circulation très dégradées, avec une demande excédant la capacité, entraînant des embouteillages et des arrêts fréquents.

Résultat Question 6 : Avec un rapport \(v/c \approx 1.145\), le Niveau de Service (LOS) de cette section de route est F.

Question 7 : Impact d'un changement de \(f_{\text{ZD}}\)

Principe :

Si le pourcentage de zones sans dépassement augmente, le facteur d'ajustement \(f_{\text{ZD}}\) diminue (car plus de restrictions au dépassement réduisent la capacité et la fluidité). Cela aura un impact sur la capacité ajustée \(c_a\).

Données spécifiques :
  • Nouveau \(f'_{\text{ZD}} = 0.90\) (pour 80% de zones sans dépassement)
  • Ancien \(f_{\text{ZD}} = 0.97\) (pour 40%)
  • Autres facteurs d'ajustement et capacité de base inchangés.
  • \(c_{\text{base}} = 1700\), \(f_{\text{LV}} = 0.91\), \(f_{\text{A}} = 0.94\), \(f_{\text{PA}} = 0.95\)
Calcul de la nouvelle capacité ajustée (\(c'_a\)) :
\[ \begin{aligned} c'_a &= c_{\text{base}} \times f_{\text{LV}} \times f_{\text{A}} \times f'_{\text{ZD}} \times f_{\text{PA}} \\ &= 1700 \times 0.91 \times 0.94 \times 0.90 \times 0.95 \\ &= 1700 \times 0.8554 \times 0.90 \times 0.95 \\ &= 1700 \times 0.76986 \times 0.95 \\ &= 1700 \times 0.731367 \\ &\approx 1243.324 \, \text{uvp/h/voie} \end{aligned} \]
Discussion qualitative de l'impact sur le LOS :

La capacité ajustée passe d'environ \(1339 \, \text{uvp/h/voie}\) à environ \(1243 \, \text{uvp/h/voie}\). C'est une diminution de la capacité.

Le débit de service ajusté \(v_p\) reste le même (\(\approx 1533 \, \text{uvp/h/voie}\)) car il dépend du trafic observé et non de la capacité de la route.

Le nouveau rapport \(v/c\) serait :

\[ \frac{v'_p}{c'_a} \approx \frac{1533}{1243.324} \approx 1.233 \]

Le rapport \(v/c\) augmente (de \(1.145\) à \(1.233\)). Puisque le LOS était déjà F, il restera F, mais les conditions de congestion seraient encore plus sévères (le rapport \(v/c\) s'éloigne davantage de 1.0). Une augmentation du pourcentage de zones sans dépassement réduit la capacité de la route à écouler le trafic, ce qui aggrave la congestion pour un même volume de demande.

Résultat Question 7 : Si \(f_{\text{ZD}}\) passe à \(0.90\), la capacité ajustée \(c'_a\) diminue à environ \(1243 \, \text{uvp/h/voie}\). Le rapport \(v/c\) augmente à environ \(1.233\), ce qui signifie que le Niveau de Service F serait encore plus dégradé.

Quiz Intermédiaire 2 : Un facteur de pointe horaire (PHF) proche de 1.0 indique :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

8. La capacité d'une route est généralement exprimée en :

9. Un rapport \(v/c\) supérieur à 1.0 indique :

10. Le facteur d'ajustement pour la présence de poids lourds (\(f_{\text{HV}}\)) :

Glossaire

Capacité Routière
Débit maximal de véhicules (ou équivalents) qu'une section de route peut accommoder dans des conditions données.
Niveau de Service (LOS)
Mesure qualitative des conditions d'écoulement du trafic (A=meilleur, F=pire).
Vitesse de Référence en Écoulement Libre (FFS)
Vitesse moyenne des véhicules en conditions de trafic très faible.
Débit Horaire de Pointe (\(Q_h\))
Volume de trafic pendant l'heure la plus chargée.
Facteur de Pointe Horaire (PHF)
Rapport reflétant la variation du débit au sein de l'heure de pointe.
Unité de Voiture Particulière (uvp ou vpml)
Unité de mesure du trafic où les véhicules lourds sont convertis en un nombre équivalent de voitures particulières.
Facteur d'Équivalence Poids Lourd (\(E_T\))
Nombre d'uvp correspondant à un poids lourd.
Facteur d'Ajustement (\(f_{\text{HV}}, f_{\text{LV}}, f_{\text{A}}\), etc.)
Coefficient utilisé pour ajuster la capacité de base ou le débit en fonction des conditions non idéales (présence de PL, largeur de voie réduite, etc.).
Débit de Service Ajusté (\(v_p\))
Débit horaire de pointe converti en uvp/h/voie, tenant compte des ajustements.
Capacité Ajustée (\(c_a\))
Capacité de base d'une voie ajustée pour les conditions réelles.
Rapport Volume/Capacité (\(v/c\))
Rapport entre le débit de service ajusté et la capacité ajustée, utilisé pour évaluer le LOS.
Évaluation des Capacités Routières - Exercice d'Application

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