Dès lors qu'ils dépassent une longueur de quelques centaines de mètres les tunnels sont dotés d'équipements qui visent à garantir la sécurité des usagers, en situation normale ou en cas d'incident.
Afin de réduire les risques d'accidents et d'en limiter les conséquences éventuelles, mais également pour préserver un niveau de confort adéquat pour les usagers, une grande variété d'équipements peuvent être installés. Le Chapitre 7 "Le coût de l'entretien" du rapport 05.06.B traite des équipements des tunnels routiers et le Chapitre 3 "Conception et remise en état des tunnels routiers urbains" du rapport 2008R15 donne des détails sur la conception et le renouvellement des équipements.
Les équipements des tunnels routiers sont le plus souvent regroupés dans les familles suivantes:
Dans cette famille se trouvent les équipements ayant une fonction transversale :
Une quantité importante d'énergie électrique est nécessaire pour alimenter les équipements installés dans le tunnel. Les systèmes d'alimentation électrique (voir la page Alimentation électrique) doivent fournir suffisamment d'énergie dans des conditions d'utilisation normale comme dans les situations d'urgence. Cela signifie également que, même en cas de coupure de courant, certains dispositifs doivent alimenter les équipements absolument nécessaires.
Afin de garantir le confort des usagers et de réduire les risques d’accidents, il est important d’assurer une bonne visibilité et de réduire la concentration des polluants. Pour cela, un système d'éclairage adéquat (voir la page Installation d'éclairage) et un système de ventilation (voir la page Système de ventilation) sont nécessaires. La ventilation est également cruciale en cas de situations d'urgence, car elle influe à la fois sur la progression des incendies et sur la propagation des fumées. En fonction du trafic et de la longueur du tunnel, la ventilation peut être uniquement naturelle, uniquement mécanique, ou mixte naturelle et mécanique (c'est-à-dire naturel en conditions normales et mécanique en situations d'urgence).
L'état de ces équipements doit également être surveillé. Dans cette optique, il est possible d'installer un système de contrôle-commande (voir la page Systèmes d'acquisition de données, de contrôle - commande et de supervision (SCADA)).
Figure 1 : Transformateur à haute tension
• Fournir une alimentation électrique sûre et suffisante pour permettre à tous les équipements de fonctionner
• Répondre aux besoins dans toutes les situations opérationnelles (normales, dégradées, critiques, d'urgence).
La puissance nécessaire pour alimenter un tunnel est directement liée à la nature et au nombre des équipements qui y sont installés. Selon la quantité d'énergie électrique requise (kWh), l'alimentation peut être fournie en basse ou en haute tension (Figure 1).
Figure 2 :Exemple d’une armoire électrique
• La présence d'une alimentation électrique secourue de puissance (alimentation redondante, générateur diesel, etc.),
• L'installation d'un dispositif qui peut compenser une perte totale d'alimentation électrique. Ce système alimentation sans interruption (ASI), générateur diesel. etc.) fournit l'électricité aux équipements critiques pour la sécurité, pendant une période de temps limitée.
Dans la majorité des tunnels, la pénétration naturelle de la lumière ne permet pas une visibilité satisfaisante pour les usagers. Il est donc nécessaire d'installer un éclairage artificiel pour améliorer les conditions de visibilité et le confort.
En termes de fonctionnalités, l'installation d'éclairage comprend :
• un éclairage normal qui offre une visibilité adaptée au conducteur, de jour comme de nuit
• un éclairage de sécurité qui offre une visibilité minimale aux usagers, pour leur permettre de quitter le tunnel à bord de leur véhicule en cas de perte d’alimentation électrique.
• l'éclairage d'évacuation ; comme les plots de balisage d'évacuation, pour guider les usagers du tunnel à pied en cas d'urgence.
L'éclairage artificiel normal comprend généralement deux zones successives :
• une zone d'entrée (également appelée zone de renforcement) où le niveau d'éclairage est renforcé à l'entrée du tunnel et diminue progressivement à l’intérieur du tunnel
• une zone de section courante (également appelé éclairage de base) qui correspond au reste du tunnel. Dans cette zone, le niveau d'éclairage est constant et beaucoup plus faible que dans la zone d'entrée.
Dans certains tunnels, où il y a un risque d'éblouissement en sortie, une zone d’éclairage de renforcement de sortie peut être rajoutée.
Les automobilistes qui entrent dans un tunnel subissent souvent ce que l'on appelle "l'effet du trou noir". En effet, les niveaux de luminance à l'intérieur du tunnel sont beaucoup plus faibles qu'à l'extérieur et nos yeux ont du mal à s'adapter à cette différence soudaine. Pour atténuer cet effet, un niveau d'éclairage plus élevé dit "renforcé" doit donc être prévu à l'entrée du tunnel. Cela permet aux conducteurs de voir les obstacles se trouvant dans le tunnel à la distance d’arrêt du véhicule pour une conduite en sécurité. Cela contribue également à limiter les ralentissement en entrée, ce qui est important pour maintenir un flux de circulation optimal.
La quantité de lumière nécessaire pour éviter l'effet de trou noir dépend notamment de la luminosité à l'extérieur du tunnel (temps ensoleillé ou nuageux). Les valeurs de luminance en tête sont
normalement utilisées pour déterminer et ajuster les niveaux d'éclairage requis pour la zone d'entrée.
Afin de permettre à la vision du conducteur de s'adapter à la luminance intérieure du tunnel, le niveau d'éclairage de la zone d'entrée est progressivement réduit au fur et à mesure que les conducteurs se déplacent dans le tunnel.
Une fois que la vision des conducteurs s’est adaptée aux niveaux de luminance plufaibles du tunnel, un éclairage minimum est nécessaire dans la zone intérieure pour une conduite sûre. Les luminaires de la zone intérieure sont espacés à intervalles réguliers avec un niveau constant dans le reste du tunnel. Les changement de niveaux d'éclairage de la zone intérieure, de jour à nuit, sont contrôlés par une cellule photoélectrique.
La conception d'une installation d'éclairage doit respecter plusieurs critères, notamment ceux relatifs à la :
• des niveaux de luminance et d'éclairement sur la chaussée
• le niveau de luminance et d’éclairement des piedroits
• des valeurs d'uniformité pour les différents régimes de renfort
• les valeurs d'éblouissement.
Plusieurs types d'installations sont possibles ; les plus courantes sont l'éclairage symétrique et l'éclairage à contre-flux.
Dans les systèmes d'éclairage symétriques, la lumière est distribuée de façon symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe du tunnel. Une quantité égale de lumière est envoyée vers chaque extrémité du tunnel. Ce système est généralement utilisé dans la zone de section courante. Il peut être utilisé dans la zone d'entrée pour les tunnels qui ont une vitesse d'approche lente ou lorsqu'il n'y a pas assez de place pour installer des luminaires au-dessus de la chaussée.
Les systèmes d’éclairage à contre-flux projettent la lumière en direction des automobilistes, dans des conditions qui évitent l'éblouissement. Ce type de système, qui doit être installé au-dessus des voies et face au flux de circulation, utilise les propriétés de contraste négatif nécessitant des niveaux de luminance plus faibles pour percevoir l’obstacle qu’en symétrique. Il peut être utilisé dans les zones d'entrée s'il y a suffisamment de place pour installer des luminaires au-dessus des voies. Il présente des avantages en termes de coûts d'investissement et de coûts d'exploitation, notamment lorsque la vitesse d'approche est relativement élevée (>70 km/h).
Outre le type de système d'éclairage, il convient également de prêter attention aux revêtements des parois latérales des tunnels qui peuvent affecter l'efficacité globale du système choisi. Pour un éclairage symétrique, il est préférable que les revêtements des parois soient de couleur claire. Dans le cas des systèmes à contre-flux, des revêtements plus sombres mais plus spéculaires sont préférables.
Selon les caractéristiques du tunnel et le type de système d'éclairage, les luminaires peuvent être installés en une ou plusieurs lignes, au-dessus des voies ou latéralement, en haut des piedroits.
Le terme "ventilation" combine plusieurs fonctions : ventilation de la pollution, extraction de la fumée, et parfois ventilation à des fins de protection de l'environnement.
Comme expliqué à la page Principes de ventilation, dans certains cas, la ventilation dans les tunnels routiers peut être réalisée sans nécessiter d'équipement mécanique (ventilation naturelle). Cependant, dans la plupart des tunnels d'une longueur supérieure à quelques centaines de mètres, la ventilation mécanique est inévitable, ce qui nécessite la conception d'un système de ventilation de tunnel (voir page Conception et dimensionnement ).
Les caractéristiques des équipements de ventilation à installer dépendent fortement du type de système de ventilation pour le fonctionnement normal et les scénarios d'incendie.
Les systèmes de ventilation longitudinale utilisent le tube du tunnel comme "conduit". À l'aide d'un jet d'air placé dans la colonne d'air du tunnel, la résistance à l'écoulement peut être surmontée en convertissant l'impulsion du jet en pression statique.
Les jets d'air peuvent être placés à l'entrée du tunnel (Saccardo), soufflant de l'air extérieur dans le tunnel ou sous forme de ventilateurs canalisés (généralement appelés accélérateurs) le long du tunnel, chacun accélérant une partie du flux d'air du tunnel. Les accélérateurs peuvent fonctionner dans les deux directions du tunnel (voir section IV.2 "Ventilation longitudinale" du rapport AIPCR 1996 05.02 "Tunnels routiers : Emissions, Environnement, Ventilation").
Lorsqu'un ventilateur est installé dans un tunnel, une diminution considérable de la poussée se produit lorsque l'unité est proche du plafond ou de la paroi du tunnel ou dans une niche. Dans ces cas, il est recommandé d'utiliser des dispositifs supplémentaires afin de maximiser le facteur d'installation. On peut par exemple utiliser des déflecteurs, des tôles inclinées, des silencieux inclinés ou des tuyères. La section 4.4.4 "Ventilation" du rapport 2017 R02 de l'AIPCR "Exploitation des tunnels routiers : premiers pas vers une approche durable" fournit quelques exemples d'amélioration de l'efficacité de la ventilation longitudinale.
Dans certains pays, des systèmes de filtration de l'air ont été mis en place pour atténuer l'impact des émissions des véhicules sur l'environnement. La section 4.4.5 "Épuration de l'air" du rapport 2017 R02 de l'AIPCR "Exploitation des tunnels routiers : premiers pas vers une approche durable" fournit quelques exemples et approches dans différents pays.
Les accélérateurs opérant dans un tunnel peuvent générer des niveaux de bruit élevés et avoir des effets néfastes sur la transmission de la parole entre les personnes dans le tunnel. Cela peut devenir un problème de sécurité lorsque le niveau de bruit empêche les usagers du tunnel de comprendre ce qu'on leur demande de faire ou lorsqu'il rend difficile la communication entre les pompiers. C'est pourquoi il faut faire preuve d'une certaine prudence dans l'évaluation des émissions sonores des accélérateurs.
La ventilation transversale utilise des conduits qui sont parallèles au tunnel. Deux types de conduits sont généralement utilisés :
• Des conduits d'air frais sont utilisés pour injecter de l'air frais dans le tunnel afin de diluer les gaz pollués produits par les véhicules ;
• Les conduits d'extraction ou d'évacuation sont utilisés pour évacuer l'air vicié ou la fumée et les gaz chauds produits par l'incendie du volume du tunnel. Dans certains cas, la capacité d'extraction peut être utilisée afin de limiter la vitesse longitudinale dans le tunnel en fonctionnement normal.
L'extraction pour le contrôle des fumées est généralement concentrée dans une zone plus petite que la longueur du conduit par l'ajout de trappes motorisées et télécommandées, également appelés "extraction ponctuelle". Les ventilateurs desservant les conduits sont souvent situés dans des installations de ventilation à proximité des portails ou des puits des tunnels ; cependant, de nombreuses variantes peuvent exister.
Les ventilateurs d'extraction doivent être dimensionnés pour assurer les débits d'air d'extraction requis pour tous les lieux d'incendie dans le tunnel. Dans le passé, les conduits d'extraction étaient généralement reliés au tunnel par un certain nombre de petites bouches ouvertes régulièrement espacées. Ce concept a depuis évolué en remplaçant les petits évents ouverts par des évents plus grands équipés de clapets motorisés commandés à distance et davantage espacés. L'utilisation de fusibles et de panneaux thermiques a été évaluée et s'est avérée avoir des effets néfastes : l'efficacité du système de contrôle des fumées utilisant de tels dispositifs thermiques s'est avérée compromise par l'ouverture intempestive de certaines trappes et/ou l'ouverture de trappes dans des endroits non optimaux.
La résistance thermique des ventilateurs doit garantir que l'extraction des fumées chaudes est possible quelle que soit la configuration. Les câbles, les boîtes de jonction et toutes les autres parties non protégées du système de ventilation doivent avoir la même résistance au feu que les ventilateurs. Pour plus de détails sur la résistance au feu des autres équipements, voir la section VII.5 "Résistance au feu des équipements" du rapport AIPCR 1999 05.05.B "Maitrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers". Des informations supplémentaires sur les températures maximales mesurées lors des tests d'incendie du Memorial Tunnel et du Zwenberg Tunnel sont également disponibles dans ce rapport AIPCR 1999 05.05 .
Pour remplir leur fonction, les trappes doivent être capables de résister aux conditions environnementales normales du tunnel et de fonctionner dans des conditions d'urgence.
Les équipements de ventilation doivent répondre à un certain nombre de spécifications, notamment la résistance au feu et les performances acoustiques. Chapitre 4 "Ventilation" du rapport 2006 05.16 et ses annexes 12.3 "Dimensionnement des installations de ventilation lonjgitudinale" , 12.4. "Volets de désenfumage" et 12.6. "Impact sonore des accélérateurs" fournissent des informations supplémentaires sur les équipements de ventilation pour les systèmes longitudinaux et transversaux.
Les aspects du cycle de vie doivent également être pris en compte dans la conception et la sélection des équipements de ventilation des tunnels. Des informations supplémentaires sont disponibles dans le rapport 2012 R14 de l'AIPCR sur les aspects du cycle de vie des équipements électriques des tunnels routiers.
Dans certains cas, comme pour les tunnels complexes ou urbains, des considérations spécifiques doivent être prises en compte dans les exigences relatives aux équipements, comme décrit au chapitre 7 "Autres équipements et installations d'exploitation" du rapport 2016 R19 de l' AIPCR "Tunnels routiers : réseaux routiers souterrains complexes".
Comme le système de ventilation joue un rôle majeur dans la sécurité des tunnels, il est essentiel qu'il fonctionne correctement et efficacement à tout moment. Pour atteindre cet objectif, des séries de tests doivent être définies et adaptées aux spécifications spécifiques des tunnels. L'objectif premier des tests des systèmes de ventilation des tunnels routiers est double :
• pour vérifier la fonctionnalité de tous les éléments du système, tant au moment de la commande (essais en usine et de réception) qu'in situ (essais de fonctionnalité à des intervalles déterminés) ;
• de vérifier les performances in situ du système et de ses composants en les comparant aux spécifications de conception.
Trois types de tests sont généralement effectués afin de vérifier l'équipement et les objectifs de sécurité du système de ventilation :
• Essais de réception (en usine) : ils visent à vérifier que les performances réelles de l'équipement correspondent aux exigences spécifiées. Les directives d'essai indiquent généralement les procédures à suivre pour ces opérations.
• Tests unitaires sur site : ils visent à vérifier que le fonctionnement des équipements est conforme aux spécifications du projet.
• Tests d'intégration : ils visent à vérifier que les objectifs de sécurité correspondent, notamment en ce qui concerne le contrôle des fumées. La première série d'essais d'intégration peut être effectuée sans feu afin de quantifier la capacité de ventilation, et une deuxième série d'essais peut impliquer un feu calibré afin de tenir compte des effets de flottabilité et de visualiser le développement de la fumée.
Il est généralement impossible d'effectuer des essais d'intégration avec des incendies aussi importants que les incendies de conception. Le plus souvent, ces essais ont pour but principal de former les exploitants de tunnels et les membres des services d'incendie.
La liste des essais et les calendriers correspondants doivent être adaptés à chaque tunnel particulier, et dépendent de l'équipement installé, du volume de trafic et du degré d'utilisation des installations, et couvrent plusieurs aspects, notamment :
• Contrôles visuels
• Mesures électriques
• Mesures du débit d'air, pression des ventilateurs
• Mesures du débit d'air dans les conduits de ventilation
• Mesures du débit d'air aux trappes de désenfumage
• Mesures du bruit : aux entrées d'air et aux sorties des équipements de ventilation afin de déterminer l'état et le vieillissement des silencieux et des ventilateurs et dans les salles des machines pour vérifier la protection des travailleurs.
• Abris et ventilation des pièces annexes
• Essais d’incendie
Le chapitre 8 "Responsabilités opérationnelles en cas d'urgence" du rapport AIPCR 2007 05.16 "Systèmes et équipements de lutte contre l'incendie et les fumées" décrit plus en détail les essais de ventilation appropriés pour les systèmes de ventilation.
Très souvent ces systèmes sont désignés par l'acronyme SCADA bien que celui-ci soit un acronyme anglais (SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition).
Dans un tunnel routi Figure 1 : Système SCADA exploitant la ventilation dans le tunnel du Lioran (France)er, l'équipement joue un rôle essentiel pour la sécurité des usagers. L'exploitant doit donc surveiller ces équipements en permanence pour déterminer leur état (opérationnel ou défectueux) et/ou leur mode de fonctionnement (automatique, manuel ou arrêté).
De nombreux dispositifs sont asservis par des capteurs et fonctionnent automatiquement (par exemple, l'éclairage, la ventilation.) en fonction de seuils prédéterminés. D'autres sont activés ou désactivés en fonction des conditions d’exploitation. Il est donc utile pour l'opérateur de pouvoir les commander à distance (panneaux à messages variables, barrières, ventilation (Figure 1), éclairage, pompes, etc.)
Comme les équipements peuvent être utilisés de manière très différente (en continu, occasionnellement ou très rarement), il est nécessaire que l'opérateur dispose d'informations sur la durée de fonctionnement (heure utilisée) de chaque équipement.
La surveillance, le contrôle-commande et l'archivage des données sont très souvent effectués par un seul système : le système de contrôle-commande et d'acquisition de données (SCADA) : voir la Figure 2
Figure 2 : Système SCADA dans une salle de contrôle d'un tunnel
Avec le développement d'Internet et des appareils connectés, les systèmes SCADA sont de plus en plus vulnérables aux cyberattaques. Comme ils sont au cœur du processus de sécurité, des efforts doivent être faits pour les protéger de cette nouvelle menace.
De nombreux types d’équipements peuvent être installés dans un tunnel pour gérer le trafic et améliorer le confort des usagers. La signalisation constitue l’un des principaux dispositifs dont dispose l’exploitant pour réaliser ces tâches.
Sur tout type de route, on trouve la même signalisation aussi bien dans un tunnel qu’à l’air libre:
Pour gérer le trafic dans un tunnel et sur la route où se situe ce dernier, l’opérateur dispose de différents équipements:
Ces équipements peuvent être situés dans le tunnel, mais également en amont de ce dernier, et si possible à une distance suffisante pour guider l’usager vers un itinéraire de déviation. Le principal problème qui se pose pour la signalisation dans le tunnel est l'emplacement. En effet, les caractéristiques géométriques d'un ouvrage souterrain sont optimisées et augmenter le profil en travers conduira à des surcoûts non négligeables. Dans la pratique, un compromis doit être trouvé entre la nécessité d'une bonne visibilité des panneaux (donc, des panneaux de taille suffisante) et l'espace disponible.
Les différents dispositifs de sécurité à disposition des usagers dans le tunnel (postes d'appel d'urgence, extincteurs, issues de secours...) nécessitent une signalisation de sécurité spécifique. (voir les pages Surveillance / Détection et Aides à l’évacuation).
Figure 1. Exemple de panneaux dynamiques d’affectation de voies (Singapour)
Des panneaux de signalisation fixes peuvent indiquer aussi bien la limite de vitesse habituelle, que l’interdiction de dépasser ou la distance à respecter entre les véhicules. D'autres panneaux de signalisation fixes spécifiques à l'environnement du tunnel indiquent les différentes installations ou dispositifs de sécurité à la disposition des usagers du tunnel (tels que les garages, les postes d'urgence avec téléphones d'urgence , les extincteurs).
En cas d'accident ou de panne, des panneaux de signalisation dynamique peuvent être utilisés pour communiquer des informations importantes aux usagers et pour gérer la circulation. Les panneaux d’affectation des voies, placés au-dessus de la chaussée, indiquent quelles voies sont ouvertes et peuvent indiquer aux usagers qu'ils doivent se regrouper à gauche ou à droite. Les panneaux de signalisation dynamique de limitation de vitesse peuvent informer les usagers des modifications de la vitesse autorisée. Les panneaux à messages variables peuvent être utilisés pour informer les usagers du tunnel de la nature de l'incident et indiquer le comportement approprié à adopter (ralentir, rester sur la voie, etc.)
Si un incident de circulation implique un incendie nécessitant l'évacuation des usagers, en plus des messages d'évacuation affichés sur le PMV, des panneaux spécifiques indiquent l'itinéraire d'évacuation menant aux sorties de secours.
Tous les panneaux doivent être conçus et placés de manière à être clairement visibles et faciles à lire. Les panneaux doivent comporter un texte ou un message relativement court afin qu'ils puissent être facilement lus par les usagers. Dans la pratique, un compromis doit être trouvé entre la nécessité d'une bonne visibilité des panneaux (panneaux suffisamment grands) et l'espace disponible.
Figure 1: Présignalisation en amont d’un tunnel en Autriche
La présignalisation indiquant le gabarit maximum autorisé peut être intégrée à un dispositif de contrôle de gabarit (Figure 2).
Figure 2: Présignalisation et dispositif de contrôle de gabarit an amont d’un tunnel en Autriche
Fig.1 : Signalisation regroupée à la tête du Tunnel du Mont Blanc
Parmi les prescriptions les plus fréquentes, on peut citer:
Parfois ces prescriptions peuvent être regroupées sur un seul panneau (voir Fig. 1).
Certains pays disposent d’un panneau « tunnel » auquel sont attachées certaines des prescriptions énoncées ci-dessus.
Fig. 2 : Signalisation indiquant la longueur du tunnel et la distance à respecter entre véhicules
On trouve aussi, le plus souvent à proximité des têtes de l’ouvrage, des panneaux d’information tels que :
Enfin, pour les ouvrages, dont le gabarit est inférieur à celui de l’itinéraire d’accès, on trouve un panneau qui indique le gabarit autorisé dans l’ouvrage. Ce panneau peut être associé à un obstacle physique mis en place pour limiter le risque de choc entre les éléments hors-gabarit et les équipements du tunnel.
Les tunnels sont soit ouverts à tous les véhicules, soit limités à certains véhicules. S'ils sont interdits à certaines catégories de véhicules (véhicules trop hauts, véhicules transportant des marchandises dangereuses), des itinéraires alternatifs doivent être disponibles et clairement indiqués, comme le montre l'exemple ci-dessous.
Figure 1 : Panneau indiquant que le tunnel est interdit aux véhicules d'une hauteur supérieure à 4,3 mètres et qu'un itinéraire alternatif doit être emprunté (France).
Si un tunnel est complètement fermé, en raison d'un accident, de travaux routiers, etc., tous les usagers doivent être informés des différents itinéraires de remplacement. Il est nécessaire d'informer les usagers le plus en amont possible, avant les points de choix relatifs, qui sont parfois situés à une distance considérable du tunnel. Si le tunnel fait partie d'un réseau urbain, d'autres moyens de signalisation peuvent être utilisés pour faciliter la gestion du trafic dévié (par exemple, les panneaux à messages variables).
Figure 2 : Panneau à message variable indiquant la fermeture d'un tunnel en raison de travaux routiers et l'itinéraire de remplacement à emprunter (Belgique)
Figure 3 : Panneau indiquant la fermeture du tunnel du Lioran et l'itinéraire alternatif (France)
Photo 1 : Une double barrière de fermeture, utilisée en combinaison avec un signal d'arrêt et un panneau à message variable, (France)
Des dispositifs sont donc utilisés pour avertir les utilisateurs qui se trouvent à l'extérieur que le tunnel est fermé et/ou les empêcher d'y entrer.
Dans de nombreux pays, l'expérience montre que fermer le tunnel simplement au moyen d'un signal d'arrêt placé devant l'entrée, n'est pas toujours efficace. C'est pourquoi ce signal d'arrêt est souvent combiné avec des barrières et des panneaux à messages variables, permettant aux usagers d'être informés des raisons de la fermeture (Photo.1).
Photo 2 : Exemple d'une seule barrière de fermeture de tunnel utilisée en combinaison avec les signaux d'arrêt (Autriche)
Le dispositif de fermeture du tunnel peut être activé depuis le centre de contrôle-commande ou automatiquement dans les tunnels qui ne sont pas surveillés en permanence. Certaines autorités routières exigent également qu’une équipe d’intervention soit déployée à l'entrée du tunnel avant que la barrière ne puisse être abaissée en toute sécurité.
Le dispositif de fermeture est destiné à être utilisé dans les situations d'urgence, mais il peut également être utilisé dans d'autres situations, notamment lors de fermetures programmées pour des interventions de maintenance.
En mode normal d’exploitation, la surveillance d’un tunnel s’effectue principalement par une surveillance visuelle du trafic au moyen du dispositif de vidéo-surveillance.
En cas d’incident dans un tunnel, l’alarme peut être détectée par vidéo-surveillance ou par d’autres moyens plus spécifiques tels que :
La ‘’qualité’’ de l’information fournie par chacun de ces dispositifs est très liée à la nature même du dispositif (un téléphone d’appel d’urgence permet d’établir un dialogue avec l’usager et de le localiser, alors qu’une information de décroché d’extincteur conduit à suspecter un début d’incendie, mais sans plus de précision).
Tous ces dispositifs ne fournissent donc pas à l’opérateur la même nature ni la même ‘’qualité’’ d’information, mais ils lui permettent d’être destinataire d’une première alerte. L’exploitant peut alors utiliser d’autres équipements pour vérifier la véracité de l’alarme ou obtenir plus d’information.
Un système de surveillance du trafic est souvent installé lorsque le niveau de trafic est très dense dans un tunnel. En général, on utilise un système de vidéosurveillance, parfois complété par des dispositifs de comptage. Une installation de vidéosurveillance fournit à l'exploitant des informations importantes afin de prendre des décisions sur le contrôle des conditions de circulation dans le tunnel en temps réel. En cas d'exploitation dégradée ou d'urgence, elle permet de visualiser la zone d'incident concernée afin d'évaluer rapidement les actions requises.
La vidéosurveillance est donc un outil très précieux pour l'exploitant car elle permet de surveiller en permanence les conditions de traffic à l'intérieur du tunnel et de réagir rapidement si nécessaire. Toutefois, pour tirer pleinement parti d'une installation de vidéosurveillance, il est essentiel de maintenir une présence humaine, si possible en continu, au poste de contrôle-commande.
Figure 1 : Exemple de système de vidéosurveillance dans un tunnel
La vidéosurveillance est généralement assez simple dans sa conception. Des caméras placées à intervalles réguliers dans le tunnel assurent une couverture complète du tunnel et de ses entrées. Les images sont ensuite regroupées et transmises au poste de contrôle-commande du tunnel par des réseaux qui peuvent ou non être dédiés à cette fonction. Les images sont ensuite reçues et visualisées sur les écrans (Fig. 1).
Les systèmes de vidéosurveillance peuvent également être relayés à des systèmes de détection automatique d'incidents (pour détecter la fumée, les incendies, les accidents, les embouteillages ou les intrusions par exemple). Les systèmes d'aide sont particulièrement utiles pour les longs tunnels, où il est difficile pour l'opérateur d'observer l'ensemble du tunnel, même avec un mur d'écrans.
Les postes d’appel d'urgence permettent à un usager, victime d'un accident dans un tunnel, de contacter le centre de contrôle-commande en charge du tunnel. En plus d'établir une liaison vocale, l'utilisation d'un poste d’appel d'urgence par un usager permet de connaître sa position précise.
Chaque poste est doté d'un numéro d'identification unique qui s'affiche à l'écran lorsque l'utilisateur/la victime décroche le récepteur, ce qui permet au personnel du centre de contrôle de localiser rapidement la source de l'appel. De même, le centre de contrôle-commande peut également faire sonner le poste d’appel d'urgence et donner des instructions à l'utilisateur/la victime.
Ces postes d’appel d'urgence sont installés à intervalles fixes sur les piedroits ou dans des niches de sécurité de différents types. La distance entre deux postes d’appel d'urgence est souvent spécifiée par la réglementation et varie donc d'un pays à l'autre.
Le fonctionnement de cet appareil est assez simple. Les postes d’appel d'urgence dans le tunnel sont reliés à un centre qui reçoit les appels passés depuis le tunnel. Ce centre est généralement situé dans le centre de contrôle-commande du tunnel et parfois dans les locaux des services des forces de l’ordre sous la juridiction desquels le tunnel est placé.
Comme mentionné ci-dessus, l'utilisateur a accès à plusieurs équipements de sécurité dans un tunnel, notamment en cas d'urgence. Ces dispositifs comprennent des extincteurs, des postes d’appel d'urgence et des issues de secours.
Des alarmes automatiques sont déclenchées lorsque des systèmes d'urgence tels que des portes et/ou des extincteurs sont utilisés. Pour les extincteurs, c'est l'action de retirer l'équipement de son support qui déclenche l'alarme. Pour les portes des niches de sécurité et des sorties de secours, c'est l'ouverture de la porte ou la détection d'une présence dans la sortie qui est le déclencheur.
L'ouverture d'une porte ou le retrait d'un extincteur entraîne souvent le déclenchement d'actions automatisées. Par exemple, une caméra de vidéosurveillance peut être programmée pour se tourner automatiquement vers la porte qui a été ouverte afin d'aider l'opérateur à réagir plus efficacement. Il est essentiel que l'exploitant du tunnel soit informé le plus tôt possible lorsqu'un utilisateur actionne l'un de ces dispositifs, afin de prendre les mesures adéquates. Lorsque les normes nationales exigent que le tunnel soit surveillé par des opérateurs à plein temps, ces dispositifs seront alors surveillés à l'aide de connecteurs. Ces informations sont remontée au système GTC /supervision du tunnel. En cas d'ouverture d'une porte ou de retrait d'un extincteur, le système de surveillance de l'installation déclenche une alarme pour l'opérateur situé dans la salle de contrôle.
Figure 1 : Extincteurs avec capteurs à gauche
Les boutons poussoirs d’alarme permettent à un usager d'envoyer une alarme au centre de contrôle-commande en cas d'incident dans un tunnel. Ces boutons d'appel manuels ne sont pas très coûteux et peuvent donc être installés à intervalles fréquents, généralement tous les 25 à 50 mètres.
Ces dispositifs ne sont pas souvent activés par les usagers du tunnel, car ceux-ci préfèrent généralement utiliser des postes d'appel d'urgence (téléphones d'urgence) qui permettent des conversations audio en temps réel avec un opérateur. Les boutons-poussoirs d’alarme ne fournissent pas de retour d'information en temps réel à l'utilisateur.
La plupart des tunnels routiers qui disposent d'une salle de contrôle sont équipés d'un système de videosurveillance en circuit fermé (voir la page Système de vidéosurveillance) . Les images de la videosurveillance sont généralement affichées sur un mur d’image dans le poste de contrôle. Le système de videosurveillance permet aux opérateurs de surveiller le tunnel pour identifier les incidents. Il peut souvent être difficile pour l'opérateur de surveiller plus de quelques écrans simultanément en raison de la grande quantité d'images disponibles et des autres tâches qu'il doit accomplir.
Afin de garantir une détection rapide des incidents, tels que les ralentissements ou l'immobilisation du trafic, les exploitants de tunnels installent de plus en plus souvent des systèmes de détection automatique d’incidents (DAI). Dans certains pays, l'utilisation de ces équipements est obligatoire pour certains types de tunnels.
Deux principaux types de systèmes d'aide sont disponibles pour les tunnels routiers : les systèmes vidéo et les systèmes radar. Les systèmes basés sur la vidéo (V-DAI) utilisent généralement des caméras de vidéosurveillance en circuit fermé fixes pour assurer une couverture complète des routes et des passages. Le système vidéo fournit des images vidéo utiles et horodatées des incidents, ce qui peut aider à évaluer les raisons pour lesquelles les incidents se sont produits et qui ou quoi peut être responsable de l'incident. Les systèmes V-DAI à caméra fixe sont également disponibles avec des caméras infrarouges ou thermique afin que le système puisse fournir des images vidéo dans des conditions de faible luminosité et de fumée. Les systèmes basés sur le radar couvrent une plus grande surface qu'une caméra fixe, et nécessitent donc moins d'infrastructures dans le tunnel. Le résultat d'un système radar est une image à échelle de gris qui fonctionne dans toutes les conditions environnementales d'un tunnel.
Les systèmes V-DAI sont normalement basés sur l'analyse informatique des flux d'images vidéo générés par les caméras installées pour visualiser la circulation dans les tunnels. L'analyse vidéo compare chaque image de la caméra vidéo avec l'image précédente et vérifie les différences en dehors de ce qui est considéré comme un comportement "normal". Un certains nombre d'algorithmes sont disponibles dans le système V-DAI qui peut détecter toute une série d'incidents, notamment
• véhicules arrêtés
• fumer
• les véhicules en contre-sens
• réduction de la vitesse
• véhicule lent
• piétons
• débris dans le tunnel routier
• flammes
• l'entrée dans les zones réglementées
• marchandises perdues dans le tunnel
Chaque type d'événement à détecter est associé à une fréquence de fausses alertes. L'augmentation du nombre d'événements à détecter augmentera donc la fréquence des fausses alertes et réduira ainsi la fiabilité du système d'aide.
Il est donc très important de limiter le type d'événements à détecter à ceux qui sont strictement nécessaires afin de rendre le système aussi fiable que possible, de limiter la fréquence des fausses alertes et de réduire les cas de non-détection d'événements.
Comme les incendies graves de véhicules se développent normalement après l'arrêt de la circulation (par exemple à la suite d'un accident), on peut s'attendre à ce qu'une alarme "véhicule arrêté" provenant d'un système d'aide précède les alarmes déclenchées par d'autres systèmes, tels que les détecteurs de température et de fumée. Cette alerte précoce fournie par les systèmes DAI donne le temps aux exploitants de tunnels de confirmer la nature et la localisation de l'incident, et de permettre une intervention plus efficace. Cela peut se faire par le choix d'une configuration de ventilation optimale, la prévention des accidents secondaires par des mesures opérationnelles, l'alerte rapide des automobilistes en amont de l'incident et la fermeture du tunnel. Elle donne également aux opérateurs la possibilité d'appeler les services d'urgence, d'afficher des messages d'avertissement ou d'information sur des panneaux à messages variables, de diffuser des messages sur les systèmes de sonorisation et d'incrustation de message par radio, d'appeler les camions de dépannage, de conseiller de sortir du tunnel, etc.
Les systèmes de détection de fumée par vidéo sont décrits dans la section 6.3.3 "Méthodes actuellement utilisées" du rapport 05.16.B 2006.
Les systèmes d'aide vidéo peuvent également fournir des informations en temps réel sur le flux, le volume et la vitesse du trafic. Ils peuvent enregistrer des images à l'origine de l'incident (Fig. 1) et peuvent interagir avec d'autres systèmes tels que le système de contrôle et d'acquisition de données (SCADA). Les systèmes d'aide basés sur la vidéo comprennent normalement des caméras IP (Internet Protocol), un système de traitement d'images vidéo qui traite les images d'une ou plusieurs caméras. Les images vidéo peuvent être renvoyées vers des moniteurs ou des écrans d'ordinateur dans le poste de contrôle. Les caméras V-DAI peuvent également être surveillées par le système de gestion vidéo, composé de serveurs redondants, assurant des fonctions vidéo et autres (enregistrement en masse des vidéos et des incidents du système DAI, collecte et stockage en temps réel des données et des événements de trafic, interface avec le système SCADA du tunnel), des équipements de réseau et des lignes de communication (fibres optiques, câbles coaxiaux et paires torsadées blindées).
La technologie récente en matière de traitement vidéo permet aux algorithmes V-DAI d'être exécutés sur les caméras (ou à proximité des caméras), plutôt que sur un serveur central. Cette approche signifie que seuls les fichiers vidéo des incidents détectés sont transmis au système SCADA lorsqu'il y a un incident, plutôt que de transmettre constamment (en continu) la vidéo en temps réel de toutes les caméras. Cela permet de réduire la charge de transmission sur le réseau de communication du tunnel.
Fig. 1 : Caméra équipée de DAI (photo Crédit CETU)
La conception des systèmes d'aide dans les tunnels devrait être entreprise en tenant dûment compte des points suivants :
• Types d'incidents à détecter
• Précision de la détection (c'est-à-dire minimisation des "faux négatifs" dans les incidents de détection)
• Réduction des fausses alertes (c'est-à-dire minimisation des "faux positifs")
• Emplacement des caméras existantes dans le tunnel
• Caractéristiques géométriques du tunnel
• Accès pour le personnel de maintenance
• Effet d'éblouissement dû à la lumière du soleil près des caméras situées à proximité des entrées
• Changements causés par le passage des véhicules dans le tunnel (feux, occlusion par les véhicules hauts)
• Visibilité dans le tunnel causée par la fumée
• Changement de niveau d'éclairage dans le tunnel (éclairage on/off)
• Réflexions dans le tunnel
• Dans le cas d'un système d'aide intégrant un flux vidéo IP, la capacité du réseau IP existant doit être vérifiée afin de s'assurer que la bande passante disponible est suffisante
• Proximité des services du tunnel tels que les ventilateurs, l'éclairage du tunnel, les services de protection contre l'incendie, etc.
L'article de Routes/Roads de 2009 "Systèmes de détection d'incendie dans les tunnels routiers - Leçons tirées du projet de recherche international" a conclu que "pour faire face aux obstructions, la plupart des fabricants de capteurs recommandent d'utiliser deux capteurs couvrant la même zone sous des angles différents, par exemple dans les deux sens dans un tunnel". Des caméras multiples peuvent également être nécessaires à des fins de redondance, en cas de défaillance de la caméra. En général, les champs de vision des caméras sont conçus pour se chevaucher, de sorte que la défaillance d'une caméra peut être compensée par les images des caméras voisines.
Section IV.2.1. "Dispositifs de détection d'incidents" du rapport 05.15.B 2004 suggère que l'emplacement des caméras peut varier de 30 à 150 mètres si elles sont utilisées pour la détection automatique d'incidents. Selon des recommandations plus récentes des fabricants de V-DAI, les caméras ne devraient pas couvrir une distance supérieure à vingt fois sa hauteur de montage. Par conséquent, si une caméra est montée à 5 m au-dessus de la route, elle devrait être capable de fournir une détection raisonnablement précise des incidents sur une distance de 100 m. Toutefois, comme mentionné ci-dessus, pour assurer une couverture redondante en cas de défaillance d'une caméra, les caméras V-DAI doivent être installées tous les 50 à 80 m.
La performance d'un système d'aide dépend dans une large mesure de la réussite de la mise en service et de l'étalonnage avant le déploiement. L'expérience montre que la décision relative au temps de détection du système a une influence importante sur la précision de détection du système et sur le nombre de fausses alarmes enregistrées. L'expérience des installations existantes dans les tunnels indique qu'une telle mise en service et un tel étalonnage peuvent prendre plusieurs mois en exploitation.
Les détecteurs d'incendie et de fumée font toujours partie intégrante d'une boucle de contrôle qui comprend des capteurs, des équipements de déclenchement d'alarme, des câbles de transmission, des unités d'évaluation, etc.
Les systèmes d'alarme d'incendie et de fumée dans les tunnels routiers sont conçus pour détecter les incendies et la production de fumée le plus rapidement possible afin que les équipements et les procédures de sécurité puissent être activés sans délai. Leurs principaux objectifs devraient être les suivants :
• informer les usagers du tunnel le plus tôt possible, afin de leur permettre d'organiser leur auto-évacuation;
• transmettre tous les paramètres d'incendie possibles au personnel d'exploitation du tunnel afin de lui permettre de modifier l'exploitation en cours du tunnel (systèmes de contrôle du trafic et de ventilation) en fonction des procédures d'urgence (dit scénario incendie), et de faire appel aux services de secours, aux services de secours, à la police, etc.
• pour identifier les lieux de l'incendie ou de l'incident, afin d'orienter les personnels des services de secours vers les lieux appropriés pour aider les automobilistes, par exemple.
Les principes de détection des incendies sont basés sur les paramètres perçus, c'est-à-dire la chaleur, la fumée, les radiations et la production de substances chimiques typiques. Les capteurs de détection d'incendie comprennent donc :
• Détecteurs de chaleur : tous les matériaux dont les caractéristiques sont sensibles à une augmentation de l'énergie thermique, lorsque cela implique une hausse de la température. Il s'agit par exemple de capteurs qui mesurent des différences de température par rapport à une température de référence ou à une vitesse d'augmentation de la température, de câbles en fibre de verre dont les caractéristiques de transmission de la lumière sont fonction de la température, de câbles de capteurs linéaires avec circuits électroniques intégrés, etc ;
• Détecteurs de flammes, basés sur leur sensibilité aux spectres de longueur d'onde infrarouge et/ou ultraviolet ;
• Détecteurs de fumée qui mesurent l'extinction d'un faisceau de lumière infrarouge à travers les zones d'ionisation du CO et du CO2 ;
• Détecteurs qui combinent différents types de capteurs.
Chacun de ces détecteurs a son propre domaine d'application spécifique, lié à son temps de réponse, sa robustesse, sa fiabilité, etc.
Récemment, les systèmes d'aide vidéo se sont avérés très efficaces et rapides pour détecter les incendies. Ils détectent les incidents et tout objet ou véhicule qui ne se conforme pas au flux de circulation normal prévu. Les caméras peuvent être automatiquement orientées vers la scène de l'incident, ce qui permet à l'opérateur de découvrir très tôt le début d'un incendie.
Les systèmes de détection d'incendie/de fumée sont décrits dans la section 6.3 "Détection d'incendie" du rapport 2006 05.16.B.
D'une manière générale, les détecteurs d'incendie dans les tunnels routiers doivent être conçus pour résister aux conditions environnementales suivantes : vitesse de l'air jusqu'à 10 m/s, visibilité réduite en raison des gaz d'échappement des moteurs diesel et de l'usure abrasive des pneus et du revêtement routier, concentrations accrues et fluctuantes à court terme de polluants (monoxyde de carbone (CO), dioxyde de carbone (CO2), oxydes d'azote et hydrocarbures), modification de l'intensité des phares, chaleur du moteur et fumées chaudes, gaz d'échappement des véhicules, interférences électromagnétiques, circulation mixte de véhicules (c'est-à-dire voitures, petits camions, camions de gros tonnage, autobus et camions-citernes) qui entraîneront une obstruction plus ou moins importante de la section transversale du tunnel.
On ne saurait trop insister sur le fait qu'ils doivent avoir un haut degré de sécurité et être capables de déterminer l'emplacement de l'incendie aussi précisément que possible. Il est conseillé que les systèmes de détection d'incendie possèdent un certain niveau d'intelligence afin d'éviter les fausses alarmes, car les rectifier pourrait entraîner des dépenses importantes et, pire encore, pourrait finalement décourager les opérateurs de prêter attention aux alarmes.
En outre, il est impératif que l'installation de détection/alarme incendie soit d'un prix raisonnable, ait des coûts de fonctionnement faibles et soit simple à entretenir : voir la section 6.3 "Détection incendie" du rapport 2006 05.16.B.
Les paramètres suivants pour les détecteurs automatiques d'incendie sont spécifiés dans les codes et normes nationaux et internationaux : temps maximal de détection d'un incendie, détermination du lieu de l'incendie, puissance minimale d'incendie à détecter, méthodes de détection approuvées, points de connection pour les alarmes incendie, carractéristiques concernant les tunnels qui devraient être équipés d'installations automatiques d'alarme incendie (par exemple, longueur du tunnel, tunnels avec ventilation mécanique, tunnels qui ne sont pas surveillés en permanence par le personnel, tunnels courts avec des densités de trafic particulièrement élevées).
Une liste de documents de référence détaillés concernant les paramètres des détecteurs d'incendie est décrite dans les codes et se trouve dans la section 10 "Références" du rapport 2006 05.16.B.
L'efficacité de la détection des incendies ne dépend pas seulement du type de dispositif (température, extinction du faisceau lumineux, ionisation, etc.), mais aussi de la stratégie de détection qui a été développée, qui comprend le nombre de capteurs et leur niveau de surveillance dans le tunnel.
La détection automatique des incidents, l'analyse des images vidéo, y compris les systèmes d'aide, la surveillance par caméra, les équipements tels que les décrochés d’extincteurs d'incendie, ainsi que les postes d’appel d'urgence sont généralement de bons moyens de déclencher une alarme.
De nombreux détecteurs utilisés sont basés sur la chaleur et sur le taux d'augmentation de la température. Lorsqu'il est bien calibré, ce type de système ne génère que peu de fausses alarmes, mais peut avoir une vitesse de réaction lente. Les détecteurs basés sur l'obscurcissement de la fumée donnent des signaux précoces mais ont généralement plus de fausses alarmes à cause des gaz d'échappement des véhicules diesel : voir la section VI.3.1 "Détection d'incendie" du rapport 05.05.B 1999.
L'article de Routes/Roads 2009 "Systèmes de détection des incendies dans les tunnels routiers - Leçons tirées du projet de recherche international" traite des systèmes de détection des incendies et des fumées dans les tunnels routiers, tels que la détection linéaire de la chaleur, la détection optique des flammes, la détection par imagerie vidéo, la détection localisée de la chaleur et la détection de la fumée par des systèmes d'échantillonnage de l'air. Il conclut que les capteurs atmosphériques ont de bonnes performances en termes de temps de réponse et de leur capacité à localiser et à surveiller avec précision un incendie et l'effet sur l'environnement routier, si l'on tient compte des performances globales, y compris les fausses alarmes, l'entretien et la détection des incendies. Les informations issues de cette étude peuvent être utilisées pour déterminer la technologie la plus appropriée pour la détection des incendies dans les tunnels.
Figure 1 : Capteur de température linéaire
Pour communiquer directement avec l’usager l’exploitant dispose de deux dispositifs:
La diffusion de messages sur les fréquences FM ne peut se faire, bien évidemment, que si le tunnel est équipé d’un système de radio retransmission. Quand il existe, un tel système permet de diffuser un nombre limité de fréquence et il faut que l’autoradio de l’usager soit en fonctionnement. Un avantage de ce dispositif est d’atteindre directement l’usager, dans son véhicule.
La diffusion de messages au moyen de haut-parleurs est aussi un dispositif efficace, dès lors que son audibilité est bonne. Pour atteindre des performances satisfaisantes, il nécessite toutefois une mise au point délicate, notamment pour éviter les effets de réverbération.
Ce chapitre est divisé en deux parties :
Un tunnel est une structure fermée qui ne permet généralement pas aux ondes radio de se propager très loin dans le tunnel. Comme les radios des véhicules sont un moyen utile pour permettre aux exploitants de tunnel de diffuser des messages d'urgence aux usagers du tunnel, nous devons donc prévoir un moyen de retransmettre les communications radio dans le tunnel.
Cette rediffusion des stations de radio est assurée par le système de rediffusion radio qui utilise des équipements de transmission et un câble coaxial passant par le tunnel. Le câble coaxial qui retransmet les ondes radio et est appelé "câble rayonnant".
Le système radio est principalement utilisé pour permettre aux services de secours d'utiliser leurs radios dans le tunnel. Il est également possible d'installer des équipements spécifiques qui permettent la retransmission des fréquences radio locales et nationales disponibles aux abords du tunnel.
Pour pouvoir diffuser des messages d'urgence aux véhicules sur les fréquences radio, les opérateurs doivent interrompre la diffusion normale des stations radio et utiliser les fréquences retransmises pour diffuser leur propre message d'urgence. C'est ce que l'on appelle l’incrustation radio.
Figure 1 : Système d’incrustation radio dans un véhicule
Ces messages d’incrustation radio seront transmis en coordination avec le système de sonorisation, s'il est installé, de sorte que les messages transmis par haut-parleurs ne soient pas diffusés en même temps que les messages radio.
Une installation de radio-transmission dans un tunnel est essentiellement composée de :
• Une antenne, dite « station de capture », pour recevoir les stations de radio "hors antenne" ;
• Récepteurs et unités de transmission pour AM, FM, DAB+, Tetra, UHF, qui permettent de diffuser depuis l'extérieur dans les locaux techniques du tunnel ;
• Équipements d'introduction vocale pour permettre la transmission de messages d'urgence dans le tunnel pour les fréquence FM et DAB+
• Les dispositifs rayonnants dans le tunnel (câbles ou antennes "fuyards").
Figure 1 : Haut-parleur installé dans le tunnel de Yamate (Japon)
• Des haut-parleurs installés à intervalles fixes le long du tunnel, qui permettent aux opérateurs de s'adresser directement aux utilisateurs pour leur donner des informations ou leur demander de se comporter d'une manière particulière;
• Des sirènes installées à intervalles fixes le long du tunnel qui émettent un signal sonore indiquant un danger;
• Des balises sonores installées près des sorties de secours qui aident à indiquer l'emplacement de la sortie et informent les utilisateurs qu'ils doivent l'utiliser pour évacuer.
Ces systèmes sont expliqués plus en détail dans le rapport 2016R06EN de l'AIPCR : "Améliorer la sécurité dans les tunnels routiers par la communication en temps réel avec les usagers" et dans l'annexe de ce rapport qui fournit les résultats d'une enquête internationale sur l'utilisation des systèmes de sonorisation par haut-parleurs.
Dans certaines situations (en cas d’incendie notamment) l’usager va, spontanément ou en suivant des instructions que l’exploitant lui aura communiquées, prendre la décision d’évacuer le tunnel. Le plus souvent, cette phase d’évacuation va démarrer avant même que les services de l’exploitant ou les services de secours extérieurs soient arrivés sur le site.
Outre la signalisation des issues de secours qui aide l’usager à leur localisation, deux dispositifs sont donc mis en œuvre pour faciliter cette évacuation en guidant l’usager vers l’issue la plus proche :
Ce chapitre est divisé en quatre parties :
Figure 1. Exemple de panneaux indiquant l'emplacement d'une sortie de secours (Les Monts, France)
Elle doit être réalisée à l'aide de panneaux qui répondent à des normes. Deux panneaux normalisés doivent être installés devant la sortie de secours, l'un d'eux étant visible dans le sens de circulation et l'autre dans le sens opposé (voir Figure 1).
Il est généralement obligatoire d'installer des panonceaux qui vont indiquer aux piétons la distance vers les sorties de secours. Des panneaux normalisés doivent être utilisés à cette fin. Ils sont installés par paires, parallèlement à la direction de la route, en respectant une inter-distance d'une vingtaine de mètres.
Figure 2. Exemple de panneaux indiquant la distance jusqu'à la sortie de secours la plus proche (Tunnel de la Condamine, France)
Dans la majorité des tunnels, il existe un système d'éclairage qui assure un niveau d'éclairage conforme aux normes nationales et internationales d'éclairage des tunnels routiers pour une exploitation "normale" du tunnel. Ce système d'éclairage fournira également un éclairage de "secours" additionnel dans le tunnel, pendant une durée limitée, lorsque l'alimentation électrique principale est défaillante. L'éclairage de secours (environ 10 % du niveau d'éclairage "normal") sera alimenté par une alimentation électrique sans interruption (ASI). L'ASI est un équipement alimenté par des batteries.
Figure 1 : Eclairage d'évacuation (Crédit photo OFROU)
L’incendie d’un ou plusieurs véhicules est l’évènement le plus redouté en tunnels. Par conséquent, de nombreux équipements présents en tunnel ont pour mission de prendre en compte ce risque.
Parmi ceux-ci, nous pouvons citer :
Ces équipements sont très souvent complétés par des exigences spécifiques qui concernent :
Parmi les moyens utilisés pour lutter contre les incendies dans les tunnels routiers, les systèmes de contrôle des fumées sont des considérations économiques et stratégiques importantes. Les principaux objectifs des systèmes de contrôle des fumées sont les suivants :
• Garder les usagers le plus longtemps possible dans une partie non enfumée de l’espace circulé. Cela signifie que la stratification de la fumée doit être maintenue intacte, laissant l’air sous la couche de fumée plus ou moins clair et respirable (cela s'applique aux tunnels bidirectionnels ou unidirectionnels congestionnés) ou/et que la fumée doit être poussée complètement d'un côté du feu (cela devrait de préférence être appliqué aux tunnels unidirectionnels non congestionnés où il n'y a normalement pas de personnes en aval du feu).
• Permettre aux usagers, dans tous les cas, d'atteindre un lieu sûr dans un délai et sur une distance raisonnablement courts (voir page Auto-évacuation). C'est pourquoi des installations telles que des sorties de secours ou des abris résistants au feu doivent être prévues chaque fois que cela est nécessaire.
• Éviter que la fumée ne s'échappe dans les structures non impactées (itinéraires d'évacuation, deuxième tube de circulation, etc.)
• Produire de bonnes conditions pour la lutte contre les incendies.
Un système de ventilation longitudinale maintient la zone en amont du feu sans fumée, ce qui signifie qu'en théorie, il n'y a pas besoin d’itinéraires d'évacuation. Toutefois, des sorties de secours peuvent être nécessaires pour parer à l'imprévu, comme un incendie qui prend des proportions telles que le système de ventilation ne peut plus le maîtriser ou une explosion.
L'extraction des fumées dans les systèmes de ventilation transversaux ou semi-transversaux repose sur les trois principes suivants :
• Obtenir une extraction concentrée des fumées avec la plus grande efficacité possible par une extraction au niveau du plafond,
• Maintenir la stratification naturelle de la fumée et préserver des conditions non enfumées au niveau de la chaussée,
• confiner la fumée, dans les tunnels plus longs, à une section du tunnel proche de l'incendie, en appliquant des pressions plus élevées dans les zones situées de chaque côté de l'incendie.
Les systèmes de désenfumage de ce type ont généralement un conduit d'extraction de la fumée, avec des ouvertures ou des trappes pour la capture de la fumée, reliés à des ventilateurs d'extraction. Des informations supplémentaires sur les équipements de ventilation et leurs spécifications sont disponibles à la page Ventilation
Voir les pages Principes de ventilation et Conception et dimensionnement pour plus d'informations sur les principes de contrôle des fumées et les critères de conception.
La conception de scénarios de contrôle de la ventilation appropriés pour chaque situation d'incendie possible est une partie très importante du processus : voir le rapport technique 2011 R02 "Tunnels routiers" : Stratégies d’exploitation de la ventilation en situation d'urgence" . Ces scénarios peuvent être simples, en particulier lorsque la stratégie longitudinale est appliquée, ou impliquer un grand nombre de dispositifs de mesure et de ventilation dans des tunnels complexes à ventilation transversale (la page Contrôle et surveillance fournit des informations supplémentaires à ce sujet).
Les interactions de la conception du système de ventilation avec les autres éléments d'un tunnel sont nombreuses et diverses. Dans le cas de la ventilation transversale, par exemple, les débits requis peuvent avoir un impact sur la section excavée, avec un impact potentiellement important sur le coût de construction. La ventilation représente également une grande partie des besoins d'alimentation électrique d'un tunnel. Elle interagit étroitement avec d'autres équipements de sécurité tels que les systèmes de détection et de lutte contre l'incendie : voir le chapitre 5 "Systèmes fixes de lutte contre l'incendie dans le contexte des systèmes de sécurité des tunnels " du rapport AIPCR 2008 R07.
Enfin, d'autres parties d'un tunnel que l'espace de circulation principal peuvent nécessiter une ventilation, notamment les issues de secours : voir section 5.3. "Dimensionnement de l’itinéraire d’évacuation" du rapport AIPCR 2007 05.16 "Systèmes et équipements pour la maîtrise des incendies et des fumées".
Figure 1 : Système fixe de lutte contre l'incendie en fonctionnement
Dans un incendie qui se développe rapidement, la fumée peut rapidement compromettre la capacité des usagers à s'auto-évacuer, tandis que l'élévation rapide des températures peut rendre le tunnel intenable et détruire les systèmes de sécurité. Un SFLI a le potentiel de réduire les taux de croissance et de propagation de l'incendie, contribuant ainsi à la sécurité des automobilistes et des services d'urgence pendant les phases d'auto-évacuation et de secours d'un incendie. D'autres avantages potentiels d'un système fixe de lutte contre les incendies sont la protection des actifs du tunnel contre les dommages causés par le feu, et d'éviter ou de réduire les perturbations du réseau routier qui peuvent se produire pendant la réparation d'un tunnel à la suite d'un incendie.
Les systèmes de lutte contre l'incendie à base d'eau sont de loin le type de SFLI le plus courant dans les tunnels à l'heure actuelle. Il existe des systèmes à basse pression et à haute pression, ces derniers ayant des gouttelettes de taille plus petite. D'autres systèmes de lutte contre l'incendie à base d'eau, y compris des systèmes à mousse, ont également été installés dans des tunnels. La sélection du SFLI approprié devrait être basée sur une analyse coûts-avantages et de sécurité pour différents scénarios d'incendie.
Sauf lorsque l'installation d'un système de surveillance des flux de trafic est prescrite par les directives nationales de conception des tunnels, les étapes suivantes sont recommandées pour étayer la décision d'installer ou non un tel système :
• une étude de faisabilité,
• une analyse des risques, comme le prévoit la directive européenne 2004/54/CE ;
• une analyse coûts-avantages.
LE SFLI doit être considéré dans le contexte d'autres systèmes de sécurité critiques tels que la ventilation. Une détection rapide et précise des incidents et une réponse rapide et précise sont des éléments essentiels pour obtenir les meilleures performances possibles du système de ventilation.
Le rapport 2016 R03 fournit des informations sur les types de systèmes disponibles, leur utilisation dans les tunnels routiers de divers pays et des conseils sur la conception et le choix du système le plus approprié. Lorsque des SFLI sont adoptés, il est essentiel qu'ils soient correctement conçus, installés, intégrés, mis en service, entretenus, testés et exploités.
Les matériaux utilisés dans la construction des tunnels doivent posséder une résistance au feu suffisante pour assurer l'intégrité pendant l'évacuation et la lutte contre l'incendie.
La section VII.3 "Réaction au feu des matériaux" du rapport technique 05.05.B "Contrôle du feu et des fumées dans les tunnels" traite des propriétés au feu des matériaux des tunnels, en indiquant que les spécifications fixées pour les matériaux devraient inclure des exigences concernant leurs propriétés en cas d'incendie. Les propriétés souhaitables comprennent :
• faible inflammabilité, ce qui réduit la vitesse de propagation du feu ;
• une faible production de chaleur, qui réduit l'ampleur de l'incendie et donc l'impact sur la structure et la sécurité des personnes
• la minimisation ou l'élimination des produits toxiques du feu.
Figure 1 : Mise en place d'un test pour vérifier la réaction au feu du revêtement des parois du tunnel
La possibilité que des matériaux produisent des substances chimiquement corrosives ou toxiques lors de la combustion et que celles-ci puissent pénétrer la surface du béton et provoquer une corrosion ultérieure doit également être prise en compte. Cela s'applique également à tout revêtement qui pourrait être utilisé (Fig. 2). Dans le cas où les fibres de polypropylène sont spécifiées pour réduire le risque d'écaillage, la question de la durabilité du béton après tout incendie important doit être prise en compte. En effet, la porosité du béton augmente là où les fibres ont fondu, ce qui accroît la vulnérabilité à la carbonatation ou aux attaques par les chlorures.
Figure 2 : Test pour vérifier la réaction au feu du revêtement des parois du tunnel
Les revêtements routiers peuvent être construits en béton de ciment ou en béton bitumineux (asphalte). L'article de Route/Roads "Effets de la chaussée sur les incendies dans les tunnels routiers" traite des propriétés de ces matériaux du point de vue de la sécurité incendie. Parmi ceux-ci, le béton de ciment est le seul qui ne soit pas combustible et ne soulève aucune question quant à son utilisation dans les tunnels. Cependant, des études et des expériences de feux réels ont montré que, dans les phases où la sécurité des personnes est concernée, l'asphalte n'augmente pas de manière significative la taille du feu (à la fois le taux de dégagement de chaleur et la charge totale du feu) en cas d'incendie dans un tunnel routier. L'enrobé drainant n'est pas recommandé dans les tunnels car le carburant déversé sera stocké sous la surface de la route.
La résistance au feu d'une structure peut être caractérisée par le temps qui s'écoule entre le début d'un incendie et le moment où la structure n'assure plus sa fonction, en raison d'une déformation ou d'un effondrement inacceptable.
Le chapitre 7 "Critères de conception pour la résistance au feu des structures" du rapport technique 2007 05.16.B "Systèmes et équipements pour la maîtrise des incendies et des fumées en tunnel routier" résume comme suit les objectifs de la résistance au feu des structures dans les tunnels :
1. les personnes à l'intérieur du tunnel doivent pouvoir s'évacuer d'elles-mêmes (autosauvetage) ou être aidées à se mettre en lieu sûr (objectif principal)
2. les opérations de sauvetage doivent être possibles dans des conditions de sécurité
3. des mesures de protection sont prises contre l'effondrement de la structure du tunnel et la perte de biens des tiers
Un objectif supplémentaire est de limiter la durée pendant laquelle la circulation sera perturbée par les réparations après un incendie.
Un aperçu du sujet a été publié dans le chapitre VII.4 "Résistance au feu des structures" du rapport technique 1999 05.05.B : Maitrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers.
La résistance au feu des structures est décrite en fonction de différentes courbes temps-température. La figure 1 montre la courbe ISO 834, la courbe néerlandaise RWS, la courbe allemande ZTV et une courbe française "hydrocarbure majorée", HCM, dans laquelle les températures sont multipliées par un facteur de 1300/1100 par rapport à la courbe de base hydrocarbure (HC) de l'Eurocode 1, partie 2-2.
Figure 1: Courbes température-temps pour les normes ISO HCinc, ZTV et RWS (Routes/Roads 324)
Les critères de conception pour la résistance au feu dans les tunnels ont été convenus entre l'Association mondiale de la route (AIPCR) et l'Association internationale des tunnels (ITA), tels que présentés dans l'article Routes/Roads "PIARC Design Criteria for Resistance to Fire for Road Tunnel Structures" (2004), et publiés en tant que recommandation de l'AIPCR au chapitre 7 "Design Criteria for Structure Resistance to Fire" du rapport technique 2007 05.16.B.
Un résumé des propositions est présenté dans le tableau 1. Sur la base des courbes temps-température présentées dans la figure 1 ci-dessus, le tableau 1 identifie la courbe à choisir et la durée pendant laquelle cette courbe doit être respectée. Ces informations sont données pour différents types d'ouvrages principaux et secondaires et pour deux types de trafic : voitures/fourgonnettes et camions/citernes.
| Structure principale | Structures secondaires (4) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Type de trafic | Immergé ou sous/dans une superstructure | Tunnel en terrain instable | Tunnel en terrain stable | Coupe et couverture | Conduits d'air (5) | Sorties d'urgence en plein air |
Sorties de secours vers d'autres tubes |
Abris (6) |
| Voitures Fourgons |
ISO 60 min |
ISO 60 min |
Voir note (2) | Voir note (2) | ISO 60 min |
ISO 30 min |
ISO 60 min |
ISO 60 min |
| Camions Citernesrs |
RWS/HCinc 120 min (1) |
RWS/HCinc 120 min (1) |
Voir note (3) | Voir note (3) | ISO 120 min |
ISO 30 min |
RWS/HCinc 120 min |
RWS/HCinc 120 min (7) |
Notes
(1) 180 min peuvent être nécessaires pour une très forte densité de trafic de camions transportant des marchandises combustibles.
(2) La sécurité n'est pas un critère et n'exige aucune résistance au feu (autre que d'éviter l'effondrement en chaîne). La prise en compte d'autres objectifs peut conduire aux exigences suivantes :
• ISO 60 min dans la plupart des cas ;
• aucune protection du tout si la protection structurelle est trop coûteuse par rapport au coût et aux inconvénients des travaux de réparation après un incendie (par exemple, une couverture légère pour la protection contre le bruit).
(3) La sécurité n'est pas un critère et n'exige aucune résistance au feu (autre que d'éviter l'effondrement progressif). La prise en compte d'autres objectifs peut conduire aux exigences suivantes :
• RWS/HCM 120 min si une protection forte est nécessaire en raison de biens (par exemple, un tunnel sous un bâtiment) ou d'une grande influence sur le réseau routier ;
• ISO 120 min dans la plupart des cas, lorsque cela permet de limiter les dommages matériels de manière raisonnablement peu coûteuse ;
• aucune protection du tout si la protection structurelle est trop coûteuse par rapport au coût et aux inconvénients des travaux de réparation après un incendie (par exemple, une légère couverture pour la protection contre le bruit).
(4) Autres structures secondaires : doivent être définies sur la base de projets spécifiques.
(5) En cas de ventilation transversale.
(6) Les abris doivent être reliés à l'air libre.
(7) Un délai plus long peut être envisagé si le volume de camions transportant des marchandises combustibles est très important et que l'évacuation des abris n'est pas possible dans un délai de 120 minutes.
Les conséquences d'une défaillance influenceront les exigences en matière de résistance au feu. Cela dépend du type de tunnel. Dans un tunnel immergé, par exemple, un effondrement local peut provoquer l'inondation de tout le tunnel, alors qu'un effondrement local dans un tunnel en tranchée couverte peut avoir des conséquences très limitées. Une condition de base est d'empêcher l'effondrement progressif et de ne pas couper les systèmes longitudinaux vitaux, tels que les câbles d'alimentation électrique ou de communication.
Les matériaux utilisés dans les structures des tunnels impliquent différentes précautions pour la protection contre l'incendie. La section VII.3 "Réaction au feu des matériaux" du rapport 1999 05.05.B "Maitrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers » traite des caractéristiques des revêtements de tunnels en roche par rapport au béton armé. L'intensité de la chaleur générée lors d'un incendie majeur peut faire perdre au béton armé sa fonction de support. Le rôle de l'isolation par une protection résistante au feu peut être appliqué pour prévenir des dommages précoces à la structure. La résistance au feu de l'ensemble de la construction (type et profondeur des armatures/de la précontrainte, protection supplémentaire, etc.
Figure 3 : Structure endommagée du tunnel du Gothard suite à l'incendie en 2001
Les voies d'évacuation ne sont utilisées que pendant la première phase de l'incendie pour l'évacuation des personnes piégées. Il doit être possible d'utiliser ces voies pendant une période d'au moins 30 minutes. Dans les cas où ces voies sont également utilisées par les équipes de secours et de pompiers, la période peut être plus longue.
Pour éviter que le feu ne se propage dans un tube adjacent ou une voie d'évacuation, les portes de secours, les niches de secours et autres équipements situés entre deux tubes de circulation, doivent rester intacts pendant une période de temps déterminée. L'ensemble de la porte de secours et de la construction environnante, y compris le cadre de la porte, doit résister au feu pendant au moins 30 minutes. Pour une porte située entre deux tubes de circulation, une résistance beaucoup plus longue est nécessaire, par exemple 1 à 2 heures.
En terme de résistance aux hautes températures, les équipements du tunnel et les câbles peuvent être classés comme soit résistants au feu, soit non protégés.
Les équipements protégés et les câbles ayant différents niveaux de résistance au feu comprennent, par exemple :
Les équipements non protégés tels que la signalétique routière, les caméras et les haut-parleurs ont des températures de fonctionnement en général jusqu'à 50°C et sont susceptibles de tomber en panne à des températures relativement basses. Ces équipements comprennent :
Les températures critiques pour les matériaux utilisés pour ces équipements non protégés comprennent :
Toutes les attaches utilisées pour fixer les équipements aux structures doivent être prises en considération vis-à-vis de leur comportement au feu.
Lorsqu’ils sont amenés à intervenir dans un tunnel, les services de secours ont à leur disposition des dispositifs qui visent à faciliter leur intervention. On trouve ainsi:
L'objectif principal des équipements de lutte contre l'incendie dans un tunnel routier est de fournir les moyens de combattre un incendie dans le tunnel avec un impact minimal sur les usagers, les services de secours et la structure.
L'Association mondiale de la route (AIPCR) a traité des systèmes nécessaires pour la lutte contre le feu dans les tunnels routiers dans de nombreuses publications, les deux principale étant le Rapport technique 05.05.B 1999 "Maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers" et le Rapport technique 05.16.B 2007 "Systèmes et équipements pour la maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers". En outre, ces sujets ont également fait l'objet de plusieurs Rapports du Comité aux Congrès mondiaux de la Route, plus spécifiquement ceux de Vienne (1979), Sydney (1983), Bruxelles (1987) et Marrakech (2001).
Les systèmes critiques pour la capacité à combattre un incendie dans un tunnel routier comprennent la détection, l'alarme, le réseau d'appel d'urgence, la surveillance vidéo, la sonorisation, l'alimentation et la distribution en eau, les systèmes fixes de lutte contre le feu, les extincteurs portables et la ventilation d'urgence. Ces systèmes doivent être prévus, évalués, conçus et installés de façon soignée et intégrée afin d'assurer qu'ils sont réellement compatibles entre eux et que la sécurité des personnes en cas d'incendie n'est ni compromise, ni assurée de façon trop redondante.
Beaucoup de ces éléments de lutte contre le feu en tunnel font l'objet d'autres chapitres du présent manuel. On peut citer la détection (Paragraphe 8.3.5 Détection d'incendie/de fumée), les systèmes fixes de lutte contre l'incendie (Paragraphe Systèmes fixes de lutte contre l'incendie), les alarmes incendie (Paragraphe Systèmes de communication et d'alerte), les postes d'appel d'urgence (Paragraphe 8.3.1 Postes d'appel d'urgence), la télésurveillance (Paragraphe Systèmes d'acquisition de données, de contrôle - commande et de supervision (SCADA)), la sonorisation (Paragraphe 8.3.7 Hauts-parleurs), la radio-retransmission (Paragraphe Systèmes de communication et d'alerte), la ventilation d'urgence (Paragraphe Ventilation).
La présente section traite des systèmes à la disposition des usagers (automobilistes), de l'exploitant et des services de secours pour la lutte contre le feu. Cet ensemble comprend les systèmes destinés à fournir de l'eau à travers une conduite (colonne sèche) et les bouches d'incendie, ainsi que les extincteurs portables installés dans le tunnel.
Un système d'alimentation en eau, comprenant des canalisations, des traînasses ou colonnes (sèches ou humides), est requis pour fournir l'eau nécessaire à la lutte contre le feu dans le tunnel (par des bouches) et éventuellement pour alimenter un système fixe de lutte contre le feu (Paragraphe Systèmes fixes de lutte contre l'incendie) s'il en existe un dans le tunnel (se référer au Paragraphe VI.3.3 "Alimentation en eau" du rapport 05.05.B 1999). La source d'eau peut être un réseau de distribution d'eau ou un réservoir. La pression nominale du système doit être en conformité avec les exigences des équipes de secours ayant vocation à intervenir dans l'ouvrage.
Les poteaux d'incendie sont nécessaires dans le tunnel pour fournir un point de connexion à l'alimentation en eau pour les lances des sapeurs-pompiers. Les poteaux doivent être installées à intervalles réguliers dans le tunnel (voir le Paragraphe VI.3.3 "Alimentation en eau" du rapport 05.05.B 1999). Les éléments de connexion doivent être compatibles avec le matériel des services locaux pouvant intervenir dans l'ouvrage.
Des extincteurs portatifs sont mis à disposition à intervalles réguliers dans les tunnels routiers pour permettre aux automobilistes et au personnel d'exploitation de combattre un incendie d'ampleur limitée dans le tunnel avant l'arrivée des services de secours (voir le Paragraphe VI.3.2 "Extincteurs" du rapport 05.05.B 1999).
Des rouleaux de lances à incendie sont installés en tunnel dans certains pays, cependant cela ne représente pas une tendance générale puisque d'autres pays permettent aux services de secours d'apporter leurs propres lances dans le tunnel pour chaque événement (voir le Paragraphe VI.3.3 "Alimentation en eau" du rapport 05.05.B 1999).