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