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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
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  • route départementale

  • capteur

  • réseau routier du département

  • zone reliant le capteur

  • chaussée de la route

  • fibre optique

  • profilé en pvc par l'intermédiaire

  • direction des routes et des transports du conseil


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Lire la première partie de la thèse Chapitre III
Expérimentation sur la route
départementale 961
1179.
Présentation
9.1 Objectifs
Préalablement au programme Surveillance Automatisée des Routes pour l’Information des
conducteurs et des gestionnaires (SARI), la direction des routes et des transports du Conseil
Général du Maine-et-Loire (CG49) a identifié le site de « Marans » sur la route départementale
D 961 comme un site où a eu lieu un nombre élevé d’accidents (notamment des accidents ne
donnant pas suite à un procès verbal) et pour lesquels aucune cause tangible n’a permis
d’expliquer leur fréquence. Entre 1998 et 2000, quatre accidents ayant fait l’objet d’un procès verbal
ont été relevés et restent mal expliqués. Dans la plupart des cas, il s’agit d’accidents
n’impliquant qu’un seul véhicule. Ce site possède la particularité d’être en ligne droite avec un sommet
de côte, une situation que l’on rencontre fréquemment sur le réseau routier du département de
Maine-et-Loire et pour laquelle de nombreux accidents non expliqués sont à déplorer. Cette
topologie de route n’est que très peu étudiée bien que beaucoup de départements comme celui du (49) avec ses 4 500 km de routes départementales présentent cette configuration.
Ce tronçon se situe à 40 km au nord ouest d’Angers (49). Environ 2 000 véhicules par
voie emprunte chaque jour cette départementale. Elle présente un taux de circulation de poids
lourds légèrement inférieur à la moyenne nationale (cf. paragraphe 1.3 page 11). Le besoin
d’observer les véhicules circulant sur ce sommet de côte a nécessité l’installer de capteurs
[Aubin et al., 2008]. La convergence entre ce besoin et celui d’effectuer des tests en grandeurs
réelles a permis les déploiements des solutions évoquées précédemment.
1199 : Présentation
9.2 Le conditionnement et l’intégration des capteurs dans la
chaussée
Le principe de conditionnement de ces capteurs a été inspiré des capteurs non embarqués qui
s’installent dans la chaussée de la route tels que les boucles électromagnétiques ou les capteurs
piezo-électriques... [Fillastre, 2006].
9.2.1 Le conditionnement des capteurs optiques
Comme présenté dans le paragraphe 7.4.4 page 72, les quatre fibres constituant un capteur
optique sont nues. Elles sont donc fragiles et difficilement manipulables. Pour faciliter leur
installation, elles sont confinées dans un tube PVC, profilé en U (3 de la figure 9.1). Sa dimension
est de 18 mm de largeur interne, 20 mm de largeur externe, et 10 mm de hauteur. De la résine
1spéciale , 2 de la figure 9.1), conçue pour protéger les câbles et les fibres optiques, est coulée
dans ce profilé sur une hauteur de 5 mm. Cette résine est considérée comme souple. Après
séchage, la première fibre optique est positionnée, puis la deuxième est placée, décalée de 45 mm
comme énoncé dans le paragraphe précédent et ainsi de suite jusqu’à la quatrième. La partie
pigtail, zone constituée dans notre cas d’une fibre optique comme la zone reliant le capteur
et le connecteur, est insérée dans un tube souple renforcé pour protéger la partie restante des
fibres optiques. Ce tube est fixé au profilé en PVC par l’intermédiaire d’un collier. Une nouvelle
couche de résine est ensuite coulée afin de protéger la zone sensible et de limiter les
déformations excessives. L’ensemble est ainsi aisément transportable et prêt à être positionné dans la
chaussée de la route.
Deux capteurs optiques ont été installés. Au final, les fibres se situent dans la chaussée à une
profondeur voisine de 0,8 cm.
FIGURE 9.1 – Schéma du capteur à fibres optiques enfoui dans la chaussée de la route. 1 - fibres
optiques (grossies cent fois), 2 - résine, 3 - profilé PVC en forme de U, 4 - support du capteur
pour l’installation à la hauteur désirée sur la route, 5 - bitume.
1. Cette résine a été présentée précédemment : Resimast 460 boucle de la société Résipoly.
1209.2 - Le conditionnement et l’intégration des capteurs dans la chaussée
9.2.2 Le conditionnement des capteurs résistifs
Les capteurs résistifs présentés dans le paragraphe 8 page 85 ont été directement positionnés
dans la chaussée. Cependant pour résister au passage des véhicules, une résine (identique à celle
employée pour les fibres optiques) a été appliquée pour limiter les déformations du capteur. Pour
assurer le contact entre le fil résistif et la peinture, le capteur dépasse de 3 à 4 mm au-dessus de
la surface de chaussée. Dans le cas contraire, la résine limite la déformation du tube. Or, pour
que le contact se produise, la paroi interne du tube (3 de la figure 8.1 page 86) doit se déformer
de 1,7 mm, espace vertical entre le fil résistif et la paroi interne conductrice au dessus de ce fil.
Des tests sur des plateformes mobiles ont permis de valider sa bonne déformation. 29 dispositifs
de cette nature ont été installés.
9.2.3 L’installation des capteurs dans la chaussée
Ils ont préalablement été élaborés au
laboratoire de l’ESEO afin d’en faciliter la pose sur la
route départementale 961 dans le sens Marans vers
Segré (sud vers le nord). Le trait de scie dans la
chaussée a pour section 3 cm de large et 2 cm de
profondeur. La longueur de la saignée doit être
légèrement supérieure à la longueur du capteur
(figure E.3). Lors de l’excavation, la profondeur de la
saignée n’est pas régulière. Le capteur peut
difficilement reposer au fond de la saignée. Deux
solutions sont alors envisagées : soit une résine est
déposée dans le fond et un système nivelle la
profondeur adéquate en enlevant le surplus, soit le
capteur est suspendu dans la position désirée. Après
le placement du capteur dans la saignée, une
réFIGURE 9.2 – Exemple d’installation d’un
sine spéciale et considérée comme souple,
idencapteur résistif dans la chaussée.
tique à celle utilisée dans la construction du
capteur à fibres optiques, est versée afin de le noyer dans l’enrobé. La première solution n’est pas
très pratique, car il faut maîtriser parallèlement le séchage de la résine, la pente de la route et
son dévers. La deuxième solution permet de préparer et de positionner facilement le capteur en
amont puis de le noyer dans la résine. Pour suspendre les capteurs, des supports en U ont été
fabriqués (3 sur la figure 9.1 relative au capteur à fibres optiques et en annexe E sur la figure E.2).
Cependant, l’orniérage présent de plus d’un centimètre par endroit et la granulosité de la route
ne facilitent pas le réglage de la profondeur de pose avec une grande précision. Un exemple
d’installation est donné figure 9.2.
1219 : Présentation
Cette technique de pose fait suite à des premiers tests sur site et aux recommandations
données par le Centre d’Etudes Techniques de l’Equipement (CETE) Normandie Centre pour
la pose des capteurs piezo-électriques.
9.3 Schéma général des expérimentations
Le schéma de la figure 9.3 présente une partie de la route avec un capteur optique à réseaux
de Bragg et un capteur résitif.
FIGURE 9.3 – Schéma de présentation générale des expérimentations.
1229.4 - Les véhicules de test
9.4 Les véhicules de test
Les mesures suivantes ont été réalisées en utilisant une Mégane 1,4 l, pesant à vide
1,085 tonne. La distance entre les essieux est de 2,58 m pour 1,59 m d’envergure (mesure au
niveau des pneus en externe). Les pneus laissent une empreinte rectangulaire sur le sol de 19 cm
(valeur relative à la largeur du pneu) sur 18 cm (valeur du secteur angulaire aplati, c’est-à-dire
la mesure du contact pneu-sol prise dans la longueur du pneu). Les pneus ont été gonflés en
suivant les recommandations du constructeur pour une utilisation hors autoroute, soit 2,2 bar à
l’avant et 2,0 bar à l’arrière.
Le camion de référence appartient au service
métrologie du Laboratoire Régional des Ponts et
Chaussées (LRPC) d’Angers. Il mesure la
déflexion de la chaussée à son passage. Il possède
deux essieux. L’essieu avant est composé de deux
roues positionnées à chaque extrémité de l’essieu.
En statique, cet essieu de 5 128 daN repose sur ces
deux pneus de manière symétrique. Le poids
reFIGURE 9.4 – Camion du LRPC d’An-posant sur le côté passager est légèrement plus
légers.ger de 0,98 % par rapport à la gauche. L’essieu
arrière est constitué de quatre roues, réparties en deux
roues de part et d’autre du véhicule. L’espace au sol entre deux roues du même côté est de
15 cm. Le poids imposé par l’ensemble de ce deuxième essieu est de 13 tonnes (13 043 daN),
limite légale autorisée sur les routes de France. Cette charge est répartie de manière symétrique
(le côté conducteur est légèrement plus léger de 0,99 % par rapport à l’autre côté). Les pneus
laissent une empreinte rectangulaire sur le sol de 24 cm (valeur relative à la largeur du pneu) sur
25 cm (valeur secteur angulaire aplati). Tout comme la Mégane, il ne dispose pas de régulateur
de vitesse.
12310.
Expérimentation des capteurs à réseaux
de Bragg
10.1 Présentation
Différentes mesures ont été effectuées suite à l’installation des capteurs dans la chaussée.
Les premières visent à étudier le comportement statique du capteur. Les deuxièmes montrent
les mesures en dynamique, c’est-à-dire lorsque le véhicule de test est en mouvement. Comme
présenté dans la paragraphe 7.4.7 page 76, nous nous intéressons aux variations des longueurs
d’onde de Bragg. Cela nécessite de considérer une situation initiale qui permet d’établir la grille
des longueurs d’onde de Bragg sans sollicitation externe, puis, d’observer l’évolution de ces
variations quand une sollicitation statique ou dynamique apparaît. Connaissant la longueur d’onde
et le numéro de la fibre optique interrogée, la contrainte peut alors être localisée physiquement
sur le capteur. La position 0 de référence est prise par rapport à l’accotement de la route, l’axe
positif étant perpendiculaire à l’axe médian de la route et orienté du bord de voie vers cette ligne
centrale de séparation des voies (figure 9.3 page 122).
Les deux capteurs installés sont construits suivant le principe détaillé dans le paragraphe
7.4.4 page 72.
10.2 Les mesures statiques
10.2.1 Acquisition des longueurs d’onde de référence
Dans un premier temps, l’enregistrement est réalisé à vide, c’est-à-dire qu’aucune contrainte
physique extérieure est exercée sur le capteur. Une cartographie des longueurs d’onde de Bragg
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