Les exploitants expérimentent des stratégies de plus en plus innovantes pour faire face aux différents défis liés au trafic routier. En milieu périurbain la tendance actuelle est d’activer plusieurs opérations simultanément ou successivement pour une plus grande efficacité. C’est ainsi, par exemple, qu’un couplage du reroutage dynamique du trafic avec la priorisation dynamique des voies est suggéré dans [7]. L’exemple le plus typique de l’emploi conjoint de différentes stratégies d’exploitation est certainement le cas de l’autoroute M42 au Royaume-Uni [18, 19]. Cette opération, dénommée Active Traffic Management (ATM), consiste en l’application d’une régulation dynamique des vitesses aux périodes de pointe, suivie au besoin de l’ouverture d’une voie auxiliaire. Il existe également des situations pour lesquelles l’association de la régulation dynamique des vitesses à la régulation d’accès est susceptible d’aboutir à des meilleurs résultats que ce que chacune des opérations séparément permettrait d’obtenir [20]. Premièrement, à l’approche de la capacité, une régulation des accès peut retarder l’apparition de la congestion, permettant de maintenir un trafic fluide à l’amont sur l’autoroute pendant plus longtemps. Le même effet est escompté d’une régulation dynamique des vitesses. Deuxièmement, après l’apparition de la congestion, le contrôle d’accès permet d’injecter dans le flot principal de petits pelotons de véhicules, améliorant ainsi les caractéristiques générales du trafic. Dans le même temps, la régulation dynamique protègerait la queue des bouchons qui se seraient formés. Concrètement, l’effet attendu du couplage serait une réduction des variations de débits et de l’hétérogénéité des vitesses [13].
Les différentes stratégies d’exploitation routière présentées dans ce chapitre sont employées pour faire face à divers problèmes liés au trafic : congestion, sécurité et émissions de polluants et de gaz à effet de serre. Leur expansion constatée ces dernières années témoigne de la satisfaction globale des décideurs et opérateurs. En dépit de leur diversité et des stratégies innovantes développées il n’existe pas, en tout cas au niveau européen, de directives accompagnant ces intervenants dans le choix de l’opération la mieux adaptée à une situation donnée. En effet, certains échecs ont été enregistrés, notamment sur le tronc commun A3-A86 en France où l’ouverture permanente d’une voie auxiliaire n’a eu pour effet que de déplacer le goulot d’étranglement vers l'aval sans améliorer les conditions de circulation. Par ailleurs, les modes de gestion peuvent être différents d’un pays à l’autre, notamment en ce qui concerne les moyens de communication avec l’usager, les critères d’activation et la gestion des incidents. Ce dernier point est particulièrement important dans le cas des opérations d’affectation variable des voies impliquant l’ouverture d’une voie auxiliaire sur la bande d’arrêt d’urgence. En effet, celle-ci n’assurant plus son rôle de refuge et de voie d’urgence, il devient indispensable d’adapter le plan de gestion des incidents en conséquence. Dans le cas de l’Active Traffic Management sur la M42 au Royaume-Uni, l’option est faite de maintenir la circulation du trafic sur la voie auxiliaire tout en aménageant des zones de refuges pour les véhicules en difficulté. Des dispositions sont également prises pour une détection des incidents et une intervention rapides sur les lieux afin de limiter au maximum les perturbations du trafic. Sur le
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tronc commun de l’A4-A86 en France, la solution retenue consiste en revanche en la fermeture graduelle de la BAU à partir de l’occurrence de l’incident et après en avoir informé les usagers présents sur la voie auxiliaire. Des moyens sont également mis en œuvre pour une détection rapide des incidents. La BAU reprend ainsi sa fonction initiale de refuge pour les véhicules en difficultés et de voie de circulation pour les interventions de secours.
Ces différents constats soulèvent certaines questions auxquelles il serait nécessaire de répondre pour une meilleure efficacité de l’exploitation des réseaux routiers. Y a-t-il par exemple un niveau minimum de congestion (en espace et en durée) à partir duquel certaines opérations se révéleraient plus pertinentes que d’autres ? Plus spécifiquement dans le cas de l’affectation variable des voies, quand est-il est préférable d’ouvrir une voie auxiliaire banalisée plutôt qu’une voie dédiée ? Les spécificités des infrastructures et du trafic sur les différents réseaux sur lesquels ces mesures sont déployées ne permettent pas toujours de transposer les résultats obtenus à de nouveaux projets. C’est d’ailleurs ce qui explique en partie le développement simultané des outils de simulation du trafic qui, employés au cas par cas, permettent de dégager des effets globaux prévisibles d’une opération sur un réseau donné. Le chapitre suivant est consacré à la simulation des opérations d’affectation variable des voies. Il présente les principales approches de simulation existantes, le déroulement du processus ainsi que les outils actuellement disponibles.
Chapitre 2.
La Simulation du trafic dans les opérations
d'affectation variable des voies
Introduction
La simulation du trafic consiste au recours à des outils de nature essentiellement informatique permettant de décrire la dynamique des systèmes trop complexes pour admettre une représentation classique et formelle par équations [34]. A travers la représentation visuelle de l’écoulement, ces outils offrent à l’observateur avisé une meilleure compréhension du fonctionnement d’une infrastructure. Ainsi, des points du réseau nécessitant une intervention particulière (aménagement géométrique, régulation de flux…) sont facilement identifiés. Par ailleurs, la simulation en temps réel est également utilisée pour la formation des opérateurs au niveau des centres d’exploitation et de gestion du trafic [35]. Dans ce cas, il s’agit de répondre à certaines situations susceptibles d’entraîner des perturbations du trafic. Les outils de simulation sont conçus à partir d’algorithmes et de modèles de trafic robustes proposant une description de l’écoulement par une approche analytique.
En considérant le réseau routier comme étant un système, on distingue différents types de modèles de trafic en fonction de l’échelle des composantes représentées. Les trois classes de modèles de trafic les plus répandues: microscopiques, macroscopiques et cinétiques, sont présentées dans la section suivante. Par la suite, nous n’aborderons que le cas des modèles macroscopiques. Dans l’étude de l’écoulement du trafic routier il existe deux types de phénomènes observables et qui correspondent à deux approches distinctes de la modélisation. Tout d’abord, les phénomènes locaux impliquent un petit nombre de véhicules et ne s’étendent que sur quelques dizaines de mètres. Il s’agit par exemple, d’un changement de voies au voisinage d’une sortie d’autoroute, de la dynamique à un carrefour à feux… D’un autre côté, il existe les phénomènes globaux qui concernent un grand nombre de véhicules, s’étendent donc sur des kilomètres et leur échelle de temps est de l’ordre de la minute. Dans cette catégorie l’on retrouve la congestion sur autoroute par exemple. Les phénomènes locaux sont appréhendés par modélisation microscopique tandis que les globaux le sont par la modélisation macroscopique. Toutefois, la frontière entre les deux échelles n’est pas toujours clairement définie. En effet, certains phénomènes globaux trouvent leur origine dans un phénomène local. C’est le cas par exemple d’une congestion survenue à la suite d’un changement de voie ou d’une manœuvre de dépassement effectuée par un poids lourd. Aussi certains auteurs ont proposé d’autres types de modèles tentant de faire un lien entre les échelles
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microscopique et macroscopique. C’est le cas des récents modèles hybrides ou encore des modèles cinétiques.
Ce chapitre décrit tout d’abord les trois principaux types de modèles de trafic, leur résolution ainsi que le principe de la simulation du trafic. La deuxième section s’intéresse à la simulation macroscopique, qui est celle que nous emploierons dans le cadre de cette thèse. La façon dont les opérations d’affectation variable des voies sont traitées y est abordée. La troisième section enfin propose un descriptif des principaux outils de simulation macroscopique actuels, le déroulement du processus de simulation ainsi que les écarts constatés par rapport à la réalité.