Méthodologie d'élaboration du catalogue

Introduction

Pour répondre aux problèmes de congestion récurrente, les opérations d’affectation variable des voies se déclinent sous trois variantes principales. Il s’agit de :

- la création d’une voie supplémentaire (de pointe ou de surcapacité) ouverte à toutes les catégories de véhicules ;

- la création d’une voie supplémentaire réservée à une catégorie spéciale de véhicules (par exemple les véhicules à occupation multiple, les TC ou les PL) ;

- la conversion d’une voie existante en voie réservée à une catégorie spéciale de véhicules (idem).

Une variante se révèlera néanmoins plus appropriée à certaines configurations physiques et/ou niveaux de trafic qu’à d’autres. La congestion récurrente résulte de la présence d’un goulot d’étranglement. C’est-à-dire une section sur laquelle l’offre – définie par la capacité – est dépassée par la demande. Ce fait est généralement dû à un changement du profil transversal ou longitudinal (réduction de la largeur ou du nombre de voies, présence de pente ou de rampe…). Une autre cause de diminution de l’offre par rapport à la demande est liée aux mouvements des véhicules eux- mêmes. Ainsi sur autoroute, les sections d’entrecroisement constituent assez souvent des sources de congestion pendant les périodes de pointe.

Ce chapitre tente de définir des cas-types en termes de configuration de l'infrastructure et des conditions de circulation enregistrées en vue de guider le choix d’une stratégie de gestion des voies de circulation. Il s’agit d’une première étape de la démarche d’évaluation a priori des opérations d’exploitation routière. Elle ne dispense pas de procéder à des études plus détaillées en employant la méthode d'évaluation développée dans la partie II de ce document ou un outil de simulation dynamique de trafic. La définition des différents cas-types susceptibles d’être rencontrés sur le réseau autoroutier d'Ile-de-France repose sur les deux principes suivants :

- La congestion part d’un goulot d’étranglement identifié. Celui-ci est caractérisé par une capacité plus faible que la section amont. Il n’est donc établi aucune différence entre une forte rampe et une réduction du nombre de voies. Par ailleurs, les éventuelles interactions entre goulots successifs ne sont pas prises en compte.

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- L’idée même de cas-types suppose un tableau à plusieurs entrées. Dans le cadre de ce travail, on retiendra deux entrées : une classe d’infrastructure et une classe de congestion.

7.1 Classes d'infrastructures

7.1.1 Inventaire des autoroutes du réseau d'Ile-de-France

Les voies rapides urbaines du réseau routier par la DIRIF totalisent environ 454 km répartis sur 8 départements. Elles sont constituées de chaussées séparées de 2 à 5 voies et sont équipées de boucles électromagnétiques de SIRIUS. Ces boucles sont placées à des intervalles moyens de 500 mètres en petite couronne et 1500 à 2000 mètres en grande couronne13

Tableau 25 Caractéristiques des tronçons autoroutiers utilisés pour l'élaboration du catalogue de cas-types

. Le tableau 25 suivant fournit des informations sur les tronçons (nombre de voies et nombre de stations prises en compte) ayant servi à caractériser les conditions journalières de circulation rencontrées sur le réseau.

Autoroute (2 sens)

Nombre de voies Nombre de stations Longueur tronçon / sens [km] 2V 3V 4V 5V A1 ◊ ◊ 53 17 A10 ◊ ◊ 36 14 A103 ◊ 1 1 A104 ◊ ◊ ◊ 50 28 A106 ◊ 6 1 A12 ◊ ◊ ◊ 21 6 A13 ◊ ◊ 57 24 A14 ◊ ◊ ◊ 86 20 A15 ◊ ◊ 55 17 A3 ◊ ◊ ◊ 53 18 A4 ◊ ◊ ◊ 60 21 A6 ◊ ◊ 64 20 A6-A ◊ 27 8 A6-B ◊ ◊ ◊ 25 8 A86 ◊ ◊ ◊ ◊ 215 79

Les données utilisées proviennent donc d’un total de 810 stations de mesures de trafic réparties sur environ 280 km d'autoroutes périurbaines, sur sections courantes uniquement. Près du quart de ces données sont collectées sur le Périphérique d'Ile-de-France dont la longueur représente également près du quart de la longueur totale du réseau analysé. Les données utilisées sont les débits moyens observés aux différentes stations au cours de l'année 2008 entre 0 et 24H.

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7.1.2 Caractérisation des goulots d'étranglement

L’offre d'infrastructure au niveau d'un goulot est inférieure à celle de la section courante située à l’amont. Si l’on relie l’offre au nombre de voies, pour une section courante à N voies, il existe (N- 1) configurations possibles de goulots. En désignant par i le nombre de voies de la section courante et j celui du goulot, on définit ainsi dix (10) classes d’infrastructure désignées de la manière suivante :    = = 1 i- à 1 j 5 à 2 i avec G A_{i j}

Le schéma des différentes classes sont présentées dans le tableau 26 ci-dessous.

Tableau 26 Modélisation des différents types de goulots d'étranglement (classe d'infrastructure)

G1 G2 G3 G4

A2

A3

A4

A5

Les infrastructures de classe A4G1 et A5G1 ont peu de chance d'être rencontrées dans la réalité, mais

elles sont gardées par souci d'exhaustivité.

7.2 Classes de congestion

7.2.1 Profil de débits sur le réseau autoroutier d'Ile-de-France

Trois éléments déterminent l’évolution de la congestion sur un tronçon autoroutier : la capacité à l’amont et au niveau du goulot, et le débit d’arrivée des véhicules. Le profil des débits par voie enregistrés sur les sections courantes des 280 km d'autoroutes urbaines du tableau 25, est présenté dans la figure 37 ci-dessous.

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Figure 37 Débits par voie mesurés sur réseau autoroutier d'Ile-de-France

On constate une capacité moyenne se situant autour de 2000-2100 véhicules/voie sur les autoroutes d'Ile-de-France. Ce résultat est conforme à ceux d'une précédente étude réalisée par le CERTU, sur environ des autoroutes françaises, qui concluait qu'une section autoroutière moyenne possède les caractéristiques suivantes:

Vitesse libre [km/h] : 105 Vitesse critique [km/h] : 48 Capacité par voie [véh/h] : 2000

Ce graphique permet d’établir le profil de la demande ainsi que les limites de trois régions :

une demande faible (D1) majorée par le 1er quartile;

une demande moyenne (D2) comprise entre le 1er et le 3ème quartile;

une demande forte (D3) minorée par le 3ème quartile.

Ces profils seront appliqués aux différentes classes d'infrastructure du tableau 26 afin de retrouver des schémas typiques de congestion récurrente. On remarque qu'à mesure que les courbes s'éloignent du fuseau Q25-Q75, leur allure diffère plus sensiblement de l'allure moyenne. Les débits en question proviennent vraisemblablement de points singuliers du réseau.

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Figure 38 Classement du profil de la demande en régions

Afin de les isoler, nous supposerons que les courbes des régions D1 et D3 s'obtiennent par translation des courbes correspondant aux quantiles Q25 et Q75 respectivement. Ainsi pour chaque région nous définissons un profil principal: Q25 pour la région D1, Q50 pour la région D2 et Q75 pour la région D3.

7.2.2 Caractérisation de la congestion

Sur chacune des classes d’infrastructure, l’intensité de la congestion dépendra de la courbe de demande choisie à l’intérieur des trois régions, D1, D2 et D3. Néanmoins, il est évident que certains couplages n’aboutiraient qu’à des valeurs aberrantes. Le choix des courbes est donc arrêté par simulation dynamique. En effet, on ne retient que celles qui fournissent le schéma typique de congestion autoroutière récurrente telle que observée sur le réseau autoroutier d'Ile-de-France, en distinguant clairement la pointe du matin (7-11H) et celle du soir (18-22H), comme montré ci- dessous: Schéma rejeté Schéma accepté 0H 24H Goulot Goulot 20 km

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Le principe retenu est le suivant:

On définit un tronçon de 20 km de longueur, découpé en N sections de 500 mètres chacune. La dernière section, d'une longueur la plus faible possible, correspond au goulot d'étranglement. Les caractéristiques de fonctionnement des sections sont celles indiquées à la page précédente.

Pour chaque classe d'infrastructure on définit le nombre i de voies des N-1 premières sections (par ex. 3 voies pour A3G2), ainsi que le nombre j de voies du goulot d'étranglement (soit 2

voies pour A3G2).

Pour chaque classe d'infrastructure, on choisit le profil au plus fort quantile permettant d'obtenir le schéma typique de congestion tel que défini plus haut. Le choix de ce quantile est fixé en appliquant la procédure présentée dans le logigramme de la page suivante. Dans le cas de l'infrastructure de classe A3G2 par exemple, aucune congestion n'apparaît en appliquant le

profil de quantile Q25; nous ne considérerons donc pas la région D1. A Q50 et Q75, on obtient un schéma typique de congestion autoroutière. Le profil de plus fort quantile est égal à 1.03xQ75. Il s'agit de la demande maximale sur une infrastructure à 3 voies. Ceci sera confirmé au Chapitre 9.

A ce stade, nous définissons arbitrairement quatre classes de congestion pour l'ensemble de la période 0-24H, en fonction du temps total passé en circulation saturé, c'est-à-dire au NSC4

C1: >0 - 2000 VH Faible

C2: 2000 - 4000 VH Moyenne

C3: 4000 - 8000 VH Forte

C4: > 8000 VH Exceptionnelle