Aalborg Universitet
Ice Control with Brine Spread with Nozzles on Highways Implementation of Brine Spreading Technologies in Denmark Bolet, Lars; Fonnesbech, Jens Kristian
Published in:
The Congress Proceedings
Publication date:
2010
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Early version, also known as pre-print Link to publication from Aalborg University
Citation for published version (APA):
Bolet, L., & Fonnesbech, J. K. (2010). Ice Control with Brine Spread with Nozzles on Highways: Implementation of Brine Spreading Technologies in Denmark. In The Congress Proceedings: Sustainable Winter Service for Road Users
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LUTTE CONTRE LE VERGLAS PAR BUSES D’ÉPANDAGE DE SAUMURE SUR LES ROUTES
MISE EN APPLICATION DE TECHNOLOGIES D'ÉPANDAGE DE SAUMURE AU DANEMARK
L. Bolet1
Université d'Aalborg, Département de Développement et Planification, Aalborg, Danemark bolet@plan.aau.dk
J.K. Fonnesbech2
AIBAN Winter Service, Nr. Aaby, Danemark jkf@aiban.dk
RÉSUMÉ
Durant les années de 1996 à 2006, l’ancien département de la Fionie au Danemark a graduellement remplacé l’usage de sel préhumidifié par l’épandage de saumure au moyen de buses comme fondant routier pour toutes ses opérations de lutte contre le verglas.
Cette substitution touche 1 000 kilomètres de routes. Sans compromettre la sécurité routière ni la fluidité de la circulation, le taux d’épandage du chlorure de sodium pur (et donc l’impact sur l’environnement) était de moins de cinquante pourcent par mètre carré comparé aux départements voisins.
L’épandage préventif dépend, bien entendu, de prévisions météorologiques fiables et d’un personnel bien qualifié dans l’art d’interpréter ces informations. Les améliorations enregistrées par le département de la Fionie sont principalement dues à l’usage de technologies (buses d’épandage de saumure) qui donnent un épandage plus précis que l’épandage traditionnel de sel préhumidifié.
Les résultats de chaque épandeuse testée dans le département de la Fionie ont été mesurés trois heures après l'épandage sur une route trafiquée. Pour chaque épandeuse, le niveau de salinité résiduelle a été mesuré en un total de 800 points. Les mesures et l’homogénéité d’épandage des buses de saumure étaient si précises que nous avons appris que : « En cas d’humidité, d’eau ou de verglas sur la chaussée, il faut tenir en compte que le sel s’écoulera du niveau haut vers le niveau plus bas de la chaussée ».
Dans le test, le sel parcourait un mètre en trois heures.
Les connaissances tirées des mesures prises dans le département de la Fionie, c.-à-d.
l’épandage de saumure par des buses au niveau haut de la chaussée et l’usage d’épandage contrôlé par GPS, ont été appliquées sur les routes principales (150 km) de la municipalité de la Fionie du Nord à partir de l’hiver 2007/08. Ceci a résulté en une réduction extraordinaire du nombre d’accidents de circulation sur les routes glissantes pendant l’hiver : de sept et cinq accidents au cours des deux hivers précédents face à un accident au cours de l’hiver 2007/08. Dans la même période, les municipalités voisines ont enregistré un nombre accru d’accidents de circulation sur routes glissantes.
1 Jusqu'au mois de janvier 2007, Directeur du Service des Routes et des Transports de l'ancien département danois de la Fionie.
2 Jusqu'au mois de janvier 2007, responsable du Service d'Entretien et d'Opération routiers de l'ancien département danois de la Fionie et jusqu'au mois de janvier 2009, Directeur technique de la municipalité de
MOTS-CLÉS
SAUMURE / LUTTE CONTRE LE VERGLAS / ÉPANDEUSES / ÉPANDAGE / GRANDES ROUTES / DANEMARK
1. INTRODUCTION
1.1 Le défi : le gaspillage de sel
Les hivers au Danemark sont froids. Les températures oscillent autour de zéro, créant ainsi un risque de routes glissantes. Les routes verglacées ou glissantes perturbent la circulation. La sécurité routière en est compromise et la circulation ralentie. Voilà pourquoi la lutte contre le verglas est un objectif important pour les autorités routières dans leur service hivernal. La première des technologies de lutte contre le verglas est l'épandage de sel sur la chaussée. Le sel peut empêcher le verglas d’adhérer à la chaussée.
Mais l'épandage de sel dans la lutte contre le verglas a aussi un impact sur l'environnement. Le sel ne reste pas sur la chaussée. Le trafic, entre autres, va répandre le sel dans les environs où il produira son effet dans les biotopes. S'il pénètre dans le sol, le sel devient une menace contre les nappes phréatiques.
La quantité totale de sel utilisée pour lutter contre le verglas varie bien entendu d'un hiver à l'autre. La consommation dépend des températures hivernales et du nombre d'interventions nécessaire . La consommation dépend également du nombre de routes traitées avec du sel – le nombre a augmenté au fil du temps.
Comme dans tous les autres pays, les autorités routières danoises sont très attentives à l'impact du sel sur l'environnement. Les taux d'épandage de chaque opération ont diminué grâce aux possibilités offertes par l'amélioration des technologies et des méthodes. La mesure la plus réussie est l'introduction de l'épandage préventif (c.-à-d. l'épandage de sel effectué avant l'apparition du verglas pour contrecarrer la neige et le verglas sur la chaussée). Une mesure prise sur le principal réseau routier au Danemark, les routes nationales et régionales au milieu des années 1980. C'est l'amélioration des Systèmes d'informations météo-routières (RWIS) et des prévisions météorologiques accompagnée de l’utilisation plus répandue de sel préhumidifié pour la lutte contre le verglas qui ont conduit à cette réforme. Les méthodes sont toujours en voie d'amélioration – mais c'est surtout l'incorporation de la technologie de l'information au RWIS qui permet de mieux trancher s'il faut épandre le sel sur les routes ou non.
L'épandage préventif limite l'impact sur l'environnement vu que le dosage de sel a pu être réduit des deux tiers. L'épandage curatif traditionnel (c.-à-d. l'épandage de sel une fois que la chaussée est devenue glissante) demanderait typiquement un taux de 40-50 g de chlorure de sodium pur et sec par mètre carré. Avec l'épandage préventif, on obtient le même résultat en utilisant 10-15 g de chlorure de sodium préhumidifié par mètre carré.
Vers la fin des années 1990, le Fyns Amts Vejvæsen (FAV), c.-à-d. la Division des Routes et des Transports de l'ancien Département de la Fionie, Danemark, s'est aperçu que l'usage de sel préhumidifié présentait certains inconvénients que l'on pouvait éviter en épandant de la saumure pure à la place. Le plus gros problème lié à l'usage de sel préhumidifié semblait être qu'une grande quantité de sel ne produisait jamais d’effet sur la chaussée parce qu'il n'était pas distribué de façon précise ou bien parce que le trafic
« l'emportait » de la route avant son action.
Le défi était donc de savoir comment réduire ce gaspillage de sel sans compromettre la sécurité routière ni la circulation. Pour relever ce défi, il fallait épandre le sel de façon plus précise sur la surface cible de la route ou faire adhérer le sel plus longtemps sur la chaussée. Pour cela, il fallait A) développer les technologies requises pour remplir ces besoins et B) mettre en oeuvre ces technologies.
1.2 Hiver au Danemark
Le Danemark a un climat maritime. Les hivers y sont doux, les étés frais. Durant les années 1961-1990, la température moyenne du pays était de 7,5 ºC. Pendant l'hiver, la température tourne autour de 0. Les mois les plus froids étaient janvier et février avec des températures moyennes de -0,0 ºC. Février était le mois ayant le moins de précipitations : 38 mm.
En moyenne, le climat est le même partout dans le pays. Seulement à titre d'exemple, la température moyenne annuelle sur la côte ouest du Jutland ne varie que d'env. 1 ºC de la température enregistrée dans les parties centrales de la péninsule.
Il convient de noter que les différences d'un hiver à l'autre sont considérables. Cela veut dire que le nombre d'interventions pour enlever la neige et lutter contre le verglas varie également au fil des années. L'hiver 2005/06, on a enregistré presque trois fois plus d'interventions que l'hiver suivant 2006/07.
En outre, les conditions climatiques actuelles peuvent être tout à fait différentes d'un endroit à l'autre selon la topologie locale et les facteurs météorologiques applicables. Cela veut dire que les conditions climatiques déterminent quand il faut envisager l'épandage préventif et s’il faut varier le nombre d'interventions dans les différentes parties du pays en fonction de la direction par laquelle le temps d'hiver frappe le Danemark.
2. TECHNOLOGIES D'ÉPANDAGE
2.1 Études 1998-99 – Saumure contre sel préhumidifié sur les routes
Les études effectuées par la FAV et la Direction Routière du Danemark pendant la saison d'hiver 1998-99 ont démontré que la saumure est un fondant routier intéressant comparé au sel préhumidifié. Durant l'hiver, la FAV a traité deux tronçons de route avec une solution de chlorure de sodium 20 % (NaCl). La largeur des tronçons était de 5,6-6,0 mètres. La saumure était épandue par des buses avec un taux d'épandage de 20 ml de saumure (4,6 g de NaCl pur) par mètre carré. La FAV a mesuré la salinité résiduelle au moyen d'un salinomètre portable, le SOBO 20, 2, 5 et 10 heures après l'épandage. Ces mesures ont été prises en six points situés à 0,5, 1,5 et 2,5 mètres respectivement de chaque côté de la ligne centrale de la route. La FAV a relevé des mesures similaires sur deux tronçons de route traités avec du sel préhumidifié, mais autrement comparables. Le sel préhumidifié était un mélange de 70 % (poids) de NaCl pur et sec, et de 30 % de saumure (solution de 20 %). Les taux d'épandage étaient de 10 ou 15 g de sel préhumidifié par mètre carré (correspondant à 7,6 et 11,4 g de NaCl pur). Les mesures ont été relevées en 1 800 points. Les conclusions de l'étude sont les suivantes [1] :
- Les mesures de résistivité relevées au moyen du SOBO 20 fournissent une information adéquate sur la salinité résiduelle.
- Avec l'usage de la saumure, un pourcentage considérablement plus élevé du sel épandu reste présent sur la chaussée 2 à 10 heures après l'épandage comparé à l'usage de sel préhumidifié.
- 85-90 % de la saumure et 60-65 % du sel préhumidifié restent sur la chaussée 2 heures après l'épandage.
- Sur les routes connaissant un trafic moyen journalier annuel (TMJA) de 2 500-3 000 véhicules sur chaque voie, la salinité résiduelle baisse avec le nombre de véhicules qui passe. Une corrélation similaire n'a pas été constatée sur les routes au TMJA de 500-1 000 véhicules par voie.
À la suite de cette étude, la FAV a conclu qu'il serait possible de réduire considérablement la consommation de sel en utilisant des technologies d'épandage de saumure, mais qu'il fallait encore améliorer les technologies disponibles.
La solution de chlorure de sodium (NaCl) a plus tard monté à 24 %.
L'épandage de 10 g de sel préhumidifié (7,7 g de NaCl pur) par mètre carré permet d’enregistrer après deux heures une salinité résiduelle de 4,9 g de NaCl par mètre carré (64 %) sur la chaussée tandis que les 2,8 g restants sont dispersés. L'épandage de 20 ml de saumure (23 g) en solution de 24 % (5,5 g de NaCl pur) par mètre carré, permet d'obtenir 4,9 g de NaCl par mètre carré (88 %) tandis que 0,6 g seulement sont dispersés.
En d'autres termes : comparé à l'usage de sel préhumidifié, l'impact sur l'environnement dans les 2 heures est réduit de 78 % (2,2 g par mètre carré) du NaCl dispersé (sans compromettre la lutte contre le verglas) ou de 29 % de la quantité totale de NaCl épandu.
Il va de soi que le résultat est uniquement valide si le taux d'épandage a été correctement choisi et si les 4,9 g de NaCl par mètre carré qui restent sont uniformément épandus sur la chaussée.
L'étude n'a pas permis de prouver si l’épandage de saumure serait faisable dans toute situation de chute de neige. La FAV a continué cette étude durant les hivers 1999-2001 mais sans pouvoir relever de mesures dans les situations de chutes de neige considérées particulièrement critiques.
2.2 Études 2000-02 – Saumure contre sel préhumidifié sur autoroutes
La FAV et la Direction des Routes danoise ont ensuite mené des études en vue de comparer l'usage de saumure et l'usage de sel préhumidifié sur l'autoroute traversant la Fionie (E20) (80 km). Les voies nord allant d'est en ouest ont été traitées avec du sel préhumidifié, tandis que les voies sud allant d'ouest en est ont été traitées avec de la saumure.
L'étude [2] a montré qu'en cas de gelée blanche, l'usage de saumure au lieu de sel préhumidifié permet des économies de sel d'au moins 30 %. En présence de neige, il a été constaté que les voies lentes des autoroutes (réservées aux véhicules lourds) avaient besoin de moins de sel que les voies rapides (réservées au trafic léger). Ce résultat était presque inespéré : L'épandeuse utilisée pour le sel préhumidifié était, en raison d’un défaut, mal équilibrée et épandait plus à gauche (c.-à-d. sur la voie rapide la plus proche de la ligne centrale) qu'à droite (c.-à-d. la voie lente la plus proche de la voie de secours).
Combiné avec l'impact du trafic (véhicules lourds surtout sur la voie droite), ce déséquilibre pourrait expliquer ces observations.
A la suite de ce résultat, on a décidé de déséquilibrer le dosage de manière à épandre 40 % de NaCl (saumure ou sel préhumidifié) de moins sur la voie droite que sur la voie gauche de l'autoroute.
Ce qui paraissait une bonne solution sur les autoroutes était cependant impossible à mettre en oeuvre sur les routes nationales ordinaires où la circulation va dans les deux sens. C'est pourquoi il est devenu encore plus important de trouver des épandeuses qui puissent assurer l'épandage uniforme voulu pour le sel.
2.3 Mesures relevées en 2004 – Homogénéité de l'épandage
En 2004, la FAV a mesuré l'homogénéité d'épandage de tous ses modèles d'épandeuses.
Des programmes d'essais individuels étaient prévus pour chaque modèle ; chaque programme était composé de dix situations typiques avec variations dans la largeur d'épandage, la vitesse et le dosage. Pour chaque situation, la salinité résiduelle a été mesurée (SOBO 20) sur cinq sections transversales distantes de 2 mètres, et sur chaque section transversale, les mesures ont été relevées tous les 0,5 mètres. Un total d'env.
7 500 mesures ont été prises. On a établi les écarts moyens et les écarts types et on a comparé les résultats aux répartitions requises dans le programme d'essais, voir notre figure 1 pour les résultats de trois épandeuses dans des situations comparables.
Figure 1. Homogénéité de l'épandage de trois épandeuses différentes : A, B et C, toutes munies d'un système d'épandage à disque rotatif. La largeur d'épandage est de 3 mètres de chaque côté de la ligne centrale de la route, 6 mètres en tout. Les épandeuses A et B
distribuent 10 g de sel préhumidifié (7,7 g de NaCl) par m2.
L’épandeuse C distribue 10 ml de saumure et 3 g de sel (5,6 g de NaCl) par m2. Veuillez remarquer que la rotation des épandeuses A et B se fait en sens anti-horaire avec un
surdosage à gauche tandis que celle de l'épandeuse C est en sens horaire avec un déséquilibre à droite. Aucune des épandeuses ne donne une homogénéité d'épandage
satisfaisante. Renseignements basés sur les références [3], [4] et [5].
La FAV a présenté les mesures relevées dans huit rapports [3]-[10]. La conclusion générale était que les autorités routières devaient poser des contraintes explicites sur la qualité de l'épandage de sel quand elles sollicitent des offres d'épandeuses. Grâce au programme de mesures, la FAV a acquis l'expérience et les procédures nécessaires pour contrôler que ces contraintes étaient satisfaites.
En plus, l'homogénéité d'épandage mesurée surtout sur les épandeuses modernes munies de buses, s'est avérée mieux adaptée à l'épandage uniforme requis que l'homogénéité mesurée à l'épandage de sel préhumidifié. Selon la FAV, ces mesures indiquent que l'épandage de saumure par buses est une technologie prometteuse avec un potentiel d'améliorations ultérieures pour assurer une homogénéité d'épandage correcte, même à vitesse élevée. Par contre, l'épandage de saumure et de sel préhumidifié par disques rotatifs produit une homogénéité d'épandage contestable et ne présente pas de potentiel d'amélioration technologique.
Figure 2. Écarts types du pourcentage de sel gaspillé sur neuf séries, chacune de dix séries de mesures de salinité résiduelle après l'épandage au moyen d'épandeuses munies
de disque rotatif (sel préhumidifié ou saumure), de buses (saumure) ou des deux ▲ (sel préhumidifié ou saumure). L'axe X montre l'écart type du gaspillage de sel dû au déséquilibre entre la voie gauche et droite de la route, pourvu que la voie recevant le moins de sel ait reçu juste la quantité requise. L'axe Y montre l'écart type de sel gaspillé
mesuré en dehors de la zone cible de la chaussée. Pour les épandeuses combi (▲) munies de buses pour l'épandage de saumure et d'un disque rotatif pour l'épandage de sel préhumidifié, l'écart en pourcentage du gaspillage tend à être plus grand. Renseignements
basés sur les mesures des références [3]-[10].
La FAV n'avait pas prévu ces mesures pour pouvoir comparer directement les épandeuses. Par conséquent, c'est un peu difficile d'établir des paramètres objectifs pour la qualité d'épandage. En analysant les mesures de chacune des dix situations prévues dans les programmes d'essais des épandeuses, on peut cependant calculer A) le pourcentage de sel mesuré en dehors de la zone cible de la chaussée, et B) le pourcentage de sel surdosé sur la voie recevant la plus grande quantité, pourvu que celle recevant la plus petite ait reçu exactement la quantité requise. Ces deux chiffres représentent le gaspillage de sel. Pour les dix situations de chacune des épandeuses, il est possible de calculer l'écart moyen et l'écart type. Les fournisseurs de l'équipement ont ajusté les épandeuses avant toute mesure. La moyenne ainsi calculée peut cependant s'expliquer par l'inexactitude des ajustements. Par contre, l'écart type doit être interprété comme la capacité de chaque épandeuse à s'ajuster aux différents réglages de largeur, de vitesse et de dosage d'épandage. La figure 2 montre que l'usage d'épandeuses combinant deux technologies (les épandeuses « combi ») devrait donner un épandage moins précis
vu que l'homogénéité y présente les écarts de loin les plus importants. Cette observation confirme qu'on obtient le meilleur résultat, si possible, avec des épandeuses à technologie unique. Il paraît que les épandeuses munies de buses donnent des écarts légèrement plus petits que celles à disque rotatif.
3. MISE EN OEUVRE
3.1 Épandeuses
La FAV a acheté ses nouvelles épandeuses de saumure en 2002 et 2005 – et a plus tard complété les investissements en biens d'équipement pour la mise en oeuvre de l'usage de saumure dans la lutte contre le verglas. Les deux achats ont été coordonnés avec de nouveaux contrats avec des entreprises de service hivernal afin de modifier les itinéraires de lutte contre le verglas et de déblaiement.
Les épandeuses achetées étaient munies d'un type de buse à trou ajustable permettant de faire l'épandage à une pression constante peu importe le volume épandu. La vérification de l'étalonnage de ces buses se faisait tout simplement en pesant un seau de saumure prise de chaque propulseur. Ce buse s'est également avéré le plus prometteur aux mesures effectuées par la FAV en 2004.
En demandant des offres en 2005, la FAV a cependant ajouté des spécifications et évalué les offres en mettant le prix en rapport avec le volume effectif de saumure dans le réservoir de l'épandeuse, la précision d'épandage, la simplicité d'opération de l'épandeuse et sa capacité de récupération des données sur la position, la largeur d'épandage et le dosage. Ces spécifications ont amené des améliorations significatives du volume effectif : avec les modèles de 2002, il était possible de profiter d'env. 9 m3 de saumure dans un réservoir de 11 m3, tandis que dans le nouveau réservoir de 14 m3, il ne restait que 20 litres après l'épandage. En plus, la collection de données a permis de déterminer le dosage d'un itinéraire d'épandage avec une précision de 3 %, c.-à-d. qu'au planning des activités, on peut établir des itinéraires plus longs et toujours être sûr que la quantité de fondant routier des épandeuses suffira à leur itinéraire.
En outre en 2005, la FAV a fait installer un système GPS pour contrôler l'épandage, c.-à-d.
que les épandeuses pouvaient établir leur position au moyen du système de positionnement à capacité globale et ajuster l'homogénéité de l'épandage aux variations de largeur de la voie, à la présence d'arrêts d'autobus, aux pentes transversales, etc. Le chauffeur pouvait se concentrer sur la conduite du véhicule d'épandage.
3.2 Saumure
La FAV tenait normalement des stocks de sel dans des abris situés dans huit centres de surveillance en Fionie et un centre dans l'île d'Aeroe. A l'introduction de saumure dans la lutte contre le verglas, la FAV devait se décider à installer une centrale de mélange près de chaque centre ou seulement près d'un certain nombre d'entre eux. La saumure est produite en mélangeant tout simplement de l'eau douce avec du sel pur en s'assurant que le sel est entièrement dissous. Les défis sont A) d'obtenir la quantité requise ce qui nécessite une alimentation en eau et une capacité de stockage suffisantes et B) d'éviter la stratification, ce qui nécessite un équipement de surveillance de la saumure pour assurer la circulation continue.
La FAV a décidé d'établir deux centrales en Fionie. L'argument principal portait sur les economies d'échelle : le besoin de personnel de surveillance des centrales pouvait être réduit. Ceci était attractif, non seulement d'un point de vue fiscal, mais aussi à la lumière de l'âge moyen élevé des employés et des difficultés de recrutement reconnues ainsi que des règles relatives au temps de conduite et de repos en vertu de la législation sur la santé et sécurité au travail. Des centrales plus grandes pouvaient aussi assurer l'alimentation en saumure de la qualité prescrite. Les centrales ont été établies en 1999 et 2002, et elles ont été élargies toutes les deux en 2005. La FAV a implanté les centrales dans deux de ses centres de surveillance en vue de bénéficier des infrastructures de personnel déjà établies et de permettre aux employés de participer aux autres activités des centres hors de leurs heures de surveillance des centrales de mélange.
L'île d'Aeroe manque d'eau souterraine et pour ne pas surexploiter la nappe, la FAV a obtenu un permis spécial des autorités environnementales pour utiliser l'eau de mer dans le mélange de la saumure destinée à l'île ; la FAV a également établi une petite centrale de mélange près du port.
3.3 Organisation
Avec la mise en oeuvre de l'épandage de saumure, on a aussi modifié les itinéraires de lutte contre le verglas : tous les itinéraires de la Fionie et de l'île de Langeland devaient être redessinés par rapport aux deux centrales de mélange en vue de les optimiser selon les nouvelles conditions.
L'introduction de la technologie GPS a signifié, bien entendu, que tous les itinéraires devaient être programmés avec l'information de largeur, etc. Il s'est cependant aussi avéré vital de bien instruire tous les conducteurs qu'il fallait commencer l'itinéraire au lieu prévu et le prendre dans la direction prévue – sinon l'épandage contrôlé par GPS serait inutile.
La réaffectation de personnel aux deux centrales de mélange a résulté en une réduction du nombre d'employés. Dans une situation où plusieurs employés avaient prévu de prendre leur retraite, cette réduction était acceptable vu qu'elle a même permis d'ajuster les tableaux de service de manière à respecter toujours les limites selon la législation sur la santé et sécurité au travail, même pendant des hivers rigoureux.
Par suite des technologies nouvelles, les mécaniciens de la garage de la FAV ont dû faire face à une large série de défis. Pendant la période où l'on utilisait la saumure aussi bien que le sel préhumidifié dans la lutte contre le verglas, le nombre de différentes épandeuses était élevé et chaque type unique exigeait des compétences uniques. Surtout les épandeuses combi qui pouvaient épandre de la saumure aussi bien que du sel préhumidifié exigeaient des compétences spécialisées à cause des deux technologies d'épandage différentes. Chaque mécanicien devait se spécialiser ce qui a rendu la garage vulnérable à la maladie ou aux prises de retraite, et la nouvelle technologie de pointe demande plus d'entraînement pour que la garage soit en mesure de remédier aux dommages ou pannes en toutes circonstances.
3.4 Aspects politiques et financiers
Comme toute autre activité sur le réseau routier, le service hivernal est très visible au grand public, et il faut donc envisager le changement de technologies en respectant l'opinion publique et les employeurs politiques de l'autorité routière. La FAV avait l'intention de fournir des informations complètes au comité politique aussi bien qu'aux médias sur les
« quand » et « pourquoi » des changements et sur la date de l'introduction d'un nouveau
matériel. Il a été constaté que les deux parties se sont sérieusement intéressées à l'activité, elles se sont inquiétées de l'impact sur l'environnement mais n'ont jamais mis en doute les décisions techniques prises par la FAV.
Dans l'île d'Aeroe, la FAV est passée à la saumure pendant l'hiver 1998/99 – les réductions de la consommation de sel et l'usage de saumure basée sur l'eau de mer correspondaient parfaitement au propre branding de l'île visant à préférer la durabilité, et le changement de technologie a été accepté sans aucun mécontentement de la part des habitants de l'île.
En Fionie, on a aussi considéré l'idée de placer les centrales de mélange au bord de la mer en vue de profiter de la facilité d'accès à l'eau de mer. La quantité d'eau requise à alimenter tout le réseau routier du département en saumure équivalait à la consommation annuelle d'env. 1 000 familles, mais le comité politique l'a trouvé acceptable en tenant compte des avantages logistiques des emplacements intérieurs des centrales de mélange.
L'achat des nouvelles épandeuses de saumure en 2002 et 2005 a fait partie des réinvestissements annuels en équipement de la FAV. Le prix unitaire de 40 000 euros était de 20 % plus bas que pour le modèle alternatif considéré, les épandeuses combi munies de buses pouvant épandre de la saumure aussi bien que du sel préhumidifié. La FAV a évidemment dû ajuster d'autres réinvestissements en faisant ces remplacements une année ou deux plus tôt ou plus tard que prévu, mais la valeur totale de la flotte de matériel restait inchangée.
Le financement des centrales de mélange, au prix de 0,35 millions d'euros chacune, était assuré par la vente de deux centres de surveillance devenus superflus – cette vente a même permis de financer des améliorations des infrastructures mises à la disposition du personnel dans les autres centres de surveillance.
Tableau 1. Consommation de sel (NaCl) par mètre carré en Fionie et dans les départements voisins : Vejle à l'ouest, Storstroem au sud-est et Seeland de l'Ouest, à l'est.
L'hiver 2005/06 était plus neigeux que d'habitude, tandis que l'hiver 2006/07 ne l'était moins. Seul le département de la Fionie utilisait des buses d'épandage de saumure.
Référence [11].
Saison Fionie Vejle Storstroem Seeland de
l'Ouest 2005/06 1,10 kg/m2 2,11 kg/m2 2,13 kg/m2 2,59 kg/m2 2006/07 0,34 kg/m2 0,89 kg/m2 0,94 kg/m2 0,83 kg/m2
4. RÉSULTATS 4.1 Quantité de sel
Comparé aux départements voisins, la Fionie a utilisé moins de la moitié de la quantité de sel par mètre carré durant les hivers 2005/06 et 2006/07, voir tableau 1.
Le tableau 2 donne les dosages utilisés par la FAV sur les routes nationales où l'on utilisait encore du sel préhumidifié aussi bien que de la saumure. Il ressort du tableau que la quantité de NaCl peut être réduite de 39-65 % à l'usage de saumure comparé au dosage à
l'usage de sel préhumidifié. La FAV a utilisé des dosages de saumure similaires sur ses propres routes.
Tableau 2. Dosages recommandés de sel préhumidifié et de saumure en circonstances variées. Utilisés par la FAV sur les routes nationales (autoroutes exclues) en Fionie durant
la saison d'hiver 2005/06. La saumure utilisée est une solution de 24 %. Référence [12].
Sel préhumidifié Saumure Conditions routières et
météorologiques
Temp. Dosage g/m2
Dosage g NaCl par
m2
Dosage ml/m2
Dosage g NaCl par
m2 Sec ou humide
Risque de gelée blanche
> -3 Cº 10 7,7 10 2,7
< -3 Cº 10 7,7 15 4,3
Humide ou mouillé
Risque de surface glacée
> -3 Cº 10 7,7 15 4,3
< -3 Cº 15 11,6 25 7,1
Avant neige et givre 15 11,6 35 10,0
Pour traitements curatifs 15 11,6 35 10,0
4.2 Baisse des taux d'accidents
Pendant les trois saisons d'hiver de 2002/03 à 2004/05, où on a utilisé de la saumure et du sel préhumidifié sur le réseau routier régional de la Fionie, la police a rapporté 48 accidents survenus sur une route glissante du réseau traité avec de la saumure (58 % du réseau total) et 40 accidents survenus sur une route glissante du réseau traité avec du sel préhumidifié (42 %). Les taux d'accidents causés par routes glissantes correspondants sont de 0,08 accidents par km sur trois ans (saumure) et 0,09 accidents par km sur trois ans (sel préhumidifié), respectivement. Ces chiffres doivent être interprétés avec prudence. Le paramètre « condition routière » dans les rapports policiers est rarement utilisé pour les analyses, et la qualité des enregistrements devrait être examinée.
Il est remarquable qu'une « Fiche technique sur le déverglaçage » issue par le Dakota du Nord déclare [13] : « Taux d'accidents plus bas – Colorado a vu une baisse moyenne de 14 % des accidents liés à la neige et au verglas durant une étude de 12 ans sur l'épandage préventif du système inter-états dans la zone métropolitaine de Denver ».
C'est exactement le même système que celui mis en oeuvre pendant la période de trois ans dans le département de la Fionie.
5. CONCLUSIONS PRINCIPALES DE LA FAV
Dans un cadre plus large, le sujet traité par la FAV peut être formulé ainsi : « Comment les autorités routières, peuvent-elles utiliser de la saumure dans la lutte contre le verglas et en même temps respecter les normes du service hivernal et réduire la consommation de sel ? » A vrai dire, il faut admettre que l'approche au début était bien plus humble :
« Combien du sel préhumidifié est épandu aux endroits où il ne servira à rien sur la chaussée, et le résultat, serait-il meilleur si on utilisait de la saumure? » et encore « Le sel préhumidifié qui s'avère utile sur la chaussée, est-il également épandu sur la chaussée, et l'homogénéité d'épandage, serait-elle meilleure (plus égale) si on utilisait de la saumure ? »
Ces questions initiales ont reçu une réponse favorable pour l'usage de la saumure et ont inspiré des recherches ultérieures s'étalant sur un certain nombre d'années. Voici un résumé des résultats :
- La saumure peut remplacer le sel préhumidifié à des fins de lutte contre le verglas dans toute situation. La saumure est moins susceptible d'être emportée de la chaussée par le vent que le sel préhumidifié et en conséquence, le dosage de sel pur (NaCl) peut être réduit d'un quart.
- L'épandage de saumure est possible à la même vitesse que l'épandage de sel préhumidifié – et en utilisant les technologies de buse, la vitesse peut être augmentée encore plus.
- L'épandage de saumure par buses assure une répartition plus précise avec une homogénéité uniforme dans la zone cible de la chaussée. En fait, la répartition est tellement précise que l'on peut bénéficier du fait que l'eau (et donc la saumure) s'écoule du haut vers le bas de sorte que l'épandage doit être ajusté pour répartir plus aux niveaux élevés de la chaussée, voir la section 6.2.
- Le dosage de sel peut être réduit de même par suite de ces facteurs. Cela veut aussi dire moins d'impact de sel sur l'environnement.
- La quantité de saumure nécessaire d'une qualité adéquate peut être produite par des centrales de mélange, et avec le permis des autorités environnementales, il est même possible d'utiliser de l'eau de mer pour mélanger la saumure.
- Avec une construction adéquate, le volume du réservoir des épandeuses de saumure peut être utilisé à presque 100 % ce qui veut dire que l'on peut prévoir des itinéraires de lutte contre le verglas plus longs. L'épandage de saumure contrôlé par GPS permettra d'optimiser le planning et de profiter de « la dernière goutte », presque. Ces facteurs vont améliorer l'économie quotidienne.
- L'usage de saumure n'est pas plus cher que l'usage de sel préhumidifié. La mise en oeuvre de technologies d'épandage de saumure requière des investissements initiaux dans des centrales de mélange et des épandeuses adéquates (munies de buses). Le prix des différents modèles d'épandeuse n'influence pas beaucoup l'économie générale, et la mise en oeuvre de la technologie sur quelques années permettra même d'intégrer la plus grande partie du matériel au programme de réinvestissement des autorités routières, ce qui veut dire que l'amélioration de l'économie quotidienne compensera les investissements à faire dans les centrales de mélange.
- L'introduction de nouvelles technologies requière une formation et instruction soigneuses de tous les employés nécessaires. Cela vaut également pour l'établissement de nouveaux itinéraires d'épandage. Les technologies de base d'épandage de saumure n'ont pas causé de problèmes graves ou imprévus. Mais la mise en oeuvre de l'épandage contrôlé par GPS a révélé un défi inattendu : de convaincre les conducteurs des contractants privés qu'il faut respecter les itinéraires exactement comme prévu.
- Le taux d'accidents survenus sur routes glissantes ne paraît pas plus élevé sur les routes traitées avec une plus petite quantité de NaCl dans la saumure comparé aux routes traitées avec une quantité « normale » de sel préhumidifié, voir section 6.2.
Ce qui nous reste est la question de savoir si la saumure et le sel préhumidifié ont un effet égal si l'on omet l'épandage préventif et doit faire fondre du verglas sur la chaussée. Des calculs thermodynamiques simples vont montrer que l'eau contenue dans la saumure est négligeable comparé à la quantité d'eau causée par la fonte du verglas. Toutefois certains acteurs ont invoqué que l'usage de saumure constitue un plus grand risque que le verglas qui adhère à la chaussée.
6. USAGE DE SAUMURE EN FIONIE DU NORD
6.1 Restructuration de la gestion routière au Danemark
Jusqu'au nouvel an 2006/07, les autorités routières au Danemark étaient réparties sur trois niveaux. La Direction Routière danoise assurait la gestion des routes nationales. Les conseils généraux assuraient la gestion des routes régionales et les municipalités avaient la responsabilité du réseau routier local. En outre, les municipalités étaient l'autorité en charge des routes privées.
En Fionie, il y avait 135 km de routes nationales. Les routes régionales s'étalaient sur 1 011 km, tandis que les routes locales des 32 municipalités faisaient un total de 5 684 km.
Le 1er janvier 2007 a vu une restructuration de l'administration locale du Danemark. Une fusion de municipalités a permis de créer 98 nouvelles municipalités plus grandes. En Fionie, les anciennes communes ont formé dix municipalités, dont une pour l'île de Langeland et une autre pour l'île d'Aeroe. Seule la « capitale départementale », Odense, restait inchangée. Avec la réorganisation, les départements danois ont été abolis, et leurs obligations ont été réparties parmi les nouveaux acteurs locaux et régionaux. Les routes régionales de majeure importance interrégionale ont été intégrées au réseau routier national et les routes qui restaient ont été intégrées au réseau routier local des municipalités. Employés et matériel ont suivi les routes.
Les études de la FAV sur l'usage de saumure n'ont pas été prolongées, et la FAV n'a jamais eu l'occasion de tirer des conclusions sur les résultats.
6.2 Valorisation de la précision de l'épandage par buses
La petite municipalité de la Fionie du Nord (Nordfyns Kommune) a cependant mis en oeuvre les résultats de la FAV sur un total de 150 km de routes principales à partir de l'hiver 2007/08. Sur ces routes, l'épandage de saumure a été effectué par buses, contrôlé par GPS et accompagné de navigation routière – deux épandeuses (14 m3) suffisaient aux 150 km dans des situations de verglas aussi bien que de neige.
À la mise en oeuvre de l'épandage contrôlé par GPS, la municipalité a profité d'un des résultats que la FAV n'avait pas eu le temps d'exploiter : la précision de la répartition de saumure épandue par buses est telle que l'on peut profiter du fait que le sel s'écoulera du niveau haut vers le niveau plus bas quand les routes sont humides (eau ou verglas). Ou en d'autres termes : il n'est pas nécessaire de mettre du sel au niveau bas de la route, par contre il est essentiel de le mettre au niveau élevé des courbes !
Les résultats quant aux accidents liés à la neige et au verglas étaient extraordinaires.
Pendant l'hiver 2007/08, la police n'a rapporté qu'un seul accident causé par route glissante sur les routes de la municipalité de la Fionie du Nord. Il y en avait cinq sur ces routes pendant l'hiver 2006/07 et sept accidents de ce genre pendant l'hiver 2005/06. Le nombre d'accidents prévisible à l'usage de sel préhumidifié ou de saumure serait 4 ou 5 (basé sur les données de la FAV, 2002-2005, voir la section 4.2). Ce nombre prévisible correspond au fait que 5-10 % de tous les accidents de la route au Danemark ont lieu sur routes glissantes [14] et que la police a rapporté 76 accidents de la route dans la municipalité de la Fionie du Nord en 2007.
Tableau 3. Nombres d'accidents sur routes glissantes durant les hivers 2006/07 et 2007/08 sur les réseaux routiers locaux en Fionie. Seule la municipalité de la Fionie du
Nord a une baisse dramatique de 2006/07 à 2007/08. Il est remarquable que dans la municipalité de la Fionie du Nord, presque tous les accidents survenus sur des routes
glissantes aient lieu sur des routes principales.
Autorité routière #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 Fionie du Nord
Hiver : 2006/2007 15 7 7 6 6 3 1 6
Hiver : 2007/2008 31 17 6 7 7 7 2 1
Les sept autres autorités routières locales en Fionie avaient un nombre croissant d'accidents de la route sur routes glissantes de l'hiver 2006/07 à l'hiver 2007/08, voir le tableau 3. Les huit autorités routières ont toutes profité des services d'épandage préventif offerts par la Direction Routière danoise. Cela veut dire que seuls l'épandage précis, c.-à- d. l'épandage de saumure par buses et contrôlé par GPS, ainsi que l'usage de navigation routière peuvent expliquer pourquoi la Fionie du Nord a pu constater une telle baisse extraordinaire du nombre d'accidents sur routes glissantes comparé aux autorités routières locales des municipalités voisines.
REMERCIEMENTS
Merci à tous les employés de la Division des Routes et des Transports de l'ancien département de la Fionie qui ont participé au processus d'amélioration du service hivernal et au Conseil Général de la Fionie ainsi qu'au Conseil d'Administration du département des conditions de travail spacieuses offertes et de la confiance et du courage dont vous avez fait preuve pour essayer des approches nouvelles – sans de telles attitudes, aucune amélioration ne serait possible.
RÉFÉRENCES
[1] Fonnesbech, J.Kr. (2000). Ice control technology with 20 percent brine on highways, Transportation Research Board, Issue Number 1741, pp. 54-59.
[2] Prewettet salt versus brine on motorway. (2003). Direction Routière, Département de la Fionie, Agence danoise pour la Protection de l'Environnement et Epoke A/S, Copenhague.
[3 Fionie, Odens
[4
[5
[6 2004.
[7
[8 Département de la Fionie, Odense.
[9
[10]
[11] Vintertrafik. (2007). Direction Routière
[12] Vinterhåndbog 2005/2006. (2005). Fyns Amts Vejvæsen [la Division des Routes et des Transports] et Vejdirektoratet [la Direction Routière]. Fyns Amt, Odense.
[13] Anti-Icing Fact Sheet [Fiche technique sur le déverglaçage]. (2009). NDDOT. Department of Transportation, North Dakota.
[14] Sigurdson, S. (2001). Model for kvalitetsvurdering af beslutningen om glatførebekæmpelse. Université Technique du Danemark, Centre de Trafic et de Transports, Lyngby.
