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Timestamp: 2020-08-07 08:59:30+00:00
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Comme mentionné exhaustivement dans le chapitre Considérations stratégiques de ce Manuel, les caractéristiques géométriques doivent être définies au stade le plus initial de la conception d'un tunnel, et même d'une liaison routière susceptible de comporter un ou plusieurs tunnels.
Ces caractéristiques sont de natures très différentes, et peuvent être groupées dans les catégories suivantes :
la relation entre la méthode de construction et la section transversale
les notions théoriques liées à la capacité de trafic
le tracé général de la route comportant le tunnel : nombre de chaussées et de voies de circulation, dispositifs hors chaussée (latéraux et parfois centraux), gabarit en hauteur, pentes maximales, rayons minimaux horizontaux et verticaux, pentes transversales, caractéristiques détaillées du profil transversal à l'intérieur du tunnel : largeur des voies de circulations et des dispositifs hors chaussée, gabarit en hauteur en tenant compte la méthode de construction et l'équipement à installer, les besoins en espace pour les dispositifs de sécurité en tant qu'éléments de la section transversale : les aires de stationnement, les voies d'arrêt d'urgence, les zones d'arrêt d'urgence, les glissières et barrières de sécurité, les niches de sécurité, etc.
les caractéristiques géométriques spécifiques d'autres dispositifs situées hors de la section transversale : sorties de secours, galeries d'évacuation, passages de sécurité pour piétons et véhicules, etc.
l'influence des caractéristiques géométriques sur la sécurité.
Ce chapitre se base essentiellement sur les Rapports Techniques 05.11.B "Géométrie de la section transversale des tunnels routiers à circulation unidirectionnelle" et 05.12.B "Conception de la section transversale des tunnels routiers bidirectionnels".
Le paragraphe Rapport entre méthode de construction et section transversale rappelle la relation entre la méthode de construction et la section transversale.
Le paragraphe Capacités de trafic théorique et pratique des tunnels reprend un résumé des notions théoriques liées à la capacité de trafic.
Le paragraphe Alignement général des routes et exemples nationaux rappelle les règles principales au sujet de l'alignement général des routes, y compris les valeurs principales utilisées dans quelques pays, et insiste sur la nécessité de maintenir les plus grandes caractéristiques géométriques de la route à l'air libre dans le tunnel lui-même (à l'exception importante de la pente maximum, qui doit être limitée).
Le paragraphe Géométrie de la chaussée traite spécifiquement du profil transversal de la chaussée des tunnels routiers, tant uni- que bidirectionnels.
Le paragraphe Gabarit en hauteur concerne le gabarit en hauteur des tunnels.
Le paragraphe Voie d'arrêt d'urgence, géométrie de la zone hors chaussée et éléments spéciaux concerne les voies d'arrêt d'urgence et les dispositifs hors chaussée, ainsi que les divers dispositifs de sécurité qui doivent se trouver dans le tunnel.
Le présent Chapitre 6 du Manuel a été rédigé par Willy De Lathauwer (Belgique), membre associé du comité C4 en qualité de représentant de l'AITES.
Pierre Schmitz (Belgique), Président du comité, a procédé à la relecture du texte français
6.1. Rapport entre méthode de construction et section transversale
Dans le cas des tunnels routiers, le profil est en général rectangulaire ou circulaire, et dépend essentiellement de la méthode de construction. Au tableau 6.1-1 figurent les profils en travers les plus courants et les méthodes de construction correspondantes.
Les dimensions retenues dépendent des dimensions du profil en travers nécessaire à la circulation. Elles varient en fonction des données suivantes :
Volumes de trafic et importance du tunnel
Vitesses de base, distances d'arrêt de sécurité et distances de visibilité
Espace réservé aux équipements à l'intérieur du tunnel (ventilation, éclairage, signalisation, surveillance du trafic et de l'environnement
Coût de l'ouvrage en fonction des normes de sécurité requises
Gestion de la circulation nécessaire pour réagir en cas d'incident dans le tunnel
Règlementations locales habituelles et budget.
D'un pays à l'autre, les réponses aux données mentionnées ci-dessus varient énormément. Dans un même pays, elles varient et évoluent dans le temps.
Tableau 6.1-1: Sections transversales et méthodes de construction courantes
Circulaire Tunnelier Récemment utilisée au Japon pour le profil en travers rectangulaire
Rectangulaire Tunnel immergé Aux Etats-Unis, le profil en travers circulaire est couramment employé
Rectangulaire Tranchée couverte Le béton précoulé est parfois utilisé pour construire des profils en travers circulaires au-dessus de la chaussée
Fer à cheval Dynamitage Utilisé dans le cas des roches dures
Section circulaire et radier en ellipse Méthodes de soutènement durant le creusement Dans le cas de roches dures, le profil en fer à cheval est souvent employé
6.2. Capacités de trafic théorique et pratique des tunnels
La capacité théorique d'un tronçon routier est l'intensité maximale du trafic par heure. Elle se calcule en fonction du nombre maximum de voitures particulières passant en l'espace de 15 minutes, multiplié par le coefficient correspondant à l'heure de pointe. Ce chiffre n'est pas un maximum absoluil se fonde sur une répétabilité raisonnable. Ainsi exprimée, la capacité théorique dépend uniquement du nombre et la largeur des voies de circulation et de la pente du tronçon, et ne dépend pas du pourcentage des véhicules lourds, puisqu'il est évident que l'intensité sera maximale lorsque le trafic sera uniquement composé de véhicules légers et d'usagers réguliers. Quand aucun élément ne la limite, la capacité théorique est approximativement 2.200 véhicules par heure par voie de circulation (v/h x l). Plus d'informations sont disponibles dans le Chapitre 4 "Capacité et vitesse en fonction de la géometrie des routes et des tunnels routiers" du rapport 05.11.B et dans le Chapitre 3 "Vitesses de circulation et densités du trafic" du rapport 05.12.B.
La capacité pratique d'une section se calcule en fonction de la capacité théorique, lorsqu'elle n'est limitée par aucun élément. Les coefficients de limitation appliqués en fonction des caractéristiques réelles de la route sont :
Cl : coefficient réduisant la capacité en fonction de la largeur des voies de circulation et des zones hors chaussée. On considère qu'une voie de circulation ne limite pas la capacité pratique lorsque sa largeur est égale ou supérieure à 3,60 m.
Cpl : coefficient de poids lourd permettant d'ajuster la capacité théorique en fonction du pourcentage de poids lourds et de l'inclination et de la longueur de la rampe ou de la pente de la route.
Cc : coefficient de correction en fonction du principal type d'automobiliste. Ce coefficient corrige la capacité si les automobilistes sont des habitués de cette route ou si la circulation est celle d'un jour de semaine.
La capacité pratique d'une chaussée dans un sens, Cp, est calculée comme suit :
Cp = 2200 . N . Cl . Cpl . Cc où N est le nombre de voies.
Les facteurs peuvent ensuite être calculés et adaptés selon des formules et des tables données dans les rapports: voir le Chapitre 4 "Capacité et vitesse en fonction de la géometrie des routes et des tunnels routiers" du rapport 05.11.B et dans le Chapitre 3 "Vitesses de circulation et densités du trafic" du rapport 05.12.B.
Plus d'informations peuvent également être trouvées dans le HCM (Highway Capacity Manual) édité par le Transport Research Board (Etats-Unis).
6.3. Alignement général des routes et exemples nationaux
6.3.1. Alignement horizontal
6.3.2. Profil en long
6.3.3. Section transversale
6.3.4. Gabarit en hauteur
6.3.5. Tunnels uni- ou bidirectionnels
6.3.6. Échangeurs
Les courbes de faible rayon devraient être évitées, particulièrement si elles sont reliées à un alignement droit. On devrait observer une courbure minimale de 550-600 m. Les dégagements latéraux doivent également permettre la visibilité longitudinale dans les courbes.
Dans les tunnels urbains, il convient de dimensionner l'ouvrage avec des vitesses de référence proches de la vitesse réellement pratiquée en régime fluide et non congestionnée.
En raison de l'influence sur la vitesse, les profils longitudinaux descendants conduisent à davantage d'accidents, particulièrement dans le cas de volumes de trafic élevés.
Des réductions de section transversale sont dangereuses et peuvent conduire à des accidents.
Une attention devrait être accordée au point que, si la largeur de la chaussée et/ou de la surlargeur latérale dans le tunnel et au droit de la section d'approche est inférieure à celle de la route à l'air libre, ces rétrécissements devraient être mis en application loin avant le portail du tunnel et aussi progressifs que possible: voir le Chapitre 4.7 "Conception des têtes de tunnel" du Rapport 2008R17.
Pour les ouvrages rectangulaires ou avec faux-plafond de ventilation, on note souvent des accidents avec les véhicules hors gabarits.
Il est conseillé d'installer à l'extérieur du tunnel, avant chaque portail, un itinéraire de déviation fléché ainsi qu'un système permettant d'arrêter physiquement les véhicules hors gabarit.
Le Paragraphe IV.2.6 "Gabarit en hauteur" du Rapport 05.04.B fournit plus d'information sur ce sujet.
Les tunnels bidirectionnels conduisent à davantage d'accidents que les tunnels unidirectionnels. Les utilisateurs observent néanmoins assez bien l'interdiction de dépasser rattraper en cas de gradients moyens. En cas de gradients raides, il serait être approprié cependant de prévoir une voie de circulation supplémentaire pour les véhicules lents.
Il est fortement conseillé de ne pas modifier la direction du trafic pour absorber les crêtes quotidiennes de trafic.
Ceci pourrait être avantageux pour les tunnels longs phasés sur autoroute et où l'on essaie d'optimiser la construction d'un tube (bi en 1ère phase et uni en seconde phase) à condition que la largeur roulable soit dimensionnée en conséquence et suffisamment large. Ceci afin d'aborder quelques pointes de trafic (vacances d'été ou d'hiver). Même si sur le plan de la sécurité routière cette disposition peut quand même être satisfaisante, elle est à éviter dans toute la mesure du possible. Pour les tunnels urbains cette solution est à proscrire.
Les échangeurs souterrains (bretelles d'accès et de sortie) peuvent causer des accidents. Ils doivent être correctement conçus. On prendra également soin de ce que l'éclairage souligne ces points singuliers et les difficultés géométriques auxquelles l'usager devra faire face. Il faut veiller à une perception appropriée.
A l'intérieur du tunnel, les sorties doivent être localisées à une certaine distance du portail d'entrée. On note dans un certain nombre d'ouvrages où la bretelle est implantée directement après l'ouvrage, un certain nombre d'accidents, la plupart corporels. Dans le cas des ouvrages où la latitude d'implantation est très réduite, il conviendrait d'affecter en tunnel une voie supplémentaire pour la bretelle de sortie.
6.4. Géométrie de la chaussée
Fig. 6.4-1 : Exemple de section transversale
La terminologie doit être définie comme suit :
La chaussée, comprenant la zone située entre les bords internes des lignes les plus à l'extérieur
La zone hors chaussée comprenant les zones extérieures à la chaussée, dont les lignes de rive, les dégagements, les bandes d'arrêt d'urgence, les trottoirs et les glissières de sécurité
Des informations supplémentaires sur ce sujet sont disponibles dans le Chapitre 2 "Terminologie" du Rapport 05.11.B.
Pour faciliter la gestion des routes, celles-ci sont hiérarchisées selon leurs fonctions.Les réseaux routiers de plus grande importance sont ceux qui traversent plusieurs états, tels que le réseau routier transeuropéen ou les autoroutes américaines inter-Etats. Les réseaux nationaux sont composés de routes reliant les centres urbains et économiques nationaux. Les réseaux régionaux relient les villes régionales. Les critères fonctionnels des différents réseaux ou routes sont définis en termes de vitesse, de niveau d'encombrement, de distances entre intersections, etc.
La plupart des pays ont des directives et des recommandations propres concernant les caractéristiques géométriques de la chaussée. Une comparaison des directives internationales est donnée au Chapitre V "Les voies et la chaussée" du Rapport 05.11.B.
Fig. 6.4-2 : Comparaison des directives internationales (Extrait du tableau 5.1 du Rapport 05.11.B)
Pays et nom de la source
ou de référence (km/h)
Largeur de la voie de circulation (m)
Largeur du marquage (m)
Largeur de la chaussée (m)
100 (26 T, 26 Tr) 3,50 0,15 7,00
Allemagne RABT 94
110 (29,5 T) 3,75 0,15
Allemagne RAS-Q 1996
70 (26 t) 3,50 0,15 7,00
Autriche RVS 9.232
80 - 100 3,50 0,15 7,00
Danemark (Pratique)
90 - 120 3,60 0,10 7,20
France (CETu)
80 - 100 3,50 ? 7,00
80 - 120 3,50 7,00
Japon Road Structure Ordinance
60 3,25 6,50
Il est recommandé que la largeur des voies dans les tunnels présentant une vitesse de circulation de 100 km/h ne soit pas inférieure à 3,50 m. lorsqu'il est acceptable ou nécessaire d'imposer des vitesses réduites limites (80 ou même 60 km/h) dans les tunnels routiers (par exemple, en cas de virages serrés inévitables, de lutte contre le bruit en agglomération, de capacité limitée, de réduction des coûts) une diminution de la largeur des voies (à 3,25 m par exemple m) peut inciter les automobilistes à réduire leur vitesse et donc les aider à respecter la vitesse limite. Cette mesure doit être généralement associée à des contrôles fréquents et des amendes élevées. Dans certains tunnels urbains, où seulement des véhicules légers sont autorisés, des voies de circulations plus étroites sont acceptées ; dans les courbes une attention doit être accordée à l'influence du dévers du revêtement sur la largeur de la structure.
Des informations complémentaires figurent au Chapitre V "Les voies et la chaussée" du Rapport 05.11.B et aux Paragraphes 7.1 à 7.5 du Chapitre 7 "Géométrie de la section transversale" du Rapport 05.12.B.
6.5. Gabarit en hauteur
La hauteur libre minimale au-dessus des chaussées est au moins égale à la hauteur (de base) maximale des poids lourds autorisée sur la route, majorée de l'espace nécessaire en prévision des mouvements de roulis dus aux irrégularités de la chaussée et du véhicule. Cet espace supplémentaire est équivalent à la différence entre la largeur des voies et la largeur des véhicules de tourisme.
La hauteur libre minimale dépend de la hauteur maximum des véhicules lourds et varie d'un pays à l'autre. Dans la plupart des pays européens la hauteur maximum des véhicules lourds est de 4,00 m ; certains pays permettent des valeurs plus élevées (R-U, Etats-Unis): voir le tableau 7.1 du Chapitre 7 "Hauteur libre" du Rapport 05.11.B.
Dans l'Union européenne la hauteur maximum des véhicules lourds est de 4,00 m. Si l'on ajoute à cette hauteur maximum une marge de 0,20 m pour absorber les mouvements verticaux des camions la hauteur minimum exigée est de 4,20 m.
Outre ce minimum un espace supplémentaire est nécessaire pour que les conducteurs de poids lourds se sentent à l'aise. Cette marge de confort est équivalente à la distance de l'objet. La hauteur minimale plus la marge de confort donne la hauteur libre. Si la valeur de cette marge de confort ou distance de l'objet est de 0,30 m, la hauteur libre sera de 4,50 m (R-U 5,35 m, Etats-Unis 4,90 m sur les autoroutes, 4,30 m sur d'autres routes)
On prévoit souvent une marge supplémentaire si les équipements montés au-dessus de la chaussée sont recouverts d'une protection ( bâche souple par exemple).
Enfin, il faut prévoir une marge pour les tolérances de construction, la courbure du plafond et les éventuels resurfaçages : voir le Chapitre 7 "Hauteur libre" du Rapport 05.11.B et le Chapitre 7.8 "Dégagements verticaux" du Rapport 05.12.B.
Le cas spécifique de la conception géométrique des tunnels urbains à gabarit réduit est traitée séparément, car ils sont normalement réservés aux voitures et à quelques catégories restreintes de camionnettes (légères).
L'étude complète a été effectuée pour la France et implique les points spécifiques suivants, dus à la présence de voitures principalement, figurant dans l'article "Tunnels urbains à gabarit réduit: conception géométrique" (Routes/Roads 288 - 1995) :
pentes : des limites plus élevées sont possibles : § I.3, p 40
interdistance entre les échangeurs : § II.1, p 41
définition de la hauteur : § II.3, pp 43-44
alignement horizontal et latéral : § III.1, pp 45-46
section transversale : § III.2, pp 46-50.
6.6. Voie d'arrêt d'urgence, géométrie de la zone hors chaussée et éléments spéciaux
Pour faciliter et clarifier la communication et la comparaison il est nécessaire de définir un nombre minimal de termes concernant la chaussée et les zones latérales. Le groupe de travail qui a produit le Rapport 05.11. B. "Géométrie de la section transversale des tunnels routiers à circulation unidirectionnelle" a décidé d'appliquer la terminologie suivante :
Chaussée : comportant la zone située entre les bords internes des lignes les plus à l'extérieur
Zone hors chaussée : comportant les zones extérieures à la chaussée, dont les lignes de rive, les dégagements, les bandes d'arrêt d'urgence, les trottoirs et les glissières de sécurité : voir le Chapitre II "Terminologie" du Rapport 05.11.B.
Cette distinction est justifiée puisqu'il semble exister un consensus sur l'utilisation et les dimensions de la chaussée, alors que les dimensions et les critères relatifs aux éléments de la zone hors chaussée varient énormément d'un pays à l'autre.
Sur les routes en plein air du type autoroutier habituellement une voie d'arrêt d'urgence est habituellement prévue. Des zones latérales sont souvent restreintes dans les tunnels pour des raisons économiques. Cette restriction peut rendre impossible aux véhicules en panne de se garer dans cette zone à côté de la voie de circulation sans occuper une partie de cette voie et de ce fait de perturber le trafic.
La géométrie des zones hors chaussée varie entre les pays, et donc aucune règle générale ou chiffre ne peut être donné. Dans beaucoup de pays, dus aux coûts, la largeur du dégagement dur est trop faible pour garer convenablement un véhicule. C'est pour cela que, à certaines distances, des aires de stationnement sont mises à disposition. Cependant les expériences norvégienne et espagnole montrent que seulement 40 % des véhicules en panne atteignent ou utilisent ces aires de stationnement. Ceci démontre que ces aires de stationnement ne peuvent entièrement remplacer des voies d'arrêt d'urgence: voir les Paragraphes 8 à 10 du Chapitre III "Pannes" du Rapport 05.04.B.
Le danger que peut constituer la présence de garages ou d’autres obstacles latéraux vis à vis des usagers des tunnels a été étudié dans le rapport technique 2016R16FR intitulé : « Garages et protection contre les obstacles latéraux : les pratiques actuelles en Europe ». Ce rapport présente les résultats d’une étude menée dans différents pays européens en vue de collecter des informations concernant le nombre et la géométrie des garages, le retour d’expérience d’accidents impliquant des garages ou d’autres obstacles latéraux, des références d’études menées sur ce sujet et d’autres informations pertinentes. Les initiatives entreprises pour améliorer la sécurité des usagers vis-à-vis des obstacles latéraux sont mises en exergue et les conclusions générales du travail réalisé sont détaillées.
La voie d'arrêt d'urgence devrait donner la possibilité de garer une voiture en panne en dehors de la chaussée. Par conséquent la largeur mesurée à partir du côté externe du marquage devrait être au moins la largeur d'une voiture de tourisme (1,75 m) plus une largeur de 0,50 m pour permettre aux automobilistes de descendre, résultant en une voie de 2,45 m. En cas de circulation dense, une voie plus large peut être mise à disposition.
Au cas où des camions devraient également être garés en dehors de la chaussée une largeur de (2,50 + 0,50 + 0,20 =) 3,20 m est nécessaire comme expliqué dans le Chapitre 6 "La zone hors chaussée" du Rapport 05.11.B.
Figure 6.6-1 : Profil typique d'une barrière de sécurité dans la zone hors chaussée
Les barrières de sécurité désignent généralement des « constructions massives destinées à guider sans risque les véhicules heurtant la paroi latérale du tunnel en les renvoyant en direction du trafic ». Elles diffèrent des glissières, qui sont d'un type flexible ou fragile, retenues par des poteaux, pour empêcher des véhicules de se heurter à la paroi latérale du tunnel.
Dans le cas des tunnels il convient de se demander si la distance de l'objet doit être déterminée par la distance entre le bord interne de la ligne de rive et le bord du trottoir, la partie avant des barrières en béton ou des glissières de protection, ou le piédroit du tunnel. En cas d'utilisation de trottoirs peu élevés, tous les experts s'accordent à dire que la distance à la paroi du tunnel est une bonne mesure. En l'absence de trottoir, il convient de mesurer la distance à la base ou à la partie inférieure ou supérieure des glissières de sécurité.
Dans les tunnels en particulier, les automobilistes préfèrent maintenir une certaine distance par rapport à la paroi (au trottoir,à la glissière ou à la barrière en béton), car leur angle de vue est plus limité. Lorsque la distance de l'objet est plus petite que sur la route en rase campagne, l'expérience montre que les automobilistes modifient leur trajectoire pour maintenir une certaine distance par rapport à la paroi du tunnel. : voir le Chapitre 6 " La zone hors chaussée" du Rapport 05.11.B.
Si les véhicules franchissant la ligne de rive ne redressent pas leur trajectoire à temps, les conséquences de leur collision contre la paroi doivent être réduites, à l'aide des barrières en béton ou des glissières. Les premières prennent moins de place que les secondes. Lorsqu'un véhicule heurte une barrière en béton avec un angle faible, il peut être remis dans le sens normal de circulation, ce qui peut éviter un accident grave. Lorsqu'un véhicule heurte une barrière en béton avec un angle important, les conséquences de la collision peuvent être graves. Les glissières métalliques ne sont pas aussi efficaces que les barrières en béton pour corriger ou redresser la trajectoire des véhicules déportés, mais causent moins de dommages en cas de collision avec un angle important. C'est pourquoi les barrières en béton son préférables sur les accotements étroits, et les glissières métalliques sur les accotements larges. En effet le fonctionnement d'une glissière nécessitant un espace plus important pour sa déformation, le tunnel doit être plus large, ce qui est souvent impossible du point de vue financier. En outre, les barrières en béton sont plus performantes à des vitesses réduites et nécessitent moins d'entretien.
7. Ouvrages spécifiques nécessaires à l’exploitation et la sécurité
En complément de la stricte section transversale et de l’espace réservé à la circulation des véhicules, il est nécessaire de construire, dans la plupart des tunnels routiers, des ouvrages spécifiques de génie civil destinés à répondre aux besoins en matière de sécurité et d’exploitation.
Des issues de secours sont indispensables dans tous les tunnels (à l’exception des tunnels très courts) pour permettre aux usagers de rejoindre à pied un espace sûr après s’être enfuis de l’espace réservé à la circulation. Différents types d’issues de secours pour les piétons sont présentés au paragraphe Issues de secours. Cela concerne des galeries de connexion entre tubes, des abris dans lesquels les usagers peuvent se mettre en sécurité, des connexions directes vers l’extérieur, ainsi que des galeries d’évacuation, parallèles aux tubes de circulation (ou le cas échéant situées sous la chaussée), reliées à l’extérieur du tunnel.
Le paragraphe Ouvrages destinés aux véhicules présente les ouvrages destinés aux véhicules. Ils comprennent les garages, les galeries de retournement, ainsi que les galeries de jonction permettant le passage des véhicules d’un tube à l’autre. Ces ouvrages sont destinés à faire face à des situations telles que les pannes, les demi-tours de véhicules, ou le passage d’un tube à l’autre. Ils peuvent être utilisés pour les besoins de maintenance, pour les manœuvres des véhicules de secours ou de dépannage lors d’un incident, ou pour la gestion de la circulation à la suite d’un accident.
Le paragraphe Niches de sécurité présente les dispositions géométriques des niches de sécurité, situés à intervalles réguliers dans les piédroits du tunnel. Ces niches et refuges permettent aux occupants d’un véhicule en panne de quitter l’espace réservé à la circulation et de réduire ainsi leur exposition aux risques liés aux véhicules en mouvement.
Les ouvrages d’assainissement ont un rôle important dans la réduction de la surface des flaques de liquide susceptibles de se former lors de l’épandage du contenu d’une citerne de transport endommagée ou lors des opérations récurrentes de nettoyage des piédroits. Dans le cas d’un épandage de produits inflammables le système d’assainissement a un impact majeur sur la réduction de la puissance et de l’extension d’un incendie qui peut en résulter. Le paragraphe Assainissement en tunnel présente les différents types de systèmes d’assainissement habituellement installés dans les tunnels routiers.
Le paragraphe Autres installations présente les autres ouvrages et équipements susceptibles d’être aménagés à l’intérieur du tunnel ou à ses têtes.
Ce chapitre a été rédigé par Robin Hall (UK).
La traduction en langue française a été faite par Bernard Falconnat (France - Egis).
Fig. 7.1-1 : Issues de secours d’un tunnel unidirectionnel à ventilation longitudinale
Fig. 7.1-2 : Issue de secours (tunnel du Mont Blanc : France - Italie)
Fig. 7.2-1 : Exemple de galerie de retournement
7.3. Niches de sécurité
La plupart des tunnels routiers sont équipés de niches de sécurité implantées à intervalles réguliers dans les piédroits. Ces niches sont habituellement équipées de téléphone d'appel d'urgence, d'extincteurs manuels (parfois de lance à incendie) à l'usage des conducteurs en cas de panne de leur véhicule ou d'accident.
La conception de ces niches de sécurité et leur implantation présentent une très grande variété : simple coffret accroché au piédroit - niche encastrée dans le piédroit (avec ou sans porte d'isolement) - localde dimension plus importante permettant d'accueillir les occupants d'un véhicule en panne et de les soustraire à une exposition sur la chaussée où ils risquent d'être heurtés par un véhicule en mouvement.
Pour éviter tout sentiment de claustrophobie à l'intérieur de ces niches (encastrées en piédroit ou local plus grand) il est recommandé de les doter de portes transparentes. Une alternative consiste à supprimer les portes et à garantir des bonnes conditions d'audibilité des transmissions vocales par la mise en œuvre de dispositifs d'isolation phonique ou d'atténuation des bruits.
Le Rapport Technique 2008R17: "Facteur Humain et Sécurité concernant les usagers des tunnels routiers").présenteles aspects de comportement humain à prendre en compte lors de la conception de ces dispositifs de sécurité. Ces niches doivent clairement identifiables (signalisation appropriée) et parfaitement visibles.
Les équipements des "niches de sécurité" sont présentés de façon détaillée au chapitre Équipements et systèmes.
Fig. 7.4-1: Exemple d’un réservoir et d’une installation de pompage.
7.5. Autres installations
7.5.1. Niches Incendie
7.5.2. Locaux techniques souterrains
7.5.3. Ouvrages anti-recyclage des fumées
D’autres ouvrages peuvent être aménagés en souterrain ou aux têtes de tunnel comme décrits ci-après.
Fig. 7.5.1-1 : Exemple d’une niche incendie
Les niches incendie comportent des extincteurs, des lances d’incendie (parfois), ainsi que des équipements spéciaux destinés aux pompiers. Elles sont situées à intervalles réguliers en piédroits du tunnel.
Elles peuvent être associées aux « niches de sécurité » qui abritent les postes téléphoniques d’appel d’urgence et des extincteurs manuels comme présentées au paragraphe Niches de sécurité.
7.5.2-1 : Exemple d’une installation souterraine
De nombreux tunnels comportent des locaux techniques souterrains destinés aux installations électromécaniques, aux sous-stations électriques, aux télécommunications et aux équipements de contrôle.La conception et les dimensions de ces locaux techniques satisfont aux mêmes dispositions que celles des locaux situés dans les bâtiments de tête de tunnel. Par exemple : disposer de place suffisante à l’ouverture des portes des armoires, des coffrets et pour l’accès aux tableaux de commandes. Les réservations et espaces pour le passage des câbles et leurs rayons de courbure peuvent être plus difficiles à aménager en souterrain qu’aux têtes de tunnel du fait des contraintes d’espace pour un tunnel foré.
Une attention particulière doit être portée à la sécurité de l’accès à ces locaux techniques. En général un tel accès sécurisé n’est possible que lors des fermetures du tunnel. De nombreux tunnels comportent toutefois des garages au droit des locaux techniques pour permettre un arrêt en toute sécurité des véhicules de maintenance, sans coupure du trafic.
Un recyclage d’air peut se produire en tête de tunnel entre la tête de sortie d’un tube et la tête d’entrée dans l’autre tube (cas d’un bitube en exploitation unidirectionnelle). L’importance de ce recyclage dépend des conditions locales ainsi que de la direction du vent. Un problème identique existe pour les tunnels en ventilation semi-transversale entre la sortie d’un tube et la prise d’air frais située en tête de tunnel.
Pour les tunnels très courts en ventilation naturelle, ceci ne constitue pas un problème, mais pour les tunnels plus longs cet effet de recyclage doit être réduit par l’aménagement d’un ouvrage d’anti-recyclage des fumées. Cet ouvrage (souvent sous forme d’un mur) a une longueur comprise entre 20 à 40 m, qui dépend des conditions locales. Plus de détails sont donnés au Paragraphe IV.2.3 "Recyclage de l'air" du Rapport 1995 05.02.B "Tunnels Routiers, émissions, environnement, ventilation".
8.1. Alimentation électrique
La plupart des équipements et des systèmes du tunnel nécessitent de l'énergie électrique pour fonctionner, une installation d'alimentation électrique dans le tunnel. Cette installation doit répondre à deux exigences essentielles :
Fournir une alimentation électrique suffisante et sécurisée pour permettre à tous les équipements de fonctionner.
Répondre à toutes les situations d'exploitation (normale, dégradée, critique).
La puissance nécessaire pour alimenter un tunnel est directement liée à la nature et au nombre d'équipements installés. Selon la quantité d'énergie électrique nécessaire (kWh), l'énergie peut être fournie en basse tension ou en haute tension.
Chaque pays a ses propres réglementations concernant les tunnels ainsi qu'une structure particulière en termes de réseaux de distribution : les architectures retenues peuvent donc, pour des tunnels de caractéristiques proches, être sensiblement différentes. Toutefois, il est possible de noter certains principes identiques, notamment :
la présence d'une alimentation électrique de secours (double alimentation, groupe électrogène, etc.),
l'installation d'un dispositif permettant de remédier à une perte totale d'alimentation. Ce système (onduleur, groupe électrogène ...) assure, pendant un laps de temps limité, l'alimentation des équipements essentiels à la sécurité.
8.4. Éclairage
Dans la plupart des tunnels, la pénétration naturelle de la lumière ne permet pas d'assurer des conditions de visibilité satisfaisantes pour les usagers. Il est donc nécessaire d'installer un éclairage artificiel qui offre aux usagers des conditions de visibilité et de confort satisfaisantes.
En termes de fonctionnalités, l'installation d'éclairage doit permettre d'assurer:
un éclairage normal qui donne aux usagers une visibilité appropriée, de jour comme de nuit,
un éclairage de secours qui offre aux usagers une visibilité minimale leur permettant de sortir du tunnel à bord de leurs véhicules en cas de perte de l'alimentation électrique de puissance.
Une installation d'éclairage doit être conçue en respectant de nombreuses exigences, notamment celles relatives aux :
niveaux de luminance et d'éclairement sur la chaussée,
niveaux de luminance et d'éclairement sur les piédroits,
valeurs d'uniformité pour les différents régimes d'exploitation,
valeurs d'éblouissement.
Plusieurs types d'installations sont possibles, les plus courantes sont l'éclairage symétrique et l'éclairage à contre-flux. Selon les caractéristiques du tunnel et selon les objectifs à atteindre, les implantations de luminaires peuvent être effectuées sur une ou plusieurs files, au-dessus des voies, en haut des piédroits, etc.
8.5. Ventilation
La ventilation des tunnels assure une double fonction :
En exploitation normale, elle assure une qualité d'air suffisante dans le tunnel, généralement par la dilution des polluants ;
En situation d'incendie, elle doit permettre de maintenir des conditions aussi sûres que possible pour les usagers du tunnel et les services de secours en contrôlant l'écoulement des fumées de façon appropriée : voir Paragraphe 1.6 "Rôle du système de ventilation pendant la phase d'autoévacuation" et le Paragraphe 1.7 "Rôle du système de ventilation pendant la phase de déclenchement de l'incendie" du rapport 05.16.B.
Historiquement, la première raison pour laquelle des systèmes de ventilation ont été installés en tunnel a été la réduction des niveaux de pollution. Bien que les émissions de polluants par les véhicules routiers aient très fortement diminué au cours des dernières décennies, cette fonction reste importante et doit être étudiée avec attention lors de la conception de l'ouvrage. Dans certains cas, la ventilation naturelle due à l'effet de pistonnement des véhicules en mouvement peut être suffisante pour satisfaire aux exigences de qualité de l'air en exploitation normale. Les besoins en ventilation mécanique sont évalués en tenant compte de la longueur du tunnel et du type de circulation (unidirectionnelle ou bidirectionnelle) et de son régime d'écoulement (possibilité de congestion). Le rapport technique 2012R05FR "Tunnels routiers: émisions des véhicules et besoin en air pour la ventilation" présente les données nécessaires au dimensionnement du système de ventilation dans les tunnels routiers pour les conditions normales d'exploitation. Il vise à définir les quantités minimum d'air frais nécessaires pour assurer le respect des seuils de qualité de l'air et de visibilité en tunnel. Le rapport donne les valeurs des concentrations admissibles des émissions de gaz toxiques et de particules. Le rapport tient compte des évolutions de la législation rendue plus sévère sur les facteurs d'émission ainsi que des évolutions technologiques des véhicules. En annexe, il présente les facteurs d'émission propres à certains pays ainsi que les tableaux d'émission pour les normes Euro.
Les capacités requises pour la ventilation d'urgence, particulièrement en cas d'incendie, sont également liés à la présence d'autres équipements ou aménagements, comme les issues de secours par exemple, qui devront également être pris en compte. La ventilation naturelle peut suffire dans certains cas, mais une ventilation mécanique est souvent nécessaire pour les tunnels dépassant quelques centaines de mètres de longueur.
Différentes stratégies de ventilation peuvent être employées en tunnel. Le choix parmi celles-ci est généralement guidé par les considérations de sécurité incendie ; l'utilisation du système en conditions normales est ensuite adaptée: se référer au Chapitre V "Ventilation pour la maîtrise des incendies et des fumées" du rapport 05.05.B 1999.
La stratégie longitudinale consiste à créer un courant d'air longitudinal dans le tunnel, afin de repousser toutes les fumées, produites par un véhicule en feu, d'un seul côté du foyer. Si des usagers sont présents de ce côté, ils peuvent être affectés par des gaz toxiques et une visibilité réduite ; c'est pourquoi cette stratégie doit être employée avec la plus grande prudence dans les tunnels bidirectionnels ou congestionnés. La vitesse d'air minimale pour un bon contrôle des fumées dépend de l'incendie de dimensionnement et de la géométrie du tunnel (pente, profil en travers).
La stratégie transversale tire profit de la flottabilité des fumées d'incendie : celles-ci tendent à se concentrer en partie haute du tunnel, d'où elles peuvent être extraites mécaniquement. Le système est conçu de manière à préserver une couche d'air frais (visibilité correcte, faible toxicité) en partie basse de l'ouvrage pour permettre l'auto-évacuation. Il est donc important de maintenir un courant d'air longitudinal aussi faible que possible à proximité du feu pour éviter la déstratification et une propagation longitudinale excessive des fumées. Cette stratégie est applicable dans n'importe quel tunnel mais la conception, la réalisation et l'exploitation du système sont plus difficiles et plus coûteuses.
La conception d'un système de ventilation comprend le calcul de la capacité minimale du système en termes de poussée et/ou de débit, la conception du réseau de ventilation et le choix du matériel de ventilation adapté. Voir le Chapitre 4 du rapport 2006 05.16.B : Ventilation et ses annexes 12.3 "Dimensionnement des installations de ventilation longitudinale", 12.4. "Trappes d'extraction des fumées" et 12.6. "Impact sonore des accélérateurs". Le matériel doit répondre à un certain nombre d'exigences, notamment en matière de résistance au feu et de performance acoustique.
La conception de scénarios de ventilation appropriés pour chaque situation d'incendie possible est une étape très importante du processus : voir le Rapport technique 2011 R02 : Tunnels routiers : stratégies d'exploitation de la ventilation. Ces scénarios peuvent être simples, particulièrement lorsque la stratégie longitudinale est employée, ou mettre en jeu un grand nombre de mesures et d'équipements de ventilation pour des tunnels complexes ventilés transversalement.
Une approche descriptive a été traditionnellement adoptée pour définir les incendies de dimensionnement. Compte tenu de la large gamme de puissances rencontrées, il est clair que le choix d'un incendie de dimensionnement pour un tunnel donné n'est pas évident. Plusieurs facteurs tels que les types de véhicules autorisés, le système de ventilation, la géométrie du tunnel et les moyens de lutte contre le feu doivent être pris en considération, d'où l'intérêt d'appliquer une méthodologie basée sur l'approche performantielle, telle que décrite dans le rapport technique 2017R01FR "Caractéristiques des incendies de dimensionnement en tunnels routiers".
L'optimisation de la commande de ventilation pour contrôler la qualité de l'air en exploitation normale est cruciale pour réduire la consommation énergétique ; il s'agit d'un enjeu important car cette consommation représente une part significative du coût d'exploitation d'un tunnel.
Les interactions de la conception d'un système de ventilation avec celle d'autres éléments du tunnel sont nombreuses et diverses. Dans le cas de la ventilation transversale, par exemple, les débits requis peuvent influer sur la section excavée, avec un impact potentiellement fort sur le côut du creusement. La ventilation représente également une part importante des besoins en alimentation électrique d'un tunnel. Elle interagit fortement avec d'autres équipements de sécurité tels que la détection d'incendie et les systèmes de lutte contre le feu : voir le Chapitre 5 « Les systèmes fixes de lutte contre l'incendie dans le cadre des systèmes de sécurité des tunnels » du rapport 2008 R07.
Les problèmes environnementaux liés à la ventilation, mis à part la consommation électrique et l'empreinte carbone associée, sont liés au rejet local et concentré d'air pollué par les têtes et les cheminées d'extraction. La réduction de leur impact sur le voisinage du tunnel fait partie d'une bonne conception environnementale : voir le Paragraphe 4.3. "Technique de dispersion de l'air des tunnels", le Paragraphe 4.6. "Aspects liés à l'exploitation" et l'Annexe D. "Aperçu de la modélisation de la dispersion pour la conception des systèmes de ventilation" du rapport 2008 R04.
Enfin, des parties d'un tunnel autres que l'espace trafic principal peuvent nécessiter une ventilation, en particulier les issues de secours : voir le Paragraphe 5.3. "Dimensionnement de l'itinéraire d'évacuation" du rapport 05.16.B 2006.
https://www.piarc.org/fr/fiche-publication/16636-fr-Tunnels%20routiers%20:%20%C3%A9missions%20des%20v%C3%A9hicules%20et%20besoin%20en%20air%20pour%20la%20ventilation.htm
8.6. Équipements de lutte contre l'incendie destinés aux usagers et aux équipes de secours
8.6.1. Objectifs
8.6.2. Alimentation en eau
8.6.3. Poteaux d'incendie
8.6.4. Extincteurs portatifs
8.6.5. Tuyaux d'incendie
L'objectif principal des équipements de lutte contre l'incendie dans un tunnel routier est de fournir les moyens de combattre un incendie dans le tunnel avec un impact minimal sur les usagers, les services de secours et la structure.
L'Association mondiale de la route (AIPCR) a traité des systèmes nécessaires pour la lutte contre le feu dans les tunnels routiers dans de nombreuses publications, les deux principale étant le Rapport technique 05.05.B 1999 "Maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers" et le Rapport technique 05.16.B 2007 "Systèmes et équipements pour la maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers". En outre, ces sujets ont également fait l'objet de plusieurs Rapports du Comité aux Congrès mondiaux de la Route, plus spécifiquement ceux de Vienne (1979), Sydney (1983), Bruxelles (1987) et Marrakech (2001).
Les systèmes critiques pour la capacité à combattre un incendie dans un tunnel routier comprennent la détection, l'alarme, le réseau d'appel d'urgence, la surveillance vidéo, la sonorisation, l'alimentation et la distribution en eau, les systèmes fixes de lutte contre le feu, les extincteurs portables et la ventilation d'urgence. Ces systèmes doivent être prévus, évalués, conçus et installés de façon soignée et intégrée afin d'assurer qu'ils sont réellement compatibles entre eux et que la sécurité des personnes en cas d'incendie n'est ni compromise, ni assurée de façon trop redondante.
Beaucoup de ces éléments de lutte contre le feu en tunnel font l'objet d'autres chapitres du présent manuel. On peut citer la détection (Paragraphe 8.3.5 Détection d'incendie/de fumée), les systèmes fixes de lutte contre l'incendie (Paragraphe Systèmes fixes de lutte contre l'incendie), les alarmes incendie (Paragraphe Systèmes de communication et d'alerte), les postes d'appel d'urgence (Paragraphe 8.3.1 Postes d'appel d'urgence), la télésurveillance (Paragraphe Systèmes d'acquisition de données, de contrôle - commande et de supervision (SCADA)), la sonorisation (Paragraphe 8.3.7 Hauts-parleurs), la radio-retransmission (Paragraphe Systèmes de communication et d'alerte), la ventilation d'urgence (Paragraphe Ventilation).
La présente section traite des systèmes à la disposition des usagers (automobilistes), de l'exploitant et des services de secours pour la lutte contre le feu. Cet ensemble comprend les systèmes destinés à fournir de l'eau à travers une conduite (colonne sèche) et les bouches d'incendie, ainsi que les extincteurs portables installés dans le tunnel.
Un système d'alimentation en eau, comprenant des canalisations, des traînasses ou colonnes (sèches ou humides), est requis pour fournir l'eau nécessaire à la lutte contre le feu dans le tunnel (par des bouches) et éventuellement pour alimenter un système fixe de lutte contre le feu (Paragraphe Systèmes fixes de lutte contre l'incendie) s'il en existe un dans le tunnel (se référer au Paragraphe VI.3.3 "Alimentation en eau" du rapport 05.05.B 1999). La source d'eau peut être un réseau de distribution d'eau ou un réservoir. La pression nominale du système doit être en conformité avec les exigences des équipes de secours ayant vocation à intervenir dans l'ouvrage.
Les poteaux d'incendie sont nécessaires dans le tunnel pour fournir un point de connexion à l'alimentation en eau pour les lances des sapeurs-pompiers. Les poteaux doivent être installées à intervalles réguliers dans le tunnel (voir le Paragraphe VI.3.3 "Alimentation en eau" du rapport 05.05.B 1999). Les éléments de connexion doivent être compatibles avec le matériel des services locaux pouvant intervenir dans l'ouvrage.
Des extincteurs portatifs sont mis à disposition à intervalles réguliers dans les tunnels routiers pour permettre aux automobilistes et au personnel d'exploitation de combattre un incendie d'ampleur limitée dans le tunnel avant l'arrivée des services de secours (voir le Paragraphe VI.3.2 "Extincteurs" du rapport 05.05.B 1999).
Des rouleaux de lances à incendie sont installés en tunnel dans certains pays, cependant cela ne représente pas une tendance générale puisque d'autres pays permettent aux services de secours d'apporter leurs propres lances dans le tunnel pour chaque événement (voir le Paragraphe VI.3.3 "Alimentation en eau" du rapport 05.05.B 1999).
8.7. Systèmes fixes de lutte contre l'incendie
Le rapport technique 2016R03FR "Systèmes fixes de lutte contre l'incendie dans les tunnels routiers : pratiques actuelles et recommandations" résume le point de vue de l'Association mondiale de la route sur les systèmes fixes de lutte contre l'incendie (SFLI) ainsi que ses recommandations relatives à l'applicabilité, au choix et à l'utilisation de ces systèmes.
Lors d'un incendie qui se développe rapidement, la fumée peut rapidement réduire la capacité des usagers à se sauver par eux-mêmes, pendant que la température qui croit rapidement peutrendre les conditions dans le tunnel intenables et détruire les systèmes de sécurité. Un SFLI offre la possibilité de ralentir le développement du feu et de sa propagation. De ce fait, il permet aux usagers de se secourir par eux-mêmes plus facilement et il aide l'intervention des services de secours pendant les différentes phases de l'incendie. Un SFLI peut offrir d'autres avantages, à savoir qu'il permet de protéger les installations du tunnel contre les dommages dus à l'incendie et d'éviter ou de réduire les interruptions du réseau routier susceptibles de se produire dans un tunnel en réparation suite à un incendie.
A l'heure actuelle, les installations dites « déluge » sont de loin le type de SFLI le plus répandu dans les tunnels. Des systèmes à la fois à basse et haute pression sont disponibles, les derniers aspergeant des gouttelettes de taille plus faible.D'autres systèmes utilisant l'eau, incluant ceux à base de mousse, ont également été installés dans les tunnels. Le choix d'un système approprié devrait être fait sur base d'une analyse coûts-bénéfices
Sauf dans les pays où l'installation d'un SFLI est interdite par les directives de conception des tunnels, la procédure suivante est recommandée au moment de décider si un tel système doit être installé ou non :
une analyse des risques telle que définie dans la Directive européenne 2004/54/CE,
une analyse coûts-bénéfices.
Un système fixe de lutte contre l'incendie doit être examiné dans le contexte d'autres systèmes de sécurité critiques comme la ventilation. Une détection rapide et précise et une réponse d'un SFLI sont des éléments essentiels pour obtenir la meilleure performance d'un système fixe de lutte contre l'incendie.
Ce rapport fournit des informations sur les types de SFLI disponibles et leur utilisation dans diver pays. Il fournit également des recommdations sur la conception des SFLI et sur le choix du SFLI le plus approprié. Quand des SFLI sont installés, il est essentiel qu'ils soient conçus, installés, intégrés au système tunnel, mis en service, entretenus, testés et exploités dans les règles de l'art.
8.9. Signalisation
La signalisation est un des moyens dont dispose l'exploitant pour communiquer avec l'usager.
Pour un itinéraire donné, on peut voir dans un tunnel la même signalisation qu'à l'air libre :
Signalisation directionnelle fixe,
Signalisation de police (panneaux de danger, de limitation de vitesse et d'indication de direction),
Signalisation variable (signaux d'affectation de voies, panneaux à messages variables).
Les différents dispositifs de sécurité à disposition des usagers dans le tunnel (postes d'appel d'urgence, extincteurs, issues de secours...) nécessitent en outre une signalisation de sécurité spécifique.
Le principal problème qui se pose pour la signalisation dans le tunnel est l'emplacement. En effet, les caractéristiques géométriques d'un ouvrage souterrain sont optimisées et augmenter la section transversale conduira à des surcoûts non négligeables. Dans la pratique, un compromis doit être trouvé entre la nécessité d'une bonne visibilité des panneaux (donc, des panneaux de taille suffisante) et l'espace disponible.
8.10. Barrières
Lorsqu'un événement grave (accident, incendie, etc.) se produit dans un tunnel, il doit être possible d'empêcher au plus tôt les usagers d'entrer dans le tunnel. En effet, un dispositif interdisant l'accès au tunnel de manière efficace et rapide peut éviter d'envoyer des usagers qui sont à l'extérieur vers une situation potentiellement dangereuse et d'éviter tout sur-accident en souterrain.
Dans de nombreux pays, l'expérience montre que si la fermeture du tunnel est réalisée uniquement au moyen d'une signalisation d'arrêt (panneau « stop » ou feu rouge) disposée à l'extérieur, juste avant la tête du tunnel, ce n'est pas très efficace. C'est pourquoi, cette signalisation d'arrêt est souvent complétée par des barrières et des panneaux à messages variables permettant aux usagers d'être informés des raisons de la fermeture.
Le dispositif de fermeture du tunnel peut être activé depuis le centre de contrôle-commande ou de manière automatique pour les tunnels qui ne sont pas sous surveillance permanente.
Le dispositif de fermeture est conçu pour être utilisé dans les situations d'urgence, mais il peut également être utilisé dans d'autres situations, notamment lors de fermetures programmées pour des interventions de maintenance.
9. Le comportement au feu du tunnel
Les matériaux utilisés pour les structures et les équipements d'un tunnel ne doivent ni bruler, ni produire de grandes quantités de fumées toxiques si un feu se déclare dans le tunnel. De plus, lors d'un tel évènement, les structures ne doivent pas s'effondrer pendant que les services de secours ou les usagers sont encore dans le tunnel, les équipements de sécurité critiques doivent continuer à fonctionner au moins jusqu'au terme de l'évacuation et des opérations de lutte contre l'incendie.
Ces objectifs généraux dépendent du comportement au feu des matériaux et de la résistance au feu des structures et des équipements:
Le comportement au feu d'un matériau caractérise sa capacité de prendre part au feu auquel il est exposé, y compris par sa propre décomposition (par ex. combustion). Ce sujet est traite dans le paragraphe Le comportement au feu des matériaux.
La résistance au feu d'une structure ou d'un équipement caractérise sa capacité de continuer à assurer sa fonction malgré le développement d'un incendie. Les structures sont traitées dans le paragraphe La résistance au feu des structures, tandis que les équipements sont traités dans le paragraphe La résistance au feu des équipements.
L'auteur de ce chapitre est Robin Hall et le Groupe de Travail 4 du comité C4 (2008-2011) dans lequel:
Robin Hall (GB) a coordonné le travail et a écrit le chapitre complet
Fathi Tarada (GB) et Ignacio del Rey (Espagne) ont passé en revue le chapitre complet
Frédéric Hervé (membre français du Groupe de Travail 4) a traduit le chapitre en français.
9.1. Le comportement au feu des matériaux
Les matériaux utilisés dans la construction des tunnels doivent posséder une résistance au feu suffisante pour assurer leur intégrité pendant l'évacuation et la lutte contre l'incendie.
Le Paragraphe VII.3 "Réaction au feu des matériaux" du rapport technique 05.05.B "La Maîtrise des Incendies et des Fumées dans les tunnels routiers" traite des propriétés au feu des matériaux utilisés dans les tunnels et indique que les caractéristiques définies pour les matériaux devraient inclure les exigences couvrant leurs propriétés au feu. Les propriétés souhaitables sont:
une faible inflammabilité, réduisant ainsi la vitesse de progression de l'incendie;
un faible dégagement de chaleur, ce qui réduit la taille de l'incendie et donc, l'impact sur la structure et la sécurité des personnes; et
la minimisation ou l'élimination des produits toxiques d'un incendie.
Il est impossible d'empêcher la génération de gaz par l'incendie, mais les risques peuvent être réduits par le choix des matériaux ainsi que par la conception des dispositifs de sécurité tels que les issues de secours qui peuvent réduire l'exposition au risque. Les propriétés des matériaux de revêtement des parois sont aussi à examiner, y compris les carrelages et peintures, les traitements d'étanchéité ou encore le matériel d'éclairage. Les caractéristiques définies pour de tels matériaux devraient aussi comporter des exigences en matière de comportement au feu.
La possibilité que des matériaux puissent produire des substances chimiques corrosives ou toxiques pendant la combustion, et que ces substances puissent pénétrer la surface du béton pour être à l'origine d'une corrosion ultérieure doit être prise en considération. Ceci s'applique également aux éventuels revêtements. Dans le cas des fibres de polypropylène utilisées pour réduire le risque d'écaillement, la question de la pérennité du béton à la suite d'un incendie majeur doit être prise en considération du fait d'une porosité accrue au sein du béton là où les fibres ont fondu, entraînant une plus grande vulnérabilité à la carbonatation ou aux attaques de chlorures.
Les chaussées sont composées de béton de ciment ou d'asphalte. L'Article Route/Roads intitulé "Effets de la chaussée sur les incendies dans les tunnels routiers" (R/R 334 - 2007) traite des propriétés de ces matériaux du point de vue de la sécurité incendie. Parmi ces matériaux, seul le béton de ciment n'est pas combustible et ne soulève aucune question quant à son utilisation en tunnel. Néanmoins; les études et les expériences d'incendies réels ont démontré que, pendant les phases où la sécurité des personnes est en jeu, l'asphalte ne contribue pas de manière significative à la taille de l'incendie (pour la puissance de l'incendie et pour la charge combustible totale) dans le cas d'un incendie de tunnel routier. Les revêtements drainants ne sont pas recommandés en tunnel car toute fuite de carburant serait stockée en-dessous de la surface de la chaussée.
9.2. La résistance au feu des structures
La résistance au feu d'une structure peut être caractérisée par le temps écoulé entre le début d'un incendie et le moment où la structure n'assure plus sa fonction suite à une déformation inacceptable ou à un effondrement.
Le Chapitre 7 "Critères de conception pour la résistance au feu des structures " du rapport technique 2007 05.16.B "Systèmes et Equipements pour la maîtrise des incendies et fumées dans les tunnels routiers" synthétise les objectifs de la résistance au feu des structures en tunnel de la façon suivante :
les usagers se trouvant à l'intérieur du tunnel doivent pouvoir procéder à leur propre évacuation (auto-évacuation) ou pouvoir être aidés pour gagner un endroit sûr ;
les opérations de secours doivent être possibles dans des conditions sûres ;
des mesures de protection doivent être prises contre l'effondrement de la structure et la perte de biens tiers.
Un objectif supplémentaire est de limiter le temps pendant lequel la circulation sera perturbée par les réparations suite à un incendie.
Une vue générale du sujet a été traitée dans le Chapitre VII.4 "La résistance au feu des structures" du rapport technique 1999 05.05.B "La maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers".
La résistance au feu des structures est décrite par rapport à différentes courbes température-temps. La figure 9.2-1 montre la courbe ISO 834, la courbe hollandaise RWS, la courbe allemande ZTV et une courbe française d'hydrocarbure "majorée", HCinc, dans laquelle lestempératures sont multipliées par un facteur de 1300/1100 par rapport à la courbe de base des hydrocarbures (HC) de l'Eurocode 1 Partie 2-2.
Fig. 9.2-1: Courbes température-temps pour les normes ISO HCinc, ZTV et RWS (Routes/Roads 324)
Les critères de conception pour la résistance au feu en tunnel ont fait l'objet d'un accord entre l'association mondiale de la route (AIPCR) et l'International Tunneling Association, tels que présentés dans l'Article "Critères de conception AIPCR pour la résistance au feu des structures de tunnels routiers" (R/R 324 - 2004), et publié en tant que recommandation AIPCR dans le Chapitre 7 "Critères de conception pour la résistance au feu des structures" du rapport technique 2007 05.16.B. Un résumé des propositions est présenté dans le Tableau 9.2-2.
Tableau 9.2-2 : Recommandations AIPCR et AITES
Structures secondaires (4)
Immergée ou sous/dans une superstructure Tunnel en terrain instable Tunnel en terrain stable Tranchée couverte Gaines de ventilation (5) Issues de secours vers l'air libre Issues de secours vers un autre tube Abris (6)
60 min Voir note (2) Voir note (2) ISO
120 min (1) Voir note (3) Voir note (3) ISO
Une durée de 180 min peut être nécessaire pour une densité de trafic très importante de camions transportant des matières combustibles.
La sécurité n'est pas un critère et ne demande aucune résistance au feu (autre que éviter un effondrement progressif). Prendre en compte d'autres objectifs peut conduire aux exigences suivantes :
ISO 60 min dans la plupart des cas
pas de protection du tout si une protection de la structure serait trop onéreuse comparée aux coûts et inconvénients de travaux de réparation après un incendie (par exemple couverture légère pour une protection contre le bruit).
RWS/HCinc 120 min si une forte protection est requise pour la conservation des biens (par ex. tunnel sous un bâtiment) ou à cause d'une grande influence sur le réseau routier
ISO 120 min dans la plupart des cas, lorsque cela permet de limiter les dommages sur les biens pour un coût raisonnable
aucune protection du tout si une protection de la structurel serait trop onéreuse comparée aux coûts et inconvénients de travaux de réparation après un incendie (par exemple couverture légère pour une protection contre le bruit).
Autres structures secondaires : à définir au cas par cas.
Dans le cas d'une ventilation transversale.
Les abris doivent être reliés avec l'extérieur.
Une durée plus longue peut être envisagé si le trafic de camions transportant des matières combustibles est très important et si l'évacuation des abris n'est pas possible dans les 120 minutes.
Les conséquences d'une défaillance auront une influence sur les exigences de résistance. Ceci dépend du type de tunnel. Dans un tunnel immergé, par exemple, un effondrement localisé peut provoquer l'inondation du tunnel entier, tandis qu'un effondrement localisé dans une tranchée couverte peut avoir un impact très limité. Une exigence de base est que l'effondrement en chaîne est à éviter et que les systèmes longitudinaux vitaux, tels que l'alimentation électrique ou les câbles de communication, ne soient pas coupés.
Les matériaux utilisés en tunnel impliquent plusieurs précautions de sécurité incendie. Le Paragraphe VII.3 "Réaction au feu des matériaux" du rapport 1999 05.05.B "La maîtrise des incendies et fumées dans les tunnels routiers" traite des propriétés des revêtements de tunnels creusés avec ou sans renforcement par béton armé. L'intensité de la chaleur générée pendant un incendie majeur peut provoquer la perte de la fonction de structure porteuse du béton armé. La fonction isolation d'une protection résistante au feu peut être utilisée pour prévenir les dommages précoces à la structure. La résistance au feu de l'ensemble de la construction (type et épaisseur des armatures/précontraintes, protection supplémentaire, etc.) doit être prise en considération.
L'écaillage du béton est provoqué par des différences de température et de dilatation. Cela provoque un danger pour les armatures qui sont plus facilement exposées aux températures élevées. En général, ça ne présente pas un danger pour l'évacuation des personnes, mais pourrait s'avérer dangereux pour les services de lutte contre l'incendie. Plusieurs types de protections résistantes au feu peuvent être utilisés pour diminuer le risque et les effets de l'écaillage bien que ce risque ne puisse jamais être totalement éliminé à cause des hautes températures qui peuvent apparaitre.
Il faut examiner la résistance au feu du système de ventilation afin que ses performances de conception ne soient pas affectées par une défaillance. Il faut donc examiner les conséquences d'un effondrement local d'une gaine de ventilation en cas d'incendie.
Les sorties de secours ne sont utilisées que pendant la première phase de l'incendie afin d'évacuer les personnes. Il doit être possible de les utiliser pendant au moins 30 minutes. Dans le cas où ces chemins sont aussi empruntés par les équipes de secours, ce délai peut être plus important.
Pour éviter la propagation de l'incendie vers un tube voisin ou vers une sortie de secours, les niches de sécurité ainsi que les équipements situés entre deux les tubes doivent rester intacts pendant un délai prédéfini. Toutes les portes de secours et la construction environnante, y compris l'encadrement des portes, doivent résister au feu pendant une exposition d'au moins 30 minutes. Pour une porte située entre deux tubes de circulation, une résistance beaucoup plus longue est exigée, par exemple 1 ou 2 heures.
9.3. La résistance au feu des équipements
En terme de résistance aux hautes températures, les équipements du tunnel et les câbles peuvent être classés comme soit résistants au feu, soit non protégés.
Les équipements protégés et les câbles ayant différents niveaux de résistance au feu comprennent, par exemple :
les câbles résistants au feu capables de résister à une température de 950°C pendant 3 heures (spécification CWZ);
les câbles LS0H: 250°C pendant 3 heures;
les ventilateurs: 250°C pendant 1 ou 2 heures.
Les équipements non protégés tels que la signalétique routière, les caméras et les haut-parleurs ont des températures de fonctionnement en général jusqu'à 50°C et sont susceptibles de tomber en panne à des températures relativement basses. Ces équipements comprennent :
les luminaires : verre laminé (fluorescent) ou renforcé (SON), les corps en alliage d'aluminium ou en acier (températures de fonctionnement pour les luminaires SON en général autour de 120°C)
la signalétique routière : écrans en polycarbonate, corps en acier inox
les caméras : lentilles, corps en aluminium
les haut-parleurs : polyester renforcé avec du verre (GRP).
Les températures critiques pour les matériaux utilisés pour ces équipements non protégés comprennent :
les matériaux à base de polycarbonate fondent à des températures autour de 150°C et s'enflamment à des températures autour de 300-400°C;
étanchéité au silicone : températures opérationnelles en général jusqu'à 200-250°C;
verre : les températures opérationnelles pour le verre renforcé vont en général jusqu'à 250-300°C, des fissures peuvent apparaître à des températures au-delà de 600°C;
alliage d'aluminium : ramollit à 400°C et fond à 660°C.
Toutes les attaches utilisées pour fixer les équipements aux structures doivent être prises en considération vis-à-vis de leur comportement au feu.
URL source: https://tunnels.piarc.org/fr/exigences-operationnelles-et-securitaires