Auteur moral

Centre d'études et d'expertise sur les risques, l'environnement, la mobilité et l'aménagement (France)

Auteur secondaire

Résumé

Ce document détaille pour les maîtres d'ouvrage les moyens d'obtenir et de valider des études en simulation. Il s’articule autour de 5 grands axes :<br />- exposition du cas d’usage général dans lequel doit s’inscrire un projet de voie réservée ;<br />- présentation des éléments théoriques permettant de réaliser des calculs analytiques simples basés sur la théorie du trafic routier ;<br />- exposition des différentes sources de données nécessaires pour alimenter une étude en simulation ;<br />- présentation des grands enjeux du calage ;<br />- formulation des recommandations sur l'organisation des échanges entre le maître d'ouvrage et le prestataire.<br />

Descripteur Urbamet

covoiturage ;évaluation ;simulation

Descripteur écoplanete

Thème

Circulation

Texte intégral

Voies structurantes d'agglomération Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage Protocoles de validation des études en simulation dynamique à l'usage des maîtres d'ouvrage Voies structurantes d'agglomération Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage Protocoles de validation des études en simulation dynamique à l'usage des maîtres d'ouvrage Document établi par : Etienne Hans, Cerema Centre-Est Christophe Damas, Cerema Territoires et ville Avec les contributions et relectures de : Martin de Wissocq, MARRN/Pôle Ile-de-France Bruno Levilly, Cerema Territoires et ville Olivier Ancelet, Cerema Territoires et ville Frédéric Murard, Cerema Centre-Est Wilfried Raballand, Cerema Centre-Est Nicolas Ditchi, Cerema Ouest Remerciements à : Clément Morin, DRIEA Diffusion : Mai 2019 Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 2 Table des matières 0. Contexte et objectif du guide.................................................................................7 - Le contexte.....................................................................................................................7 - L'évaluation des projets de voie réservée.......................................................................7 - Des études en simulation dynamique pour l'évaluation a priori des voies réservées....7 - Une méthodologie de validation des études en simulations...........................................7 - Plan du guide..................................................................................................................8 1. Compréhension des phénomènes sur voies réservées.........................................9 1.1. Cas d'usage classique pour une voie réservée.....................................................................9 - Caractéristiques des VR2+.............................................................................................9 - Fonctionnement initial type d'une section de VSA objet d'un projet de voie réservée. 9 - Exemples de congestion pouvant justifier un projet de voie réservée..........................10 - Lien entre congestion et voie réservée.........................................................................10 - Impact sur les temps de parcours.................................................................................10 1.2. Domaine d'emploi d'une voie réservée au covoiturage....................................................10 - Contrainte (a) : La VSA doit connaître initialement une congestion...........................11 - Contrainte (b) : La VSA ne doit pas saturer en amont du fait de la voie réservée........11 - Contrainte (c) : La voie réservée ne doit pas saturer depuis le point dur aval..............11 - Un paramètre primordial : le taux de véhicules autorisés............................................12 1.3. Longueur de voie réservée et impact sur la congestion....................................................12 - Retour sur le cas d'usage pris en exemple....................................................................12 - Première hypothèse d'implantation de la VR2+..........................................................12 - Débordement de la congestion.....................................................................................13 - Des conséquences parfois rédhibitoires........................................................................13 - Adapter la longueur de la voie réservée.......................................................................13 - Débordement sur un convergent en amont de la voie réservée....................................14 1.4. Limiter l'allongement de la congestion.............................................................................14 - Calcul a priori d'une longueur optimale de VR2+ statique.........................................14 - Longueur maximale et fonctionnement dynamique.....................................................14 1.5. Gérer la fin de congestion.................................................................................................15 1.6. Principes d'un fonctionnement dynamique.......................................................................15 - Activation de la voie réservée en début de congestion.................................................15 Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 3 - Désactivation de la voie réservée en fin de congestion................................................15 - Désactivation de la voie réservée en cas d'extension excessive de la congestion........16 1.7. Le franchissement d'un échangeur....................................................................................16 - Définition du problème................................................................................................16 - Impact sur la voie réservée...........................................................................................16 - Point de vigilance.........................................................................................................17 2. Calculs manuels....................................................................................................18 2.1. Données de base................................................................................................................18 - Un schéma de synthèse avant et après insertion du projet de voie réservée................18 - Des données sur les congestions existantes et les caractéristiques du trafic................18 2.2. Diagnostic du fonctionnement du réseau..........................................................................19 - Exploitation des données de débit moyen....................................................................19 - Exploitation des données de débits et vitesses.............................................................20 - Exploitation des données de vitesses............................................................................20 2.3. Rappels des fondamentaux de l'ingénierie du trafic.........................................................21 - Relation entre la vitesse, le débit et la concentration...................................................21 - Le diagramme fondamental..........................................................................................21 - Formules issues du diagramme fondamental...............................................................23 - Calcul de la vitesse des fronts d'onde..........................................................................23 2.4. Impact d'une voie réservée sur les temps de parcours......................................................24 - Rappels sur la méthode des courbes de débit cumulés.................................................24 - Exemple d'application numérique à partir des courbes de débits cumulés..................25 2.5. Impact d'une voie réservée sur la longueur de la congestion...........................................28 - Longueur congestionnée...............................................................................................28 - Application numérique : impact de la voie réservée sur la longueur congestionnée....28 - Point d'extension maximal de la congestion................................................................29 - Application numérique : impact de la voie réservée sur le point d'extension maximal de la congestion...............................................................................................................29 - Conclusion....................................................................................................................29 3. Les données pour une étude en simulation........................................................30 3.1. Les données classiques d'une étude en simulation dynamique.........................................30 - Les données de trafic (débit, vitesse, concentration)....................................................30 - Les données de temps de parcours...............................................................................31 - Les données origine-destination...................................................................................32 - Les données spécifiques aux projets de voies réservées..............................................32 Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 4 - Dimensionnement des recueils.....................................................................................33 3.2. Retour d'expérience de trois cas d'étude...........................................................................33 3.2.1. Voie réservée sur A3 à Paris...........................................................................................33 - Éléments de contexte et description du réseau.............................................................33 - Les mesures automatiques réalisées : comptages et relevés de temps de parcours......34 3.2.2. Voie réservée pour la requalification de A35-A4 à Strasbourg......................................35 - Éléments de contexte et description du réseau.............................................................35 - Les mesures automatiques réalisées : comptages et relevés de temps de parcours......36 3.2.3. Voie réservée sur A43 à Lyon.........................................................................................36 - Éléments de contexte....................................................................................................36 - Les comptages et enquêtes commandés.......................................................................36 4. L'obtention de simulations réalistes...................................................................38 4.1. Le principe général d'une évaluation a priori...................................................................38 - Principe général............................................................................................................38 - Recommandation : bien délimiter le périmètre d'étude...............................................39 - Objectif : un calage satisfaisant à défaut de la perfection............................................39 - Les deux grandes phases du calage..............................................................................40 4.2. Définition des scénarios en situation actuelle...................................................................41 - Besoin de classification des jours observés..................................................................41 - Méthode (A) : Classification simple au regard d'un indicateur....................................42 - Méthode (B) :Classification Ascendante Hiérarchique (ACP) sur les jours................42 4.3. Estimation de la demande sur la base d'une matrice origine-destination : principe et méthodes...................................................................................................................................43 - Principe.........................................................................................................................43 - Méthode (1) : Extraction d'une matrice O/D à partir des résultats de simulation d'un modèle statique................................................................................................................44 - Méthode (2) : Construction d'une matrice O/D à partir des résultats d'une enquête par relevés de plaques minéralogiques..................................................................................44 - Méthode (3) : Construction d'une demande « locale » restreinte aux mouvements observés aux noeuds du réseau par coefficients directionnels..........................................44 - Méthode (4) : Construction d'une matrice O/D à partir des comptages automatiques et par application d'un algorithme Fratar............................................................................45 4.4. Calage de l'offre : principe et méthodes............................................................................45 - Objectif du calage de l'offre.........................................................................................45 - Principe du calage de l'offre en pratique......................................................................46 - Reproduction des têtes de bouchon et ajustement des écoulements.............................46 - Reproduction de l'amplitude spatio-temporelle de la congestion.................................47 Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 5 - Ajustement de l'offre avale en limite du périmètre modélisé.......................................48 4.5. Exemple de test de sensibilité d'un modèle aux paramètres.............................................48 - Tests de sensibilité appliqué au modèle utilisé au chapitre 2.4....................................48 - Résultats des tests de sensibilité...................................................................................48 - Analyse des résultats....................................................................................................49 5. Recommandations et méthodes de validation....................................................50 5.1. Une étude basée sur un cahier des charges précis.............................................................50 - Premier volet : (A) Les données..................................................................................50 - Deuxième volet : (B) Le modèle.................................................................................51 5.2. Un calage en deux phases.................................................................................................53 - Le calage vis-à-vis de la situation initiale (Phase 1)....................................................53 - Le calage vis-à-vis des situations de projet (Phase 2)..................................................54 5.3. Des résultats aux formats standardisés..............................................................................54 - Format standard des données réelles collectées...........................................................55 - Données du réseau........................................................................................................55 - Données génériques issues des simulations.................................................................56 - Cas particulier des données pour validation du calage.................................................57 5.4. Une validation du calage en plusieurs étapes....................................................................58 - Présentation graphique des résultats du calage pour un scénario donné......................58 - (a) Validation de la demande : les bonnes chroniques de débits aux points de mesure58 - (b) Validation des conditions de trafic : Les bons temps de parcours sur les itinéraires .........................................................................................................................................59 - (c) Complément : les bonnes chroniques de baisses des vitesses aux points de mesure .........................................................................................................................................59 - (d) Les bons partages de priorité aux convergents.......................................................60 - L'exemple du projet de voie réservée sur A3 à Paris....................................................61 5.5. La représentation de grandeurs macroscopiques caractéristiques.....................................62 - Les remontées maximales des congestions..................................................................62 - Les niveaux de congestion...........................................................................................63 5.6. Éléments de choix d'un scénario.......................................................................................64 - Comparaison des traficolors des options de projet.......................................................64 - Comparaison des temps de parcours sur plusieurs itinéraires des options de projet....64 Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 6 0. Contexte et objectif du guide - Le contexte L'article 56 de la loi de Transition Énergétique pour une Croissance Verte (TECV) prévoyait la rédaction d'un rapport du gouvernement au parlement sur l'opportunité de réserver une voie de circulation à certaines catégories d'usagers. Cette réflexion a conduit à proposer le déploiement sur le réseau routier français de deux nouveaux types de voies réservées : · Les voies réservées aux services réguliers de transport collectif (VRTC), aménagées sur l'ancien espace de la bande d'arrêt d'urgence (BAU) des routes à 2×2 voies ou plus ; · Les voies réservées au covoiturage, mais aussi aux véhicules de transports en commun, aux véhicules assurant un transport public particulier de personnes et aux véhicules à très faibles émissions (VR2+), aménagées en lieu et place d'une voie existante sur les 2×3 voies. La mise en place d'une VR2+ peut engendrer de forts changements des conditions de circulation par rapport à la situation initiale. Ce guide s'intéresse spécifiquement à l'évaluation a priori de tels projets. - L'évaluation des projets de voie réservée Le rapport de l'article 56 de la loi TECV expose les enjeux liés à l'aménagement des voies réservées. Elles trouvent leur intérêt sur les sections subissant une congestion récurrente, permettant aux catégories d'usagers autorisés de franchir ces points durs sans perdre de temps. Pour autant, une voie réservée qui ferait remonter la congestion jusqu'à un noeud routier structurant situé en amont, risquerait de perturber fortement les conditions de circulation d'usagers qui étaient épargnés jusqu'alors. Il convient donc de bien estimer a priori l'impact sur le trafic de l'implantation physique des voies réservées, et de déterminer le fonctionnement optimal d'activation / désactivation de la voie dans le cas où celle-ci doit être gérée dynamiquement. - Des études en simulation dynamique pour l'évaluation a priori des voies réservées Dans le cas de projets complexes, le maître d'ouvrage fait couramment appel à un prestataire extérieur pour réaliser une ou des études en simulation dynamique. Ces études sont principalement réalisées à l'aide de logiciels de simulation microscopique où l'écoulement du trafic est déterminé à partir des comportements individuels des véhicules. Les paramètres qui gèrent ces lois de comportement sont nombreux. Cela rend difficile le calage de ces modèles, et par conséquent la maîtrise des résultats de simulations par le maître d'ouvrage. Il est pourtant indispensable pour le maître d'ouvrage de procéder à la vérification du bon calage des modèles, et de valider ensuite les simulations réalisées, afin d'en utiliser les résultats avec un bon niveau de confiance. - Une méthodologie de validation des études en simulations Ce guide propose aux maîtres d'ouvrages une méthodologie de validation des simulations en se basant sur des variables agrégées. Il donne également des éléments de méthode à destination des prestataires pour réaliser efficacement le paramétrage de leur modèle afin d'obtenir un calage satisfaisant. Les recommandations et bonnes pratiques de ce guide peuvent également être appliquées pour l'évaluation d'autres projets que les projets de voies réservées. Par exemple, les schémas directeurs d'agglomération de gestion de trafic (SDAGT) prévoient souvent des mesures de gestion dynamique Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 7 du trafic, telles que la régulation d'accès ou la régulation des vitesses. Pour évaluer leur efficacité a priori, il convient de bien maîtriser les simulations et de bien reproduire certains phénomènes. Les méthodes de validation proposées dans ce guide s'appliquent également à ces projets. - Plan du guide Ce guide est structuré en suivant le déroulé de l'étude d'opportunité d'un projet de voie réservée. Le chapitre 1 expose le cas d'usage général dans lequel doit s'inscrire un projet de voie réservée. Il en donne les tout premiers éléments qualitatifs et quantitatifs d'opportunité, en se basant notamment sur la demande, l'offre, et le taux de véhicules autorisés. Il explicite notamment les phénomènes auxquels peut être soumise une infrastructure avant et après un projet de voie réservée. Le chapitre 2 présente les éléments théoriques permettant de réaliser des calculs analytiques simples basés sur la théorie du trafic routier. Ces calculs permettent d'apporter de premiers éléments d'opportunité du projet de voie réservée, tout en écartant des options manifestement préjudiciables pour le fonctionnement général de l'infrastructure. L'opportunité de réaliser une étude en simulation pour évaluer les options de projet sera souvent validée à la suite de cette première analyse. Une fois l'opportunité de réaliser une étude en simulation validée, il convient à la maîtrise d'ouvrage de commander la prestation, en se faisant éventuellement accompagner par un assistant à maîtrise d'ouvrage. Le chapitre 3 débute par un exposé des différentes sources de données nécessaires pour alimenter une étude en simulation. Il présente ensuite trois études de projets de voie réservée. Ces études ont été suivies sous différents points de vue : en maîtrise d'ouvrage, en assistance à maîtrise d'ouvrage ou en réalisation. La démarche générale et les méthodes proposées dans ce guide seront appliquées à ces trois cas d'étude. Le chapitre 4 apporte un éclairage à destination des lecteurs peu familiers des questions de simulation. Il présente les grands enjeux du calage et explique pourquoi il est indispensable de s'y attarder. Des éléments de méthode pour réaliser des parties du calage, à vocation notamment des prestataires, sont également fournis. Le chapitre 5 formule des recommandations sur l'organisation des échanges entre le maître d'ouvrage et le prestataire. Elles cadrent la validation des étapes cruciales de l'étude, en particulier celle de la phase de calage qui nécessite de comparer les débits et les temps de parcours observés sur le terrain à ceux obtenus en simulation. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 8 1. Compréhension des phénomènes sur voies réservées Ce chapitre expose de manière illustrée les enjeux liés aux voies réservés au covoiturage (VR2+). Il présente le cas d'usage principal d'une voie structurante d'agglomération (VSA), sur laquelle une congestion est créée par un point dur en aval, congestion que l'on souhaite épargner aux véhicules autorisés. Il présente les premiers calculs, simples, à effectuer pour estimer a priori l'opportunité d'une voie réservée. Il expose enfin les risques inhérents à un tel projet et l'intérêt d'une exploitation dynamique de la voie pour les limiter. 1.1. Cas d'usage classique pour une voie réservée - Caractéristiques des VR2+ Les recommandations actuelles en matière de conception des voies réservées au covoiturage prévoient leur aménagement en lieu et place de la voie rapide, et leur exploitation à l'aide d'équipements dynamiques afin de rendre la voie réservée à la circulation générale en dehors des heures de pointe. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 9 - Exemples de congestion pouvant justifier un projet de voie réservée Rappel de théorie du trafic routier : une congestion apparaît lorsque la demande de trafic dépasse l'offre de l'infrastructure. Demande et offre sont deux grandeurs traduisant un flux et s'expriment en véhicules par heure. Par exemple, l'offre d'une voie de circulation en l'absence de contrainte, autrement dit sa capacité, est approximativement égale à 2 000 véh/h (elle peut être supérieure sur certaines sections de VSA). Dans le cas où une demande de 5 000 véh/h sur 3 voies souhaite franchir un rétrécissement à 2 voies de circulation, on estime que seuls 4 000 véh/h pourront s'écouler au niveau du rétrécissement. La conséquence est l'apparition d'une file d'attente en amont de ce rétrécissement, qui perdurera jusqu'à ce que la demande redevienne faible ou que l'offre en aval augmente. Le point dur à l'origine de la congestion peut également être un point d'échange avec une autre VSA soumise à congestion (un périphérique ou une rocade par exemple), et qui entraîne une limitation de l'offre sur la VSA étudiée. - Lien entre congestion et voie réservée La mise en place d'une voie réservée modifie nécessairement la géométrie de la congestion existante. La suite de l'ouvrage donnera des éléments pour comprendre les liens entre les caractéristiques de la voie réservée et la congestion. - Impact sur les temps de parcours Sous certaines conditions, les projets de voies réservées ne modifient pas les temps totaux passés par les véhicules sur le réseau. Lorsque l'aval d'une section est congestionné et que l'activation de la voie réservée ne conduit pas à une sous-alimentation de cette section avale (utilisation totale de la capacité offerte), les débits cumulés en sortie ne sont pas modifiés et le temps passé par l'ensemble des véhicules sur le réseau reste inchangé (les pertes de temps des véhicules non autorisés sont équilibrées par les gains de temps des véhicules autorisés). L'effet bénéfique d'une voie réservée au covoiturage vient du fait que les véhicules avec une plus forte occupation ont des temps de trajet plus faibles grâce à la voie réservée, ce qui induit globalement des gains de temps lorsqu'on fait le calcul pour l'ensemble des occupants des véhicules, et non plus pour les véhicules eux-mêmes. 1.2. Domaine d'emploi d'une voie réservée au covoiturage L'effet d'une voie réservée au covoiturage dépend de la demande en amont, de l'offre en aval et du taux de véhicules autorisés à circuler sur la voie réservée. Le domaine d'emploi d'une telle voie réservée répond à 3 contraintes. Pour la suite de ce chapitre, on retiendra les notations suivantes : · Dem : demande de trafic en amont de la section de VSA (celle-ci est variable dans le temps) · Offre : capacité au niveau du point dur en aval (celle-ci peut être variable dans le temps) · C : capacité d'une voie de circulation (pour les exemples, on prendra C = 2 000 véh/h) · : taux de véhicules autorisés (par rapport à l'ensemble des véhicules) Et on considérera une section de VSA initialement à 3 voies de circulation (2 voies de circulation générale + une voie réservée en situation projet). Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 10 - Contrainte (a) : La VSA doit connaître initialement une congestion La congestion est due à une demande en amont supérieure à l'offre en aval. (a) Dem > Offre - Contrainte (b) : La VSA ne doit pas saturer en amont du fait de la voie réservée Pour éviter qu'une congestion s'installe en amont de la voie réservée, la demande en véhicules non autorisés doit être inférieure ou égale à la capacité des voies de circulation générale. Généralement, pour respecter cette condition, il faut un taux minimum de véhicules autorisés à circuler sur la voie réservée. (b) (1 ­ ) * Dem < 2C - Contrainte (c) : La voie réservée ne doit pas saturer depuis le point dur aval En première approximation, on peut considérer que le flot de véhicules autorisés doit respecter le taux de partage de capacité avec les voies de circulation générale au niveau de la fin de la voie réservée, généralement 1/3 de l'offre avale pour une section à 3 voies. Ce niveau de trafic peut être assimilé à la capacité mobilisable sur la VR2+. A noter que le taux de partage de capacité dépend du nombre de voies, mais aussi de la configuration géométrique de la fin de la voie réservée. (c) * Dem < Offre / 3 Ces contraintes s'entendent bien entendu avec l'hypothèse que les éventuelles entrées/sorties ne viennent pas perturber significativement les débits et la répartition entre véhicules autorisés et non autorisés. Elles peuvent être synthétisées dans la figure suivante : Contrainte (a) Offre avale (Offre) = ffre m =O De Dem Contrainte (c) * O e ffr 2C Demande amont (Dem) Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération Contrainte (b) ne ai m Do / 3 d oi pl m 'e (1 ­ ) * Dem = 2C 3C 11 - Un paramètre primordial : le taux de véhicules autorisés La demande en amont et l'offre en aval sont généralement des paramètres sur lesquels il est difficile de jouer. Pour qu'une voie réservée s'inscrivent dans le domaine d'emploi, on pourra en revanche jouer sur le taux de véhicules autorisés. Par exemple, on pourra autoriser sur la voie réservée les véhicules avec au moins 3 occupants, ou bien, les véhicules avec au moins 2 occupants. L'expression des conditions précédentes vis-à-vis du taux de véhicules autorisés () est : Dem 2 C 1 Offre 1 < < * < (d) Dem 3 Dem 3 Ce qui traduit : · (inégalité de gauche) la nécessité d'un taux de véhicules autorisés plus important quand la demande amont est plus forte, pour ne pas saturer les voies de circulation générale en amont de la voire réservée, · (inégalité de droite) la nécessité d'un taux de véhicules autorisés plus faible quand l'écart entre la demande et l'offre est plus fort, pour ne pas saturer la voie réservée en son aval. 1.3. Longueur de voie réservée et impact sur la congestion Pour la suite du chapitre, on fait l'hypothèse qu'on se trouve dans le domaine d'emploi défini précédemment. - Retour sur le cas d'usage pris en exemple - Première hypothèse d'implantation de la VR2+ On fait tout d'abord l'hypothèse d'une implantation de la VR2+ depuis le point d'allongement maximum de la congestion jusqu'au point dur aval. Pendant une période, la VR2+ tient parfaitement son rôle, permettant aux véhicules autorisés de maintenir une vitesse élevée jusqu'à l'arrivée au point dur. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 12 - Débordement de la congestion En raison de la prise de voie de la VR2+, la file d'attente des véhicules en congestion se répartit sur 2 voies au lieu de 3. Sa propagation se fait donc plus rapidement, et surtout plus loin. L'allongement maximum de la congestion avec la VR2+ est donc supérieur à ce qu'il était avant sa mise en place. Dans ce cas, des usagers qui étaient jusqu'alors épargnés par la congestion, peuvent y être désormais soumis (par exemple ceux qui sortent au premier diffuseur en amont de la VR2+, repère S sur la figure suivante). Figure 1.4. Débordement de la congestion en amont de la voie réservée Le bilan global dépendra des poids relatifs, d'un côté, des pertes de temps subies par ces usagers sortants et par les usagers non autorisés, et de l'autre, des gains de temps des véhicules autorisés obtenus grâce à la voie réservée. - Des conséquences parfois rédhibitoires La congestion engendrée par la VR2+ peut également atteindre un noeud amont jusqu'alors non congestionné. Dans ce cas, de nombreux usagers des VSA amont peuvent être impactés par la congestion et les bénéfices de la mise en place de la voie réservée réduits à néant, comparativement aux pertes de temps générées. - Adapter la longueur de la voie réservée On montre, sous certaines hypothèses, que la réalisation d'une voie réservée (en lieu et place d'une voie existante d'une section à 3 voies), sur une longueur limitée à la longueur de la zone congestionnée initiale, génère une congestion plus longue que la congestion initiale d'environ 50 %. On en déduit qu'en ordre de grandeur, une voie réservée avec prise de voie, pour permettre d'éviter aux véhicule autorisés la congestion, devrait avoir une longueur double de la longueur initiale de la congestion. Il conviendra de préciser cet impact sur la congestion pour chaque voie réservée, en prenant en compte la réalité de l'offre et de la demande (y compris celles des bretelles d'échangeurs inclus dans le périmètre du projet), le trafic prévu sur la voie réservée et ses horaires d'activation. Mais le ratio évoqué ci-dessus fournit un ordre de grandeur acceptable en première approche. Il montre également la nécessité d'étudier les gains de temps de parcours sur des itinéraires suffisamment longs pour intégrer l'évolution de la congestion. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 13 - Débordement sur un convergent en amont de la voie réservée La création d'une voie réservée en aval d'un convergent, auparavant fluide, entraînera des remontées de files d'attente sur les branches de ce convergent. Ces remontées de files seront généralement asymétriques, puisqu'il y aura peu de chance que la répartition de la demande sur les branches corresponde au ratio de partage de l'offre en congestion (dit coefficient de Daganzo). Cela pourra donc entraîner des situations assez contrastées en termes de temps parcours des usagers d'une branche ou de l'autre branche. Ces impacts ne seront généralement bien estimés qu'au moyen d'une simulation dynamique. 1.4. Limiter l'allongement de la congestion Deux solutions permettent d'éviter une remontée de congestion jusqu'à un noeud amont : (1) Calculer a priori la longueur de VR2+ statique optimale permettant de faire remonter la congestion au plus proche du noeud amont, mais en l'épargnant. (2) Concevoir une VR2+ de longueur importante et lui conférer un fonctionnement dynamique afin de désactiver la réservation de voie avant que la congestion ne remonte trop. - Calcul a priori d'une longueur optimale de VR2+ statique Des calculs relativement simples d'ingénierie du trafic permettent de calculer la longueur de la VR2+ de manière à ce que la congestion soit contenue en deçà du noeud amont. Toutefois, ces calculs prennent pour hypothèse des débits négligeables aux différentes entrées et sorties intermédiaires. Pour une approche plus précise, le recours à des outils plus évolués est inévitable. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 14 1.5. Gérer la fin de congestion 1.6. Principes d'un fonctionnement dynamique Les trois questions traitées dans ce paragraphe sont : (1) quand activer la voie réservée lors de l'apparition d'une congestion ? (2) quand désactiver la voie réservée en fonction de l'offre ? (3) comment maîtriser l'extension de la congestion ? - Activation de la voie réservée en début de congestion Le capteur à observer est le capteur en aval de la voie réservée, au droit du point dur aval. Celui-ci doit relever les vitesses toutes les minutes afin d'assurer une bonne réactivité du système. Dès que le capteur détecte une vitesse réduite, il déclenche l'activation de la voie réservée. L'activation de la voie réservée est accompagnée d'une baisse des vitesses sur l'ensemble des voies : voie réservée et voies de circulation générale. L'activation de la voie réservée se fait concomitamment sur l'ensemble de sa longueur par l'intermédiaire des équipements de signalisation dynamiques. Dans le cas d'une voie réservée longue, il est recommandé de mettre en place un fonctionnement par canton. Le sectionnement par canton devra faire l'objet d'une étude préalable à la mise en place de la voie réservée. Dans ce cas, les cantons seront activés d'aval vers l'amont. - Désactivation de la voie réservée en fin de congestion Le capteur à observer est le même que celui utilisé pour l'activation de la voie réservée, celui situé en aval de la voie réservée, au droit du point dur. Dès que ce capteur détecte une vitesse supérieure à un seuil prédéterminé, qui caractérise le retour à une situation fluide, le système peut déclencher la désactivation de la voie réservée. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 15 - Désactivation de la voie réservée en cas d'extension excessive de la congestion Le capteur à observer est celui situé à l'extrémité amont de la voie réservée sur les voies de circulation générale. Celui-ci doit relever les vitesses toutes les minutes afin d'assurer une bonne réactivité du système. Dès que le capteur détecte une vitesse réduite, le système peut déclencher la désactivation de la voie réservée. Dans ce cas, comme dans le cas précédent, la procédure de désactivation doit faire l'objet d'une étude préalable. Cette étude doit porter sur les aspects fonctionnement et sécurité (et notamment les manoeuvres de déboîtement depuis les voies congestionnées vers la voie fluide réouverte à la circulation générale). 1.7. Le franchissement d'un échangeur - Définition du problème On se place au droit d'une sortie d'un échangeur que des véhicules de la voie réservée peuvent être amenés à emprunter. On suppose que les voies de circulation générale sont congestionnées. A partir de la connaissance de la demande sur la voie réservée (q_vr), de la proportion () de ce trafic qui souhaite sortir à cet échangeur, et de l'offre avale (Offre) on cherche à déterminer si la voie réservée reste fluide, ou si les manoeuvres de sortie au travers de voies congestionnées conduisent à créer un ralentissement. Figure 1.9. Analyse de la capacité effective d'une voie réservée au niveau d'un divergent - Impact sur la voie réservée On fait ici l'hypothèse simplificatrice que le débit sur la voie réservée q_vr reste constant sur toute sa longueur, les trafics entrants venant compenser les trafics sortants. On l'a vu précédemment (cf. §1.2, pour que la voie réservée reste fluide, il est nécessaire que le débit de véhicules autorisés reste inférieur au partage de capacité de l'offre avale. (a) : q_vr < Offre / N, N étant le nombre global de voies en fin de voie réservée De même, au droit de la sortie étudiée, pour que la voie réservée reste fluide, il est nécessaire que le débit de véhicules autorisés souhaitant sortir à cet échangeur ( × q_vr) reste inférieur au partage de capacité correspondant à l'offre mobilisable sur les voies de circulation générale. (b) : × q_vr < (Offre ­ q_vr) / N Si (a) est vraie et < (N-1)/N, alors l'inégalité (b) est nécessairement vérifiée, et il n'y a pas de congestion qui apparaît sur la voie réservée. Pour une section à 3 voies par exemple (2 voies de circulation générale et la voie réservée), cela revient à dire que tant que la proportion de véhicules autorisés souhaitant sortir à un échangeur reste inférieure à 2/3, il n'y pas de risque de congestion sur la voie réservée. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 16 Si > (N-1)/N, alors il faut vérifier le respect de l'inégalité (b). On notera que ce cas restera exceptionnel (forte demande en sortie au droit de l'échangeur et maintien d'une demande avale conséquente en véhicules autorisés justifiant la poursuite de la voie réservée en aval de l'échangeur). - Point de vigilance Même s'il a été vérifié qu'aucune congestion ne se propagerait sur la voie réservée, la réinsertion des véhicules autorisés depuis la voie réservée (fluide) vers les voies de circulation générale (congestionnées) pourra générer très ponctuellement des risques d'accident (risques de collisions par l'arrière) qu'il conviendra de minimiser par la conception géométrique de la voie réservée et le choix de la vitesse autorisée sur celle-ci. On se reportera pour cela au guide de conception ad hoc. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 17 2. Calculs manuels Ce chapitre expose des exemples de calcul permettant d'évaluer sommairement les impacts de la réalisation d'un voie réservée sans avoir recours à un outil informatique de simulation. Pour mieux comprendre les concepts et approfondir ses connaissances, nous invitons le lecteur à se référer au guide « Comprendre le trafic routier » de Ch. Buisson et J.B. Lesort, publié par les éditions du Cerema, qui complète utilement les rudiments présentés dans ce chapitre. 2.1. Données de base - Un schéma de synthèse avant et après insertion du projet de voie réservée Le schéma doit permettre d'un seul coup d'oeil de bien repérer les modifications relatives à l'aménagement ainsi que les caractéristiques de chaque section. Doivent y figurer notamment : · les PR début et fin des sections ; · la longueur des différentes sections ; · les largeurs des voies et de l'éventuelle BAU ; · les insertions, sorties ; · la présence de la BAU ; · la présence de feux ; · les points de comptage et leur type. Figure 2.1. Exemple de schéma de synthèse avant et après insertion d'une VR2+ - Des données sur les congestions existantes et les caractéristiques du trafic Avant de se lancer dans la collecte des données, il convient de bien comprendre le fonctionnement du réseau et d'identifier les zones de congestion. On évitera ainsi tout recueil de donné superflu, source de perte de temps et de risque de confusion. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 18 Les données indispensables sont : ­ les remontées récurrentes de files d'attente (on éliminera les événements exceptionnels, les incidents, les conditions météorologiques particulières) : PR début, PR fin, horaires. ­ les débits sur les différentes sections ainsi que sur les entrées et sorties du réseau étudié, échantillonnés à 6 ou 15 min. Les données complémentaires sont : ­ les taux d'occupation, échantillonnés à 6 ou 15 min. ­ les vitesses de flot, échantillonnées à 6 ou 15 min. 2.2. Diagnostic du fonctionnement du réseau Les données de trafic collectées peuvent être exploitées de différentes manières pour avoir une représentation du fonctionnement du réseau. Des méthodes simples de représentation graphique des données sont suffisantes pour cette phase de diagnostic. - Exploitation des données de débit moyen Présentés sous forme d'histogrammes, les graphes de débits moyens donnent des informations différentes selon la période d'agrégation : · (Fig. 2.2) répartition des volumes de trafic en TMJA sur les différents points de comptage du réseau ; · (Fig. 2.3) variation du trafic en TMJM dans l'année pour repérer les éventuelles pointes saisonnières ; · (Fig. 2.4) variation hebdomadaire et journalière du débit horaire pour repérer les jours et heures d'affluence. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 19 - Exploitation des données de débits et vitesses Les débits et vitesses échantillonnés à 6 min ou 15 min permettent de construire un diagramme débit-vitesse pour repérer les états de trafic de la section. Figure 2.5: Ce digramme montre un axe qui sature régulièrementFigure 2.6: Ce diagramme montre un axe très vite incapable d'écouler des débits élevés, reflet d'un point dur en aval immédiat par montée en charge progressive du trafic Représentées sous forme de chroniques (variation temporelle), il est possible de repérer l'heure - Exploitation des données de vitesses On peut observer graphiquement la fréquence d'apparition d'une congestion et la variabilité de sa durée sur un point de comptage, en superposant les chroniques de vitesses sur un même graphe. Pour une visualisation spatiale et temporelle de la congestion, on représentera, sous forme de traficolor, les données de vitesses issues des différents points de comptage. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 20 2.3. Rappels des fondamentaux de l'ingénierie du trafic Il est présenté ici de manière sommaire les concepts et les formules qui seront utilisés dans la suite du chapitre. Comme indiqué précédemment, le lecteur pourra se référer au guide « Comprendre le trafic routier » pour approfondir le sujet. - Relation entre la vitesse, le débit et la concentration La vitesse de flot U d'une section est égale à la moyenne arithmétique à un instant t des vitesses instantanées des véhicules présents sur la section, on parle également de vitesse moyenne spatiale. Elle ne peut être mesurée directement par des moyens simples. Néanmoins on montre que la vitesse de flot U est égale à la moyenne harmonique temporelle des vitesses mesurées en point donné représentatif du trafic sur la section. Celle-ci peut être facilement mesurée, par exemple au moyen d'une station de comptage à boucles électromagnétiques. Le débit Q est le nombre de véhicules passant par un point par unité de temps. Il est exprimé en véhicules/heure (véh/h) ou, en cas de trafic comprenant différents types de véhicules, en uvp/h (uvp : unité de véhicules particuliers). Il peut être facilement mesuré, par exemple au moyen d'une station de comptage à boucles électromagnétiques. La concentration K est la densité de véhicules présents sur une section à un instant donné. Elle s'exprime en véhicules/kilomètre (ou en uvp/kilomètre). Elle ne peut être mesurée directement par des moyens simples. Ces 3 grandeurs sont liées par la relation fondamentale : Q=K ×U Explication : Sur une section de 100 km de longueur, où la vitesse de flot est de 100 km/h et le débit de 1 000 véh./h. Au bout d'une heure l'ensemble des véhicules présents initialement sur la section l'auront quittée, et 1 000 véhicules y seront rentrés (sans en ressortir puisque la section est longue de 100 km). La concentration de la section est de 1 000 véhicules/ 100 km, soit 10 véhicules/km, ce qui correspond bien à la relation fondamentale. - Le diagramme fondamental Cas d'une seule voie Le diagramme fondamental exprime, à l'échelle d'un flot de véhicules, le comportement des conducteurs, qui adaptent leur vitesse à la distance qui les sépare des véhicules qui les précèdent, et inversement. Il représente ainsi la relation entre la vitesse du flot et la concentration des véhicules. L'égalité Q=K ×U permet de transformer cette relation entre une relation entre le débit Q et la concentration K , qui répond mieux aux besoins de l'exploitation routière. Intuitivement le débit est nul pour une concentration nulle, passe par un maximum (à une concentration qualifiée de « critique ») et est à nouveau nul pour une concentration maximum correspondant à une file de véhicules l'arrêt. Une représentation simplifiée du diagramme fondamental consiste à lui donner une forme triangulaire avec : ­ à gauche un segment de droite, correspondant au régime fluide. Le débit, nul pour une concentration nulle, augmente linéairement jusqu'au débit maximal de la voie qui est atteint pour la concentration critique. ­ à droite un segment de droite, correspondant au régime congestionné. Le débit passe du débit maximal de la voie, atteint à la concentration critique, à un débit nul atteint à la concentration maximale. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 21 Le diagramme fondamental donne la vitesse de flot pour chacun de ses points par la relation U =Q / K : la vitesse est égale à la pente reliant l'origine au point du diagramme fondamental. Figure 2.11: Exemple de diagramme fondamental les paramètres du diagramme fondamental sont : · la vitesse de flot fluide U f : c'est la pente du segment correspondant au régime fluide. Elle est prise égale à la vitesse au voisinage du passage en congestion (généralement proche de 90 km/h) ou à la vitesse limite autorisée, si celle-ci est inférieure à 90 km/h ; · Le débit maximal de la voie Qmax , assimilable à sa capacité. On observe une capacité de l'ordre de 2 100 véh/h par voie sur les voies structurantes d'agglomération ; · la concentration critique K c , qui sépare le régime fluide et le régime congestionné. Avec les deux valeurs des paramètres précédents (Uf=90 km/h et Qmax=2 100 véh/h), on obtient une concentration critique de l'ordre de 23 véh/km ; · la concentration maximale K max , ou concentration à l'arrêt. On observe généralement une concentration à l'arrêt de l'ordre de 1 véh/7m, soit 140 véh/km ; · la vitesse maximale de propagation de la congestion, pente du segment correspondant au régime congestionné du diagramme fondamental, qui est notée -w (pente négative). Cette vitesse maximale de propagation de la congestion -w est généralement comprise entre -15km/h et -20km/h. Si on reprend les valeurs communes données ci-dessus, on trouve : w=(0 2100)/(140 23)= 17,95 km/h soit w=18 km/h Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 22 Cas de plusieurs voies Sur une chaussée à plusieurs voies, on construit de la même manière un diagramme fondamental triangulaire. Le débit maximal, la concentration critique et la concentration maximale sont ceux du diagramme fondamental à une seule voie multipliés par le nombre de voie. La vitesse de flot fluide et w restent identiques à ceux du diagramme fondamental à une seule voie. Figure 2.12: exemple de diagramme fondamental à 1voie/2voies/3 voies - Formules issues du diagramme fondamental Quand on connaît le régime de fonctionnement de la section (fluide ou congestionné), ces formules permettent de calculer la concentration à partir du débit, et inversement. En régime fluide : Q=K ×U f ou K=Kmax Q/U f K=Kmax Q / w En régime congestionné : Q=w×( Kmax K ) ou - Calcul de la vitesse des fronts d'onde Lorsque les conditions de circulation présentent une discontinuité spatiale (entre une zone fluide et une zone congestionnée par exemple), la discontinuité se propage à une vitesse V (comptée positivement dans le sens de circulation ) donnée par la formule : Q Q2 V= 1 K1 K2 (1) et (2) désignant les deux états de circulation de part et d'autre de la discontinuité Figure 2.13: vitesse de déplacement de la discontinuité entre deux milieux, de concentration et débit différents Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 23 Cette vitesse s'interprète dans le diagramme fondamental comme la pente du segment reliant les points (K1, Q1) et (K2, Q2). Elle vaut -w si les deux points sont sur le segment correspondant au régime congestionné du diagramme fondamental. Figure 2.14: vitesses de déplacement de la discontinuité en fonction de différents régimes. Il convient de remarquer que la formule s'applique aussi bien à la frontière entre une zone fluide et une zone congestionnée qu'entre deux zones fluides ou deux zones congestionnées. Ce dernier cas correspond par exemple à la situation où une zone congestionnée est régulée par l'offre à l'aval de la section et au moment où cette offre augmente : cette augmentation de l'offre avale se traduit par une augmentation du débit en fin de section qui remonte alors la zone congestionnée à la vitesse -w. 2.4. Impact d'une voie réservée sur les temps de parcours - Rappels sur la méthode des courbes de débit cumulés Figure 2.15: courbes de débits cumulés en entrée et en sortie Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 24 La méthode des débits cumulés consiste à tracer l'évolution du nombre de véhicules passant en un point donné en fonction du temps. On représente le fonctionnement d'une section en figurant sur un même schéma la courbe des débits cumulés en entrée de la section et la courbe des débits cumulés en sortie. Par construction la distance horizontale entre les deux courbes représente le temps de parcours de chaque véhicule, depuis l'entrée jusqu'à la sortie de la section. La surface délimitée par les courbes de débits cumulés en entrée et en sortie représente le temps total passé par les véhicules sur la section. Il est d'usage de réaliser ce type d'analyse en positionnant le point de mesure d'entrée de la section à un endroit non congestionné, de manière à ce que les débits mesurés expriment la demande. On associe aux deux courbes précédentes une troisième courbe, qui est celle des débits cumulés en sortie « au plus tôt ». Cette courbe est la translation de la courbe de la demande en entrée en prenant en compte le temps de parcours sans congestion, qui est considéré comme le temps de parcours minimal. De cette manière, il est possible d'évaluer directement les temps perdus (temps de parcours supplémentaires) et le stock de véhicules supplémentaires dû à la congestion. Ainsi on a : · temps de parcours total = temps de parcours sans congestion + perte de temps due à la congestion · stock total de véhicule sur la section = stock en écoulement fluide + stock supplémentaire lié à la congestion (qualifié ci-après de stock des véhicules non écoulés) Figure 2.16: les différentes grandeurs mesurables avec les courbes de débits cumulés La comparaison des courbes de débits cumulés en sortie et en sortie au plus tôt permet d'évaluer le temps total perdu par les véhicules du fait de la congestion : il s'agit de l'aire délimitée par ces deux courbes. - Exemple d'application numérique à partir des courbes de débits cumulés L'application numérique est réalisée pour une section à 3 voies qui supporte une demande constante de 3 500 véh/h. A l'aval de la section, l'offre est de : · 6000 véh/h avant 7h du matin ; · 3000 véh/h entre 7h et 9h ; · 4200 véh/h après 9h. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 25 Il est réalisé une voie réservée sur cette section, suffisamment longue pour que l'entrée de la voie réservée ne soit pas perturbée par la congestion. La part de la demande s'affectant sur la voie réservée est de 15 %. La voie réservée est activée à 7h, et est restituée à la circulation générale à 9h, de manière à ne pas sous-alimenter l'offre avale de 4200 véh/h, et donc ne pas modifier les temps de parcours totaux. Il est calculé : · le temps total perdu en congestion ; · l'augmentation moyenne du temps perdu en congestion par les usagers de la circulation générale, du fait de la voie réservée ; · l'augmentation maximale du temps perdu en congestion par les usagers de la circulation générale, du fait de la voie réservée. Temps total perdu en congestion La congestion débute à 7h. A 9h, le stock de véhicules non écoulés est de 1000 véh. 2h × (3500 véh/h ­ 3000 véh/h) La durée de résorption de cette congestion est de 1,42 h. La congestion se résorbe donc à 10h26. 1000 véh /(4200 véh/h ­ 3500 véh/h)) La surface de l'aire comprise entre les courbes de débits cumulés de sortie au plus tôt et de sortie, est de 1000 véh × 1/2 × (2 h + 1,42 h) = 1710 h.véh Le temps total perdu en congestion par l'ensemble des véhicules est donc de 1710 h. Figure 2.17: courbes de débits cumulés en sortie Augmentation moyenne du temps perdu en congestion par les usagers non autorisés Sans voie réservée, le nombre total de véhicules impactés par la congestion serait de 12 000. 3500 véh/h × (2h + 1,42 h) Le temps moyen perdu en congestion par ces véhicules serait donc de 8 min 34 s. 1714 h.véh / 12000 véh Avec la voie réservée (on simplifie le calcul en assimilant les usagers présents sur la voie réservée au moment de sa fermeture à des usagers des voies standards), le temps total perdu en congestion reste identique puisque que les débits en sortie ne sont pas modifiés (les courbes de débits cumulés en sortie au plus tôt et effectif sont identiques à la situation sans voie réservée). En revanche, ce Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 26 temps total perdu est supporté uniquement par les usagers non autorisés, car la voie réservée reste fluide. Le débit des usagers de la voie réservée représente 15 % de la demande, soit 525 véh/h. Le nombre de véhicules empruntant la voie réservée pendant son activation, de 7h à 9h, est donc de 1050 véhicules. Le nombre total de véhicules impactés par la congestion (les véhicules non autorisés) est donc désormais de 12000 ­ 1050 = 10950 véhicules. Le temps moyen perdu en congestion par ces véhicules est de 1714 / 10950 = 9 min 23 s. La voie réservée augmente donc le temps moyen perdu par les usagers non autorisés de 50 secondes (+ 10%), quand elle fait gagner 8min 34s au usagers autorisés. Augmentation du temps maximal perdu en congestion par les usagers non autorisés En l'absence de voie réservée, le temps maximal perdu en congestion serait celui du véhicule qui sortirait de la section à 9h, juste avant que l'offre avale n'augmente. Ce véhicule serait le 6000ème à sortir de la section depuis le début de la congestion (2 h de congestion avec une offre avale de 3000 véh/h). Son heure de sortie au plus tôt (sans congestion) aurait été 8h43. 7h + 6000 véh. / 3500 véh/h Le temps maximal perdu en congestion en l'absence de voie réservée serait donc de 17 min. Avec la voie réservée, le temps maximal perdu en congestion est observé, de la même manière, pour un véhicule sortant de la section à 9h. Puisque 1050 véhicules autorisés ont emprunté la voie réservée durant ses 2 heures d'activation, ce véhicule est le 4950ème véhicule non autorisé à sortir de la section depuis le début de la congestion (6000 ­ 1050). La demande de véhicules non autorisés en début de section est de 2975 véh/h. 3500 véh/h - 525 véh/h L'heure de sortie au plus tôt du véhicule subissant le retard maximal aurait été 8h40. 7h + 4950 véh. / 2975 véh/h La voie réservée augmente donc de 3 minutes le retard maximal subi par un usager (+18%). Figure 2.18. : pertes de temps maximales avec et sans voie réservée Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 27 2.5. Impact d'une voie réservée sur la longueur de la congestion - Longueur congestionnée Nous avons vu précédemment que la congestion (discontinuité entre la zone fluide et la zone en Q fluide Q congestionné congestion) se propage à la vitesse V = . K fluide K congestionné (Q fluide Qcongestionné )t ) . La longueur congestionnée L(t) au bout d'un temps t est donc L(t )= ( K fluide K congestionné Stock non écoulé (t) D'où L(t )= K congestionné K fluide | | - Application numérique : impact de la voie réservée sur la longueur congestionnée On reprend l'exemple d'application numérique du §2.4, pour étudier l'impact de la voie réservée sur la longueur congestionnée à 9h. Les paramètres du diagramme fondamental pris en compte sont les suivants : Kmax(3voies) = 375 véh/km, Kmax(2voies) = 250 véh/km, w = 20 km/h, Vitesse de flot fluide Uf = 100 km/h. En l'absence de voie réservée, le stock non écoulé à 9h est de 1000 véhicules. Kfluide est de 3500 véh/h / 100 km/h = 35 véh/km. Kcongestionné est obtenu par le diagramme fondamental en considérant le débit de sortie : Kcongestionné = Kmax(3voies) ­ Q/w = 375 ­ 3000/20 = 225 véh/km. On en déduit que la longueur de la congestion à 9h est L(9h) = 5,3 km (sur 3 voies). L(9h) = 1000 véh / (225 véh/km ­ 35 véh/km) Avec la voie réservée, le stock non écoulé à 9h est toujours de 1000 véhicules et il n'est constitué que de véhicules non autorisés à circuler sur la voie réservée. La congestion s'étend uniquement sur les 2 voies de circulation générale restantes. La concentration fluide des véhicules y est égale à 85 % de la concentration fluide tous trafics puisque ces véhicules représentent 85 % de la demande tous véhicules, soit 30 véh/km. Le diagramme fondamental (pour 2 voies) donne la concentration congestionnée : Kcongestionné = Kmax(2voies) ­ Qnon autorisé/w = 250 ­ 2475/20 = 126 véh/km. On en déduit que la longueur de la congestion à 9h est L(9h) = 10,4 km (sur 2 voies). L(9h) = 1000 véh / (126 véh/km ­ 30 véh/km) La longueur congestionnée (à 9h) avec voie réservée est presque le double de celle sans voie réservée. Commentaire On aurait pu imaginer que la congestion avec voie réservée (s'étendant sur 2 voies) serait 1,5 fois plus longue que la congestion sans voie réservée (s'étendant sur 3 voies), mais la concentration dans ces deux congestions n'est pas identique. La concentration en congestion avec voie réservée est moindre, ce qui induit une remontée de congestion plus rapide et une congestion plus longue (de l'ordre de 2 fois plus longue dans l'exemple retenu). Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 28 - Point d'extension maximal de la congestion Le point d'extension maximal de la congestion n'est pas nécessairement atteint à 9h. En effet, après 9h la congestion peut continuer de s'étendre vers l'amont, tandis qu'elle se résorbe par l'aval. - Application numérique : impact de la voie réservée sur le point d'extension maximal de la congestion Sans voie réservée A 9h, l'offre à l'aval de la section passe de 3000 véh/h à 4200 véh/h. Ce changement d'offre va créer un front d'onde séparant deux états de trafic (discontinuité) : · état aval : débit 4200 véh/h , régime congestionné ; · état amont : débit 3000 véh/h, régime congestionné. La vitesse de déplacement de ce front est -w puisque les 2 états de trafics relèvent du régime congestionné (cf. alinéa final du §2.3), soit -w = - 20 km/h. Pendant ce temps, la queue de la congestion continue de se propager vers l'amont à la vitesse Qfluide Qcongestionné V= , soit -2,6 km/h = (3500 véh/h ­ 3000 véh/h) / (35 véh/km - 225 véh/km). K fluide K congestionné Le point d'extension maximal de la congestion est donc atteint lorsque les 2 fronts se rejoignent. Le front de queue de congestion démarre à 7h et progresse à 2,6 km/h. Le deuxième front (de changement de l'offre avale), démarre à 9h et progresse à 20 km/h. Les 2 fronts se rejoignent à 9h18. Et le point d'extension maximal de la congestion est situé à 6 km du point dur aval. Avec voie réservée Le point d'extension maximal de la congestion est atteint à 9h, et il est donc situé à 10,4 km du point dur aval, soit 4,4 km au-delà du point d'extension maximal de la congestion sans voie réservée (+73%). En effet, lorsque la voie réservée est déactivée, l'ensemble des véhicules se répartissent sur les 3 voies de circulation. La concentration du trafic ainsi obtenue est égale à la somme des concentrations des 2 voies de circulation générale (126 véh/km) et de la voie réservée (5 véh/km), soit 131 véh/km. Cette concentration reste élevée et supérieure à la concentration critique à 3 voies (égale à 21 véh/km dans notre exemple) : la section reste congestionnée. Le débit de cette section congestionnée est de 4880 véh/h. Q=w×(Kmax K ) = 20 * (375 ­ 131) Ce débit est supérieur à la demande (le débit de la section fluide, 3500 véh/h). Le front de queue de congestion repart donc en direction de l'aval à la vitesse de 14,4 km/h, et la congestion régresse. Q Qcongestionné V = fluide = (3500 - 4800) / (35 ­ 131) K fluide K congestionné - Conclusion On peut déduire de cette application numérique qu'il convient d'aménager la voie réservée, en ordre de grandeur, sur une longueur proche du double de celle de la longueur de congestion initiale (sans voie réservée), pour éviter que la congestion ne se propage au-delà de l'entrée de la voie réservée. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 29 3. Les données pour une étude en simulation 3.1. Les données classiques d'une étude en simulation dynamique - Les données de trafic (débit, vitesse, concentration) Il existe plusieurs types d'appareils permettent d'effectuer des mesures de comptage du trafic routier. Les boucles électromagnétiques sont les capteurs les plus utilisés pour mesurer le trafic sur les infrastructures structurantes ou à trafic élevé. Elles ont plusieurs avantages dont : · une bonne robustesse et un besoin faible en maintenance du fait de leur intégration à l'intérieur de la chaussée ; · un dispositif de mesure totalement électronique qui permet d'atteindre des cadences de mesure et une précision maximale. La boucle électromagnétique est généralement un capteur ponctuel dont la fonction première est d'enregistrer chaque véhicule qui passe en lui attribuant un horodatage. Puisque les informations recueillies deviennent rapidement massives, les données sont souvent agrégées sur une période de 1, 6, 15 minutes ou 1 heure pour fournir un débit normalisé (véh/h) et un taux d'occupation du capteur (pourcentage de temps pendant lequel un véhicule est présent au-dessus de la boucle). Lorsque la boucle est constituée non pas d'un, mais de deux capteurs placés l'un après l'autre, il est possible d'estimer la vitesse instantanée des véhicules. On peut par la suite exploiter cette information pour calculer la moyenne harmonique de ces vitesses, correspondant à la vitesse du flot de véhicules. À partir des débits moyens Q et des vitesses moyennes de flot U, il est alors possible de déduire des concentrations moyennes K en véhicules par kilomètre par la formule Q = K×U. Cette dernière donnée, cruciale pour les études de trafic, permet de déterminer l'évolution de la demande de trafic au cours de la journée (et sa variabilité d'un jour à l'autre), ou encore à repérer les périodes pendant lesquelles telle ou telle boucle est congestionnée : on peut alors reconstituer une cartographie approximative des conditions de trafic si la densité de boucles est suffisante. Ces données sont facilement accessibles et peuvent être aisément recueillies auprès des exploitants. Malheureusement, les boucles électromagnétiques comportent aussi des inconvénients. Comme les boucles sont des appareils fixés à demeure dans la chaussée de l'infrastructure, il n'est pas possible de choisir leur position pour les besoins de l'étude. L'étude de trafic doit donc souvent se contenter de données parcellaires ou partiellement inadaptées. De plus, à défaut d'entretien suffisant, les boucles peuvent tomber en panne ou fonctionner par intermittence. Néanmoins, il subsiste toujours la possibilité de mobiliser des dispositifs de comptages temporaires (radars, caméras...) afin de combler ces manques. Mais dans ce cas, il faut intégrer à l'étude en simulation dynamique de nouvelles contraintes : sur le montant financier d'une part, pour rémunérer ces prestations complémentaires de mesures, sur le délai d'autre part, pour la réalisation et l'exploitation du recueil de données. Par ailleurs, tout comme d'autres dispositifs de mesure de trafic, les boucles électromagnétiques sont assujetties à des biais et à des erreurs de mesure. Lorsqu'elles sont situées en zone de congestion, les données obtenues peuvent perdre en fiabilité, car les véhicules se collent les uns aux autre et évoluent à vitesse très faible. Toutefois, ces stations restent les dispositifs de comptage les plus fiables y compris en congestion. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 30 - Les données de temps de parcours Pour compléter les données des boucles électromagnétiques, il est nécessaire de rechercher d'autres sources d'informations permettant notamment un accès direct à la mesure de temps de parcours. Des solutions existent et plusieurs technologies et méthodes permettent d'alimenter les études de trafic (lecture automatique de plaques d'immatriculation LAPI, capteurs Bluetooth, données GNSS...). Figure 3.1. Capteurs donnant directement accès aux temps de parcours : (a) LAPI, (b) capteur Bluetooth, (c) données GNSS. Une méthode assez ancienne repose sur le relevé des plaques minéralogiques (RPM) des véhicules. Ce relevé peut se faire de deux manières : · grâce à des enquêteurs disposés sur le terrain, qui lisent à voix haute chaque plaque dans un dictaphone qui enregistrera également l'horodatage précis de la déclaration ; · grâce à une caméra qui filmera l'ensemble des plaques visibles avec synchronisation horaire, méthode connue sous le nom de lecture automatique des plaques d'immatriculation (LAPI). Le taux d'échantillonnage (enregistrement réussi) de la méthode est très satisfaisant (60 à 90 %). En effectuant un « mariage » des plaques relevées à divers positions du réseau, il est possible de reconstituer des temps de parcours entre chaque implantation des dispositifs. Lorsque l'on commande une enquête par RPM, la fourniture de matrices en temps de parcours peut aider au calage (à condition que l'enquête ne perturbe pas l'écoulement du trafic). D'autres moyens de mesure ont été développés ces dernières années grâce à l'augmentation du nombre d'appareils connectés et/ou géolocalisés. Par exemple, les capteurs Bluetooth permettent de capter l'adresse unique (adresse MAC) d'un appareil embarqué dans le véhicule (un smartphone par exemple) ou celle du véhicule lui-même. Sur le même principe que le RPM, on peut identifier de manière certaine les différentes positions d'un même usager. On peut alors en déduire des origine/destination et des temps de parcours. Les différences notables entre le RPM et la méthode Bluetooth sont : · le taux d'échantillonnage beaucoup plus faible (10 à 30 % dans le meilleur des cas) ; · des lacunes dans le suivi des usagers, car il n'est pas certain que la trace Bluetooth soit détectable sur l'itinéraire complet (trace non captée ou appareil éteint en cours de trajet) ; · l'incertitude d'affectation des usagers sur le réseau, car même si le capteur est situé au bord de la route étudiée, il va enregistrer des traces dans un rayon significatif et toucher d'autres axes routiers. Les gestionnaires ont également recours désormais aux données récupérées par les constructeurs de dispositifs de navigations (communément appelés GPS) et à celles des détenteurs de smartphones grâce à la géolocalisation des appareils concernés. On parle de données FCD (floating car data). La qualité et la précision de ces services de fournitures de données sont suffisantes pour que l'information délivrée puisse être exploitée par ces gestionnaires. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 31 Ces services ont l'avantage d'être opérés sans déploiement d'équipement sur le terrain. Ils permettent donc aussi une vision des conditions de circulation sur des réseaux adjacents, non équipés et/ou gérés par d'autres entités. Toutefois, les services offerts sont restreints par les limites de la technologie FCD : · le taux de pénétration du FCD dans les véhicules est encore faible (de l'ordre de 10 %) et variable dans le temps. Par corollaire, il n'est pas possible de connaître précisément le débit, dont la connaissance est indispensable pour la gestion de trafic, l'information peut faire défaut en cas de faible trafic comme de nuit, et l'échantillon remonté peut ne pas être représentatif du flux de circulation, · le signal GNSS reste trop peu précis pour obtenir des informations par voie de circulation, et ne permet pas la remontée d'informations en tunnel. - Les données origine-destination Les recueils de données évoqués précédemment ne suffisent pas forcément à donner toutes les informations nécessaires pour réaliser une étude en simulation. En particulier, il est primordial de réaliser une estimation des flux de demande par couple origine-destination (O/D), et parfois par itinéraires empruntés. Par exemple, les mesures de comptages automatiques à elles seules ne peuvent donner des informations complètes concernant les flux et les itinéraires. La mesure des flux par O/D nécessite d'identifier les véhicules de manière unique et de leur attribuer un point d'entrée et un point de sortie sur le périmètre d'étude. En revanche, une enquête de type RPM constitue la solution optimale répondant aux besoins de l'étude. Que cette enquête RPM mette en oeuvre des effectifs humains, des caméras LAPI ou des capteurs Bluetooth, elle permet de relever la présence d'un même véhicule à des positions successives du réseau, ce qui conduit à identifier ces points d'entrée et de sortie, ainsi que les axes empruntés. Outre les mesures de temps de parcours déjà évoquées, on obtient également une matrice O/D. Grâce aux horodatages et à la distinction visuelle des véhicules, on peut obtenir des matrices O/D désagrégées : par intervalle de temps réduit et par type de véhicule (VL, PL). Pour un maître d'ouvrage, il est important de demander à disposer d'un horodatage précis et synchronisé de l'ensemble des dispositifs de recueils pour pouvoir reconstituer des matrices sur des pas de temps variables (6min, 15min, ...) à partir des données brutes. Comme beaucoup d'enquêtes routières, l'enquête par RPM repose sur un échantillon du trafic. Par hypothèse, on considère cet échantillon de trafic enquêté comme représentatif de la demande globale et des comportements de l'ensemble des usagers. De fait, la matrice O/D du trafic global est obtenue grâce à un redressement simple (règle de trois) de la matrice brute en se basant sur les volumes totaux issus des comptages automatiques. La matrice O/D finale est dite matrice O/D redressée, et c'est elle qui constituera la demande en entrée du modèle dynamique. - Les données spécifiques aux projets de voies réservées Dans le cas d'études de projets de voies réservées, il convient d'estimer la proportion de véhicules autorisés. Cet exercice est relativement aisé lorsqu'il s'agit d'estimer le nombre de véhicules de transport collectif ou le nombre de taxis, mais c'est plus compliqué pour les véhicules en covoiturage par exemple. Des capteurs automatiques estimant le nombre d'occupants à l'intérieur d'un véhicule existent et ont fait l'objet d'expérimentations. Ils sont pour certains encore à l'état de prototypes et ont parfois un coût élevé. Une méthode plus simple et moins onéreuse peut consister à discriminer visuellement les véhicules ayant un occupant à la place du passager et ceux ne comportant qu'un conducteur. Connaissant les effectifs de chaque groupe précédent, on peut alors estimer la proportion de véhicules autorisés parmi l'ensemble du trafic. Ce recueil de données peut très bien être réalisé en même temps que l'enquête RPM, sous réserve de dédier un enquêteur spécialement pour cette tâche, afin de maintenir un taux d'échantillonnage satisfaisant. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 32 - Dimensionnement des recueils Les différents types d'information qu'il convient de recueillir sont donc : - des comptages sur les sections courantes et les entrées et sorties ; - des temps de parcours sur les itinéraires principaux ; - des flux origine-destination sur le périmètre d'étude - une estimation des proportions des différentes catégories de véhicules autorisés (véhicules en covoiturage, transports collectifs, taxis, etc.) ; Les données de comptages et de temps de parcours doivent être idéalement recueillies sur une période de quatre semaines, a minima de deux semaines. Cette période doit être hors vacances scolaires et jours fériés. C'est en effet l'échantillon minimum pour pouvoir sélectionner 5 jours caractéristiques de chaque scénario de trafic (cf chapitre suivant). 3.2. Retour d'expérience de trois cas d'étude Pour illustrer les notions abordées dans la suite de ce guide et appliquer les méthodes de validation des études en simulation dynamique, trois cas d'étude sont considérés : · L'étude de la mise en place d'une voie réservée au covoiturage sur A3 à Paris, réalisée en simulation microscopique à l'aide du logiciel Aimsun par la société CDVia et dont la DRIEA a assuré la maîtrise d'ouvrage ; · L'étude de la mise en place d'une voie réservée au covoiturage sur A35-A4 à Strasbourg dans le cadre de sa requalification, réalisée avec l'outil de simulation mésoscopique Stream conjointement développé par le Cerema et l'Ifsttar et dont le Cerema a assuré la prestation ; · L'étude de la mise en place d'une voie réservée au covoiturage sur A43 à Lyon, en cours de réalisation par un prestataire lors de la rédaction de ce guide, pour laquelle le Cerema Centre-Est assure l'assistance à maîtrise d'ouvrage pour le compte de la DIR Centre-Est. 3.2.1. Voie réservée sur A3 à Paris - Éléments de contexte et description du réseau Le projet de voie réservée sur A3 concerne une pénétrante située à l'Est de Paris, fortement congestionné en sens entrant en période de pointe du matin. La congestion provient de l'insertion d'A3 sur le Périphérique. C'est un cas favorable pour questionner la pertinence de la mise en place d'une voie réservée au covoiturage. En revanche, un tel projet sur une section déjà congestionnée risque de faire remonter la congestion jusqu'au noeud de convergence entre A3 et A86. Pour vérifier l'opportunité de l'aménagement d'une voie réservée, une étude en simulation a été réalisée qui a permis d'estimer l'impact du projet sur le fonctionnement de l'infrastructure, et en particulier sur le noeud entre A3 et A86. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 33 - Les mesures automatiques réalisées : comptages et relevés de temps de parcours Pour mener à bien l'étude en simulation, des comptages temporaires ont été effectués en 9 points durant 3 jours de mesure. Ces données ont été agrégées par période de 15 min. Les compteurs ont été installés aux entrées et sorties principales de la zone. Une matrice origine-destination, variable dans le temps, a pu être estimée à partir de ces comptages par une méthode décrite dans le chapitre suivant (méthode 4). La campagne de mesure pour cette étude de voie réservée a été l'une des premières à inclure des relevés de temps de parcours, réalisée à partir de 6 balises Bluetooth positionnées sur le réseau pendant les trois mêmes jours que les comptages automatiques. Les temps de parcours ont ensuite été regroupés sur des pas de temps de 6 min sur 6 itinéraires reliant des couples de balises. Ces données ont notamment permis de cibler de forts ralentissements en périodes de pointe : de 5 min à 20 min en HPM, de 5 min à 15 min en HPS, cela sur une zone relativement restreinte. Figure 3.3. Position des 9 boucles de comptage sur 3 jours de mesures, et relevés de temps de parcours Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 34 3.2.2. Voie réservée pour la requalification de A35-A4 à Strasbourg Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 35 - Les mesures automatiques réalisées : comptages et relevés de temps de parcours Différentes données de base ont été nécessaires à la réalisation de l'étude. Les premières ont été les sorties du modèle statique, à savoir le réseau routier au format numérique et les matrices originedestination comportant les flux de demande pour tous les scénarios à étudier. Deux types de données réelles ont par ailleurs été utilisés pour l'étude : · des données issues des boucles permanentes du réseau de la DIR Est, agrégées à la minute sur une durée de 3 semaines, · les temps de parcours relevés à partir de 5 balises Bluetooth installées de manière permanente par la DIR Est, agrégées à la minute, sur 8 itinéraires, et récupérées sur les 3 mêmes semaines. 3.2.3. Voie réservée sur A43 à Lyon - Éléments de contexte Un diagnostic du fonctionnement des voies structurantes de l'agglomération lyonnaise a été réalisé dans le cadre du schéma directeur d'agglomération de gestion de trafic (SDAGT). De nouveaux aménagements, dont un projet de voie réservée sur A43, ont été proposés pour optimiser les pratiques de mobilité et d'usage du réseau. Cette voie réservée dynamique serait aménagée en lieu et place de la voie rapide de la section courante (à 3 voies) dans le sens entrant. Les véhicules autorisés à circuler sur la voie lors de son activation seraient : les bus (urbains, interurbains et cars), les véhicules en situation de covoiturage et les taxis/VTC. L'étude en simulation conduite a eu pour vocation principale de déterminer les positions optimales de début et de fin de la voie réservée. - Les comptages et enquêtes commandés Pour compléter les données de comptage permanent des réseaux de la DIR Centre-Est et d'AREA, une campagne de mesures automatiques et d'enquêtes de circulation a été commandée. Elle comprenait : · 15 points de comptages automatiques, sur une durée de 2 semaines, principalement sur les entrées et sorties d'A43 non équipées en boucles permanentes ; · 6 points de référence pour la mesure de temps de parcours, qui ont servi à calculer les temps de parcours sur 5 itinéraires prédéfinis ; · 13 points d'enquête par relevé de plaques minéralogiques (RPM), lors d'une journée donnée (mardi ou jeudi), durant les périodes de pointe du matin et du soir : 6h30-9h30 et 16h0019h00. · 13 points de recensement visuel du nombre de taxis, de bus, de deux-roues motorisés et de véhicules en covoiturage, sur 1 journée, aux même périodes et positions que l'enquête par RPM. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 36 Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 37 4. L'obtention de simulations réalistes Ce chapitre rappelle les grands principes d'une évaluation a priori s'appuyant sur une étude en simulation dynamique. Il insiste sur l'importance de l'estimation de la demande et du calage, qui permettent de garantir la crédibilité de l'ensemble d'une étude en simulation. Cette partie propose donc des méthodes d'estimation de la demande et du calage pour que les bons trafics soient générés sur le réseau, et les bonnes congestions aux bons endroits, aux bons moments, et pour les bonnes raisons. Ce chapitre insiste en outre sur un certain nombre de phénomènes qui doivent être reproduits par les simulations pour pouvoir en utiliser les résultats avec un bon niveau de confiance. 4.1. Le principe général d'une évaluation a priori Figure 4.1. Phases d'une étude en simulation et intervention des différentes variables - Principe général Un modèle nécessite en entrée plusieurs paramètres et variables dont les plus importants sont : · la topologie du réseau, préalablement décomposé en éléments unitaires de mêmes caractéristiques (géométrie des tronçons, nombre de voies, vitesses réglementaires), que ce Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 38 · · · soit pour le scénario de référence ou pour les scénarios de projet (les nouveaux aménagements que l'on souhaite évaluer à priori) ; les paramètres du modèle de trafic, qui déterminent notamment les capacités amont et aval de chaque tronçon et de chaque noeud, ainsi que les principes de fonctionnement des dispositifs de régulation du trafic (feux tricolores par exemple) ; la demande aux entrées du réseau, ventilée à destination des sorties (flux théoriques O/D), segmentée de manière cohérente par intervalles de temps réguliers, et par type de véhicules ; l'offre en sortie du périmètre. - Recommandation : bien délimiter le périmètre d'étude En général, ce périmètre est défini au début de l'étude sur la base d'un compromis entre deux impératifs : · avoir un périmètre suffisamment grand pour appréhender la totalité des phénomènes devant être étudiés dans le cadre du projet, ainsi que la majeure partie des phénomènes de congestion générés dans l'environnement plus ou moins proche de ce projet. Généralement, on cherche à circonscrire le périmètre congestionné en incluant notamment les zones en aval où la baisse de l'offre apparaît. · conserver un périmètre suffisamment petit afin de limiter les contraintes de coûts, de moyens et de temps imposées à l'étude : besoins étendus en recueils de données, calage du modèle dynamique plus long et plus complexe, etc. Lorsque l'on souhaite évaluer un projet de voie réservée dans sa dimension socio-économique, il est d'usage de s'intéresser à l'intégralité des déplacements réalisés par les usagers, c'est-à-dire sur les itinéraires complets entre origine et destination. En fonction de la zone d'étude, la partie du déplacement incluse dans la zone d'étude peut constituer une partie significative ou anecdotique du déplacement total, ce qui peut modifier significativement la perception de la perte de temps due à la congestion. Il n'y a cependant pas lieu d'étendre le périmètre d'étude à outrance afin d'intégrer des trajets de grande distance. La solution au problème réside dans une modification experte de la demande réalisée sur la base d'une analyse de la structure des trafics traversant le périmètre et d'hypothèses de reports de trafics depuis ou vers l'extérieur du périmètre. L'agrandissement du périmètre doit avant tout répondre au besoin direct d'étude, notamment des difficultés d'écoulement localisées du réseau, et ne pas tenter de traiter des problématiques plus globales qui nécessiterait l'emploi d'un modèle statique. Pour l'évaluation des voies réservées, le périmètre doit généralement se limiter à la voie réservée en elle-même, et au-delà à un ou deux noeuds en amont au maximum. Cette simplicité permet d'une part de bien identifier les phénomènes emblématiques et décisifs, qui sont les vrais enjeux de l'étude, et d'autre part de concentrer les dispositifs de recueil de données là où il y a un vrai besoin d'observations fiables et précises. Par ailleurs, un réseau simple et peu étendu contient un nombre réduit de paramètres à ajuster. Il simplifie donc le travail de calage et permet d'élaborer un modèle dynamique plus robuste. - Objectif : un calage satisfaisant à défaut de la perfection Il est crucial d'estimer avec soin les paramètres de calage afin d'obtenir des simulations qui reproduiront le mieux possible les situations réelles observées sur le terrain. La figure ci-dessous illustre les différentes étapes d'une étude en simulation dynamique en expliquant dans quelle mesure le calage permet de faire converger les résultats du modèle dynamique avec la réalité. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 39 Figure 4.2. Évolution des incertitudes au cours d'une étude en simulation Un simple paramétrage par défaut de l'outil de simulation n'est pas suffisant. Il constitue juste le point de départ de la démarche de calage qui devra être menée par le modélisateur, afin de paramétrer les équations mathématiques qui composent le modèle. L'objectif est de trouver le bon jeu de paramètres, approprié au cas d'étude, qui permet de reproduire au mieux les conditions de trafic observées. Certains paramètres doivent être estimés finement pour pouvoir anticiper correctement l'effet des projets à étudier. Le modèle calé peut alors être utilisé pour réaliser des simulations sur le scénario de référence et sur le scénario projet. Dans chacun des cas, des indicateurs préalablement définis (nombre total de kilomètres parcourus, temps total passé sur le réseau, indicateur de fiabilité des temps de parcours, etc.) peuvent être calculés. L'évaluation a priori des nouveaux aménagements se fait alors par comparaison différentielle entre le scénario projet et le scénario de référence. Malgré tout le soin et la rigueur apportés au calage, un modèle n'est jamais en mesure de reproduire avec une précision extrême, en tout lieu du périmètre et à tout instant, les données observées sur le terrain, et ce pour plusieurs raisons qui se cumulent, comme illustré précédemment (cf. Fig 4.2). Les causes d'incertitudes dans le réalisme des simulations résident d'abord dans la sélection d'un jour type à partir des données collectées, et des données elles-mêmes avec leur incertitude intrinsèque. Ces données, une fois incorporées dans le modèle, génèrent de l'incertitude sur les résultats selon le principe de propagation des erreurs. Et même si les données en sortie du modèle peuvent être en apparence précises, il est nécessaire de conserver un recul sur les résultats et de raisonner en termes d'ordre de grandeur et de chiffres significatifs. L'estimation de certains paramètres comme la capacité des voies conduit à attribuer une valeur unique et homogène par tronçon, invariable durant la période de simulation, alors que la capacité effective d'une route peut connaître des variations pour des causes diverses. Il convient donc de prendre avec précaution l'ensemble des informations fournies par le modèle dynamique, car il ne reproduit qu'une situation de réalité alternative ne permettant pas d'appréhender l'intégralité des phénomènes observables. - Les deux grandes phases du calage Les différentes erreurs cumulées les unes aux autres font que les premiers résultats issus du modèle ont généralement peu de points communs avec ce qui a été observé sur le terrain. La phase de calage Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 40 permet donc de corriger par des étapes itératives cette différence et de faire coïncider in fine le plus possible les résultats du modèle avec la réalité. On peut distinguer deux phases principales : · Le calage de la demande consiste à corriger les flux de demande (volumes et variations temporelles des flux, répartition du trafic entre les différents flux O/D) et les paramètres d'affectation des flux (choix d'itinéraire) sur le réseau pour obtenir des trafics réalistes en tout point du réseau et pendant toute la période simulée. · Le calage de l'offre consiste à modifier les caractéristiques du réseau (capacité des liens, loi de poursuite des véhicules sur certains liens, partages de priorité aux convergents, etc.), ainsi que l'offre en sortie du périmètre, afin de bien situer et dimensionner les phénomènes de congestion, dans le temps et dans l'espace, et de les raccrocher à des causes pertinentes et réalistes. En particulier, les temps de parcours mesurés doivent pouvoir être reproduits. C'est la phase la plus longue et la plus difficile d'une étude en simulation dynamique. 4.2. Définition des scénarios en situation actuelle - Besoin de classification des jours observés L'analyse des données de comptage automatique conduit généralement au constat suivant : il existe une grande variabilité des conditions de trafic d'un jour à l'autre, y compris entre jours identiques de semaines différentes (2 mardis par exemple). Puisque l'étude en simulation dynamique doit rester assez simple et s'appuie sur des hypothèses et des compromis, il est d'usage de limiter la représentation de la situation actuelle à un nombre restreint de cas génériques que l'on appellera jours « moyens ». On voit alors la nécessité de classifier l'ensemble des jours observés. Si l'on considère par exemple un jour ouvré de semaine, il est possible de définir un ou deux scénarios, selon les besoins et les enjeux de l'étude : · un scénario correspondant à un jour « normal » (le plus classique) ; · un scénario correspondant à un jour « extrême » (rarement proposé). Pour une bonne représentation de la situation avant projet, il est nécessaire de collecter des données sur plusieurs jours. Le minimum de 2 semaines recommandé précédemment (cf. §3.1) permet par exemple de retenir 2 mardis et 2 jeudis, ou 5 jours ouvrés à sélectionner. En effet, les données d'une unique journée constituent un cas particulier et sont rarement représentatives des événements récurrents et significatifs du réseau. Il convient alors de choisir un nombre de jours permettant d'avoir des effectifs suffisants pour le nombre de classes voulues. Cela permet d'une part de bien caractériser le jour type pour chaque scénario, et d'autre part d'estimer la variabilité au sein de chaque classe. L'usage de la main courante de l'exploitant peut permettre de réaliser cette analyse. Elle permet notamment de confirmer l'absence d'événement exceptionnel. Cette variabilité à l'intérieur d'une classe peut s'apparenter à celle attendue sur les différentes réplications de simulations réalisées avec un modèle pour le scénario choisi. Notons que cette notion de réplication n'a de sens qu'avec un simulateur stochastique, c'est-à-dire où deux instances du même modèle avec les mêmes paramètres et hypothèses donne deux résultats différents, du fait de la distribution aléatoire de certains paramètres et grandeurs. De nombreuses méthodes de classification existent. La plus simple est la sélection par calendrier, consistant à sélectionner les mardis et jeudis par exemple. Dans la suite, nous présentons deux autres méthodes donnant des résultats plus robustes. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 41 - Méthode (B) :Classification Ascendante Hiérarchique (ACP) sur les jours Une deuxième méthode, plus générale et plus systématique, fait appel à une méthode statistique éprouvée : la classification ascendante hiérarchique. Cette méthode consiste à élaborer une classification des données en considérant chaque jour comme un « individu ». L'individu est composé de l'ensemble des valeurs de chacun des indicateurs mesurés sur le terrain. Chaque jour est unique, et possède donc son propre « ADN ». La classification ascendante hiérarchique est une méthode simple, qui se révèle assez bien adaptée à ce contexte d'analyse de données de trafics. Les variables à considérer peuvent tout simplement être la vitesse instantanée moyenne enregistrée au droit de chaque capteur et sur chaque pas de temps. Si le pas de temps d'agrégation des données est de 6 minutes, que la période de pointe s'étend sur 5 heures, et que l'on dispose de 10 boucles électromagnétiques, on obtient alors 500 indicateurs. L'algorithme ACP consiste à regrouper au sein d'une même classe les points qui sont les plus proches les uns des autres selon une métrique donnée, c'est-à-dire selon une certaine méthode de calcul de distance entre deux points ayant des coordonnées multiples. La distance euclidienne est l'exemple de métrique la plus courante. Au début de l'algorithme, le partitionnement initial place chaque jour dans une classe indépendante. Au fur et à mesure de l'application de l'algorithme, les classes sont alors fusionnées de manière itérative (deux classes se regroupent en une seule) jusqu'à Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 42 n'obtenir plus qu'une seule classe contenant tous les jours. La distance entre les deux classes fusionnées est appelée similarité. On peut alors tracer un dendrogramme, comme celui montré cidessous, synthétisant tous les résultats de l'exécution de l'algorithme. Il faut noter que la dissimilarité en ordonnée du graphique n'est aucunement un indicateur de congestion. Avant exécution de l'algorithme, on se place en bas du graphique (dissimilarité nulle à l'intérieur des classes). L'algorithme ACP remonte ensuite l'arbre en ordonnée croissante, vers les branches supérieures. Figure 4.4. Résultat d'une ACP pour la classification de jours dans des catégories-type Sur la figure ci-dessus illustrant les résultats de la classification des données de comptages issues des boucles de Strasbourg, les jours de week-end se distinguent nettement des autres jours et ressortent en vert. Il en est de même des vendredis qui apparaissent tous en jaune. Les jours en bleu sont uniquement des jours ouvrés du lundi au jeudi. Seuls les jours 2 et 17 sont classifiés comme exceptionnels. Il faut souligner que cette seule représentation ne suffit pas à dire si les jours sont sous-congestionnés ou sur-congestionnés. Une telle analyse permet ici de déterminer deux scénarios d'étude : un jour de semaine standard, soit un jour-type de la catégorie bleue « lundi-jeudi », et un vendredi standard représentatif de la catégorie jaune. On ne teste pas en général les jours de week-end, car ils sont souvent moins congestionnés que les jours de semaine. Dans le cas où les jours de semaine seraient divisés en deux classes, l'une pour les jours très congestionnés, l'autre pour les jours peu congestionnés, on ne retiendra que la classe des jours les plus congestionnés. Ce sont en effet ces derniers qui auront les impacts les plus forts sur le fonctionnement du réseau et donc sur l'efficacité des nouveaux aménagements et de la voie réservée. 4.3. Estimation de la demande sur la base d'une matrice originedestination : principe et méthodes - Principe Une fois qu'un scénario de situation actuelle a été choisi, le modèle dynamique doit reproduire le plus fidèlement possible l'ensemble des phénomènes observés. La première contrainte est la reproduction en simulation des débits observés en entrée et en sortie du périmètre. Il existe plusieurs manières d'estimer cette demande, en fonction des données à disposition. Elles sont présentées par ordre décroissant de recommandation. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 43 - Méthode (1) : Extraction d'une matrice O/D à partir des résultats de simulation d'un modèle statique Lorsqu'il existe un modèle statique sur la zone d'étude, il est possible d'extraire une matrice O/D agrégée sur la totalité de la période simulée dans le modèle : il s'agit généralement d'une heure de pointe. Cela présente l'avantage de pouvoir économiser tout ou partie d'une enquête terrain. En effet, on peut tout à fait utiliser la structure O/D fournie par le modèle statique, et éventuellement la redresser ensuite avec des comptages automatiques. L'inconvénient majeur réside dans l'agrégation temporelle de la matrice O/D statique, car elle ne fournit que des flux de demande moyens sur une seule période. Or, un modèle dynamique doit nécessairement prendre en entrée une demande qui varie durant la période de simulation, afin de bien reproduire les lieux et les moments d'apparition des congestions lorsque la demande dépasse l'offre, et la durée de sa résorption après que la demande soit repassée en dessous de la capacité du réseau. Il convient donc de désagréger la matrice O/D statique au pro-rata des trafics comptés sur chaque intervalle de temps. Pour cela, on utilise généralement uniquement les comptages au niveau de l'entrée, ce qui permet de s'affranchir des temps de parcours du périmètre d'étude. On redresse alors chaque ligne de la matrice correspondant à une origine par la chronique de débits entrants. Selon la configuration du réseau étudié, le prestataire peut être amené à modifier cette méthode pour améliorer le calage. Il doit néanmoins en apporter une justification étayée. - Méthode (2) : Construction d'une matrice O/D à partir des résultats d'une enquête par relevés de plaques minéralogiques Si aucun modèle statique n'a été développé sur la zone d'étude, ce qui arrive souvent sur un territoire peu dense et sur des petites ou moyennes agglomérations, il est nécessaire de recourir à un recueil de données par relevés de plaques minéralogiques (RPM), qui servira de base à l'élaboration de la matrice O/D des déplacements. Dans ce cas, la construction dynamique ne pose pas de problèmes, puisque les mesures des flux/trafics peuvent être décomposées en petits intervalles de temps. Usuellement, on réalise des matrices O/D par type de véhicules, et pour chaque tranche de 15 minutes que compte la période de pointe. Une campagne de comptages automatiques est réalisée en simultané, ce qui permet un redressement des données de l'enquête RPM. Le prestataire fournit alors à la fois les matrices O/D brutes issues du processus de mariages des plaques relevées et les matrices O/D redressées qui constituent la demande complète qui alimentera le modèle dynamique. Il est tout à fait possible d'effectuer un lissage temporel de ces matrices a posteriori pour obtenir des chroniques qui mettent mieux en évidence et de manière visuelle les évolutions significatives du trafic. Ce lissage devient d'ailleurs indispensable lorsque l'on considère une agrégation temporelle fine (inférieure à 15 min), et ce afin d'éviter de voir des micro-variabilités inhérentes à un jour de mesure interférer dans toutes les simulations. - Méthode (3) : Construction d'une demande « locale » restreinte aux mouvements observés aux noeuds du réseau par coefficients directionnels Lorsqu'il n'existe ni modèle statique, ni enquête O/D, une méthode simple consiste à propager l'information des données de comptage sur l'ensemble des liens du réseau. Cette méthode nécessite de disposer de comptages sur l'ensemble des sections du réseau, c'est-à-dire sur toutes les entrées, toutes les sorties, et toutes les sections courantes. Elle prend alors comme point de départ les demandes aux entrées, ainsi que les coefficients directionnels au niveau des divergents (entrecroisements inclus). A noter que les coefficients directionnels se déduisent des données des boucles par ratio entre les branches du divergent. Une matrice O/D dynamique peut alors être reconstituée. En revanche, le modélisateur doit avoir à l'esprit que cette matrice ne correspond pas Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 44 nécessairement à la réalité. En particulier, la méthode ne permet pas d'estimer correctement les origine-destination sur les entrecroisements. - Méthode (4) : Construction d'une matrice O/D à partir des comptages automatiques et par application d'un algorithme Fratar Lorsque l'on ne dispose ni d'un modèle statique, ni d'une enquête permettant l'estimation des différents flux O/D, la matrice O/D peut être construite uniquement sur la base des comptages automatiques. L'algorithme Fratar est un outil simple et efficace pour construire une matrice de manière automatique dans les cas où l'on ne connaît que ses conditions aux limites : les débits totaux sur chaque entrée et sur chaque sortie. Ces conditions aux limites sont appelées les contraintes aux marges. Pour obtenir une matrice O/D dynamique, c'est-à-dire sur des intervalles de temps réduits, les contraintes aux marges sont alors définies pour chacun de ces intervalles, par exemple par période de 15 min. Cette méthode est simple mais comporte des inconvénients majeurs : · l'algorithme fournit une matrice O/D qui répond aux conditions aux marges, mais cette matrice n'est pas forcément la seule possible ou celle qui rend réellement compte des flux observables sur le terrain. Ceci peut conduire à se tromper de matrices O/D, par exemple dans des zones d'entrecroisements, et donc de mal prendre en compte les baisses de capacité de ces zones. · l'algorithme fonctionne sur une hypothèse de conservation des volumes entre les entrées et les sorties, ce qui implique un temps de parcours nul à l'intérieur du périmètre d'étude. Comme cette hypothèse n'a pas de réalité physique, le résultat de l'algorithme Fratar fournira toujours une demande approximative et biaisée, d'autant plus que l'intervalle de temps considéré sera court et que les véhicules mettront longtemps à transiter d'une entrée à une sortie. Des techniques de recalage dynamique de matrices O/D prenant en compte les temps de parcours commencent à émerger, mais les résultats obtenus restent toujours moins bons qu'avec les méthodes précédentes. · l'algorithme considère tous les itinéraires comme possibles et réalisables. Il faut donc faire attention et bien mettre à zéro préalablement les mouvements/flux interdits. 4.4. Calage de l'offre : principe et méthodes - Objectif du calage de l'offre L'objectif du calage de l'offre est de reproduire : · Le bon volume de véhicules sur chaque lien du réseau et sur chaque O/D observée, la cohérence entre le niveau de la demande estimée et l'offre codée dans le modèle, les bons temps de parcours par itinéraires complets entre origine-destination et sur des trajets spécifiques. · La bonne répartition de l'occupation instantanée du réseau par les véhicules, la localisation et l'emprise de la congestion en tout point du périmètre, l'intégralité des phénomènes de congestion et des retenues occasionnées pour le réseau étudié. · La position instantanée du front de congestion. Dans le cas où la congestion se propage jusqu'à une entrée du réseau modélisé, il conviendra d'estimer la file d'attente virtuelle en amont de l'entrée saturée, sans chercher à modéliser le réseau urbain qui serait concerné. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 45 - Principe du calage de l'offre en pratique En pratique, il est très difficile d'obtenir l'ensemble de ces informations sur le terrain de manière précise et continue. Cela nécessiterait la mise en oeuvre de moyens importants et onéreux, tels que l'enregistrement vidéo de tout lieu de la zone d'étude sur l'intégralité de la période de pointe, l'emploi de relevés humains et/ou automatiques sur chaque lien et noeud du réseau. Les solutions numériques deviennent peu à peu des options envisageables pour pallier les insuffisances des moyens de terrain, mais leur mise en oeuvre est sujette à précaution quant à la représentativité des données obtenues : pénétration faible et hétérogène des usagers du réseau, défauts de localisation précise/suivi complet des usagers d'un bout à l'autre de leur relation O/D. Quoi qu'il en soit, dans l'attente de l'évolution des protocoles d'enquête, la réponse pragmatique et immédiate aux besoins exprimés ci-dessus est l'utilisation des informations de temps de parcours. En effet, on pose l'hypothèse que si les débits sont correctement reproduits, et les temps de parcours également, alors les volumes de véhicules pris en congestion sur le réseau et la position des fronts de congestion reproduisent de manière satisfaisante les conditions d'écoulement réels. Notons toutefois qu'idéalement, il faudrait disposer des débits sur tous les arcs. De plus, il convient d'estimer les temps de parcours intermédiaires sur plusieurs portions de l'itinéraire principal de manière à localiser avec plus de certitude les phénomènes de congestion au fil du linéaire. Le calage en offre consiste donc à reproduire les bonnes variations temporelles du temps de parcours, et leur répartition sur les liens du réseau. Les leviers de calage (variable d'ajustement) diffèrent en fonction du logiciel et du type de modèle utilisé. Le prestataire devra être en mesure de maîtriser son outil pour obtenir un calage satisfaisant et stabilisé. L'idéal est de jouer sur des paramètres globaux, c'est à dire sur les lois d'écoulement du trafic sur l'ensemble de la zone d'étude. En ce sens un outil microscopique aura été particulièrement bien adapté si l'on arrive à reproduire l'existant en ne jouant que sur ces paramètres globaux. Cela est néanmoins souvent insuffisant. La démarche consiste alors essentiellement à modifier localement les propriétés d'écoulement des liens et des noeuds. Le prestataire doit aussi préciser comment il fait évoluer ces modifications locales lors de la modélisation de la situation de projet. - Reproduction des têtes de bouchon et ajustement des écoulements Il convient que la simulation reproduise les têtes de bouchon aux mêmes endroits que dans la réalité. Les modifications des paramètres du modèle effectuées lors du calage ont pour premier objectif de situer les têtes de bouchon de manière correcte sur le périmètre d'étude, tout en s'assurant qu'elles reproduisent les bons flux de trafic. Les têtes de bouchon sont généralement situées à des noeuds de type convergent, divergent, entrecroisement ou aux rabattements de voies. Il convient que le modèle dynamique reproduise un comportement des véhicules proche de celui qui a pu être observé sur le terrain. Pour cela, le modélisateur dispose de deux leviers principaux : · Le premier levier consiste, lorsque cela est possible dans le logiciel utilisé, en une modification de l'offre en aval. Cette offre peut être la capacité des liens avals des noeuds où est située la tête de bouchon. Cela consiste à "pincer" ou "détendre" les liens du réseau pour y faire entrer plus ou moins de véhicules. Dans la réalité, la capacité mobilisable peut varier dans le temps. En effet, cette capacité peut être modulée en fonction de l'évolution du fonctionnement du réseau en aval, ou même en dehors du périmètre étudié. Plus les périodes d'agrégation des mesures sont petites, plus ces fluctuations peuvent être fortes. Or, les capacités sont par hypothèse fixées par l'utilisateur et constantes dans un modèle dynamique. Il existe donc un enjeu important sur le choix des valeurs nominales attribuées à chaque élément du réseau. Généralement, une valeur par défaut est choisie initialement dans le modèle, et le prestataire modifie cette valeur au cours du calage afin de retrouver des caractéristiques proche de la réalité. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 46 - Reproduction de l'amplitude spatio-temporelle de la congestion Une fois les têtes de bouchon correctement situées sur le réseau, il convient de modifier l'amplitude spatiale et temporelle de la congestion. Deux leviers d'action macroscopiques existent : · Le premier est le même qui a été évoqué précédemment, à savoir la modification de la capacité d'un lien qui se trouve être le lieu d'une tête de bouchon. Plus la capacité est élevée, plus la congestion apparaîtra tardivement et se résorbera tôt. Et la longueur de retenue de véhicules sera moindre. Une capacité plus faible va au contraire étaler l'amplitude temporelle de la congestion et allonger la congestion. Ainsi, le réseau montera très vite en charge, ce qui créera une congestion remontant très loin en amont et formera des bouchons de manière durable. Le prestataire peut jouer sur différentes capacités dans le modèle afin de reproduire les dynamiques de temps de parcours observés sur le terrain, et notamment les heures d'apparition et de résorption de la congestion. · Le second levier d'action est un ajustement de l'amplitude spatiale des bouchons par modulation locale de la densité d'occupation du réseau par les véhicules. Cette mesure doit impérativement intervenir après l'ajustement de l'amplitude temporelle (premier levier). Le paramètre principal de calage utilisé doit être une grandeur assimilée à la concentration maximale des véhicules à l'arrêt. En effet, une valeur forte de ce paramètre induit un bouchon ramassé avec des véhicules « collés » les uns aux autres, ce qui permet de limiter la propagation d'une congestion sur le réseau. À l'inverse, une valeur faible reproduira un bouchon « distendu » et entraîne une propagation rapide et ample de la congestion. Les trois grandeurs macroscopiques que sont : · la capacité des liens, · la concentration maximale des véhicules, · le partage de priorité aux convergents, Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 47 jouent chacune à leur niveau sur la géométrie spatio-temporelle de la congestion. Il est important de garder en tête que l'ajustement d'une de ces grandeurs est intimement liée à l'ajustement des autres. Le fait de modifier l'un de ces paramètres pour reproduire tel ou tel phénomène affecte en général ce qui a été accompli à d'autres niveaux, et peut remettre en cause la cohérence globale du calage. La phase de calage en offre est donc longue et fastidieuse. Bien qu'elle repose souvent sur des tâtonnements successifs, la hiérarchisation des actions à mener et une bonne connaissance de la modélisation dynamique sont les éléments-clés pour parvenir à un calage satisfaisant. C'est la raison pour laquelle elle doit être laissée à l'expertise du prestataire, le maître d'ouvrage se contentant de vérifier les indicateurs de calage identifiés au début de l'étude et valider le résultat final. - Ajustement de l'offre avale en limite du périmètre modélisé Lorsqu'une congestion est créée en aval d'une section, à l'extérieur du périmètre modélisé, il convient de définir une offre variable en sortie du réseau. Cette offre aura un impact fort sur les conditions de circulation modélisées. Il conviendra alors de vérifier la concordance du modèle avec les données, en se basant principalement sur la reproduction des temps de parcours. 4.5. Exemple de test de sensibilité d'un modèle aux paramètres - Tests de sensibilité appliqué au modèle utilisé au chapitre 2.4 Le modèle utilisé au chapitre 2.4 suppose que l'on cale correctement l'offre et la demande et que l'on détermine les paramètres du diagramme fondamental, la concentration maximale des véhicules K et la vitesse de propagation maximale de la congestion w. Pour tester la sensibilité du modèle, on étudie l'impact sur la longueur de queue et sur les temps de parcours, sans et avec voie réservée, d'une modification des paramètres : · Offre : 3000 véh/h3150 véh/h (+5%) ; · Offre : 3000 véh/h 2850 véh/h (-5%) ; · Décalage de l'offre et de la demande de 150 véh/h : offre 3000 véh/h 3150 véh/h demande 3500 véh/h 3650 véh/h Pour les paramètres K et w, on suppose connu le produit K × w que l'on fixe à 7500. Il s'agit en effet d'une grandeur représentative de l'inverse du temps de réaction, que l'on suppose peu variable. · K(3 voies) : 375 véh/km 415 véh/km (+10%) ; · K(3 voies) : 375 véh/km 335 véh/km (-10%). w et K(2 voies) s'en déduisent. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 48 - Résultats des tests de sensibilité Les résultats issus du tableur sont les suivants : - Analyse des résultats De petites variations de la demande et de l'offre entraînent une variation importante du stock de véhicules, et donc des temps de parcours et des longueurs de queue. En revanche, un décalage conjoint de la demande et de l'offre a un impact beaucoup plus limité. Il y a donc une grande sensibilité des temps de parcours à la demande et à l'offre. A l'inverse, si les temps de parcours sont connus avec une précision moyenne, on pourra caler avec une bonne précision l'offre à partir de la demande, ou la demande à partir de l'offre : Il suffit de décaler la courbe de débit cumulé d'une valeur correspondant au temps de parcours. On retiendra qu'une modélisation de projet de voie réservée ne peut pas être réalisée en fixant de manière indépendante l'offre et la demande (par exemple avec des débits mesurés sur des stations à l'amont et à l'aval). De la même manière, le calage d'une modélisation dynamique de voie réservée ne doit pas être faite, comme sur un modèle statique, en comparant les débits observés et modélisés, mais en comparant les temps de parcours. Fort logiquement, la modification des paramètres K et w ne modifie pas les temps de parcours parce que ceux-ci sont déterminés par les courbes de débits cumulés de demande et d'offre. Par contre elle change les longueurs de queues : + 1,6 km / - 1,3km lorsque la voie est activée. Cette incertitude est gênante à 2 titres : elle ne permet pas d'évaluer correctement la congestion qui peut gêner l'accès à la voie réservée, et elle empêche d'estimer de manière fiable les impacts du projet sur les noeuds à l'amont et sur les autres sections du réseau. Il conviendra de caler le modèle de manière à ce qu'il représente correctement les longueurs de queues observées et les vitesses mesurées dans les zones de congestion (ce qui garantit implicitement des paramètres K et w cohérents avec ceux du trafic). Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 49 5. Recommandations et méthodes de validation Ce chapitre propose des éléments d'aide à la décision pour le maître d'ouvrage concernant la validation des résultats du calage. Pour chaque grandeur qu'il faut impérativement voir reproduite par le modèle, une analyse graphique des différences entre donnée issue de l'observation et donnée fournie en sortie de la simulation est proposée. Des indicateurs quantitatifs pourront éventuellement être proposés par le prestataire, mais ceux-ci devront toujours être analysés à partir de tels graphiques. 5.1. Une étude basée sur un cahier des charges précis Le cahier des charges qui sert de base technique à la commande d'une étude en simulation doit principalement développer deux volets : · (A) les données déjà disponibles et l'ensemble des recueils de données (enquêtes et mesures) qui devront être réalisés afin d'alimenter le futur modèle dynamique, · (B) le type de modèle, les données d'entrée et de sortie attendues, ainsi que la spécification de tous les scénarios (offre et demande de transport) à tester en simulation dynamique. Lors de la consultation des entreprises, deux choix s'offrent au maître d'ouvrage : · Soit chaque volet fait l'objet d'un lot séparé au sein d'un même marché public. Cela permet ainsi une meilleure réponse des prestataires en termes de spécialisation de chaque candidat dans son domaine. · Soit les deux volets sont fusionnées dans le même lot au sein d'un marché public. Cela permet un fonctionnement plus transparent et plus fluide de la prestation, étant donné que le lien enquêtes-modèle est interne au prestataire. D'une manière générale et quand le calendrier de l'étude le permet, il est toujours profitable d'utiliser un marché public à lots distincts. En effet, la réunion des deux phases est souvent artificielle et apporte finalement peu de gain. Les candidats sont alors des groupements avec cotraitance ou sous-traitance, ce qui rend difficile la dissociation des responsabilités techniques, des problèmes de fiabilité et de respect du cahier des charges. - Premier volet : (A) Les données Il convient dans un premier temps de balayer l'intégralité des données dont le prestataire aura besoin pour la réalisation de l'étude. Dans le cas où une partie des données existe déjà et peut être récupérée, par exemple auprès de gestionnaires de voirie, l'inventaire de celles-ci doit être fait dans le cahier des charges. On veille toujours à donner leurs spécifications, les délais et formalités pour les obtenir. Concernant les données restantes, nécessaires mais non disponibles, il s'agit dans un premier temps de définir les besoins, et dans un second temps d'élaborer un recueil de données permettant de répondre à ce besoin. Le protocole peut contenir plusieurs types de dispositifs, fréquemment mis en oeuvre en simultané sur le terrain. Pour l'estimation de la demande de trafic (flux O/D), il est indispensable de prévoir une enquête ad hoc qui puisse fournir ces données, car à défaut d'un modèle statique, il n'existe pas de matrices Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 50 « pré-existantes ». Ce guide conseille donc la réalisation d'une enquête par relevé de plaques minéralogiques si aucune donnée de flux n'existe sur la zone d'étude. Cette enquête se déroule préférentiellement sur une journée ouvrée type (mardi ou jeudi) en dehors des périodes de congés scolaires. On cible généralement les deux périodes de pointe de la journée, ce qui implique la mise en oeuvre du dispositif durant environ 3 heures le matin et 4 heures le soir. Afin de pouvoir segmenter la demande en termes de classes d'usagers, cette enquête doit être accompagnée de recensements visuels des différentes classes durant les mêmes périodes. Ce guide insiste sur la nécessité de la pose de compteurs automatiques en complément des stations de l'exploitant dont les données doivent naturellement être récupérées. Les stations de comptage existantes ne sont généralement pas en nombre suffisant pour couvrir tout le réseau du périmètre d'étude. De plus, leur maillage n'est souvent pas assez fin pour rendre compte de tous les phénomènes. Les comptages complémentaires doivent être positionnés en priorité aux entrées du périmètre, en dehors de la zone de congestion pour obtenir des chroniques de « demande », et aux sorties, où l'offre limitante induit la congestion sur le réseau, ainsi qu'aux branches des convergents qui saturent (soit en section principale, soit en bretelle d'entrée). Pour tout dispositif de comptage, existant ou installé de manière temporaire, les capteurs mis en oeuvre doivent fournir les deux informations de débit et de vitesse. Dans l'idéal, la donnée est désagrégée par voie de circulation. Néanmoins, une donnée toutes voies confondues est également acceptable. Les données doivent être agrégées préférentiellement par période d'une minute, ou à défaut sur une période n'excédant pas 6 minutes. Au moins deux semaines de comptage en continu (24h/24, 7 jours sur 7) sont nécessaires. Une période de mesure plus longue permettra toujours de consolider les hypothèses prises sur le volume et la variabilité de la demande. Il est enfin fortement conseillé de collecter des données de temps de parcours, a minima sur les voies structurantes et les itinéraires représentatifs. Les temps de parcours demandés doivent être agrégés de préférence à la minute, mais cette exigence peut être incompatible avec les données disponibles. En effet, selon la taille de l'échantillon des usagers ciblés par la mesure de temps de parcours, on peut potentiellement manquer d'information, notamment quand on se base sur des traces GPS hors voies structurantes ou hors zone urbaine dense (trop peu nombreuses). Les données de temps de parcours recueillies par l'enquête minéralogique ou par la pose de balises Bluetooth sont les plus fiables dans le sens où l'on est certain que le temps de parcours fourni en résultat correspond bien au temps mis par un même véhicule pour aller d'une origine à une destination données. Il convient de positionner les dispositifs au niveau de certains points intermédiaires importants. De même que pour les comptages automatiques, il est toujours souhaitable de réaliser les mesures sur le plus grand nombre de jours possible, à savoir au moins deux semaines et un mois préférentiellement. Dans tous les cas, il est fondamental que ces relevés soient faits sur une période incluse dans la période des comptages de débits. - Deuxième volet : (B) Le modèle Il convient de déterminer dès l'élaboration du cahier des charges les grandes questions auxquelles devra répondre l'étude, par exemple : · Les modifications des phénomènes de congestion engendrés sur le réseau par la voie réservée sont-ils acceptables ? · Les usagers empruntant la voie réservée bénéficient-t-ils d'un gain de temps de parcours significatif par rapport à ceux des voies de circulation générale ? · Les véhicules autorisés sur la voie réservée peuvent-ils aisément s'y insérer et en sortir ? · ... Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 51 Les différentes variantes du projet de voie réservée à étudier doivent également être définies dès le début de la prestation. Les principales caractéristiques pouvant différencier les variantes sont la position du début et de la fin de la voie réservée, la vitesse réglementaire sur cette voie et sur les voies de circulation générale, les modalités d'accès et de sortie de la voie réservée (sur tout le linéaire ou en des points d'échange précis), etc. Puisque chaque option testée demande un temps comparable de réalisation de simulations et l'exploitation des résultats, il est primordial de limiter ce nombre d'options aux strictes nécessaires afin de ne pas trop alourdir l'étude en termes de délais. Il conviendra donc, plutôt que d'envisager de manière systématique toutes les possibilités d'aménagement, de construire le projet étape par étape sur la base du réseau actuel. D'abord, le maître d'ouvrage peut inclure des options de projet testant la géométrie de la voie réservée, c'est-àdire la position du début et de la fin de la voie réservée. Cela permet ainsi de réduire le nombre de simulations à réaliser, de faciliter la démarche d'analyse du projet et de mieux structurer l'étude. En outre, le maître d'ouvrage pourra se montrer plus exigent sur la qualité de la réalisation de l'étude si la commande a été bien pensée et délimitée (quant au nombre d'options à tester) au préalable. Si le maître d'ouvrage a l'intention de tester les impacts de la voie réservée à un horizon futur, il est indispensable de définir au moment de l'élaboration du cahier des charges la méthode qui permettra d'estimer la demande à cet horizon futur. Il existe deux moyens : · Soit un modèle statique existe et couvre le périmètre d'étude. Dans ce cas, il est possible d'utiliser une matrice O/D construite sur les projections socio-économiques implémentées dans le modèle statique. Si l'horizon futur du modèle dynamique ne coïncide pas avec l'horizon futur du modèle statique, la matrice O/D devra être construite à partir d'une interpolation ou d'une extrapolation, ce qui introduit une hypothèse supplémentaire. L'emploi du modèle statique comporte l'avantage de fournir des hypothèses d'évolution de la demande qui ont déjà été validées politiquement par un collège de maîtres d'ouvrages. En revanche, les demandes provenant du modèle statique peuvent ne pas être adaptées pour une simulation dynamique dans le sens où elles ne prennent pas en compte les retenues de trafic en amont de la zone de projet. · Soit il n'existe pas de modèle statique. Dans ce cas, il faudra poser des hypothèses d'évolution de la demande à partir de ratios annuels moyens. Selon la complexité du réseau et du tissu urbain environnant, et selon les exigences en termes de reproduction fine des évolutions, les hypothèses devront être plus ou moins détaillées. L'hypothèse la plus simple correspond à une évolution homogène de la matrice. On peut éventuellement distinguer des ratios différents en fonction des O/D et/ou en fonction du type de véhicule. D'une manière générale, l'hypothèse d'évolution sur base de ratios doit absolument être assumée par le maître d'ouvrage, car elle conditionne en grande partie les résultats des tests de la voie réservée à l'horizon futur. Enfin, il est d'usage lors du recours à la simulation dynamique de faire réaliser plusieurs réplications de chaque scénario par le prestataire. Dix réplications est une pratique courante, mais pour cette question importante, nous renvoyons le lecteur au guide « Étude de simulation dynamique de trafic ­ Guide de réalisation », publié aux éditions du Cerema. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 52 5.2. Un calage en deux phases Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 53 5.3. Des résultats aux formats standardisés Pour valider les différentes phases de l'étude, la maîtrise d'ouvrage doit avoir une bonne connaissance des données de sortie issues des simulations dynamiques. Or, ces dernières sont généralement réalisées en utilisant des logiciels propriétaires, qui ont leur propre format d'export et de présentation visuelle des résultats, souvent complexes et difficilement exploitables pour qui ne maîtrise pas les outils en profondeur. Dans le but de s'affranchir de cette difficulté, ce guide propose ci-après des formats de données simples et standardisés permettant au maître d'ouvrage de disposer de toutes les informations quantitatives de l'étude sans pour autant avoir besoin de maîtriser le logiciel de simulation utilisé par le prestataire. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 54 - Format standard des données réelles collectées Le format de données standard rassemblant les comptages automatiques se présente sous la forme d'un unique fichier de type CSV avec séparateur ";" comprenant les colonnes suivantes : · Identifiant du poste (ex : C1) ; · Date, au format AAAAMMJJ (ex : 20180312 pour le 12 mars 2018) ; · Heure de la journée (ex : 07:24 pour la période de 7h24 à 7h30) ; · Nombre de VL mesurés ; · Nombre de PL mesurés ; · Taux d'occupation mesuré, en pourcentage (ex : 12). Le format de données standard rassemblant les temps de parcours se présente sous la forme d'un unique fichier de type CSV avec séparateur ";" comprenant les colonnes suivantes : · Identifiant du point de référence d'origine (ex : P2); · Identifiant du point de référence de destination (ex : P3) ; · Date, au format AAAAMMJJ (ex : 20180312 pour le 12 mars 2018) ; · Heure de la journée (ex : 07:24 pour la période de 7h24 à 7h30) ; · Nombre de données ayant servi au calcul ; · Temps de parcours minimum mesuré dans la période, en secondes entières ; · Temps de parcours du 1er quartile mesuré dans la période, en secondes entières ; · Temps de parcours médian de ceux mesurés dans la période, en secondes entières ; · Temps de parcours du 3e quartile mesuré dans la période, en secondes entières ; · Temps de parcours maximum mesuré dans la période, en secondes entières. Par convention, les données qui seront agrégées dans une période sont celles pour lesquelles la date d'arrivée au poste de référence de destination est située dans cette période. - Données du réseau Les différents paramètres-clé macroscopiques ci-dessous doivent pouvoir être demandés au prestataire, et celui-ci doit pouvoir les fournir. Il s'agit : · de la capacité à un instant et en un point donné ; · de la concentration critique (ou remontée maximale de la file d'attente) ; · du partage de priorité dans les convergents ; · de l'aspect FIFO ou non FIFO d'un divergent, et les effets globaux sur la congestion. Ces paramètres, éventuellement estimés à partir des sorties de simulation, doivent apparaître dans une base de données standardisée de la forme suivante, en .csv ou en .shp ou en .xls : Figure 5.3. Format de données standardisé du réseau Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 55 Figure 5.4. Représentation cartographique du réseau sur la base des données du réseau - Données génériques issues des simulations Pour que le maître d'ouvrage puisse apprécier le résultat d'une simulation, il doit disposer de deux types d'informations : · (i) les résultats de simulation agrégés que sont les débits et vitesses moyennes par lien et par période de 1 min, · (ii) les temps de parcours sur les mêmes itinéraires que ceux définis dans la campagne de mesure. Le format de données standard rassemblant les résultats de simulation agrégés se présente sous la forme d'un unique fichier de type CSV avec séparateur ";" comprenant les colonnes suivantes : · L'heure de la fin de la période de 6 min (ex : 08:36:00) ; · Le type d'information (ex : Q pour le débit, V pour la vitesse) ; · Une colonne, dont l'en-tête associé est le numéro du lien, comportant le cas échéant la valeur de débit en véhicules par heure, ou la valeur de vitesse en km/h. Figure 5.5. Format de données standardisé des sorties de simulation Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 56 Le format de données standard rassemblant les temps de parcours de simulation détaillés par itinéraire (couple de balise) pour chaque période de 1 min, et en distinguant les véhicules autorisés des véhicules non autorisés sur la voie réservée, se présente sous la forme d'un unique fichier CSV comprenant les colonnes suivantes : · Identifiant de la balise d'origine (ex : P5) ; · Identifiant de la balise de destination (ex : P3) ; · L'heure de la fin de la période de 6 min (ex : 08:36:00) ; · Minimum des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules autorisés sur la voie réservée ; · Médiane des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules autorisés sur la voie réservée ; · Maximum des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules autorisés sur la voie réservée ; · Minimum des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules non autorisés sur la voie réservée ; · Médiane des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules non autorisés sur la voie réservée ; · Maximum des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules non autorisés sur la voie réservée. - Cas particulier des données pour validation du calage Spécifiquement pour la phase de calage, deux tableurs doivent être produits par le prestataire pour chaque scénario de demande en situation actuelle afin de servir de support à la comparaison entre les données automatiques et les résultats simulés. Le premier fichier CSV standard met en regard les données de comptage observées et les données simulées. Il comporte les colonnes suivantes : · Identifiant du capteur (ex : C1) ; · Heure de la fin de la période de 6 min (ex : 08:36:00) ; · Minimum observé sur les données des 10 jours ouvrés au capteur sur la période ; · Médiane observée sur les données des 10 jours ouvrés au capteur sur la période ; · 3e quartile observé sur les données des 10 jours ouvrés au capteur sur la période ; · Maximum observé sur les données des 10 jours ouvrés au capteur sur la période ; · Minimum des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré ; · Médiane des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré ; · Maximum des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré. Si l'outil de simulation a été considéré comme quasi-déterministe, les trois dernières colonnes donneront les valeurs issues de l'unique simulation. Le second fichier CSV met en regard les données de temps de parcours observées et les temps de parcours simulés sur les différents itinéraires. Il comporte les colonnes suivantes : · Identifiant de la balise d'origine (ex : P5) ; · Identifiant de la balise de destination (ex : P3) ; · Heure de la fin de la période de 6 min (ex : 08:36:00) ; · Minimum observé sur les données des 10 jours ouvrés sur l'itinéraire sur la période ; · Médiane observée sur les données des 10 jours ouvrés sur l'itinéraire sur la période ; · 3e quartile observé sur les données des 10 jours ouvrés sur l'itinéraire sur la période ; · Maximum observé sur les données des 10 jours ouvrés sur l'itinéraire sur la période ; · Minimum des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré ; · Médiane des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré ; · Maximum des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 57 Si l'outil de simulation a été considéré comme quasi-déterministe, les trois dernières colonnes donneront les valeurs issues de l'unique simulation. 5.4. Une validation du calage en plusieurs étapes - Présentation graphique des résultats du calage pour un scénario donné On suppose que, pour chaque scénario, un ensemble de jours caractéristiques a été choisi. Par la suite, un code couleur unique est utilisé : · Une courbe bleue pour la médiane (ou à la moyenne) des chroniques de données observées ; · Une enveloppe bleue pour l'enveloppe min-max des données observées sur les jours sélectionnés ; · Une courbe rouge pour la médiane (ou à la moyenne) des réplications s'il y en a eu plusieurs, ce qui est nécessaire dans le cas d'un modèle stochastique. La figure ci-dessous est décomposée en plusieurs sous-figures. Chacune d'elle se rapporte à une boucle de comptage et représente les débits (simulés ou observés) en fonction du temps. L'obtention d'une telle figure est assez immédiate à partir du format standard de données proposé dans la section précédente. Il faut que des boucles virtuelles soient positionnées dans la simulation aux positions des boucles réelles. - (a) Validation de la demande : les bonnes chroniques de débits aux points de mesure Figure 5.6. Comparaison entre les débits mesurés aux boucles dans la réalité et simulés par le modèle (A35) Pour estimer le niveau de qualité du calage et vérifier que celui-ci a permis de reproduire les bons débits aux bons moments, il convient de comparer les chroniques simulées (rouges) et les chroniques observées (bleues). Il s'agit de vérifier visuellement : que la courbe rouge est dans l'enveloppe min-max sur toutes les données (nécessaire), et qu'elle se rapproche de la courbe bleue (idéal). Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 58 Ce guide ne propose ni critère quantitatif ni seuil permettant de valider ou de rejeter le calage d'une manière binaire. Cette validation doit être décidé par le maître d'ouvrage en tenant compte des justifications du prestataire. Il convient de garder à l'esprit qu'un calage parfait n'existe pas. D'ailleurs, les données apportées en entrée du modèle sont également imparfaites avec des risques de divergence dus aux erreurs commises. Ainsi, en fonction de la complexité du réseau ou des phénomènes s'y déroulant, des écarts parfois significatifs peuvent être tolérés. - (b) Validation des conditions de trafic : Les bons temps de parcours sur les itinéraires Une analyse similaire à celle présentée pour les débits peut être effectuée pour apprécier la manière dont le calage a permis de reproduire les bonnes congestions aux bons endroits et aux bons moments. Le meilleur indicateur de congestion, pour être agrégé et simple à obtenir, est le temps de parcours sur un itinéraire. Cette analyse n'est possible que lorsque des temps de parcours ont été mesurés sur le terrain. Des balises virtuelles doivent alors être positionnées à différents lieux du réseau et « enregistrer » les dates de passage des véhicules durant la simulation. Tout du moins les temps de parcours pratiqués doivent pouvoir être récupérés sur une suite continue de tronçons qui relient ces deux balises. L'objectif est le même que précédemment, à savoir obtenir une chronique des temps de parcours simulés (rouge) similaire à la chronique des temps de parcours observés (bleue). Figure 5.7. Comparaison entre les temps de parcours mesurés et simulés sur les mêmes itinéraires (A35) - (c) Complément : les bonnes chroniques de baisses des vitesses aux points de mesure Pour compéter le contrôle des temps de parcours, notamment lorsque le calage initial ne permet pas de les reproduire correctement, il est possible de se référer aux vitesses mesurées par les capteurs. Cela peut permettre de détecter les tronçons du projet sur lesquels le prestataire doit améliorer son calage. Les vitesses mesurées par les boucles sur le terrain et dans la simulation sont comparées. Il convient ici de vérifier que les vitesses diminuent et augmentent aux bons moments sur chacune des boucles virtuelles. Le niveau de la baisse de vitesse n'est pas très important : seules les horodates de décrochage sont à considérer. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 59 Figure 5.8. Comparaison entre les vitesses mesurées aux boucles dans la réalité et simulées par le modèle (A35) Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 60 Si les points rouges issus des simulations sont situés à proximité de l'une de ces deux droites, alors le modèle reproduit un comportement réaliste de convergent. - L'exemple du projet de voie réservée sur A3 à Paris Une analyse comparative graphique a pu être réalisée sur les données observées et simulées du projet de voie réservée d'A3. Figure 5.10. Comparaison entre les débits mesurés aux boucles dans la réalité et simulés (A3-A86) Le calage, évalué sur la base des débits, n'est pas parfait, mais pourrait être considéré comme acceptable si les temps de parcours était bien représentés. Or, le calage, évalué sur la base des temps de parcours, est qualitativement moins bon. Il est correct sur les postes "2-1" et "4-3". En revanche, sur le poste "3-2", on observe une congestion qui ne devrait pas avoir lieu à 07:00. Le contraire se produit sur le poste "6-5" où il n'y a aucun ralentissement dans le modèle contrairement à ce qui est observé sur le terrain. Sur le poste "6-1", la congestion est un peu trop forte. Enfin, sur le poste "5-4", la dynamique d'évolution des temps de parcours n'est pas bonne. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 61 Figure 5.11. Comparaison entre temps de parcours mesurés et simulés sur les mêmes itinéraires (A3-A86) Dans pareil cas, il est conseillé au maître d'ouvrage de demander à ce que le calage soit repris pour être ponctuellement amélioré. Dans cette optique, le maître d'ouvrage peut se baser sur sa connaissance du réseau pour indiquer au prestataire où modifier le paramétrage du modèle et ainsi améliorer les simulations. Nota : Dans cet exemple, la durée du recueil de données (3 jours seulement) et la période d'agrégation retenue (15 min plutôt que 6 min) ne facilitaient pas la recherche de jours caractéristiques, et c'est sûrement sur ce point que l'étude en simulation aurait pu être améliorée. 5.5. La représentation de grandeurs macroscopiques caractéristiques Cette partie propose des éléments graphiques que le prestataire est capable de produire sur la base des données de sortie de simulation demandées. Ces graphiques peuvent être fournis pour les scénarios de calage en situation actuelle, mais aussi sur les options de projet pour permettre une comparaison visuelle et immédiate des effets du projet. - Les remontées maximales des congestions La représentation graphique la plus classique permettant d'analyser les remontées maximales de congestion s'appelle le « traficolor ». Il s'agit d'une représentation des vitesses moyennes pratiquées sur les différents liens du réseau, généralement basée sur une palette de couleur allant du vert (fluide) au rouge (très congestionné). Cette représentation peut également intégrer le débit passant par chaque lien en lui conférant une épaisseur de trait proportionnelle. Différentes variantes de représentation peuvent être envisagées suivant que l'on choisisse le débit total, le débit maximum ayant franchi le lien, ou le débit ayant franchi le lien à une heure de pointe donnée. De même, la couleur peut être définie par un certain fractile de vitesse mesurées sur le lien, ou la vitesse mesurée à une heure de pointe donnée. Le maître d'ouvrage devra préciser ses souhaits en fonction de ses propres variables et seuils d'appréciation de la situation. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 62 Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 63 5.6. Éléments de choix d'un scénario - Comparaison des traficolors des options de projet Pour mettre en évidence de manière claire et immédiate les modifications de fonctionnement induites par la voie réservée, il est utile de mettre en regard les traficolors des situations avant et après aménagement de la voie réservée. Cela permet notamment de visualiser l'impact du projet sur la géométrie de la congestion : lieux de formation, longueurs de files, etc. Figure 5.14. Traficolor des conditions de trafic entre la situation (a) sans et (b) avec la voie réservée (A35) Dans la figure ci-dessus, on voit que la congestion sur l'A35 dans le sens entrant depuis le Sud commence plus en amont, au niveau du début de la voie réservée. La situation est également plus fluide juste en aval du début de la voie. De plus, la congestion se propage moins loin, ce qui est essentiellement lié aux hypothèses de report de trafic sur une autre infrastructure non reproduite ici (hypothèses prises en compte de manière implicite par la matrice O/D issue du modèle statique). - Comparaison des temps de parcours sur plusieurs itinéraires des options de projet Pour comparer de manière objective deux scénarios, les temps de parcours sur des itinéraires complets constituent des indicateurs quantitatifs pertinents. Dans le cas décrit ci-après, les temps de parcours permettent de comparer plusieurs situations de projet. On voit que certains temps de parcours ne sont pas modifiés (les temps de parcours sur les tronçons fluides restent comparables), tandis que les temps de parcours sur d'autres tronçons évoluent. En particulier, on peut observer des temps de parcours inférieurs sur A35 Sud dans le sens entrant dans les scénarios avec voie réservée (courbes cyan et violette). Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 64 Figure 5.15. Comparaison des chroniques de temps de parcours de deux scénarios sur 4 itinéraires Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 65  (ATTENTION: OPTION 'une demande « locale » restreinte aux mouvements observés aux noeuds du réseau par coefficients directionnels Lorsqu'il n'existe ni modèle statique, ni enquête O/D, une méthode simple consiste à propager l'information des données de comptage sur l'ensemble des liens du réseau. Cette méthode nécessite de disposer de comptages sur l'ensemble des sections du réseau, c'est-à-dire sur toutes les entrées, toutes les sorties, et toutes les sections courantes. Elle prend alors comme point de départ les demandes aux entrées, ainsi que les coefficients directionnels au niveau des divergents (entrecroisements inclus). A noter que les coefficients directionnels se déduisent des données des boucles par ratio entre les branches du divergent. Une matrice O/D dynamique peut alors être reconstituée. En revanche, le modélisateur doit avoir à l'esprit que cette matrice ne correspond pas Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 44 nécessairement à la réalité. En particulier, la méthode ne permet pas d'estimer correctement les origine-destination sur les entrecroisements. - Méthode (4) : Construction d'une matrice O/D à partir des comptages automatiques et par application d'un algorithme Fratar Lorsque l'on ne dispose ni d'un modèle statique, ni d'une enquête permettant l'estimation des différents flux O/D, la matrice O/D peut être construite uniquement sur la base des comptages automatiques. L'algorithme Fratar est un outil simple et efficace pour construire une matrice de manière automatique dans les cas où l'on ne connaît que ses conditions aux limites : les débits totaux sur chaque entrée et sur chaque sortie. Ces conditions aux limites sont appelées les contraintes aux marges. Pour obtenir une matrice O/D dynamique, c'est-à-dire sur des intervalles de temps réduits, les contraintes aux marges sont alors définies pour chacun de ces intervalles, par exemple par période de 15 min. Cette méthode est simple mais comporte des inconvénients majeurs : · l'algorithme fournit une matrice O/D qui répond aux conditions aux marges, mais cette matrice n'est pas forcément la seule possible ou celle qui rend réellement compte des flux observables sur le terrain. Ceci peut conduire à se tromper de matrices O/D, par exemple dans des zones d'entrecroisements, et donc de mal prendre en compte les baisses de capacité de ces zones. · l'algorithme fonctionne sur une hypothèse de conservation des volumes entre les entrées et les sorties, ce qui implique un temps de parcours nul à l'intérieur du périmètre d'étude. Comme cette hypothèse n'a pas de réalité physique, le résultat de l'algorithme Fratar fournira toujours une demande approximative et biaisée, d'autant plus que l'intervalle de temps considéré sera court et que les véhicules mettront longtemps à transiter d'une entrée à une sortie. Des techniques de recalage dynamique de matrices O/D prenant en compte les temps de parcours commencent à émerger, mais les résultats obtenus restent toujours moins bons qu'avec les méthodes précédentes. · l'algorithme considère tous les itinéraires comme possibles et réalisables. Il faut donc faire attention et bien mettre à zéro préalablement les mouvements/flux interdits. 4.4. Calage de l'offre : principe et méthodes - Objectif du calage de l'offre L'objectif du calage de l'offre est de reproduire : · Le bon volume de véhicules sur chaque lien du réseau et sur chaque O/D observée, la cohérence entre le niveau de la demande estimée et l'offre codée dans le modèle, les bons temps de parcours par itinéraires complets entre origine-destination et sur des trajets spécifiques. · La bonne répartition de l'occupation instantanée du réseau par les véhicules, la localisation et l'emprise de la congestion en tout point du périmètre, l'intégralité des phénomènes de congestion et des retenues occasionnées pour le réseau étudié. · La position instantanée du front de congestion. Dans le cas où la congestion se propage jusqu'à une entrée du réseau modélisé, il conviendra d'estimer la file d'attente virtuelle en amont de l'entrée saturée, sans chercher à modéliser le réseau urbain qui serait concerné. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 45 - Principe du calage de l'offre en pratique En pratique, il est très difficile d'obtenir l'ensemble de ces informations sur le terrain de manière précise et continue. Cela nécessiterait la mise en oeuvre de moyens importants et onéreux, tels que l'enregistrement vidéo de tout lieu de la zone d'étude sur l'intégralité de la période de pointe, l'emploi de relevés humains et/ou automatiques sur chaque lien et noeud du réseau. Les solutions numériques deviennent peu à peu des options envisageables pour pallier les insuffisances des moyens de terrain, mais leur mise en oeuvre est sujette à précaution quant à la représentativité des données obtenues : pénétration faible et hétérogène des usagers du réseau, défauts de localisation précise/suivi complet des usagers d'un bout à l'autre de leur relation O/D. Quoi qu'il en soit, dans l'attente de l'évolution des protocoles d'enquête, la réponse pragmatique et immédiate aux besoins exprimés ci-dessus est l'utilisation des informations de temps de parcours. En effet, on pose l'hypothèse que si les débits sont correctement reproduits, et les temps de parcours également, alors les volumes de véhicules pris en congestion sur le réseau et la position des fronts de congestion reproduisent de manière satisfaisante les conditions d'écoulement réels. Notons toutefois qu'idéalement, il faudrait disposer des débits sur tous les arcs. De plus, il convient d'estimer les temps de parcours intermédiaires sur plusieurs portions de l'itinéraire principal de manière à localiser avec plus de certitude les phénomènes de congestion au fil du linéaire. Le calage en offre consiste donc à reproduire les bonnes variations temporelles du temps de parcours, et leur répartition sur les liens du réseau. Les leviers de calage (variable d'ajustement) diffèrent en fonction du logiciel et du type de modèle utilisé. Le prestataire devra être en mesure de maîtriser son outil pour obtenir un calage satisfaisant et stabilisé. L'idéal est de jouer sur des paramètres globaux, c'est à dire sur les lois d'écoulement du trafic sur l'ensemble de la zone d'étude. En ce sens un outil microscopique aura été particulièrement bien adapté si l'on arrive à reproduire l'existant en ne jouant que sur ces paramètres globaux. Cela est néanmoins souvent insuffisant. La démarche consiste alors essentiellement à modifier localement les propriétés d'écoulement des liens et des noeuds. Le prestataire doit aussi préciser comment il fait évoluer ces modifications locales lors de la modélisation de la situation de projet. - Reproduction des têtes de bouchon et ajustement des écoulements Il convient que la simulation reproduise les têtes de bouchon aux mêmes endroits que dans la réalité. Les modifications des paramètres du modèle effectuées lors du calage ont pour premier objectif de situer les têtes de bouchon de manière correcte sur le périmètre d'étude, tout en s'assurant qu'elles reproduisent les bons flux de trafic. Les têtes de bouchon sont généralement situées à des noeuds de type convergent, divergent, entrecroisement ou aux rabattements de voies. Il convient que le modèle dynamique reproduise un comportement des véhicules proche de celui qui a pu être observé sur le terrain. Pour cela, le modélisateur dispose de deux leviers principaux : · Le premier levier consiste, lorsque cela est possible dans le logiciel utilisé, en une modification de l'offre en aval. Cette offre peut être la capacité des liens avals des noeuds où est située la tête de bouchon. Cela consiste à "pincer" ou "détendre" les liens du réseau pour y faire entrer plus ou moins de véhicules. Dans la réalité, la capacité mobilisable peut varier dans le temps. En effet, cette capacité peut être modulée en fonction de l'évolution du fonctionnement du réseau en aval, ou même en dehors du périmètre étudié. Plus les périodes d'agrégation des mesures sont petites, plus ces fluctuations peuvent être fortes. Or, les capacités sont par hypothèse fixées par l'utilisateur et constantes dans un modèle dynamique. Il existe donc un enjeu important sur le choix des valeurs nominales attribuées à chaque élément du réseau. Généralement, une valeur par défaut est choisie initialement dans le modèle, et le prestataire modifie cette valeur au cours du calage afin de retrouver des caractéristiques proche de la réalité. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 46 - Reproduction de l'amplitude spatio-temporelle de la congestion Une fois les têtes de bouchon correctement situées sur le réseau, il convient de modifier l'amplitude spatiale et temporelle de la congestion. Deux leviers d'action macroscopiques existent : · Le premier est le même qui a été évoqué précédemment, à savoir la modification de la capacité d'un lien qui se trouve être le lieu d'une tête de bouchon. Plus la capacité est élevée, plus la congestion apparaîtra tardivement et se résorbera tôt. Et la longueur de retenue de véhicules sera moindre. Une capacité plus faible va au contraire étaler l'amplitude temporelle de la congestion et allonger la congestion. Ainsi, le réseau montera très vite en charge, ce qui créera une congestion remontant très loin en amont et formera des bouchons de manière durable. Le prestataire peut jouer sur différentes capacités dans le modèle afin de reproduire les dynamiques de temps de parcours observés sur le terrain, et notamment les heures d'apparition et de résorption de la congestion. · Le second levier d'action est un ajustement de l'amplitude spatiale des bouchons par modulation locale de la densité d'occupation du réseau par les véhicules. Cette mesure doit impérativement intervenir après l'ajustement de l'amplitude temporelle (premier levier). Le paramètre principal de calage utilisé doit être une grandeur assimilée à la concentration maximale des véhicules à l'arrêt. En effet, une valeur forte de ce paramètre induit un bouchon ramassé avec des véhicules « collés » les uns aux autres, ce qui permet de limiter la propagation d'une congestion sur le réseau. À l'inverse, une valeur faible reproduira un bouchon « distendu » et entraîne une propagation rapide et ample de la congestion. Les trois grandeurs macroscopiques que sont : · la capacité des liens, · la concentration maximale des véhicules, · le partage de priorité aux convergents, Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 47 jouent chacune à leur niveau sur la géométrie spatio-temporelle de la congestion. Il est important de garder en tête que l'ajustement d'une de ces grandeurs est intimement liée à l'ajustement des autres. Le fait de modifier l'un de ces paramètres pour reproduire tel ou tel phénomène affecte en général ce qui a été accompli à d'autres niveaux, et peut remettre en cause la cohérence globale du calage. La phase de calage en offre est donc longue et fastidieuse. Bien qu'elle repose souvent sur des tâtonnements successifs, la hiérarchisation des actions à mener et une bonne connaissance de la modélisation dynamique sont les éléments-clés pour parvenir à un calage satisfaisant. C'est la raison pour laquelle elle doit être laissée à l'expertise du prestataire, le maître d'ouvrage se contentant de vérifier les indicateurs de calage identifiés au début de l'étude et valider le résultat final. - Ajustement de l'offre avale en limite du périmètre modélisé Lorsqu'une congestion est créée en aval d'une section, à l'extérieur du périmètre modélisé, il convient de définir une offre variable en sortie du réseau. Cette offre aura un impact fort sur les conditions de circulation modélisées. Il conviendra alors de vérifier la concordance du modèle avec les données, en se basant principalement sur la reproduction des temps de parcours. 4.5. Exemple de test de sensibilité d'un modèle aux paramètres - Tests de sensibilité appliqué au modèle utilisé au chapitre 2.4 Le modèle utilisé au chapitre 2.4 suppose que l'on cale correctement l'offre et la demande et que l'on détermine les paramètres du diagramme fondamental, la concentration maximale des véhicules K et la vitesse de propagation maximale de la congestion w. Pour tester la sensibilité du modèle, on étudie l'impact sur la longueur de queue et sur les temps de parcours, sans et avec voie réservée, d'une modification des paramètres : · Offre : 3000 véh/h3150 véh/h (+5%) ; · Offre : 3000 véh/h 2850 véh/h (-5%) ; · Décalage de l'offre et de la demande de 150 véh/h : offre 3000 véh/h 3150 véh/h demande 3500 véh/h 3650 véh/h Pour les paramètres K et w, on suppose connu le produit K × w que l'on fixe à 7500. Il s'agit en effet d'une grandeur représentative de l'inverse du temps de réaction, que l'on suppose peu variable. · K(3 voies) : 375 véh/km 415 véh/km (+10%) ; · K(3 voies) : 375 véh/km 335 véh/km (-10%). w et K(2 voies) s'en déduisent. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 48 - Résultats des tests de sensibilité Les résultats issus du tableur sont les suivants : - Analyse des résultats De petites variations de la demande et de l'offre entraînent une variation importante du stock de véhicules, et donc des temps de parcours et des longueurs de queue. En revanche, un décalage conjoint de la demande et de l'offre a un impact beaucoup plus limité. Il y a donc une grande sensibilité des temps de parcours à la demande et à l'offre. A l'inverse, si les temps de parcours sont connus avec une précision moyenne, on pourra caler avec une bonne précision l'offre à partir de la demande, ou la demande à partir de l'offre : Il suffit de décaler la courbe de débit cumulé d'une valeur correspondant au temps de parcours. On retiendra qu'une modélisation de projet de voie réservée ne peut pas être réalisée en fixant de manière indépendante l'offre et la demande (par exemple avec des débits mesurés sur des stations à l'amont et à l'aval). De la même manière, le calage d'une modélisation dynamique de voie réservée ne doit pas être faite, comme sur un modèle statique, en comparant les débits observés et modélisés, mais en comparant les temps de parcours. Fort logiquement, la modification des paramètres K et w ne modifie pas les temps de parcours parce que ceux-ci sont déterminés par les courbes de débits cumulés de demande et d'offre. Par contre elle change les longueurs de queues : + 1,6 km / - 1,3km lorsque la voie est activée. Cette incertitude est gênante à 2 titres : elle ne permet pas d'évaluer correctement la congestion qui peut gêner l'accès à la voie réservée, et elle empêche d'estimer de manière fiable les impacts du projet sur les noeuds à l'amont et sur les autres sections du réseau. Il conviendra de caler le modèle de manière à ce qu'il représente correctement les longueurs de queues observées et les vitesses mesurées dans les zones de congestion (ce qui garantit implicitement des paramètres K et w cohérents avec ceux du trafic). Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 49 5. Recommandations et méthodes de validation Ce chapitre propose des éléments d'aide à la décision pour le maître d'ouvrage concernant la validation des résultats du calage. Pour chaque grandeur qu'il faut impérativement voir reproduite par le modèle, une analyse graphique des différences entre donnée issue de l'observation et donnée fournie en sortie de la simulation est proposée. Des indicateurs quantitatifs pourront éventuellement être proposés par le prestataire, mais ceux-ci devront toujours être analysés à partir de tels graphiques. 5.1. Une étude basée sur un cahier des charges précis Le cahier des charges qui sert de base technique à la commande d'une étude en simulation doit principalement développer deux volets : · (A) les données déjà disponibles et l'ensemble des recueils de données (enquêtes et mesures) qui devront être réalisés afin d'alimenter le futur modèle dynamique, · (B) le type de modèle, les données d'entrée et de sortie attendues, ainsi que la spécification de tous les scénarios (offre et demande de transport) à tester en simulation dynamique. Lors de la consultation des entreprises, deux choix s'offrent au maître d'ouvrage : · Soit chaque volet fait l'objet d'un lot séparé au sein d'un même marché public. Cela permet ainsi une meilleure réponse des prestataires en termes de spécialisation de chaque candidat dans son domaine. · Soit les deux volets sont fusionnées dans le même lot au sein d'un marché public. Cela permet un fonctionnement plus transparent et plus fluide de la prestation, étant donné que le lien enquêtes-modèle est interne au prestataire. D'une manière générale et quand le calendrier de l'étude le permet, il est toujours profitable d'utiliser un marché public à lots distincts. En effet, la réunion des deux phases est souvent artificielle et apporte finalement peu de gain. Les candidats sont alors des groupements avec cotraitance ou sous-traitance, ce qui rend difficile la dissociation des responsabilités techniques, des problèmes de fiabilité et de respect du cahier des charges. - Premier volet : (A) Les données Il convient dans un premier temps de balayer l'intégralité des données dont le prestataire aura besoin pour la réalisation de l'étude. Dans le cas où une partie des données existe déjà et peut être récupérée, par exemple auprès de gestionnaires de voirie, l'inventaire de celles-ci doit être fait dans le cahier des charges. On veille toujours à donner leurs spécifications, les délais et formalités pour les obtenir. Concernant les données restantes, nécessaires mais non disponibles, il s'agit dans un premier temps de définir les besoins, et dans un second temps d'élaborer un recueil de données permettant de répondre à ce besoin. Le protocole peut contenir plusieurs types de dispositifs, fréquemment mis en oeuvre en simultané sur le terrain. Pour l'estimation de la demande de trafic (flux O/D), il est indispensable de prévoir une enquête ad hoc qui puisse fournir ces données, car à défaut d'un modèle statique, il n'existe pas de matrices Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 50 « pré-existantes ». Ce guide conseille donc la réalisation d'une enquête par relevé de plaques minéralogiques si aucune donnée de flux n'existe sur la zone d'étude. Cette enquête se déroule préférentiellement sur une journée ouvrée type (mardi ou jeudi) en dehors des périodes de congés scolaires. On cible généralement les deux périodes de pointe de la journée, ce qui implique la mise en oeuvre du dispositif durant environ 3 heures le matin et 4 heures le soir. Afin de pouvoir segmenter la demande en termes de classes d'usagers, cette enquête doit être accompagnée de recensements visuels des différentes classes durant les mêmes périodes. Ce guide insiste sur la nécessité de la pose de compteurs automatiques en complément des stations de l'exploitant dont les données doivent naturellement être récupérées. Les stations de comptage existantes ne sont généralement pas en nombre suffisant pour couvrir tout le réseau du périmètre d'étude. De plus, leur maillage n'est souvent pas assez fin pour rendre compte de tous les phénomènes. Les comptages complémentaires doivent être positionnés en priorité aux entrées du périmètre, en dehors de la zone de congestion pour obtenir des chroniques de « demande », et aux sorties, où l'offre limitante induit la congestion sur le réseau, ainsi qu'aux branches des convergents qui saturent (soit en section principale, soit en bretelle d'entrée). Pour tout dispositif de comptage, existant ou installé de manière temporaire, les capteurs mis en oeuvre doivent fournir les deux informations de débit et de vitesse. Dans l'idéal, la donnée est désagrégée par voie de circulation. Néanmoins, une donnée toutes voies confondues est également acceptable. Les données doivent être agrégées préférentiellement par période d'une minute, ou à défaut sur une période n'excédant pas 6 minutes. Au moins deux semaines de comptage en continu (24h/24, 7 jours sur 7) sont nécessaires. Une période de mesure plus longue permettra toujours de consolider les hypothèses prises sur le volume et la variabilité de la demande. Il est enfin fortement conseillé de collecter des données de temps de parcours, a minima sur les voies structurantes et les itinéraires représentatifs. Les temps de parcours demandés doivent être agrégés de préférence à la minute, mais cette exigence peut être incompatible avec les données disponibles. En effet, selon la taille de l'échantillon des usagers ciblés par la mesure de temps de parcours, on peut potentiellement manquer d'information, notamment quand on se base sur des traces GPS hors voies structurantes ou hors zone urbaine dense (trop peu nombreuses). Les données de temps de parcours recueillies par l'enquête minéralogique ou par la pose de balises Bluetooth sont les plus fiables dans le sens où l'on est certain que le temps de parcours fourni en résultat correspond bien au temps mis par un même véhicule pour aller d'une origine à une destination données. Il convient de positionner les dispositifs au niveau de certains points intermédiaires importants. De même que pour les comptages automatiques, il est toujours souhaitable de réaliser les mesures sur le plus grand nombre de jours possible, à savoir au moins deux semaines et un mois préférentiellement. Dans tous les cas, il est fondamental que ces relevés soient faits sur une période incluse dans la période des comptages de débits. - Deuxième volet : (B) Le modèle Il convient de déterminer dès l'élaboration du cahier des charges les grandes questions auxquelles devra répondre l'étude, par exemple : · Les modifications des phénomènes de congestion engendrés sur le réseau par la voie réservée sont-ils acceptables ? · Les usagers empruntant la voie réservée bénéficient-t-ils d'un gain de temps de parcours significatif par rapport à ceux des voies de circulation générale ? · Les véhicules autorisés sur la voie réservée peuvent-ils aisément s'y insérer et en sortir ? · ... Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 51 Les différentes variantes du projet de voie réservée à étudier doivent également être définies dès le début de la prestation. Les principales caractéristiques pouvant différencier les variantes sont la position du début et de la fin de la voie réservée, la vitesse réglementaire sur cette voie et sur les voies de circulation générale, les modalités d'accès et de sortie de la voie réservée (sur tout le linéaire ou en des points d'échange précis), etc. Puisque chaque option testée demande un temps comparable de réalisation de simulations et l'exploitation des résultats, il est primordial de limiter ce nombre d'options aux strictes nécessaires afin de ne pas trop alourdir l'étude en termes de délais. Il conviendra donc, plutôt que d'envisager de manière systématique toutes les possibilités d'aménagement, de construire le projet étape par étape sur la base du réseau actuel. D'abord, le maître d'ouvrage peut inclure des options de projet testant la géométrie de la voie réservée, c'est-àdire la position du début et de la fin de la voie réservée. Cela permet ainsi de réduire le nombre de simulations à réaliser, de faciliter la démarche d'analyse du projet et de mieux structurer l'étude. En outre, le maître d'ouvrage pourra se montrer plus exigent sur la qualité de la réalisation de l'étude si la commande a été bien pensée et délimitée (quant au nombre d'options à tester) au préalable. Si le maître d'ouvrage a l'intention de tester les impacts de la voie réservée à un horizon futur, il est indispensable de définir au moment de l'élaboration du cahier des charges la méthode qui permettra d'estimer la demande à cet horizon futur. Il existe deux moyens : · Soit un modèle statique existe et couvre le périmètre d'étude. Dans ce cas, il est possible d'utiliser une matrice O/D construite sur les projections socio-économiques implémentées dans le modèle statique. Si l'horizon futur du modèle dynamique ne coïncide pas avec l'horizon futur du modèle statique, la matrice O/D devra être construite à partir d'une interpolation ou d'une extrapolation, ce qui introduit une hypothèse supplémentaire. L'emploi du modèle statique comporte l'avantage de fournir des hypothèses d'évolution de la demande qui ont déjà été validées politiquement par un collège de maîtres d'ouvrages. En revanche, les demandes provenant du modèle statique peuvent ne pas être adaptées pour une simulation dynamique dans le sens où elles ne prennent pas en compte les retenues de trafic en amont de la zone de projet. · Soit il n'existe pas de modèle statique. Dans ce cas, il faudra poser des hypothèses d'évolution de la demande à partir de ratios annuels moyens. Selon la complexité du réseau et du tissu urbain environnant, et selon les exigences en termes de reproduction fine des évolutions, les hypothèses devront être plus ou moins détaillées. L'hypothèse la plus simple correspond à une évolution homogène de la matrice. On peut éventuellement distinguer des ratios différents en fonction des O/D et/ou en fonction du type de véhicule. D'une manière générale, l'hypothèse d'évolution sur base de ratios doit absolument être assumée par le maître d'ouvrage, car elle conditionne en grande partie les résultats des tests de la voie réservée à l'horizon futur. Enfin, il est d'usage lors du recours à la simulation dynamique de faire réaliser plusieurs réplications de chaque scénario par le prestataire. Dix réplications est une pratique courante, mais pour cette question importante, nous renvoyons le lecteur au guide « Étude de simulation dynamique de trafic ­ Guide de réalisation », publié aux éditions du Cerema. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 52 5.2. Un calage en deux phases Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 53 5.3. Des résultats aux formats standardisés Pour valider les différentes phases de l'étude, la maîtrise d'ouvrage doit avoir une bonne connaissance des données de sortie issues des simulations dynamiques. Or, ces dernières sont généralement réalisées en utilisant des logiciels propriétaires, qui ont leur propre format d'export et de présentation visuelle des résultats, souvent complexes et difficilement exploitables pour qui ne maîtrise pas les outils en profondeur. Dans le but de s'affranchir de cette difficulté, ce guide propose ci-après des formats de données simples et standardisés permettant au maître d'ouvrage de disposer de toutes les informations quantitatives de l'étude sans pour autant avoir besoin de maîtriser le logiciel de simulation utilisé par le prestataire. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 54 - Format standard des données réelles collectées Le format de données standard rassemblant les comptages automatiques se présente sous la forme d'un unique fichier de type CSV avec séparateur ";" comprenant les colonnes suivantes : · Identifiant du poste (ex : C1) ; · Date, au format AAAAMMJJ (ex : 20180312 pour le 12 mars 2018) ; · Heure de la journée (ex : 07:24 pour la période de 7h24 à 7h30) ; · Nombre de VL mesurés ; · Nombre de PL mesurés ; · Taux d'occupation mesuré, en pourcentage (ex : 12). Le format de données standard rassemblant les temps de parcours se présente sous la forme d'un unique fichier de type CSV avec séparateur ";" comprenant les colonnes suivantes : · Identifiant du point de référence d'origine (ex : P2); · Identifiant du point de référence de destination (ex : P3) ; · Date, au format AAAAMMJJ (ex : 20180312 pour le 12 mars 2018) ; · Heure de la journée (ex : 07:24 pour la période de 7h24 à 7h30) ; · Nombre de données ayant servi au calcul ; · Temps de parcours minimum mesuré dans la période, en secondes entières ; · Temps de parcours du 1er quartile mesuré dans la période, en secondes entières ; · Temps de parcours médian de ceux mesurés dans la période, en secondes entières ; · Temps de parcours du 3e quartile mesuré dans la période, en secondes entières ; · Temps de parcours maximum mesuré dans la période, en secondes entières. Par convention, les données qui seront agrégées dans une période sont celles pour lesquelles la date d'arrivée au poste de référence de destination est située dans cette période. - Données du réseau Les différents paramètres-clé macroscopiques ci-dessous doivent pouvoir être demandés au prestataire, et celui-ci doit pouvoir les fournir. Il s'agit : · de la capacité à un instant et en un point donné ; · de la concentration critique (ou remontée maximale de la file d'attente) ; · du partage de priorité dans les convergents ; · de l'aspect FIFO ou non FIFO d'un divergent, et les effets globaux sur la congestion. Ces paramètres, éventuellement estimés à partir des sorties de simulation, doivent apparaître dans une base de données standardisée de la forme suivante, en .csv ou en .shp ou en .xls : Figure 5.3. Format de données standardisé du réseau Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 55 Figure 5.4. Représentation cartographique du réseau sur la base des données du réseau - Données génériques issues des simulations Pour que le maître d'ouvrage puisse apprécier le résultat d'une simulation, il doit disposer de deux types d'informations : · (i) les résultats de simulation agrégés que sont les débits et vitesses moyennes par lien et par période de 1 min, · (ii) les temps de parcours sur les mêmes itinéraires que ceux définis dans la campagne de mesure. Le format de données standard rassemblant les résultats de simulation agrégés se présente sous la forme d'un unique fichier de type CSV avec séparateur ";" comprenant les colonnes suivantes : · L'heure de la fin de la période de 6 min (ex : 08:36:00) ; · Le type d'information (ex : Q pour le débit, V pour la vitesse) ; · Une colonne, dont l'en-tête associé est le numéro du lien, comportant le cas échéant la valeur de débit en véhicules par heure, ou la valeur de vitesse en km/h. Figure 5.5. Format de données standardisé des sorties de simulation Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 56 Le format de données standard rassemblant les temps de parcours de simulation détaillés par itinéraire (couple de balise) pour chaque période de 1 min, et en distinguant les véhicules autorisés des véhicules non autorisés sur la voie réservée, se présente sous la forme d'un unique fichier CSV comprenant les colonnes suivantes : · Identifiant de la balise d'origine (ex : P5) ; · Identifiant de la balise de destination (ex : P3) ; · L'heure de la fin de la période de 6 min (ex : 08:36:00) ; · Minimum des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules autorisés sur la voie réservée ; · Médiane des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules autorisés sur la voie réservée ; · Maximum des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules autorisés sur la voie réservée ; · Minimum des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules non autorisés sur la voie réservée ; · Médiane des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules non autorisés sur la voie réservée ; · Maximum des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules non autorisés sur la voie réservée. - Cas particulier des données pour validation du calage Spécifiquement pour la phase de calage, deux tableurs doivent être produits par le prestataire pour chaque scénario de demande en situation actuelle afin de servir de support à la comparaison entre les données automatiques et les résultats simulés. Le premier fichier CSV standard met en regard les données de comptage observées et les données simulées. Il comporte les colonnes suivantes : · Identifiant du capteur (ex : C1) ; · Heure de la fin de la période de 6 min (ex : 08:36:00) ; · Minimum observé sur les données des 10 jours ouvrés au capteur sur la période ; · Médiane observée sur les données des 10 jours ouvrés au capteur sur la période ; · 3e quartile observé sur les données des 10 jours ouvrés au capteur sur la période ; · Maximum observé sur les données des 10 jours ouvrés au capteur sur la période ; · Minimum des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré ; · Médiane des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré ; · Maximum des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré. Si l'outil de simulation a été considéré comme quasi-déterministe, les trois dernières colonnes donneront les valeurs issues de l'unique simulation. Le second fichier CSV met en regard les données de temps de parcours observées et les temps de parcours simulés sur les différents itinéraires. Il comporte les colonnes suivantes : · Identifiant de la balise d'origine (ex : P5) ; · Identifiant de la balise de destination (ex : P3) ; · Heure de la fin de la période de 6 min (ex : 08:36:00) ; · Minimum observé sur les données des 10 jours ouvrés sur l'itinéraire sur la période ; · Médiane observée sur les données des 10 jours ouvrés sur l'itinéraire sur la période ; · 3e quartile observé sur les données des 10 jours ouvrés sur l'itinéraire sur la période ; · Maximum observé sur les données des 10 jours ouvrés sur l'itinéraire sur la période ; · Minimum des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré ; · Médiane des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré ; · Maximum des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 57 Si l'outil de simulation a été considéré comme quasi-déterministe, les trois dernières colonnes donneront les valeurs issues de l'unique simulation. 5.4. Une validation du calage en plusieurs étapes - Présentation graphique des résultats du calage pour un scénario donné On suppose que, pour chaque scénario, un ensemble de jours caractéristiques a été choisi. Par la suite, un code couleur unique est utilisé : · Une courbe bleue pour la médiane (ou à la moyenne) des chroniques de données observées ; · Une enveloppe bleue pour l'enveloppe min-max des données observées sur les jours sélectionnés ; · Une courbe rouge pour la médiane (ou à la moyenne) des réplications s'il y en a eu plusieurs, ce qui est nécessaire dans le cas d'un modèle stochastique. La figure ci-dessous est décomposée en plusieurs sous-figures. Chacune d'elle se rapporte à une boucle de comptage et représente les débits (simulés ou observés) en fonction du temps. L'obtention d'une telle figure est assez immédiate à partir du format standard de données proposé dans la section précédente. Il faut que des boucles virtuelles soient positionnées dans la simulation aux positions des boucles réelles. - (a) Validation de la demande : les bonnes chroniques de débits aux points de mesure Figure 5.6. Comparaison entre les débits mesurés aux boucles dans la réalité et simulés par le modèle (A35) Pour estimer le niveau de qualité du calage et vérifier que celui-ci a permis de reproduire les bons débits aux bons moments, il convient de comparer les chroniques simulées (rouges) et les chroniques observées (bleues). Il s'agit de vérifier visuellement : que la courbe rouge est dans l'enveloppe min-max sur toutes les données (nécessaire), et qu'elle se rapproche de la courbe bleue (idéal). Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 58 Ce guide ne propose ni critère quantitatif ni seuil permettant de valider ou de rejeter le calage d'une manière binaire. Cette validation doit être décidé par le maître d'ouvrage en tenant compte des justifications du prestataire. Il convient de garder à l'esprit qu'un calage parfait n'existe pas. D'ailleurs, les données apportées en entrée du modèle sont également imparfaites avec des risques de divergence dus aux erreurs commises. Ainsi, en fonction de la complexité du réseau ou des phénomènes s'y déroulant, des écarts parfois significatifs peuvent être tolérés. - (b) Validation des conditions de trafic : Les bons temps de parcours sur les itinéraires Une analyse similaire à celle présentée pour les débits peut être effectuée pour apprécier la manière dont le calage a permis de reproduire les bonnes congestions aux bons endroits et aux bons moments. Le meilleur indicateur de congestion, pour être agrégé et simple à obtenir, est le temps de parcours sur un itinéraire. Cette analyse n'est possible que lorsque des temps de parcours ont été mesurés sur le terrain. Des balises virtuelles doivent alors être positionnées à différents lieux du réseau et « enregistrer » les dates de passage des véhicules durant la simulation. Tout du moins les temps de parcours pratiqués doivent pouvoir être récupérés sur une suite continue de tronçons qui relient ces deux balises. L'objectif est le même que précédemment, à savoir obtenir une chronique des temps de parcours simulés (rouge) similaire à la chronique des temps de parcours observés (bleue). Figure 5.7. Comparaison entre les temps de parcours mesurés et simulés sur les mêmes itinéraires (A35) - (c) Complément : les bonnes chroniques de baisses des vitesses aux points de mesure Pour compéter le contrôle des temps de parcours, notamment lorsque le calage initial ne permet pas de les reproduire correctement, il est possible de se référer aux vitesses mesurées par les capteurs. Cela peut permettre de détecter les tronçons du projet sur lesquels le prestataire doit améliorer son calage. Les vitesses mesurées par les boucles sur le terrain et dans la simulation sont comparées. Il convient ici de vérifier que les vitesses diminuent et augmentent aux bons moments sur chacune des boucles virtuelles. Le niveau de la baisse de vitesse n'est pas très important : seules les horodates de décrochage sont à considérer. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 59 Figure 5.8. Comparaison entre les vitesses mesurées aux boucles dans la réalité et simulées par le modèle (A35) Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 60 Si les points rouges issus des simulations sont situés à proximité de l'une de ces deux droites, alors le modèle reproduit un comportement réaliste de convergent. - L'exemple du projet de voie réservée sur A3 à Paris Une analyse comparative graphique a pu être réalisée sur les données observées et simulées du projet de voie réservée d'A3. Figure 5.10. Comparaison entre les débits mesurés aux boucles dans la réalité et simulés (A3-A86) Le calage, évalué sur la base des débits, n'est pas parfait, mais pourrait être considéré comme acceptable si les temps de parcours était bien représentés. Or, le calage, évalué sur la base des temps de parcours, est qualitativement moins bon. Il est correct sur les postes "2-1" et "4-3". En revanche, sur le poste "3-2", on observe une congestion qui ne devrait pas avoir lieu à 07:00. Le contraire se produit sur le poste "6-5" où il n'y a aucun ralentissement dans le modèle contrairement à ce qui est observé sur le terrain. Sur le poste "6-1", la congestion est un peu trop forte. Enfin, sur le poste "5-4", la dynamique d'évolution des temps de parcours n'est pas bonne. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 61 Figure 5.11. Comparaison entre temps de parcours mesurés et simulés sur les mêmes itinéraires (A3-A86) Dans pareil cas, il est conseillé au maître d'ouvrage de demander à ce que le calage soit repris pour être ponctuellement amélioré. Dans cette optique, le maître d'ouvrage peut se baser sur sa connaissance du réseau pour indiquer au prestataire où modifier le paramétrage du modèle et ainsi améliorer les simulations. Nota : Dans cet exemple, la durée du recueil de données (3 jours seulement) et la période d'agrégation retenue (15 min plutôt que 6 min) ne facilitaient pas la recherche de jours caractéristiques, et c'est sûrement sur ce point que l'étude en simulation aurait pu être améliorée. 5.5. La représentation de grandeurs macroscopiques caractéristiques Cette partie propose des éléments graphiques que le prestataire est capable de produire sur la base des données de sortie de simulation demandées. Ces graphiques peuvent être fournis pour les scénarios de calage en situation actuelle, mais aussi sur les options de projet pour permettre une comparaison visuelle et immédiate des effets du projet. - Les remontées maximales des congestions La représentation graphique la plus classique permettant d'analyser les remontées maximales de congestion s'appelle le « traficolor ». Il s'agit d'une représentation des vitesses moyennes pratiquées sur les différents liens du réseau, généralement basée sur une palette de couleur allant du vert (fluide) au rouge (très congestionné). Cette représentation peut également intégrer le débit passant par chaque lien en lui conférant une épaisseur de trait proportionnelle. Différentes variantes de représentation peuvent être envisagées suivant que l'on choisisse le débit total, le débit maximum ayant franchi le lien, ou le débit ayant franchi le lien à une heure de pointe donnée. De même, la couleur peut être définie par un certain fractile de vitesse mesurées sur le lien, ou la vitesse mesurée à une heure de pointe donnée. Le maître d'ouvrage devra préciser ses souhaits en fonction de ses propres variables et seuils d'appréciation de la situation. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 62 Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 63 5.6. Éléments de choix d'un scénario - Comparaison des traficolors des options de projet Pour mettre en évidence de manière claire et immédiate les modifications de fonctionnement induites par la voie réservée, il est utile de mettre en regard les traficolors des situations avant et après aménagement de la voie réservée. Cela permet notamment de visualiser l'impact du projet sur la géométrie de la congestion : lieux de formation, longueurs de files, etc. Figure 5.14. Traficolor des conditions de trafic entre la situation (a) sans et (b) avec la voie réservée (A35) Dans la figure ci-dessus, on voit que la congestion sur l'A35 dans le sens entrant depuis le Sud commence plus en amont, au niveau du début de la voie réservée. La situation est également plus fluide juste en aval du début de la voie. De plus, la congestion se propage moins loin, ce qui est essentiellement lié aux hypothèses de report de trafic sur une autre infrastructure non reproduite ici (hypothèses prises en compte de manière implicite par la matrice O/D issue du modèle statique). - Comparaison des temps de parcours sur plusieurs itinéraires des options de projet Pour comparer de manière objective deux scénarios, les temps de parcours sur des itinéraires complets constituent des indicateurs quantitatifs pertinents. Dans le cas décrit ci-après, les temps de parcours permettent de comparer plusieurs situations de projet. On voit que certains temps de parcours ne sont pas modifiés (les temps de parcours sur les tronçons fluides restent comparables), tandis que les temps de parcours sur d'autres tronçons évoluent. En particulier, on peut observer des temps de parcours inférieurs sur A35 Sud dans le sens entrant dans les scénarios avec voie réservée (courbes cyan et violette). Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 64 Figure 5.15. Comparaison des chroniques de temps de parcours de deux scénarios sur 4 itinéraires Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 65  INVALIDE) (ATTENTION: OPTION à propager l'information des données de comptage sur l'ensemble des liens du réseau. Cette méthode nécessite de disposer de comptages sur l'ensemble des sections du réseau, c'est-à-dire sur toutes les entrées, toutes les sorties, et toutes les sections courantes. Elle prend alors comme point de départ les demandes aux entrées, ainsi que les coefficients directionnels au niveau des divergents (entrecroisements inclus). A noter que les coefficients directionnels se déduisent des données des boucles par ratio entre les branches du divergent. Une matrice O/D dynamique peut alors être reconstituée. En revanche, le modélisateur doit avoir à l'esprit que cette matrice ne correspond pas Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 44 nécessairement à la réalité. En particulier, la méthode ne permet pas d'estimer correctement les origine-destination sur les entrecroisements. - Méthode (4) : Construction d'une matrice O/D à partir des comptages automatiques et par application d'un algorithme Fratar Lorsque l'on ne dispose ni d'un modèle statique, ni d'une enquête permettant l'estimation des différents flux O/D, la matrice O/D peut être construite uniquement sur la base des comptages automatiques. L'algorithme Fratar est un outil simple et efficace pour construire une matrice de manière automatique dans les cas où l'on ne connaît que ses conditions aux limites : les débits totaux sur chaque entrée et sur chaque sortie. Ces conditions aux limites sont appelées les contraintes aux marges. Pour obtenir une matrice O/D dynamique, c'est-à-dire sur des intervalles de temps réduits, les contraintes aux marges sont alors définies pour chacun de ces intervalles, par exemple par période de 15 min. Cette méthode est simple mais comporte des inconvénients majeurs : · l'algorithme fournit une matrice O/D qui répond aux conditions aux marges, mais cette matrice n'est pas forcément la seule possible ou celle qui rend réellement compte des flux observables sur le terrain. Ceci peut conduire à se tromper de matrices O/D, par exemple dans des zones d'entrecroisements, et donc de mal prendre en compte les baisses de capacité de ces zones. · l'algorithme fonctionne sur une hypothèse de conservation des volumes entre les entrées et les sorties, ce qui implique un temps de parcours nul à l'intérieur du périmètre d'étude. Comme cette hypothèse n'a pas de réalité physique, le résultat de l'algorithme Fratar fournira toujours une demande approximative et biaisée, d'autant plus que l'intervalle de temps considéré sera court et que les véhicules mettront longtemps à transiter d'une entrée à une sortie. Des techniques de recalage dynamique de matrices O/D prenant en compte les temps de parcours commencent à émerger, mais les résultats obtenus restent toujours moins bons qu'avec les méthodes précédentes. · l'algorithme considère tous les itinéraires comme possibles et réalisables. Il faut donc faire attention et bien mettre à zéro préalablement les mouvements/flux interdits. 4.4. Calage de l'offre : principe et méthodes - Objectif du calage de l'offre L'objectif du calage de l'offre est de reproduire : · Le bon volume de véhicules sur chaque lien du réseau et sur chaque O/D observée, la cohérence entre le niveau de la demande estimée et l'offre codée dans le modèle, les bons temps de parcours par itinéraires complets entre origine-destination et sur des trajets spécifiques. · La bonne répartition de l'occupation instantanée du réseau par les véhicules, la localisation et l'emprise de la congestion en tout point du périmètre, l'intégralité des phénomènes de congestion et des retenues occasionnées pour le réseau étudié. · La position instantanée du front de congestion. Dans le cas où la congestion se propage jusqu'à une entrée du réseau modélisé, il conviendra d'estimer la file d'attente virtuelle en amont de l'entrée saturée, sans chercher à modéliser le réseau urbain qui serait concerné. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 45 - Principe du calage de l'offre en pratique En pratique, il est très difficile d'obtenir l'ensemble de ces informations sur le terrain de manière précise et continue. Cela nécessiterait la mise en oeuvre de moyens importants et onéreux, tels que l'enregistrement vidéo de tout lieu de la zone d'étude sur l'intégralité de la période de pointe, l'emploi de relevés humains et/ou automatiques sur chaque lien et noeud du réseau. Les solutions numériques deviennent peu à peu des options envisageables pour pallier les insuffisances des moyens de terrain, mais leur mise en oeuvre est sujette à précaution quant à la représentativité des données obtenues : pénétration faible et hétérogène des usagers du réseau, défauts de localisation précise/suivi complet des usagers d'un bout à l'autre de leur relation O/D. Quoi qu'il en soit, dans l'attente de l'évolution des protocoles d'enquête, la réponse pragmatique et immédiate aux besoins exprimés ci-dessus est l'utilisation des informations de temps de parcours. En effet, on pose l'hypothèse que si les débits sont correctement reproduits, et les temps de parcours également, alors les volumes de véhicules pris en congestion sur le réseau et la position des fronts de congestion reproduisent de manière satisfaisante les conditions d'écoulement réels. Notons toutefois qu'idéalement, il faudrait disposer des débits sur tous les arcs. De plus, il convient d'estimer les temps de parcours intermédiaires sur plusieurs portions de l'itinéraire principal de manière à localiser avec plus de certitude les phénomènes de congestion au fil du linéaire. Le calage en offre consiste donc à reproduire les bonnes variations temporelles du temps de parcours, et leur répartition sur les liens du réseau. Les leviers de calage (variable d'ajustement) diffèrent en fonction du logiciel et du type de modèle utilisé. Le prestataire devra être en mesure de maîtriser son outil pour obtenir un calage satisfaisant et stabilisé. L'idéal est de jouer sur des paramètres globaux, c'est à dire sur les lois d'écoulement du trafic sur l'ensemble de la zone d'étude. En ce sens un outil microscopique aura été particulièrement bien adapté si l'on arrive à reproduire l'existant en ne jouant que sur ces paramètres globaux. Cela est néanmoins souvent insuffisant. La démarche consiste alors essentiellement à modifier localement les propriétés d'écoulement des liens et des noeuds. Le prestataire doit aussi préciser comment il fait évoluer ces modifications locales lors de la modélisation de la situation de projet. - Reproduction des têtes de bouchon et ajustement des écoulements Il convient que la simulation reproduise les têtes de bouchon aux mêmes endroits que dans la réalité. Les modifications des paramètres du modèle effectuées lors du calage ont pour premier objectif de situer les têtes de bouchon de manière correcte sur le périmètre d'étude, tout en s'assurant qu'elles reproduisent les bons flux de trafic. Les têtes de bouchon sont généralement situées à des noeuds de type convergent, divergent, entrecroisement ou aux rabattements de voies. Il convient que le modèle dynamique reproduise un comportement des véhicules proche de celui qui a pu être observé sur le terrain. Pour cela, le modélisateur dispose de deux leviers principaux : · Le premier levier consiste, lorsque cela est possible dans le logiciel utilisé, en une modification de l'offre en aval. Cette offre peut être la capacité des liens avals des noeuds où est située la tête de bouchon. Cela consiste à "pincer" ou "détendre" les liens du réseau pour y faire entrer plus ou moins de véhicules. Dans la réalité, la capacité mobilisable peut varier dans le temps. En effet, cette capacité peut être modulée en fonction de l'évolution du fonctionnement du réseau en aval, ou même en dehors du périmètre étudié. Plus les périodes d'agrégation des mesures sont petites, plus ces fluctuations peuvent être fortes. Or, les capacités sont par hypothèse fixées par l'utilisateur et constantes dans un modèle dynamique. Il existe donc un enjeu important sur le choix des valeurs nominales attribuées à chaque élément du réseau. Généralement, une valeur par défaut est choisie initialement dans le modèle, et le prestataire modifie cette valeur au cours du calage afin de retrouver des caractéristiques proche de la réalité. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 46 - Reproduction de l'amplitude spatio-temporelle de la congestion Une fois les têtes de bouchon correctement situées sur le réseau, il convient de modifier l'amplitude spatiale et temporelle de la congestion. Deux leviers d'action macroscopiques existent : · Le premier est le même qui a été évoqué précédemment, à savoir la modification de la capacité d'un lien qui se trouve être le lieu d'une tête de bouchon. Plus la capacité est élevée, plus la congestion apparaîtra tardivement et se résorbera tôt. Et la longueur de retenue de véhicules sera moindre. Une capacité plus faible va au contraire étaler l'amplitude temporelle de la congestion et allonger la congestion. Ainsi, le réseau montera très vite en charge, ce qui créera une congestion remontant très loin en amont et formera des bouchons de manière durable. Le prestataire peut jouer sur différentes capacités dans le modèle afin de reproduire les dynamiques de temps de parcours observés sur le terrain, et notamment les heures d'apparition et de résorption de la congestion. · Le second levier d'action est un ajustement de l'amplitude spatiale des bouchons par modulation locale de la densité d'occupation du réseau par les véhicules. Cette mesure doit impérativement intervenir après l'ajustement de l'amplitude temporelle (premier levier). Le paramètre principal de calage utilisé doit être une grandeur assimilée à la concentration maximale des véhicules à l'arrêt. En effet, une valeur forte de ce paramètre induit un bouchon ramassé avec des véhicules « collés » les uns aux autres, ce qui permet de limiter la propagation d'une congestion sur le réseau. À l'inverse, une valeur faible reproduira un bouchon « distendu » et entraîne une propagation rapide et ample de la congestion. Les trois grandeurs macroscopiques que sont : · la capacité des liens, · la concentration maximale des véhicules, · le partage de priorité aux convergents, Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 47 jouent chacune à leur niveau sur la géométrie spatio-temporelle de la congestion. Il est important de garder en tête que l'ajustement d'une de ces grandeurs est intimement liée à l'ajustement des autres. Le fait de modifier l'un de ces paramètres pour reproduire tel ou tel phénomène affecte en général ce qui a été accompli à d'autres niveaux, et peut remettre en cause la cohérence globale du calage. La phase de calage en offre est donc longue et fastidieuse. Bien qu'elle repose souvent sur des tâtonnements successifs, la hiérarchisation des actions à mener et une bonne connaissance de la modélisation dynamique sont les éléments-clés pour parvenir à un calage satisfaisant. C'est la raison pour laquelle elle doit être laissée à l'expertise du prestataire, le maître d'ouvrage se contentant de vérifier les indicateurs de calage identifiés au début de l'étude et valider le résultat final. - Ajustement de l'offre avale en limite du périmètre modélisé Lorsqu'une congestion est créée en aval d'une section, à l'extérieur du périmètre modélisé, il convient de définir une offre variable en sortie du réseau. Cette offre aura un impact fort sur les conditions de circulation modélisées. Il conviendra alors de vérifier la concordance du modèle avec les données, en se basant principalement sur la reproduction des temps de parcours. 4.5. Exemple de test de sensibilité d'un modèle aux paramètres - Tests de sensibilité appliqué au modèle utilisé au chapitre 2.4 Le modèle utilisé au chapitre 2.4 suppose que l'on cale correctement l'offre et la demande et que l'on détermine les paramètres du diagramme fondamental, la concentration maximale des véhicules K et la vitesse de propagation maximale de la congestion w. Pour tester la sensibilité du modèle, on étudie l'impact sur la longueur de queue et sur les temps de parcours, sans et avec voie réservée, d'une modification des paramètres : · Offre : 3000 véh/h3150 véh/h (+5%) ; · Offre : 3000 véh/h 2850 véh/h (-5%) ; · Décalage de l'offre et de la demande de 150 véh/h : offre 3000 véh/h 3150 véh/h demande 3500 véh/h 3650 véh/h Pour les paramètres K et w, on suppose connu le produit K × w que l'on fixe à 7500. Il s'agit en effet d'une grandeur représentative de l'inverse du temps de réaction, que l'on suppose peu variable. · K(3 voies) : 375 véh/km 415 véh/km (+10%) ; · K(3 voies) : 375 véh/km 335 véh/km (-10%). w et K(2 voies) s'en déduisent. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 48 - Résultats des tests de sensibilité Les résultats issus du tableur sont les suivants : - Analyse des résultats De petites variations de la demande et de l'offre entraînent une variation importante du stock de véhicules, et donc des temps de parcours et des longueurs de queue. En revanche, un décalage conjoint de la demande et de l'offre a un impact beaucoup plus limité. Il y a donc une grande sensibilité des temps de parcours à la demande et à l'offre. A l'inverse, si les temps de parcours sont connus avec une précision moyenne, on pourra caler avec une bonne précision l'offre à partir de la demande, ou la demande à partir de l'offre : Il suffit de décaler la courbe de débit cumulé d'une valeur correspondant au temps de parcours. On retiendra qu'une modélisation de projet de voie réservée ne peut pas être réalisée en fixant de manière indépendante l'offre et la demande (par exemple avec des débits mesurés sur des stations à l'amont et à l'aval). De la même manière, le calage d'une modélisation dynamique de voie réservée ne doit pas être faite, comme sur un modèle statique, en comparant les débits observés et modélisés, mais en comparant les temps de parcours. Fort logiquement, la modification des paramètres K et w ne modifie pas les temps de parcours parce que ceux-ci sont déterminés par les courbes de débits cumulés de demande et d'offre. Par contre elle change les longueurs de queues : + 1,6 km / - 1,3km lorsque la voie est activée. Cette incertitude est gênante à 2 titres : elle ne permet pas d'évaluer correctement la congestion qui peut gêner l'accès à la voie réservée, et elle empêche d'estimer de manière fiable les impacts du projet sur les noeuds à l'amont et sur les autres sections du réseau. Il conviendra de caler le modèle de manière à ce qu'il représente correctement les longueurs de queues observées et les vitesses mesurées dans les zones de congestion (ce qui garantit implicitement des paramètres K et w cohérents avec ceux du trafic). Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 49 5. Recommandations et méthodes de validation Ce chapitre propose des éléments d'aide à la décision pour le maître d'ouvrage concernant la validation des résultats du calage. Pour chaque grandeur qu'il faut impérativement voir reproduite par le modèle, une analyse graphique des différences entre donnée issue de l'observation et donnée fournie en sortie de la simulation est proposée. Des indicateurs quantitatifs pourront éventuellement être proposés par le prestataire, mais ceux-ci devront toujours être analysés à partir de tels graphiques. 5.1. Une étude basée sur un cahier des charges précis Le cahier des charges qui sert de base technique à la commande d'une étude en simulation doit principalement développer deux volets : · (A) les données déjà disponibles et l'ensemble des recueils de données (enquêtes et mesures) qui devront être réalisés afin d'alimenter le futur modèle dynamique, · (B) le type de modèle, les données d'entrée et de sortie attendues, ainsi que la spécification de tous les scénarios (offre et demande de transport) à tester en simulation dynamique. Lors de la consultation des entreprises, deux choix s'offrent au maître d'ouvrage : · Soit chaque volet fait l'objet d'un lot séparé au sein d'un même marché public. Cela permet ainsi une meilleure réponse des prestataires en termes de spécialisation de chaque candidat dans son domaine. · Soit les deux volets sont fusionnées dans le même lot au sein d'un marché public. Cela permet un fonctionnement plus transparent et plus fluide de la prestation, étant donné que le lien enquêtes-modèle est interne au prestataire. D'une manière générale et quand le calendrier de l'étude le permet, il est toujours profitable d'utiliser un marché public à lots distincts. En effet, la réunion des deux phases est souvent artificielle et apporte finalement peu de gain. Les candidats sont alors des groupements avec cotraitance ou sous-traitance, ce qui rend difficile la dissociation des responsabilités techniques, des problèmes de fiabilité et de respect du cahier des charges. - Premier volet : (A) Les données Il convient dans un premier temps de balayer l'intégralité des données dont le prestataire aura besoin pour la réalisation de l'étude. Dans le cas où une partie des données existe déjà et peut être récupérée, par exemple auprès de gestionnaires de voirie, l'inventaire de celles-ci doit être fait dans le cahier des charges. On veille toujours à donner leurs spécifications, les délais et formalités pour les obtenir. Concernant les données restantes, nécessaires mais non disponibles, il s'agit dans un premier temps de définir les besoins, et dans un second temps d'élaborer un recueil de données permettant de répondre à ce besoin. Le protocole peut contenir plusieurs types de dispositifs, fréquemment mis en oeuvre en simultané sur le terrain. Pour l'estimation de la demande de trafic (flux O/D), il est indispensable de prévoir une enquête ad hoc qui puisse fournir ces données, car à défaut d'un modèle statique, il n'existe pas de matrices Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 50 « pré-existantes ». Ce guide conseille donc la réalisation d'une enquête par relevé de plaques minéralogiques si aucune donnée de flux n'existe sur la zone d'étude. Cette enquête se déroule préférentiellement sur une journée ouvrée type (mardi ou jeudi) en dehors des périodes de congés scolaires. On cible généralement les deux périodes de pointe de la journée, ce qui implique la mise en oeuvre du dispositif durant environ 3 heures le matin et 4 heures le soir. Afin de pouvoir segmenter la demande en termes de classes d'usagers, cette enquête doit être accompagnée de recensements visuels des différentes classes durant les mêmes périodes. Ce guide insiste sur la nécessité de la pose de compteurs automatiques en complément des stations de l'exploitant dont les données doivent naturellement être récupérées. Les stations de comptage existantes ne sont généralement pas en nombre suffisant pour couvrir tout le réseau du périmètre d'étude. De plus, leur maillage n'est souvent pas assez fin pour rendre compte de tous les phénomènes. Les comptages complémentaires doivent être positionnés en priorité aux entrées du périmètre, en dehors de la zone de congestion pour obtenir des chroniques de « demande », et aux sorties, où l'offre limitante induit la congestion sur le réseau, ainsi qu'aux branches des convergents qui saturent (soit en section principale, soit en bretelle d'entrée). Pour tout dispositif de comptage, existant ou installé de manière temporaire, les capteurs mis en oeuvre doivent fournir les deux informations de débit et de vitesse. Dans l'idéal, la donnée est désagrégée par voie de circulation. Néanmoins, une donnée toutes voies confondues est également acceptable. Les données doivent être agrégées préférentiellement par période d'une minute, ou à défaut sur une période n'excédant pas 6 minutes. Au moins deux semaines de comptage en continu (24h/24, 7 jours sur 7) sont nécessaires. Une période de mesure plus longue permettra toujours de consolider les hypothèses prises sur le volume et la variabilité de la demande. Il est enfin fortement conseillé de collecter des données de temps de parcours, a minima sur les voies structurantes et les itinéraires représentatifs. Les temps de parcours demandés doivent être agrégés de préférence à la minute, mais cette exigence peut être incompatible avec les données disponibles. En effet, selon la taille de l'échantillon des usagers ciblés par la mesure de temps de parcours, on peut potentiellement manquer d'information, notamment quand on se base sur des traces GPS hors voies structurantes ou hors zone urbaine dense (trop peu nombreuses). Les données de temps de parcours recueillies par l'enquête minéralogique ou par la pose de balises Bluetooth sont les plus fiables dans le sens où l'on est certain que le temps de parcours fourni en résultat correspond bien au temps mis par un même véhicule pour aller d'une origine à une destination données. Il convient de positionner les dispositifs au niveau de certains points intermédiaires importants. De même que pour les comptages automatiques, il est toujours souhaitable de réaliser les mesures sur le plus grand nombre de jours possible, à savoir au moins deux semaines et un mois préférentiellement. Dans tous les cas, il est fondamental que ces relevés soient faits sur une période incluse dans la période des comptages de débits. - Deuxième volet : (B) Le modèle Il convient de déterminer dès l'élaboration du cahier des charges les grandes questions auxquelles devra répondre l'étude, par exemple : · Les modifications des phénomènes de congestion engendrés sur le réseau par la voie réservée sont-ils acceptables ? · Les usagers empruntant la voie réservée bénéficient-t-ils d'un gain de temps de parcours significatif par rapport à ceux des voies de circulation générale ? · Les véhicules autorisés sur la voie réservée peuvent-ils aisément s'y insérer et en sortir ? · ... Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 51 Les différentes variantes du projet de voie réservée à étudier doivent également être définies dès le début de la prestation. Les principales caractéristiques pouvant différencier les variantes sont la position du début et de la fin de la voie réservée, la vitesse réglementaire sur cette voie et sur les voies de circulation générale, les modalités d'accès et de sortie de la voie réservée (sur tout le linéaire ou en des points d'échange précis), etc. Puisque chaque option testée demande un temps comparable de réalisation de simulations et l'exploitation des résultats, il est primordial de limiter ce nombre d'options aux strictes nécessaires afin de ne pas trop alourdir l'étude en termes de délais. Il conviendra donc, plutôt que d'envisager de manière systématique toutes les possibilités d'aménagement, de construire le projet étape par étape sur la base du réseau actuel. D'abord, le maître d'ouvrage peut inclure des options de projet testant la géométrie de la voie réservée, c'est-àdire la position du début et de la fin de la voie réservée. Cela permet ainsi de réduire le nombre de simulations à réaliser, de faciliter la démarche d'analyse du projet et de mieux structurer l'étude. En outre, le maître d'ouvrage pourra se montrer plus exigent sur la qualité de la réalisation de l'étude si la commande a été bien pensée et délimitée (quant au nombre d'options à tester) au préalable. Si le maître d'ouvrage a l'intention de tester les impacts de la voie réservée à un horizon futur, il est indispensable de définir au moment de l'élaboration du cahier des charges la méthode qui permettra d'estimer la demande à cet horizon futur. Il existe deux moyens : · Soit un modèle statique existe et couvre le périmètre d'étude. Dans ce cas, il est possible d'utiliser une matrice O/D construite sur les projections socio-économiques implémentées dans le modèle statique. Si l'horizon futur du modèle dynamique ne coïncide pas avec l'horizon futur du modèle statique, la matrice O/D devra être construite à partir d'une interpolation ou d'une extrapolation, ce qui introduit une hypothèse supplémentaire. L'emploi du modèle statique comporte l'avantage de fournir des hypothèses d'évolution de la demande qui ont déjà été validées politiquement par un collège de maîtres d'ouvrages. En revanche, les demandes provenant du modèle statique peuvent ne pas être adaptées pour une simulation dynamique dans le sens où elles ne prennent pas en compte les retenues de trafic en amont de la zone de projet. · Soit il n'existe pas de modèle statique. Dans ce cas, il faudra poser des hypothèses d'évolution de la demande à partir de ratios annuels moyens. Selon la complexité du réseau et du tissu urbain environnant, et selon les exigences en termes de reproduction fine des évolutions, les hypothèses devront être plus ou moins détaillées. L'hypothèse la plus simple correspond à une évolution homogène de la matrice. On peut éventuellement distinguer des ratios différents en fonction des O/D et/ou en fonction du type de véhicule. D'une manière générale, l'hypothèse d'évolution sur base de ratios doit absolument être assumée par le maître d'ouvrage, car elle conditionne en grande partie les résultats des tests de la voie réservée à l'horizon futur. Enfin, il est d'usage lors du recours à la simulation dynamique de faire réaliser plusieurs réplications de chaque scénario par le prestataire. Dix réplications est une pratique courante, mais pour cette question importante, nous renvoyons le lecteur au guide « Étude de simulation dynamique de trafic ­ Guide de réalisation », publié aux éditions du Cerema. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 52 5.2. Un calage en deux phases Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 53 5.3. Des résultats aux formats standardisés Pour valider les différentes phases de l'étude, la maîtrise d'ouvrage doit avoir une bonne connaissance des données de sortie issues des simulations dynamiques. Or, ces dernières sont généralement réalisées en utilisant des logiciels propriétaires, qui ont leur propre format d'export et de présentation visuelle des résultats, souvent complexes et difficilement exploitables pour qui ne maîtrise pas les outils en profondeur. Dans le but de s'affranchir de cette difficulté, ce guide propose ci-après des formats de données simples et standardisés permettant au maître d'ouvrage de disposer de toutes les informations quantitatives de l'étude sans pour autant avoir besoin de maîtriser le logiciel de simulation utilisé par le prestataire. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 54 - Format standard des données réelles collectées Le format de données standard rassemblant les comptages automatiques se présente sous la forme d'un unique fichier de type CSV avec séparateur ";" comprenant les colonnes suivantes : · Identifiant du poste (ex : C1) ; · Date, au format AAAAMMJJ (ex : 20180312 pour le 12 mars 2018) ; · Heure de la journée (ex : 07:24 pour la période de 7h24 à 7h30) ; · Nombre de VL mesurés ; · Nombre de PL mesurés ; · Taux d'occupation mesuré, en pourcentage (ex : 12). Le format de données standard rassemblant les temps de parcours se présente sous la forme d'un unique fichier de type CSV avec séparateur ";" comprenant les colonnes suivantes : · Identifiant du point de référence d'origine (ex : P2); · Identifiant du point de référence de destination (ex : P3) ; · Date, au format AAAAMMJJ (ex : 20180312 pour le 12 mars 2018) ; · Heure de la journée (ex : 07:24 pour la période de 7h24 à 7h30) ; · Nombre de données ayant servi au calcul ; · Temps de parcours minimum mesuré dans la période, en secondes entières ; · Temps de parcours du 1er quartile mesuré dans la période, en secondes entières ; · Temps de parcours médian de ceux mesurés dans la période, en secondes entières ; · Temps de parcours du 3e quartile mesuré dans la période, en secondes entières ; · Temps de parcours maximum mesuré dans la période, en secondes entières. Par convention, les données qui seront agrégées dans une période sont celles pour lesquelles la date d'arrivée au poste de référence de destination est située dans cette période. - Données du réseau Les différents paramètres-clé macroscopiques ci-dessous doivent pouvoir être demandés au prestataire, et celui-ci doit pouvoir les fournir. Il s'agit : · de la capacité à un instant et en un point donné ; · de la concentration critique (ou remontée maximale de la file d'attente) ; · du partage de priorité dans les convergents ; · de l'aspect FIFO ou non FIFO d'un divergent, et les effets globaux sur la congestion. Ces paramètres, éventuellement estimés à partir des sorties de simulation, doivent apparaître dans une base de données standardisée de la forme suivante, en .csv ou en .shp ou en .xls : Figure 5.3. Format de données standardisé du réseau Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 55 Figure 5.4. Représentation cartographique du réseau sur la base des données du réseau - Données génériques issues des simulations Pour que le maître d'ouvrage puisse apprécier le résultat d'une simulation, il doit disposer de deux types d'informations : · (i) les résultats de simulation agrégés que sont les débits et vitesses moyennes par lien et par période de 1 min, · (ii) les temps de parcours sur les mêmes itinéraires que ceux définis dans la campagne de mesure. Le format de données standard rassemblant les résultats de simulation agrégés se présente sous la forme d'un unique fichier de type CSV avec séparateur ";" comprenant les colonnes suivantes : · L'heure de la fin de la période de 6 min (ex : 08:36:00) ; · Le type d'information (ex : Q pour le débit, V pour la vitesse) ; · Une colonne, dont l'en-tête associé est le numéro du lien, comportant le cas échéant la valeur de débit en véhicules par heure, ou la valeur de vitesse en km/h. Figure 5.5. Format de données standardisé des sorties de simulation Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 56 Le format de données standard rassemblant les temps de parcours de simulation détaillés par itinéraire (couple de balise) pour chaque période de 1 min, et en distinguant les véhicules autorisés des véhicules non autorisés sur la voie réservée, se présente sous la forme d'un unique fichier CSV comprenant les colonnes suivantes : · Identifiant de la balise d'origine (ex : P5) ; · Identifiant de la balise de destination (ex : P3) ; · L'heure de la fin de la période de 6 min (ex : 08:36:00) ; · Minimum des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules autorisés sur la voie réservée ; · Médiane des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules autorisés sur la voie réservée ; · Maximum des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules autorisés sur la voie réservée ; · Minimum des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules non autorisés sur la voie réservée ; · Médiane des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules non autorisés sur la voie réservée ; · Maximum des temps de parcours observés sur l'itinéraire et la période pour les véhicules non autorisés sur la voie réservée. - Cas particulier des données pour validation du calage Spécifiquement pour la phase de calage, deux tableurs doivent être produits par le prestataire pour chaque scénario de demande en situation actuelle afin de servir de support à la comparaison entre les données automatiques et les résultats simulés. Le premier fichier CSV standard met en regard les données de comptage observées et les données simulées. Il comporte les colonnes suivantes : · Identifiant du capteur (ex : C1) ; · Heure de la fin de la période de 6 min (ex : 08:36:00) ; · Minimum observé sur les données des 10 jours ouvrés au capteur sur la période ; · Médiane observée sur les données des 10 jours ouvrés au capteur sur la période ; · 3e quartile observé sur les données des 10 jours ouvrés au capteur sur la période ; · Maximum observé sur les données des 10 jours ouvrés au capteur sur la période ; · Minimum des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré ; · Médiane des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré ; · Maximum des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré. Si l'outil de simulation a été considéré comme quasi-déterministe, les trois dernières colonnes donneront les valeurs issues de l'unique simulation. Le second fichier CSV met en regard les données de temps de parcours observées et les temps de parcours simulés sur les différents itinéraires. Il comporte les colonnes suivantes : · Identifiant de la balise d'origine (ex : P5) ; · Identifiant de la balise de destination (ex : P3) ; · Heure de la fin de la période de 6 min (ex : 08:36:00) ; · Minimum observé sur les données des 10 jours ouvrés sur l'itinéraire sur la période ; · Médiane observée sur les données des 10 jours ouvrés sur l'itinéraire sur la période ; · 3e quartile observé sur les données des 10 jours ouvrés sur l'itinéraire sur la période ; · Maximum observé sur les données des 10 jours ouvrés sur l'itinéraire sur la période ; · Minimum des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré ; · Médiane des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré ; · Maximum des 10 réplications du modèle sur le scénario considéré. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 57 Si l'outil de simulation a été considéré comme quasi-déterministe, les trois dernières colonnes donneront les valeurs issues de l'unique simulation. 5.4. Une validation du calage en plusieurs étapes - Présentation graphique des résultats du calage pour un scénario donné On suppose que, pour chaque scénario, un ensemble de jours caractéristiques a été choisi. Par la suite, un code couleur unique est utilisé : · Une courbe bleue pour la médiane (ou à la moyenne) des chroniques de données observées ; · Une enveloppe bleue pour l'enveloppe min-max des données observées sur les jours sélectionnés ; · Une courbe rouge pour la médiane (ou à la moyenne) des réplications s'il y en a eu plusieurs, ce qui est nécessaire dans le cas d'un modèle stochastique. La figure ci-dessous est décomposée en plusieurs sous-figures. Chacune d'elle se rapporte à une boucle de comptage et représente les débits (simulés ou observés) en fonction du temps. L'obtention d'une telle figure est assez immédiate à partir du format standard de données proposé dans la section précédente. Il faut que des boucles virtuelles soient positionnées dans la simulation aux positions des boucles réelles. - (a) Validation de la demande : les bonnes chroniques de débits aux points de mesure Figure 5.6. Comparaison entre les débits mesurés aux boucles dans la réalité et simulés par le modèle (A35) Pour estimer le niveau de qualité du calage et vérifier que celui-ci a permis de reproduire les bons débits aux bons moments, il convient de comparer les chroniques simulées (rouges) et les chroniques observées (bleues). Il s'agit de vérifier visuellement : que la courbe rouge est dans l'enveloppe min-max sur toutes les données (nécessaire), et qu'elle se rapproche de la courbe bleue (idéal). Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 58 Ce guide ne propose ni critère quantitatif ni seuil permettant de valider ou de rejeter le calage d'une manière binaire. Cette validation doit être décidé par le maître d'ouvrage en tenant compte des justifications du prestataire. Il convient de garder à l'esprit qu'un calage parfait n'existe pas. D'ailleurs, les données apportées en entrée du modèle sont également imparfaites avec des risques de divergence dus aux erreurs commises. Ainsi, en fonction de la complexité du réseau ou des phénomènes s'y déroulant, des écarts parfois significatifs peuvent être tolérés. - (b) Validation des conditions de trafic : Les bons temps de parcours sur les itinéraires Une analyse similaire à celle présentée pour les débits peut être effectuée pour apprécier la manière dont le calage a permis de reproduire les bonnes congestions aux bons endroits et aux bons moments. Le meilleur indicateur de congestion, pour être agrégé et simple à obtenir, est le temps de parcours sur un itinéraire. Cette analyse n'est possible que lorsque des temps de parcours ont été mesurés sur le terrain. Des balises virtuelles doivent alors être positionnées à différents lieux du réseau et « enregistrer » les dates de passage des véhicules durant la simulation. Tout du moins les temps de parcours pratiqués doivent pouvoir être récupérés sur une suite continue de tronçons qui relient ces deux balises. L'objectif est le même que précédemment, à savoir obtenir une chronique des temps de parcours simulés (rouge) similaire à la chronique des temps de parcours observés (bleue). Figure 5.7. Comparaison entre les temps de parcours mesurés et simulés sur les mêmes itinéraires (A35) - (c) Complément : les bonnes chroniques de baisses des vitesses aux points de mesure Pour compéter le contrôle des temps de parcours, notamment lorsque le calage initial ne permet pas de les reproduire correctement, il est possible de se référer aux vitesses mesurées par les capteurs. Cela peut permettre de détecter les tronçons du projet sur lesquels le prestataire doit améliorer son calage. Les vitesses mesurées par les boucles sur le terrain et dans la simulation sont comparées. Il convient ici de vérifier que les vitesses diminuent et augmentent aux bons moments sur chacune des boucles virtuelles. Le niveau de la baisse de vitesse n'est pas très important : seules les horodates de décrochage sont à considérer. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 59 Figure 5.8. Comparaison entre les vitesses mesurées aux boucles dans la réalité et simulées par le modèle (A35) Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 60 Si les points rouges issus des simulations sont situés à proximité de l'une de ces deux droites, alors le modèle reproduit un comportement réaliste de convergent. - L'exemple du projet de voie réservée sur A3 à Paris Une analyse comparative graphique a pu être réalisée sur les données observées et simulées du projet de voie réservée d'A3. Figure 5.10. Comparaison entre les débits mesurés aux boucles dans la réalité et simulés (A3-A86) Le calage, évalué sur la base des débits, n'est pas parfait, mais pourrait être considéré comme acceptable si les temps de parcours était bien représentés. Or, le calage, évalué sur la base des temps de parcours, est qualitativement moins bon. Il est correct sur les postes "2-1" et "4-3". En revanche, sur le poste "3-2", on observe une congestion qui ne devrait pas avoir lieu à 07:00. Le contraire se produit sur le poste "6-5" où il n'y a aucun ralentissement dans le modèle contrairement à ce qui est observé sur le terrain. Sur le poste "6-1", la congestion est un peu trop forte. Enfin, sur le poste "5-4", la dynamique d'évolution des temps de parcours n'est pas bonne. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 61 Figure 5.11. Comparaison entre temps de parcours mesurés et simulés sur les mêmes itinéraires (A3-A86) Dans pareil cas, il est conseillé au maître d'ouvrage de demander à ce que le calage soit repris pour être ponctuellement amélioré. Dans cette optique, le maître d'ouvrage peut se baser sur sa connaissance du réseau pour indiquer au prestataire où modifier le paramétrage du modèle et ainsi améliorer les simulations. Nota : Dans cet exemple, la durée du recueil de données (3 jours seulement) et la période d'agrégation retenue (15 min plutôt que 6 min) ne facilitaient pas la recherche de jours caractéristiques, et c'est sûrement sur ce point que l'étude en simulation aurait pu être améliorée. 5.5. La représentation de grandeurs macroscopiques caractéristiques Cette partie propose des éléments graphiques que le prestataire est capable de produire sur la base des données de sortie de simulation demandées. Ces graphiques peuvent être fournis pour les scénarios de calage en situation actuelle, mais aussi sur les options de projet pour permettre une comparaison visuelle et immédiate des effets du projet. - Les remontées maximales des congestions La représentation graphique la plus classique permettant d'analyser les remontées maximales de congestion s'appelle le « traficolor ». Il s'agit d'une représentation des vitesses moyennes pratiquées sur les différents liens du réseau, généralement basée sur une palette de couleur allant du vert (fluide) au rouge (très congestionné). Cette représentation peut également intégrer le débit passant par chaque lien en lui conférant une épaisseur de trait proportionnelle. Différentes variantes de représentation peuvent être envisagées suivant que l'on choisisse le débit total, le débit maximum ayant franchi le lien, ou le débit ayant franchi le lien à une heure de pointe donnée. De même, la couleur peut être définie par un certain fractile de vitesse mesurées sur le lien, ou la vitesse mesurée à une heure de pointe donnée. Le maître d'ouvrage devra préciser ses souhaits en fonction de ses propres variables et seuils d'appréciation de la situation. Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 62 Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 63 5.6. Éléments de choix d'un scénario - Comparaison des traficolors des options de projet Pour mettre en évidence de manière claire et immédiate les modifications de fonctionnement induites par la voie réservée, il est utile de mettre en regard les traficolors des situations avant et après aménagement de la voie réservée. Cela permet notamment de visualiser l'impact du projet sur la géométrie de la congestion : lieux de formation, longueurs de files, etc. Figure 5.14. Traficolor des conditions de trafic entre la situation (a) sans et (b) avec la voie réservée (A35) Dans la figure ci-dessus, on voit que la congestion sur l'A35 dans le sens entrant depuis le Sud commence plus en amont, au niveau du début de la voie réservée. La situation est également plus fluide juste en aval du début de la voie. De plus, la congestion se propage moins loin, ce qui est essentiellement lié aux hypothèses de report de trafic sur une autre infrastructure non reproduite ici (hypothèses prises en compte de manière implicite par la matrice O/D issue du modèle statique). - Comparaison des temps de parcours sur plusieurs itinéraires des options de projet Pour comparer de manière objective deux scénarios, les temps de parcours sur des itinéraires complets constituent des indicateurs quantitatifs pertinents. Dans le cas décrit ci-après, les temps de parcours permettent de comparer plusieurs situations de projet. On voit que certains temps de parcours ne sont pas modifiés (les temps de parcours sur les tronçons fluides restent comparables), tandis que les temps de parcours sur d'autres tronçons évoluent. En particulier, on peut observer des temps de parcours inférieurs sur A35 Sud dans le sens entrant dans les scénarios avec voie réservée (courbes cyan et violette). Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 64 Figure 5.15. Comparaison des chroniques de temps de parcours de deux scénarios sur 4 itinéraires Évaluation a priori des voies réservées au covoiturage sur voies structurantes d'agglomération 65  INVALIDE)