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Carrefour à feux

Un carrefour à feux est une intersection dont le trafic est réglé par des feux de signalisation tricolores. Le réglage des cycles de feux doit permettre d'assurer la sécurité des automobilistes et des piétons tout en permettant un débit maximal.

Définitions :

Un certain nombre de notions permettent de décrire et d'organiser les carrefours à feu :

• Conflit : croisement de deux mouvements, de véhicules ou de piétons.
• Courant : ensemble de mouvements réunis sur une même voie.
• Cycle de feux : enchaînement des différentes phases des feux.
• Durée de vert minimum : durée minimale de vert nécessaire pour écouler le stock d'usagers constitué pendant la durée de rouge.

Les 16 mouvements possibles sur un carrefour à quatre branches

• Mouvement : déplacement de véhicules dont distingue l'origine et la destination, déplacement de piétons sans origine ni destination. Pour calculer le débit d'un mouvement en compte le nombre d'u.v.p. auquel on applique un coefficient d'équivalence en fonction du type de mouvement.
  • Direct : mouvement consistant pour les véhicules à traverser le carrefour tout droit. Son coeficient d'équivalence est de 1
  • Tourne-à-Droite : mouvement consistant pour les véhicules à tourner à droite dans le carrefour. Son coefficient d'équivalence est de 1,1 quand l'angle est de 90° et de 1,2 si le mouvement tournant présente un angle aigu difficile à négocier. Un mouvement tournant non prioritaire ayant un conflit avec un flux de piétons supérieur à 250 piétons par heure aura un coeficient de 1,3 ou plus.
  • Tourne-à-Gauche : mouvement consistant pour les véhicules à tourner à gauche dans le carrefour. Ce mouvement est le plus complexe à gérer puisqu'il croise le mouvement direct face auquel il n'a pas la priorité et le tourne-à-gauche du sens opposé. Le coeficient d'équivalence est très variable et dépend essentiellement du débit et du nombre de mouvements antagonistes prioritaires. Le coeficient peut ainsi généralement varier de 1,1 à 1,7. Plus le cycle est court, plus le coeficient du tourne à gauche sera faible.
  • Tourne-à-Gauche à l'indonésienne : mouvement dans lequel les tourne-à-gauche ne sont pas antagonistes. Les tourne-à-gauche à l'indonésienne s'accompagnent souvent d'une voie de stockage dédiée au tourne-à-gauche.
• Phase : période durant laquelle un ou plusieurs courants sont admis dans le carrefour.
• Temps de dégagement : temps de latence entre deux phases qui admettent des courants antagonistes dans le carrefour afin de permettre la libération complète du point de conflit (par exemple, les véhicules effectuant un tourne-à-gauche, stockés au centre du carrefour).
• u.v.p : Unité de Voiture Particulière. Unité permettant de mesurer les débits d'un mouvement, d'une voie ou du carrefour. Un deux roues vaut 0,3 U.v.p., un véhicule léger (< à 3,5 tonnes) vaut 1 u.v.p., un poids lourd ou un bus valent 2 u.v.p., un semi remorque ou un bus articulé valent 3 u.v.p.
• Vitesse moyenne : le réglage de la durée des différentes phases se fait en considérant des vitesses moyennes d'1m/s pour les piétons (sauf devant une école, un hôpital ou une maison de retraite) et de 10m/s pour les véhicules.
• Voie : portion de la chaussée dédiée à un courant.

Les contraintes des carrefours à feux

La réglementation routière

En France Le fonctionnement d'un carrefour à feux doit respecter la réglementation décrite dans l'instruction interministériel sur la signalisation routière [1] . Le maître mot dans le fonctionnement d'un carrefour à feu est sécurité. Ce critère essentiel se traduit notamment par des temps de feu minimum, notamment pour permettre aux piétons de traverser sans encombre. Des minima et des maxima sont ainsi définit. Si les minimas sont toujours respectés, on observe sur le terrain que les maximas sont parfois transgressés. Pour les usagers, le code de la route est le suivant:

Si les feux fonctionnent

• Le feu rouge indique une interdiction (provisoire de passer).
• Le feu orange indique un passage imminent au feu rouge.
• Le feu vert indique une possibilité de passage, il ne donne cependant pas la priorité.

En particulier si un véhicule tourne à gauche, il croisera le chemin des véhicules venant d'en face, qui auront le feu vert en même temps. De plus les piétons sont légalement prioritaires.

S'ils sont éteints ou orange clignotant

Les règles classiques de priorités sont appliquées.

La simplicité du carrefour

Le fonctionnement du carrefour doit être le plus compréhensible possible, et donc le plus simple afin que les usagers ne se trompent pas dans l'utilisation du carrefour. Le fonctionnement de tout carrefour à feu implique également un minimum incompressible de temps perdu. Ainsi, le rouge de dégagement qui conserve une période tampon entre deux phases, à la fois pour permettre au carrefour de se vider mais aussi pour conserver des marges de sécurité, ou encore le temps de redémarrage des véhicules au vert font couramment perdre 4 à 8 secondes par cycle. Il est donc impératif de conserver un nombre de phases le plus réduit possible pour limiter les pertes de temps.

La lisibilité et la légitimité du carrefour

Le respect des feux est directement lié à leur légitimité apparente. Si un feu est ou semble inutile ou que son fonctionnement est trop contraignant, les infractions augmenteront, grévant la sécurité et l'efficacité du carrefour. Implanter un carrefour à feux est donc un exercice délicat qui impose une efficacité optimale.

Prendre en compte les véhicules hors norme

Si la voiture particulière est prédominante, il n'en demeure pas moins que les bus et les deux roues circulent également sur la voirie. Le cycle de feu doit donc leur être adapté, tout particulièrement quand une infrastructure spécifique leur est dédiée (comme par exemple les couloirs de bus ou les pistes cyclables).

Prendre en compte la traversée des piétons

La sécurité des piétons est particulièrement importante parce que très difficiles à canaliser. Il faut donc veiller à leur offrir des possibilités de traverser qui ne rallongent néanmoins pas leur trajet ni leur temps de traversée.

Assurer un débit adéquat

Deux exemples de dysfonctionnements dues à une inadéquation entre les débits de chaque courant et l'infrastructure

Un carrefour à feux ralentit nécessairement le trafic mais dans la mesure où le plan de feu est souvent préprogrammé, une erreur provoquerai plus qu'un ralentissement, un blocage du carrefour. Il ne s'agit donc pas uniquement ne pas trop ralentir le flux des véhicules mais aussi de s'assurer qu'il demeure possible.

Adaptation du plan de feux au trafic

Le trafic routier n'est pas homogène, il connait des variations régulières (les heures de pointes, les retours de week-end) mais aussi des variations aléatoires (un évènement sportif, une déviation). Plusieurs méthodes permettent d'adapter le plan de feu à la réalité de la circulation.

Les plans de feu précalculés

Un certain nombre de plan de feu différents ont été pré-calculés en fonction des différentes configuration de trafic possibles. Cette solution est généralement utilisée pour les variations régulières. Une programmation les déclenche à heure fixe ce qui impose que la variation régulière soit effectivement prévisible et qu'elle dure également au minimum 15 minutes.

La micro régulation

Ce deuxième type de solution employé pour les variations aléatoires s'appuie sur des technologies nettement plus sophistiquées. Les moyens les plus courants sont les boucles à inductions noyées dans la chaussée ou des radars qui permettent d'estimer la longueur de la file de véhciules, les boutons poussoirs pour permettre au piétons d'obtenir le feu rouge, les éméteurs à bord de véhicules à privilégier (comme les bus). Il existe également des détecteurs de vitesse qui déclenchent le rouge quand ils repèrent des véhicules en excès de vitesse. Cette solution est couramment mise en œuvre en Espagne. l'INRETS développe actuellement un système d'analyse d'image vidéo afin de prendre également la mesure des files d'attente aux feux.

Escamotage

Il s'agit de l'une des applications de la micro régulation qui consiste à supprimer une phase du cycle de feux privilégiant un mouvement pour lequel il n'y a pas de véhicule en attente. L'escamotage est en général utilisé dans les cycles de feu comprenant plus de deux phases.

On peut également choisir entre deux phases conditionnelles en fonction de la file d'attente correspondant à chacune de ces phases afin d'optimiser le débit du carrefour.

La fiabilité des équipements de détection est fondamentale puisqu'un véhicule non détecté risque de ne pas bénéficier de la phase lui correspondant. Les deux roues les poids lourds sont souvent difficilement détectés par les boucles à induction.

Durée de vert adaptable

Ce système vise à adapter le temps de vert au trafic qui l'emprunte. Des capteurs mesurent la densité de la circulation, en calculant notamment l'intervalle entre les véhicules. Le vert est prolongé, dans une certaine limite, tant que l'axe est emprunté par une certaine densité de circulation. Lorsqu'il y a un « trou » dans le flux, le feu passe au rouge, ralentissant un nombre limité de véhicules.

Ce système permet par exemple une régulation efficace aux heures de pointe en favorisant le débit sur un axe principal particulièrement chargé tout en améliorant la crédibilité du carrefour aux heures creuses pour les usagers de l'axe antagoniste.

Antiblocage

Aux heures de pointe, les mouvements délicats comme les tourne-à-gauche peuvent bloquer le carrefour. En effet si la quantité de véhicules admis dans le carrefour excède sa capacité à évacuer les véhicules, c'est tout le trafic du carrefour, mouvements directs compris qui risquent d'être bloqués.

Un système antiblocage s'appuie sur des capteurs lui révélant la présence d'un blocage pour modifier le cycle de feu et retenir en amont les véhicules excedentaires plutôt que de les laisser bloquer la portion difficile de la voirie.

La situation de blocage entourée en rouge peut être régulée en limitant la durée de vert du feu 1 afin de stocker les véhicules en dehors de la zone à risque.

Transports en communs

Mis en place pour les bus notamment, on distingue trois types d'adaptations :

• Une phase escamotable qui s'enclenche en présence du bus
• Un dégagement anticipé qui permet par exemple au bus, grâce à un feu spécial d'effectuer avant tout le monde son tourne à gauche alors que le mouvement antagoniste bénéficies toujours du vert.
• Une variation de la durée de vert par anticipation et/ou prolongation. Le bus et le contrôleur de carrefour commniquent par radio courte porté pour favoriser le passage du bus au vert.