Les Echangeurs de GOKA

Exposé sur les échangeurs autoroutiers

21 janvier 2014

SOMMAIRE INTRODUCTION………….……………………………………………………3

I-

Description d’un échangeur……………………………………………...4

II-

Rôles d’un échangeur……………………………………………….........4

III-

Les différents types d’échangeurs………………………………………..5 3.1- Echangeur en trèfle…………………………………………………….5 3.2- Echangeur en turbine…………………………………………………..5 3.3- Echangeur annulaire…………………………………………………....7 3.4- Echangeur Turcot………………………………………………………7 3.5- Echangeur de type Spaghetti…………………………………………...7 3.6-Echangeur Trompette…………………………………………………...8 3.7- Echangeur à niveaux……………………………………………………8 3.7.1- Echangeur 4-niveaux……………………………………………….8 3.7.2- Echangeur 5-niveaux……………………………………………….9

IV-

Conception d’un échangeur…………………………………………….....9 4.1- Eléments de conception d’un échangeur…………………………….10 4.2- Emplacement et espacement des échangeurs………………………..11 4.3- Coordination des échangeurs………………………………………...11 4.4 Emplacement des sorties………………………………………………12 4.5- Conception géométrique d’un échangeur…………………………….12 4.5.1- Le tracé en plan…………………………………………………..12 4.5.2- Le profil en long………………………………………………….13

Présenté par GOKA Edoh, élève ingénieur en 5ième année de Génie Civil

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4.5.3- Le profil en travers……………………………………………….13 4.6- Construction des différents éléments d’un échangeur………………….15 4.6.1- Les ponts………………………………………………………….15 4.6.1.1- Le tablier…………………………………………………….15 4.6.1.2- Les appuis…………………………………………………...18 4.6.1.2.1- Les piles…………………………………………………19 4.6.1.2.2- Les culées………………………………………………..20 4.6.1.2.3- Les piles – culées………………………………………..20 4.6.2- Bretelles…………………………………………………………..21 4.6.2.1- Conception des bretelles…………………………………...21 4.6.2.2- Fonctionnement d’une bretelle……………………………22 4.6.2.3- Tracé en plan d’une bretelle……………………………….23 4.6.2.4- Profil en long d’une bretelle……………………………….23 4.6.2.5- Profil en travers d’une bretelle…………………………….23 4.6.2.6- Raccordement avec l’autoroute : voie de changement de vitesse……………………………...24 4.6.2.7- Vitesse de base……………………………………………...27 4.6.2.8- Aire du musoir………………………………………………28 V- Les impacts environnementaux de la construction d’un échangeur………29 CONCLUSION……………………………………………………………………...31 ANNEXE……………………………………………………………………………32 Bibliographie………………………………………………………………………...41


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INTRODUCTION L’homme de par sa nature a toujours cherché à se simplifier sa vie ou à rechercher des solutions auxquels il fait face. Dans le domaine routier, domaine s’occupant du transport et de l’évacuation des personnes et marchandises de tous ordres, l’homme a toujours inventé des moyens pour résoudre les soucis qu’il rencontre compte tenu de son évolution galopante. Donc, pour faciliter la circulation, éviter les collisions et congestions aux carrefours situés dans le même plan, il a été créé les échangeurs autoroutiers. Ces derniers avec leurs formes architecturales souvent spectaculaires, jouent des rôles non moins importants dans les trafics routiers. Pour mieux saisir cette partie de la route qui permet chaque jour le déplacement des millions usagers de par le monde, il nous a été proposé de faire des recherches sur les échangeurs qui sont en train de voir le jour dans nos pays du sud.


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DESCRIPTION D’UN ECHANGEUR

I-

Un échangeur est un croisement dénivelé sur lequel les transferts de trafic sont séparés les uns des autres et sont assurés par des bretelles autoroutières affectées à cet effet. Ou encore un échangeur autoroutier est un système de bretelles routières permettant de s’engager sur une voie rapide ou sur une autoroute pour prendre une autre autoroute ou une route du réseau routier ordinaire. Les échangeurs se trouvent donc aux intersections entre autoroutes, ou entre une autoroute et un autre type de route. Un échangeur autoroutier est donc un dispositif de raccordement entre plusieurs routes et autoroutes sans croisement à niveau. Un échangeur autoroutier compte au minimum un pont permettant à une autoroute d’enjamber l’autre et d’un système de bretelles. Dans les cas les plus complexes, les chaussées peuvent s’étager sur quatre niveaux différents (échangeur dit “Fourstack”). Un échangeur peut être complet (bidirectionnel) ou partiel (donnant accès à une seule direction de l’autoroute). Les échangeurs sont munis de bretelles. Ces dernières qui seront décrites plus amplement par la suite, sont une connexion d’un échangeur ou, d’une façon plus générale, une chaussée qui relie deux routes à niveaux différents ou deux routes parallèles et par laquelle les véhicules peuvent entrer sur une chaussée déterminée ou la quitter. Définition de quelques termes au niveau des échangeurs :  Diffuseur : Croisement dénivelé entre une autoroute et une route ordinaire.  Nœud : sont des points d’échanges dénivelés, qui assurent les échanges entre deux voies rapides sans cisaillement sur les chaussées principales de ces deux voies, ni sur les bretelles.  Bifurcation : Échangeur entre autoroutes de forme "Y" ou de "T".  Croix (ou croisement) : Échangeur entre autoroutes de forme "X", similaire au croisement en trèfle.  Bretelle : voie qui raccorde un échangeur à une autoroute ou à une route.

II-

LES ROLES D’UN ECHANGEUR

Un échangeur fait donc partie d’un réseau routier et permet de résoudre des problèmes aux carrefours plans. Il assure, au moyen d’un ou plusieurs étages, les mouvements de circulation entre les routes. L’échangeur permet donc un écoulement libre et en sécurité de grands débits de circulation, en plus, de raccorder toutes les routes qui se Présenté par GOKA Edoh, élève ingénieur en 5ième année de Génie Civil

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croisent. Il permet donc d’éviter tout croisement à niveau pour limiter le ralentissement des voies. Il est un facteur puissant du développement économique et urbain. Son rôle est donc de décongestionner le trafic dans les centres villes, de sécuriser les usagers de la route et des citoyens en général et mettre en place des ouvrages modernes permettant l’amélioration du cadre de vie des citoyens (surtout dans nos pays africains) III-

LES DIFFERENTS TYPES D’ECHANGEURS

Pour choisir l’échangeur qui convient le mieux, il faut tenir compte en premier lieu de la classification des routes qui se croisent. On trouve plusieurs types d’échangeurs : les échangeurs à trois ou quatre branches qui relient des autoroutes, les échangeurs qui relient les autoroutes et d’autres routes, les échangeurs qui relient des routent autres que les autoroutes et les échangeurs qui croisent une artère et une route locale (qu’on trouve rarement). Voici donc quelques types : 3.1-

Échangeur en trèfle

C'est l'un des tout premiers types d'échangeurs, apparu dans les années 1930 aux EtatsUnis. Il est très utilisé également en Allemagne. C'est un échangeur massif, demandant une très grande emprise, et qui est généralement justifié par un trafic important. Les modèles ci-dessous comprennent également des collectrices latérales, destinées à éviter les croisements de flux de circulation.

Photo 3.1 : Echangeurs autoroutiers complet en trèfle

3.2-

Échangeur "en turbine"

Ce type d'échangeur occupe la même superficie qu'un échangeur en trèfle mais en corrige l'un des inconvénient : les bretelles en boucles du trèfle ont un rayon assez serré pour éviter de trop s'étendre, induisant l'obligation de réduire fortement sa vitesse (parfois jusqu'à 30 Km/h), donc une capacité limitée et un risque accru de sortie de route, alors que la turbine met en œuvre des courbes à plus grand rayon.


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Echangeur à turbine complète Chaque chaussée convergente dispose de deux sorties, une pour chaque sens de l'autoroute croissante. Les voies en provenance des deux directions de la route croissante convergent avant de constituer une bande de lancement unique. Inconvénient principal : au niveau des dédoublements et des convergences, les pentes sont assez importantes afin de permettre aux flux confluents et divergents de se croiser à des niveaux différents.

Photo 3.2.1 : Exemple d’échangeur en Turbine complète

Echangeur à turbine simplifiée Equipé d'une sortie dans chaque direction, dont la chaussée se dédouble pour desservir les deux sens de l'autoroute croissante. Les voies en provenance des deux directions de la route croissante convergent avant de constituer une bande de lancement unique. Inconvénient principal : au niveau des dédoublements et des convergences, les pentes sont assez importantes afin de permettre aux flux confluents et divergents de se croiser à des niveaux différents.

Photo 3.2.2 : Turbine simplifiée


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3.3-

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Echangeur annulaire

La simplification est poussée un cran plus loin, les bretelles sont rassemblée dans un énorme anneau faisant penser à un rond-point sur lequel se branchent et se débranchent les bretelles vers les deux autoroutes qui se croisent.

Photo 3.3 : Turbine annulaire

3.4-

Echangeur Turcot

L'échangeur Turcot est un échangeur autoroutier construit sur trois étages, en 19661, au sud-ouest de l'île de Montréal, au Québec. Il fut ouvert à la circulation le mardi 25 avril 1967 à 6 h 00, soit trois jours avant l'ouverture de l'Expo 67. Il est nommé en l'honneur du marchand Philippe Turcot (1791-1861), qui donna son nom au village Turcot et à la rue Philippe-Turcot.

Photo 3.4 : échangeur de type Turcot

3.5-

Echangeur de type Spaghetti

Photo 3.5 : exemple d’échangeur de type spaghetti Présenté par GOKA Edoh, élève ingénieur en 5ième année de Génie Civil

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3.6-

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Echangeur Trompette

C’est un diffuseur correspondant au raccordement de deux voies (la voie rapide, une autre voie) dont l’une des deux constitue l’extrémité de l’autre. On doit prendre un soin particulier au traitement de la zone située à l’amont de la boucle (cas de système « boucle en entrée ») ou de la bretelle semi- directionnelle (cas du système « boucle en sortie »), zone sur laquelle l’usager doit adapter son comportement et sa vitesse.

3.7-

Échangeur à niveaux 3.7.1- Échangeur 4-niveaux

Le 4-niveaux (four-stack en anglais) est le type le plus massif d'échangeurs existants. Il est équivalent au croisement 4-trèfle mais n'implique pas de la part des véhicules voulant "tourner à gauche" en rejoignant l'axe qu'ils croisent de réaliser trois quarts de tour. L'échangeur 4-niveaux est construit, comme son nom l'indique, sur quatre niveaux : deux niveaux sont dédiés aux croisements des axes autoroutiers et deux autres, généralement situés au-dessus des deux premiers, sont utilisés par les bretelles entre autoroutes. Certains échangeurs aux États-Unis, de par l'empilement des niveaux, atteignent ainsi les 25 mètres de hauteur. Le 4-niveaux reste destiné à une circulation très importante et est assez rare en Europe : on en trouve quelques-uns au Royaume-Uni, en Espagne, en Italie, en Belgique, aux Pays-Bas et au Portugal.


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Photo 3.7.1 : Echangeur à 4 niveaux

3.7.2- Échangeur 5-niveaux Comme son nom l’indique, c’est un échangeur construit sur 5 niveaux. Au Portugal, il existe un 5-niveaux au carrefour des autoroutes A10 et A1. Aux États-Unis, il existe, entre autres, le High Five Interchange à Dallas.

Photo3.6.2 : Le High Five Interchange de Dallas

D’autres types d’échangeurs sont présentés dans l’annexe.

IV-

CONCEPTION D’UN ECHANGEUR

La première étape de la conception est le choix des caractéristiques générales : le type de route qui détermine l’instruction à appliquer, la catégorie de route qui conditionne les principales caractéristiques géométriques du trafic, le nombre de voies. Dans notre projet actuel, les instructions à utiliser sont celles des autoroutes. Avant la réalisation d’un échangeur, plusieurs enquêtes sont effectuées pour connaître les impacts qu’aura sa construction sur le trafic existant, sur les riverains, sur l’économie de la région concernée ou du pays en général.


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Après, plusieurs propositions de construction de l’échangeur sont émises. On retiendra donc, celle qui sera le plus en accord avec ce que le maître d’ouvrage souhaite et ce qui en phase avec les routes existantes, avec le moins d’impact sur l’environnement et celle qui concorde le plus avec la géographie du milieu. 4.1- ELEMENTS DE CONCEPTION D’UN ECHANGEUR Le principal objectif d’un échangeur est de servir aux intérêts des usagers. Donc lors de sa conception, on tient compte des paramètres tels que :             

La sécurité La classification des routes qui se croisent ; L’utilisation du sol ; La vitesse de base ; Le débit et la composition du trafic ; Le nombre de branches de l’échangeur ; Les dispositifs de régulation de la circulation ; Le relief ; Les besoins d’emprise et de terrain ; La desserte des quartiers riverains ; Les aspects reliés aux réseaux et la cohérence de l’aménagement ; L’environnement ; Les aspects économiques.

Ces éléments favorisent la compréhension des concepteurs et cela des conducteurs lorsqu’ils empruntent les autoroutes. Pour s’assurer du bon fonctionnement de la route lors de la conception, il faut donc considérer l’autoroute et les échangeurs comme un seul système. La construction d’un échangeur est une solution intéressante à de nombreux problèmes reliés aux carrefours plans. Les critères qui suivent donneront les lignes directrices à prendre en considération lors de la justification et de la décision du choix d’aménagement d’un échangeur :  Circulation : le débit de circulation par rapport à la capacité de la route existante est le critère principal le plus concret pour justifier l’aménagement d’un échangeur.  Sécurité : certains carrefours plans ont un taux de collision élevé et il impossible de modifier la configuration. Si la mise en place de dispositifs de régulation de la circulation ne peut être envisagée, il peut être approprié de prévoir l’aménagement d’un échangeur comme mesure de sécurité.  Relief : les échangeurs peuvent être prévus à l’endroit où un carrefour plan ne peut être envisagé à cause du relief. Présenté par GOKA Edoh, élève ingénieur en 5ième année de Génie Civil

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4.2- EMPLACEMENT ET ESPACEMENT DES ECHANGEURS Il s’agit d’identifier les zones susceptibles de nécessité l’implantation d’un échangeur au regard des principales fonctionnalités de l’infrastructure, compte tenu de la configuration de l’aire d’études et des besoins en desserte du territoire. La présence d’un bassin de vie, d’une infrastructure de transport importante, d’une zone d’activités significative dans un secteur sont d’autant d’atouts pour justifier l’étude de l’implantation d’un échangeur. Sur les autoroutes urbaines, les conditions de la circulation et le comportement des conducteurs influent sur l’espacement des échangeurs. La distance à parcourir est plus courte et les débits de circulation plus élevés. Pour assurer une bonne desserte du milieu, il faut prévoir des échangeurs rapprochés, l’exploitation de l’autoroute peut en souffrir et perdre sa capacité d’absorption et de distribution de la circulation. L’espacement des échangeurs en milieu urbain varie normalement de 2 à 3 km. Les échangeurs devraient être situés sur les artères principales qui font partie du réseau de l’agglomération urbaine. Les collisions sur les autoroutes augmentent proportionnellement à l’espacement, c’est-à-dire plus les échangeurs sont rapprochés les uns des autres, plus les risques de collisions sont plus élevés. Il est donc important de tenir compte de cet aspect pour établir l’espacement et l’emplacement des échangeurs en milieu urbain.

Figure 4.2 : Espacement des échangeurs sur autoroutes urbaines (source GCCR)

4.3- COORDINATION DES ECHANGEURS La configuration d’un échangeur doit convenir à son emplacement, compte tenu des éléments mentionnés antérieurement, ainsi qu’à sa capacité à desservir le milieu. De plus, la coordination avec les autres artères devrait être étudiée pour s’assurer de la cohérence dans l’aménagement de l’autoroute. Les éléments d’un échangeur et Présenté par GOKA Edoh, élève ingénieur en 5ième année de Génie Civil

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l’uniformité de son fonctionnement sont les meilleurs moyens d’assurer la compréhension de la part des usagers et la fluidité de la circulation. 4.4- EMPLACEMENT DES SORTIES Les bretelles de sortie sur l’autoroute peuvent être en amont ou en aval des viaducs ou des autoroutes. Celles situées en amont sont les plus visibles aux conducteurs et, par conséquent, leur permettent d’ajuster leur vitesse et d’effectuer des manœuvres sans collision ni versement. Celles en aval sont moins visibles aux automobilistes. Dans un échangeur, les sorties en amont d’un viaduc ainsi que les sorties uniques sont préférables, elles simplifient la signalisation et le processus de décision des automobilistes. 4.5- CONCEPTION GEOMETRIQUE D’UN ECHANGEUR Les éléments suivants ont été déjà développés en grande partie dans le cours consacré aux ouvrages d’art. Donc nous ne présenterons que des descriptions sommaires. 4.5.1- Le tracé en plan Le tracé en plan est la ligne définissant la géométrie de l’axe de la voie portée, dessinée sur un plan de situation et repérée par les coordonnées de ses points caractéristiques. C’est-à-dire c’est la projection de l’axe longitudinal de la route sur le plan horizontal. Il doit se raccorder au mieux aux voies de communication qu’elle relie. En plus le tracé en plan doit s’intégrer le plus dans l’espace géographique réservé pour la construction.

Figure 4.5.1: Exemple de tracé en plan


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4.5.2- Le profil en long Le profil en long est la ligne située sur l’extrados de l’ouvrage (couche de roulement mise en œuvre) définissant, en élévation, le tracé en plan. Il doit être défini en tenant compte de nombreux paramètres liés aux contraintes fonctionnelles liées au type prévisible de l’ouvrage de franchissement. En règle générale, il convient d’éviter les ouvrages plats et horizontaux, pour les raisons architecturales et d’écoulement des eaux pluviales. A fortiori, un profil en long en forme de cuvette doit être proscrit.

Figure 4.5.2 : Exemples de profil en long

4.5.3- Le profil en travers Le profil en travers est l’ensemble des éléments qui définissent la géométrie et les équipements de la vue dans le sens transversal. Il doit être soigneusement étudié car il Présenté par GOKA Edoh, élève ingénieur en 5ième année de Génie Civil

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très difficile de le modifier (par exemple l’élargir) si une telle possibilité n’a pas été prévue lors de la conception de l’ouvrage.

Figure 4.5.3 : Éléments du profil en travers autoroutier en section courante


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4.6- CONSTRUCTION DES DIFFERENTS ELEMENTS D’UN ECHANGEUR Comme nous le savons, les échangeurs sont souvent composés d’un ouvrage d’art de franchissement (les ponts) et des bretelles qui relie l’échangeur à une autoroute ou à une autre route.

4.6.1- Les ponts D’une façon générale nous savons que les ponts, sont un ouvrage en élévation construit in situ, permettant à une voie de circulation de franchir un obstacle ou une voie de circulation. Mais particulièrement à notre sujet, c’est un ouvrage en élévation permettant à une autoroute de franchir l’autre en deçà. Ils sont souvent constitués de piles, des poutres multiples ou d’une dalle, des tabliers, des gardes corps et des appareils d’appui etc. 4.6.1.1- Le tablier Le pont donc, peut être à poutres multiples ou peut être un pont dalle. Les poutres sont en béton précontraint ou en béton armé ou peuvent être métalliques. Quand les poutres ont plusieurs formes qui sont les poutres en I, les poutres-caissons. Lors de leur disposition on a les poutres multiples, les poutres –caissons, deux poutres maîtresses avec poutres de plancher et des poutres caissons multicellulaires. Aujourd’hui pour analyser et concevoir des poutres soumises à des charges dues à la circulation, on utilise plusieurs méthodes comme le modèle de grillage et le modèle 3D en éléments finis. Après on recouvre les poutres d’une dalle d’une petite épaisseur surmontée d’une couche d’étanchéité puis d’une couche de roulement en béton bitumineux de 4 à 10 cm. La dalle quant à elle peut être armée, précontrainte, en dalle élégie, ou en dalle nervurée. Après la dalle est elle aussi surmontée des deux couches (couche d’étanchéité et couche de roulement) comme décrites précédemment.


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Figure 4.6.1.1 : montrant les diff érentes dispositions des poutres.

Pour les ponts à poutres multiples, on a les dispositions comme montrées sur les figures suivantes :

Figure 4.6.1.1’ : tablier avec multi poutre

Et au niveau des ponts dalles on a les dispositions suivantes :


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Photo 4 : pont dalle

Lorsqu’il s’agit de poutres préfabriquées, elles sont mises en place par la grue comme le montre la photo suivante :

Photo 5 : mise en place des poutres – source CETE de Lyon

L’entrée d’eau dans le tablier peut causer la corrosion des aciers, ce qui est à éviter. Pour assurer donc l’étanchéité, on a recours à une chape d’étanchéité (à base d’asphalte ou de feuilles bituminées) disposées sur la dalle en béton.


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Cette étanchéité est surmontée d’une couche de roulement en béton bitumineux de 4 à 10 cm d’épaisseur servant de couche d’usure ou de coucha de roulement. Il est indispensable de prévoir un système d’évacuation des eaux pluviales pour éviter l’inondation de la chaussée. Celui-ci est généralement est constituée de gargouilles disposées tous les 20 m environ. Elles recueillent l’eau de surface et l’évacue par des chéneaux vers les descentes d’eau situées au niveau des piles.

Photo 6 : système d’évacuation d’eau

4.6.1.2- Les appuis Ils transmettent au sol les actions provenant du tablier. Ils sont généralement en béton armé. Ce sont les données géotechniques qui permettent de déterminer le type de fondation des appuis et constituent l’un des éléments du choix pour le franchissement projeté. Ces données géotechniques sont obtenues à partir d’une reconnaissance qui donne les informations désirées sur le terrain naturel, le niveau de la nappe et le (ou les) niveau (s) possible (s) de fondation. Les différents types d’appui sont :


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4.6.1.2.1- Les piles Les piles peuvent être en acier ou en béton. Mais souvent, c’est en béton armé et quand les piles sont de grandes hauteurs, on utilise des éléments préfabriqués en béton ou du béton précontraint. On en distingue deux types de base :  Les piles de type poteau,  Les piles de type voile. Elles comportent au minimum 2 parties :  La superstructure ou fût, reposant éventuellement sur une nervure  La fondation qui est profonde. Elles comportent des éléments verticaux qui peuvent être :  Des voiles : éléments longs de section allongée. Ils comportent au moins 2 points d’appui pour supporter le tablier.  Des colonnes (section circulaire) ou des poteaux (section rectangulaire) : éléments courts, de faible section. Chaque élément comporte un point d’appui ou bien les éléments sont reliés en tête par un chevêtre sur lequel repose les points d’appui du tablier.

Photo 7 : Exemples de piles Présenté par GOKA Edoh, élève ingénieur en 5ième année de Génie Civil

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4.6.1.2.2- Les culées Appui d’extrémité, elles assurent le soutènement du remblai d’accès à l’ouvrage. Les culées comportent 4 parties :  Une fondation  Un mur de front, sur lequel s’appuie le tablier et qui assure la stabilité du remblai d’accès  Un mur de tête, qui assure le soutènement des remblais latéralement.  Une partie supérieure (chevêtre) sur laquelle s’appuie le tablier. 4.6.1.2.3- Les piles-culées Ce sont des appuis d’extrémité, enterrés dans le remblai d’accès (complètement ou partiellement). La pile culée n’assure pas la fonction de soutènement du remblai d’accès (sauf en tête de remblai dans certains cas). Les piles culées comportent 3 parties :  Une fondation  Une partie intermédiaire constituée par des éléments verticaux (voiles, poteaux, colonnes)  Une partie supérieure (chevêtre) sur lequel s’appuie le tablier. Les photos suivantes montrent la réalisation de certaines fondations d’échangeurs :

Photo 8 : ferraillage et bétonnage de fondation des piles


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Photo 9 : fondation profonde réalisées sur pieux

4.6.2- BRETELLES

4.6.2.1- Conception des bretelles Une bretelle d’échangeur est une chaussée de raccordement à sens unique qui relie deux routes. Elle est composée d’un raccordement de sortie, de la bretelle et du raccordement d’entrée. Les bretelles assurent l’écoulement de la circulation soit en direction d’une autoroute, soit en provenance d’une autoroute avec accès limité. Sa configuration est déterminée lors du choix du type d’échangeur et les caractéristiques géométriques des différents tracés (en plan, du profil en long et du profil en travers) selon :     

Débit et composition de la circulation, Caractéristiques géométriques et d’exploitation des routes adjacentes ; Relief ; Dispositifs de régulation de la circulation ; Attentes des usagers.

4.6.2.2- Fonctionnement d’une bretelle


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Une bretelle se compose de quatre zones :  Le dispositif de déboitement ou d’insertion, où la manœuvre doit pouvoir s’effectuer : -au point de sortie au plus tôt ou point d’entrée au plus tard à une vitesse égale à Vp (vitesse pratique ou vitesse en groupe) ; - au point de sortie au plus tard ou point d’entrée au plus tôt à une vitesse égale à Vs ou Vi égale : . à Vp – 15 km/h (soit 55km/h) pour A 100 ; . à Vp – 10 km/h (soit 50 km/h) pour A 80 et U 80 ; . à Vp – 10 km/h (soit 40 km/h) pour U 60 ;

 Une zone de décélération ou d’accélération, permettant la transition entre Vs ou Vi de la vitesse admissible en fonction des caractéristiques de la bretelle (et inversement) ;  Une zone en courbe définie en général par un rayon en plan ou une succession de rayons en plan, qui doit être parcourue à V(R), vitesse admissible en fonction de la valeur du rayon R ;  Une zone de transition permettant le raccordement de la section courbe à la voie traditionnelle ou à une autre voie rapide urbaine (cette zone peut être pratiquement inexistante). Présenté par GOKA Edoh, élève ingénieur en 5ième année de Génie Civil

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4.6.2.3- Tracé en plan d’une bretelle Une bretelle de sortie ou supportant un courant à deux voies de circulation ne peut avoir une configuration en boucle.

a. Valeurs limites des rayons Par convention, un rayon en plan est mesuré par rapport au bord intérieur de la chaussée. Le rayon minimal est de 40 m. Mais, à l’exception des boucles, le rayon de la première courbe rencontrée en sortie doit être au moins de 100 m. En boucle, il n’est pas conseillé de recourir à des rayons excédant 60 m. Le rayon minimal non déversé est de 300 m. b. Enchaînement des éléments du tracé en plan Une boucle circulaire est encadrée par deux arcs de clothoïdes. Deux courbes successives de sens contraire doivent satisfaire à la condition : R1≤ 2R2, où R1 et R2 notent les rayons de la première et de la seconde courbe rencontrées. c. Raccordement progressif Une courbe circulaire est encadrée par deux arcs de clothoïdes de longueur égale à la plus grande des deux valeurs : 6R0.4 et 7ǀ∆δǀ ; où R note le rayon de courbure (en m), et ∆δ la différence des pentes transversales (en %) des éléments du tracé raccordés. 4.6.2.4- Profil en long d’une bretelle Les valeurs limites des paramètres du profil en long sont les suivantes : Déclivité maximale Rayon minimal en angle saillant Rayon minimal en angle rentrant

6% 1500 m 800 m

Au carrefour de raccordement avec la voirie ordinaire, on peut utiliser des rayons inférieurs sur de faibles développées. 4.6.2.5-

Profil en travers d’une bretelle

La chaussée est bordée de part et d’autre par une bande dérasée de même structure qu’elle, et par une berne qui peut être intégrée au dispositif d’assainissement. Les largeurs des composantes du profil en travers sont les suivantes : Présenté par GOKA Edoh, élève ingénieur en 5ième année de Génie Civil

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Chaussée

Unidirectionnelle bidirectionnelle

B.D.D B.D.G BDD : Bande dérasée de droite

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3.50 m 7.00 m 1.00 m 0.50 m

BDG : Bande dérasée de gauche Dans une courbe de rayon inférieur à 100 m, une surlageur de 50/R par voie est à introduire. Lorsque l’enjeu le justifie, l’accotement peut être aménagé pour offrir une largeur roulable de 6 m. Un tronçon de plate-forme supportant des courants de sens opposés comporte habituellement une chaussée bidirectionnelle. Des dispositifs appropriés, destinés à assurer la séparation des deux sens de circulation (barrière de sécurité…), doivent être mis en œuvre dans le cas d’une configuration pouvant favoriser des prises de l’autoroute à contresens. Le long des bretelles, la largeur de la zone de sécurité est de 4 m. Pente transversale d’une bretelle Le profil d’une chaussée bidirectionnelle est de deux versants plans raccordés sur l’axe, celui d’une chaussée unidirectionnelle d’un seul versant. Les bandes dérasées ont la même pente transversale que la voie adjacente. En dehors des courbes déversées, la pente transversale d’un versant est de 2.5% orientée vers la droite. Dans les courbes déversées, la pente varie linéairement en fonction de 1/R entre 2.5% pour le rayon Rm (300m) et 7% pour 100 m, et reste de 7% en deçà de 100 m.

4.6.2.6- Raccordement avec l’autoroute : Voie de changement de vitesse Normalement, les automobilistes qui quittent l’autoroute pour s’engager sur une bretelle sont obliger de ralentir, tandis que les automobilistes qui accèdent à l’autoroute par une bretelle accélèrent jusqu’à la vitesse permise. Pour minimiser les risques de perturbations de la circulation dans les voies principales et les possibilités d’accident, on doit prévoir des voies auxiliaires. Celles-ci sont des voies de Présenté par GOKA Edoh, élève ingénieur en 5ième année de Génie Civil

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décélération ou d’accélération et elles sont adjacentes aux voies principales de la route. Elles font partie du prolongement de la zone de raccordement de la bretelle. Une voie auxiliaire permet de faire le changement de vitesse entre celle pratiquée sur la route et celle sur la bretelle. Pour une voie d’accélération, il faut prévoir une longueur additionnelle pour permettre aux véhicules qui entrent dans la route d’atteindre la vitesse permise avant d’arriver à la fin de la voie d’accélération. Cette exigence dépend en grande partie de la longueur de la voie d’accélération et elle est basée sur la combinaison de trois facteurs :  La vitesse à laquelle les conducteurs s’insèrent dans la voie de décélération ou convergent avec le trafic après avoir quitté la voie d’accélération ;  La vitesse à laquelle les conducteurs circulent dans la courbe de la bretelle ;  La façon dont les conducteurs décélèrent ou accélèrent dans la voie de changement de vitesse. Il existe deux façons d’aménager les voies de changement de vitesse, soit en biseau, soit en parallèle. L’aménagement en biseau suppose une entrée ou une sortie directe avec un angle peu prononcé et l’aménagement en parallèle comprend une voie additionnelle pour le changement de vitesse (voir les figures suivantes)

Figure 1’ : Voies de changement de vitesse, entrée en parallèle et en biseau (source GCCR)


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Figure 2’ : Voies de changement en vitesse, sortie en parallèle et en biseau (source GCCR)

Le raccordement d’une bretelle et de l’autoroute est réalisé en entrée par une voie d’insertion et en sortie par une voie de décélération.

Le dispositif d’entrée comprend successivement :  Une section d’accélération dont l’obliquité avec l’axe de l’autoroute est comprise entre 3 et 5%. Sa longueur qui dépend du rayon de la dernière courbe de la bretelle, doit permettre d’atteindre au point “E= 1.00 m”, la vitesse conventionnelle de 55 km/h avec une accélération en palier de 1 m/s2 ;  Une section de manœuvre adjacente à la chaussée de l’autoroute, longue de 200 m et large de 3.50 m ;  Un biseau si il s’agit d’une entrée en biseau, long de 75 m.

Figure 3’ : Dispositif d’entrée sur l’autoroute

Le dispositif de sortie comporte successivement :  Une section de manœuvre qui est un biseau contigu à l’autoroute, longue de 150 m jusqu’à l’endroit où le musoir de divergence atteint une largeur de 1 m ; Présenté par GOKA Edoh, élève ingénieur en 5ième année de Génie Civil

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 Une section de décélération, dont la longueur permet de passer de la vitesse conventionnelle (70 km/h, pour un rayon de la bretelle inférieur à 120 m) à la fin de la section de manœuvre, à la vitesse associée au rayon de la première courbe rencontrée avec une décélération en palier de 1.5 m/s2

Figure 4’ : Dispositif de sortie de l’autoroute

4.6.2.7- Vitesse de base La vitesse de base des bretelles doit s’approcher de la vitesse de base des routes qu’elles relient. Mais souvent à cause des facteurs, comme les contraintes du site et certaines configurations de bretelles et des facteurs économiques, il faut se tenir à des vitesses de bases intérieures. Par exemple dans une zone urbaine où les débits de circulation sont importants, les déplacements courts, avec un éclairage adéquat et le terrain en place la plupart du temps restreint, la vitesse de base minimale d’une boucle intérieure devrait être de 40 km/h. Le tableau suivant, on a les critères pour le rayon des bretelles. Ces critères sont efficaces que si les conducteurs respectent la vitesse de base car il existe des risques de pertes de contrôle d’un véhicule dans les courbes de bretelles quand les automobilistes dépassent la vitesse de base. Quant aux camions, ils peuvent se renverser lorsqu’ils circulent à une vitesse supérieure à la vitesse de base. Donc il est important que le choix des vitesses de bases des bretelles se fasse de façon à réduire la possibilité que les camions circulent plus vite qu’à la vitesse de base.


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Vitesse de base de la route (km/h) 60 70 80 90 100 110 120 130

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Vitesse de base des bretelles, domaine de définition (km/h) 50-40 60-40 70-40 80-50 90-50 100-60 110-60 110-70

Tableau 4.6.2.5 : Vitesse de base des bretelles (source GCCR)

NB : Dans le cas des bretelles susceptibles de supporter un trafic important de camions, les données du tableau ci-dessus ne devraient pas être utilisées. Si on utilise une vitesse de base réduite pour une bretelle, une évaluation portant sur la probabilité que les conducteurs ralentissent doit être faite. L’évaluation devrait tenir compte de l’environnement, de la signalisation, de la composition du trafic, de la clarté des trajets et de la visibilité de la bretelle. 4.6.2.8- Aire du musoir L’aire du musoir désigne l’espace entre les voies principales et la bretelle de sortie ou la fin d’une bretelle d’entrée. La géométrie de l’aire du musoir de sortie (voir figure suivante) est un élément important de l’aménagement d’un raccordement de bretelle de sortie. Il s’agit de la zone de décision qui doit être clairement vue et comprise par les conducteurs qui s’en approchent. Les risques de collision à proximité des aires du musoir sont plus élevés qu’ailleurs dans les bretelles. Pour cette raison, le musoir doit être dégagé de la circulation pour assurer une zone de récupération aux véhicules en perte de contrôle. Le dégagement du musoir varie selon les vitesses de la route.


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Figure 4.6.2.6 : Aire du musoir et zone de changement de vitesse en sortie (source GCCR)

V-

LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX DE LA CONSTRUCTION D’UN ECHANGEUR

Par rapport au rond-point, les échangeurs augmentent fortement l'emprise au sol et la consommation d’espace (cultivable, habité ou supports d'habitats naturels). Par ailleurs, les échangeurs encouragent et facilitent la vitesse et donc la consommation de carburant et les émissions de gaz à effet de serre. Ils contribuent, le plus souvent, à créer des phénomènes d'insularisation écologique, de roadkill, à augmenter la fragmentation écologique. Concernant l'environnement nocturne, étant souvent très éclairé, ils peuvent contribuer au phénomène dit de « pollution lumineuse ». Quand il y a des riverains à proximité, ils posent des problèmes de nuisances sonores difficiles à régler en raison des variations de niveaux qui rendent les murs anti-bruit moins efficaces (quand il y en a, ce qui est très rarement le cas pour les échangeurs). Sur les voies très circulantes, le gain de carburant permis par le moindre besoin de freiner et redémarrer (comparativement au rond-point ou encore au carrefour à feux), est pour partie perdu par la longueur supplémentaire des bretelles, la décélération dans les courbes et la forte accélération souvent nécessaire pour l'insertion dans la circulation des voies principales. En outre il y a des fois des problèmes de contamination des eaux souterraines à cause de la proximité de la nappe phréatique. Enfin, les valeurs marchandes des propriétés peuvent augmenter à cause de la réalisation de l’échangeur. Présenté par GOKA Edoh, élève ingénieur en 5ième année de Génie Civil

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La nature et l'ampleur des impacts environnementaux dépendent du contexte naturel et humain, mais aussi du type d'échangeurs autoroutiers Les mesures prises pour atténuer les impacts D’abord, pour que les mesures prises puissent être efficaces, il faudrait associer les citoyens (les riverains) aux décisions qui seront prises. Cela afin de mieux cerner le fond de leurs problèmes pour que les décisions puissent les résoudre véritablement. L’un des principaux problèmes lors des grandes routières comme celles des échangeurs est celui du bruit. Pour le résoudre des précautions doivent être prises comme : l’interdiction des trafics lourd la nuit, la protection de boisés qui constitueront une zone tampon pour la réduction de quelques décibels du bruit, construire des talus aménagés ou des murs d’une certaine hauteur pour constituer un écran aux bruits et enfin limiter la vitesse sur l’échangeur. Pour la contamination des eaux souterraines, il faut des études sur la qualité de l’eau des puits avant, au cours et après le projet. Donc il faut mettre en place une suivie pour vérifier toujours la qualité de l’eau et apporter des solutions en cas de contaminations.

Photo 5.1 : Mur anti-bruit en béton

Photo 5.2 : Mur antibruit néerlandais, intégrant une bande transparente diminuant l’impact visuel de rupture


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Conclusion Somme toute, nous pouvons dire que pour la résolution des problèmes de collision, de raccordement, aux carrefours plans, les échangeurs sont une solution efficace. Car ils permettent une circulation beaucoup plus fluide et en toute sécurité pour les usagers, permettant ainsi aux autoroutes de ne plus se croiser aux carrefours plans. Cela permet donc aux conducteurs de gagner du temps, de rouler avec un grand confort et toute sécurité. Mais la réalisation des échangeurs n’est pas sans inconvénients. Elle est source de pollution sonore, de pollution (air, eau), consommatrice d’espace. D’où la nécessité de prendre des mesures pour limiter ses impacts.


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ANNEXE : D’autres types d’échangeurs Type d'échangeu r

Forme

Exemple

Diffuseur Type 1

Diffuseur Type 2

Diffuseur Type 3


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Diffuseur Type 4

Diffuseur Type 5

Diffuseur Type 6


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Diffuseur Type 7

Indonésien

Trompette Type 1


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Trompette Type 2

Trèfle

Triangle Type 1


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Triangle Type 2

T Type 1

T Type 2


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T Type 3

T Type 4

T Type 5


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T Type 6

Four stacks

Two stacks


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Echangeur rond-point

Tourbillon

Moulin à vent


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Double trompette

Inversion type 1

Inversion type 2


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BIBLIOGRAPHIE  ICTAAL, Introduction sur les Conditions Techniques d’Aménagement des Autoroutes de Liaisons (Circulaire du 12 Décembre 2000) : tracé en plan, profil en long, profil en travers des échangeurs et des bretelles.  ICTAVRU, Instruction sur les Conditions Techniques d’Aménagement des Voies Rapides Urbaines : définition des nœuds, des diffuseurs, du fonctionnement des bretelles.  RD.6185 : Commune Grasse, Aménagement de l’échangeur de Rouquier : Les différentes étapes de conception d’ un échageur.  Rapport d’enquête et d’audience publique (Projet de construction de l’échangeur de Brière sur l’autoroute 15 et d’une voie de desserte Saint JerômeBelfeuille)  Annexe E : Autoroute 410- Echangeur unique route 216/ chemin Dunant : Exemple de réalisation d’un échangeur.  Conception des accès sur voies rapides urbaines de types A (VRU A) : conception géométrique des raccordements des échangeurs aux autres voies (Voies d’entrée et voie de sortie).  SETRA (Service d’Etudes Techniques des Routes et d’Autoroutes) : Ouvrages d’art, disposition de construction des ponts et autoroutes.  Sites internet : http://intra.setra.12 WIKIPEDIA : les différents types d’échangeurs et définition d’un échangeur. WIKI SARA : les autres types d’échangeurs


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Les Echangeurs de GOKA

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