Comment mesurer la répartition de la luminance de l’éclairage routier ?

L’éclairage de la route a une incidence particulière sur l’amélioration de la sécurité routière. C’est la mesure de la luminance qui détermine le niveau de  « luminosité » de la surface de la chaussée observé par le conducteur.

Dans cet article, nous allons découvrir comment utiliser un appareil de mesure de la luminance par imagerie pour vérifier si l’éclairage routier est conforme à la réglementation en vigueur.

Pourquoi est-il recommandé de mesurer la luminance des routes ?

L’éclairage routier a un impact certain sur l’amélioration de la sécurité routière. C’est la mesure de la luminance qui détermine le niveau de « luminosité » de la surface de la route observée par le conducteur. Différents obstacles peuvent apparaître dans le champ de vision du conducteur. C’est pourquoi, un éclairage routier convenable améliorera considérablement son temps de réaction. Afin de garantir des conditions d’éclairages adéquates, la conception et le choix des dispositifs lumineux et également tout comme leur installation doivent être conformes aux normes et conditions techniques en vigueur.

Investir dans la construction ou le remplacement d’un système d’éclairage nécessite plusieurs étapes, à établir sur le long terme. Cet investissement potentiel demande la participation de nombreux individus et institutions. Actuellement, la seule méthode efficace pour vérifier la qualité de l’éclairage et s’assurer que les normes sont respectées est de mesurer la luminance sur place, au moment de l’installation des éclairages. Cela permet d’évaluer immédiatement le résultat définitif de l’amélioration des conditions de visibilité sur la chaussée. Jusqu’à présent, ces mesures sont en pratique effectuées occasionnellement ou, dans le pire des cas, ne sont pas réalisées. Cela s’expliquerait par plusieurs raisons mais le manque de temps disponible et le prix élevé des instruments de mesure appropriés ainsi que la lenteur et la complexité des processus de mesure sont certainement les raisons les plus probables de ce retard.

La nouvelle norme EN 13 201:2016 pour l’éclairage routier se compose de cinq parties et constitue la base pour la conception et l’évaluation des paramètres d’éclairage routier. Les hypothèses générales concernent les procédures de sélection. Les exigences en matière d’éclairage que l’on retrouve dans cette nouvelle norme sont fondées sur la publication de 2010 de la Commission internationale de l’éclairage intitulée « Éclairage des routes pour la circulation automobile et piétonne ».

Les exigences de base concernant l’éclairage des routes sont destinées principalement à la circulation à moyenne et grande vitesse. Elles reposent sur des critères relatifs au niveau et à l’uniformité de la luminance de la route en elle-même, à l’éclairage des abords immédiat de la chaussée et à la limitation de l’éblouissement. Un éclairage routier correctement calibré contribue à la sécurité conjointe des conducteurs et des piétons. La méthode de luminance utilisée pour évaluer la qualité de l’éclairage routier s’applique aux classes d’éclairage M qui sont destinées à être utilisées sur les routes fréquentés par des automobilistes où les vitesses moyennes et élevées sont autorisées.

Le tableau suivant indique les prescriptions minimales en matière de luminance pour la classe d’éclairage M :

Classes d’éclairage avec des niveaux de luminance minimums définis, une uniformité générale Uo et une homogénéité longitudinale UI

Nouveau projet européen de luminancemètre d’imagerie !

En 2020, les travaux de création d’un nouvel instrument de mesure européen ont été achevés dans le cadre de la coopération entre la société polonaise GL Optic, spécialisée dans la production d’appareils de mesure d’éclairage, et le département de technologie de l’éclairage de l’Université de technologie de Poznań. Le résultat des travaux de développement et de la recherche industrielle est le GL Opticam 3. 0 4K TEC, un système innovant pour la mesure de luminance par imagerie sur routes. Ce projet a été réalisé dans le cadre du programme « Fast Track » cofinancé par le Centre National de Recherche et de Développement.

L’équipe de l’Université de technologie a effectué de nombreuses mesures de luminance sur les voies rapides puis dans les villes et a pu apporter son expérience ainsi que son expertise au projet. Selon le professeur Krzysztof Wandachowicz de l’Université de technologie de Poznań, un système extrêmement bien pensé a été créé, conforme aux mesures imposées par la norme de l’éclairage routier EN 13 201:2016. En plus d’un système de mesure moderne, le marqueur est connecté à un ordinateur et relié à son logiciel dédié. L’appareil est doté d’un boîtier hermétique et d’un système d’alimentation autonome, indispensable pour les mesures souvent effectuées sur des portions de routes fermés, sans accès au réseau électrique. L’ensemble est complétés par d’autres éléments nécessaires tels que des câbles, des adaptateurs également des tournevis et gilets réfléchissants.

Conditions nécessaires pour effectuer les mesures

Les mesures pour la distribution de la luminance sur route doivent être effectuées après le crépuscule, lorsque la luminance de la route est faible et dans des conditions météorologiques favorables afin que celles-ci n’influencent pas les mesures.

Des températures élevées ou basses peuvent affecter le rendement lumineux des lampes et la précision des instruments de mesure. Les vents puissants peuvent faire basculer les luminaires, abaisser la température des lampes et modifier leur flux lumineux. L’humidité à la surface de la route peut avoir une incidence importante sur la luminance de celle-ci. Le degré de transparence de l’atmosphère influe sur la dispersion de la lumière et, dans le cas des mesures de luminance, affecte le niveau du signal réfléchi par la surface mesurée et enregistrée par le capteur présent sur le marqueur.

Par ailleurs, il convient de s’intéresser à l’installation de l’éclairage et à l’environnement. Les lampes à décharge et les lampes et modules à LED ont besoin d’un certain temps pour stabiliser le flux lumineux. Les mesures de luminance doivent être effectuées une fois le processus de démarrage terminé et après s’être assuré de leur stabilisation.

Dans les zones urbaines, en agglomération ou à proximité d’autres installations, la lumière directe et la lumière réfléchie depuis l’extérieur doivent être éliminées. La lumière extérieure peut provenir des vitrines, des panneaux publicitaires et des feux de signalisation. Ces feux doivent être éteints ou masqués, ou des corrections peuvent être apportées avec les feux de circulation éteints sur la base de mesures séparées.

Détermination du champ de mesure

Selon la norme, la mesure de la répartition de la luminance doit inclure la section de route entre deux poteaux d’éclairage consécutifs. Le schéma suivant donne des indications générales sur la méthode pour déterminer le champ de mesure. En fonction de la classe d’éclairage retenue pour la conception, du type de luminaires choisi et de la hauteur du poteau, la distance mesurée entre les colonnes d’éclairage peut varier de plusieurs mètres à plusieurs dizaines de mètres. Par conséquent, la taille du champ de mesure doit être précisée dans la conception et vérifiée sur place, car la répartition réelle des lampadaires peut différer de celle prévue, ce qui influe sur les résultats de mesure.

Les mesures sont effectuées dans le sens de la circulation. La largeur totale de la route et toutes les voies si elle en comprend plusieurs, sont analysées. La largeur du champ de mesure dépend donc de la largeur et du nombre de voies prévues. Selon le règlement, la largeur minimale des voies dépend de la catégorie de route et varie de 2,50 m (routes d’accès) à 3,75 m (autoroutes hors agglomération). Dans une agglomération, la largeur maximale des voies varie de 3,5 m (autoroute) à 3,0 m (route de distribution) à 2,5 m (route d’accès à deux voies).

Par exemple, la largeur du champ de mesure pour une route à double sens en ville peut être de 5 à 6 m. Dans le cas d’une section d’autoroute à 3 voies, sa largeur peut être de 10,5 m ou plus.

Il convient donc de choisir une portion de route présentant la plus petite courbure possible. Lors de l’analyse des résultats de mesure, il faut vérifier que les points de mesure ne chevauchent pas les marquages routiers horizontaux, présents par exemple sur les lignes de séparation des voies. La route située derrière le champ de mesure doit être éclairée à une distance d’au moins 12 fois la hauteur des poteaux d’éclairage.

Afin de garantir l’efficacité des mesures, les angles du champ de mesure doivent être visible et pratique. Dans le cadre de la conception du nouveau compteur, des « marqueurs actifs » spéciaux ont été développés. Ils peuvent être facilement positionnés sur la route et détectés instantanément par un logiciel lors de l’analyse de l’image enregistrée. Il s’agit d’une innovation unique à l’échelle mondiale, les marqueurs sont donc protégés par un brevet ; une demande de protection des résultats du projet a été déposée auprès de l’office des brevets.

Réglage du compteur et géométrie de mesure

L’appareil de mesure doit être placé au centre de la voie à une hauteur de 1,5 m au-dessus du revêtement de la route et à 60 m en avant du champ de mesure. Le système optique utilisé doit permettre de mesurer la luminance sur toute la largeur de la route prévu. Dans le cas d’une route à plusieurs voies, les mesures doivent être réalisés séquentiellement en déplaçant le dispositif au centre de chaque voie.

L’angle entre l’axe optique du marqueur et la surface de la route ne varie qu’entre 1,5° et 0,5°, c’est-à-dire légèrement en dessous de la ligne d’horizon pour couvrir l’ensemble du champ de mesure. On reproduit ainsi le champ de vision du conducteur qui observe au volant une partie de la route devant lui entre 60 et 160 m.

Mesure et analyses des résultats

Si l’on utilise un luminancemètre ponctuel, l’axe de mesure doit être orienté avec précision vers les différents points de mesure. En raison du très grand nombre de points et de leur densité par rapport à l’observateur, de telles mesures sont particulièrement difficiles et prennent du temps. Par conséquent, les luminancemètres ponctuels servent uniquement à évaluer les niveaux de luminance. L’analyse détaillée et le calcul de la luminance moyenne et longitudinale sont dans certains cas impossibles.

Lorsqu’on utilise un luminancemètre d’imagerie, l’analyse des niveaux de luminance et le calcul des résultats pour la conformité vis-à-vis des normes sont basés sur l’analyse d’images. Une fois la mesure effectuée, c’est-à-dire une photographie de la section de route balisée, les fonctions logicielles correspondantes permettent de superposer la grille de mesure sur l’image et d’effectuer immédiatement le calcul et la comparaison avec les exigences de la norme. Le logiciel connait les différentes exigences de la norme pour toutes les classes d’éclairage et analyse automatiquement les données reçues des mesures.

L’ensemble complet de mesure GL Opticam 3. 0 4K TEC comprend un luminancemètre étalonné, un module d’alimentation par batterie, un trépied professionnel, une roue de mesure, un jeu de marqueurs actifs, des gilets réfléchissants, le câblage nécessaire et un jeu de tournevis. Le système est équipé de valises de transport spéciales qui forment un support de mesure stable avec un ordinateur portable sur lequel est installé un logiciel d’analyse. Il est également possible d’acheter un convertisseur pour voiture et un module GPS. GL Optic propose l’équipement Opticam 3. 0 avec une formation professionnelle au fonctionnement du système, qui se déroule sur le terrain. Grâce à une telle solution, il est possible, en une dizaine de minutes, de mettre en place l’appareil de mesure, de marquer et de paramétrer le champ de mesure, de mesurer les niveaux et la distribution et également de déterminer si l’installation répond aux exigences de la norme et des conditions techniques.

Conclusion

La vérification des hypothèses de conception par l’évaluation des paramètres d’éclairage sur la route est possible grâce à l’utilisation de marqueurs haut de gamme adaptée à cet usage. Le choix de cet instrument est particulièrement important pour les mesures de luminance, car celles-ci sont difficiles, prennent du temps et nécessitent d’arrêter la circulation durant la préparation et la mesure. Dans ce cas, la meilleure solution est d’utiliser un système de mesure composé d’un luminancemètre imageur doté d’optiques appropriées et d’un logiciel simple d’utilisation permettant d’évaluer les paramètres de la route conformément aux exigences des normes en vigueur.

La forme compacte du système de mesure permet d’obtenir des relevés rapidement et efficacement de la distribution de la luminance sur la route, même par une seule personne, et minimise les nuisances liées à la limitation de la circulation des véhicules lors des mesures effectuées sur des routes en service.