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Description de l'emplacement et de la structure
L'autoroute 401 à travers cette section est une autoroute rurale à
quatre voies qui constitue la principale voie commerciale pour les
camions et les automobiles entre Toronto et Montréal. L'autoroute 416 est
également une autoroute rurale à quatre voies qui accueille les véhicules
à destination et en provenance de l'autoroute 401 et d'Ottawa. Les deux
autoroutes se rejoignent près de Prescott, entre Cornwall et Brockville.
Le site possède un microclimat qui le rend sujet à des « tempêtes
d'effet de lac » en raison de la proximité du fleuve
Saint-Laurent, au sud.
La structure surélevée en béton de 165 mètres de long et de 11,2
mètres de large est une rampe d'accès à voie unique et à circulation
rapide qui relie les deux autoroutes en direction nord, dont la vitesse
de base est de 130 km/h et le DJMA est de 3 000. La structure est pourvue
d'un tablier revêtu et d'un accotement à l'intérieur et à l'extérieur de
la voie de transit de 4,75 mètres de large.
Description du système faisant appel à la technologie d'arrosage
automatique fixe (FAST)
La technologie d'arrosage automatique fixe (FAST) prévoit la détection
d'une formation imminente de givre et de glace et la pulvérisation
automatique préventive de produits chimiques déglaçants liquides.
L'objectif du ministère était que le système puisse prédire avec
exactitude la température de la surface de la route, détecter les conditions
favorables à la formation de glace et pulvériser automatiquement le
produit chimique déglaçant juste avant le givrage. Afin d'atteindre cet
objectif, le système faisant appel à la FAST devait être constitué de
trois sous-systèmes :
·
le SRCRM (pour la détection et l'activation) ;
·
le système hydraulique ; et
·
le serveur du système employant la FAST.
Au fil des recherches effectuées par MFPA, il a été déterminé que tous
les fournisseurs proposent des systèmes fixes qui vont pulvériser les
surfaces désirées. Par contre, les possibilités quant à l'activation et
au degré et à l'exactitude de la détection varient. Le niveau de
technicité a également une influence importante sur les coûts globaux du
système et de son installation. Les options d'automatisation sont :
·
la détection et l'activation manuelles sur le
site à l'aide de patrouilleurs
·
la détection automatique sur le site, une alarme
déclenchée à distance et manuelle, l'activation sur le site
·
la détection automatique sur le site, une alarme
déclenchée à distance et manuelle, l'activation à distance
·
la détection et l'activation automatiques sur le
site basées sur une logique programmable à laquelle s'ajoute une collecte
continuelle de données liées aux conditions atmosphériques et à l'état de
la chaussée ainsi qu'au fonctionnement hydraulique du système
À la suite de discussions avec le personnel du ministère, il a été
convenu que seule la combinaison des deux derniers choix était acceptable
afin d'atteindre les objectifs ciblés au début du projet, quoique les
coûts d'acquisition et de mise en œuvre du système seraient
considérablement plus élevés.
Afin de se conformer aux spécifications en matière de détection et
d'activation, les fournisseurs se sont appuyés sur la technologie
démontrée du SRCRM. Pendant la phase de mise en œuvre, il a été convenu
que l'approvisionnement du reste de l'équipement nécessaire afin de faire
du système un SRCRM complet pourrait rendre l'installation faisant appel
à la FAST encore plus avantageuse. Les frais supplémentaires engendrés
par cette amélioration représentaient environ 5 % du coût du système.
Avec cette modification, il sera possible d'extrapoler à partir des
conditions observées sur le site pour d'autres emplacements similaires
situés dans la même zone microclimatique, après l'assimilation des
données et selon les interprétations d'experts ou la modélisation.
Le ministère a examiné l'utilisation d'une gamme de produits chimiques
et de mélanges de produits chimiques afin de maintenir le niveau de
services établi et d'accroître la sécurité du public motorisé dans toutes
les conditions atmosphériques, tout en réduisant le coût de
l'application, en minimisant l'impact environnemental et en prolongeant
le cycle de vie de l'infrastructure. L'incertitude quant au type de produit
chimique déglaçant ou de mélange de produits chimiques appliqué ou
dispersé sur la structure par les véhicules est un problème important,
mais inévitable. Il faut, malgré cela, que le système de détection
prédise avec exactitude le point de congélation de la solution sur la
structure. Sinon, le système antigivrage devient réactif plutôt que
proactif. Une prédiction inexacte des conditions de givrage imminentes
peut se traduire par une utilisation excessive ou injustifiée de produits
chimiques ou par des conditions routières encore plus dangereuses
qu'auparavant si la surface gèle de nouveau après l'application d'un
produit chimique déglaçant. Jusqu'à maintenant, seule la technologie de
détection active de la chaussée, qui gèle un échantillon de la surface du
revêtement (contrairement à la détection passive qui mesure la
conductance) peut prédire avec exactitude le point de congélation d'un
mélange de produits chimiques d'une concentration relative variée.
L'incorporation de capteurs actifs a toutefois présenté des problèmes
techniques différents de ceux engendrés par des capteurs passifs en
raison de la nécessité d'alimenter le capteur de la chaussée, ce qui fait
légèrement augmenter les coûts d'acquisition du système.
Détection et activation à l'aide du SAICRM
Les composantes du système de détection et d'activation sont :
·
des capteurs de chaussée
·
des capteurs des conditions météorologiques
(atmosphériques) et
·
une unité de traitement à distance (UTD) afin
d'interpréter les données brutes et d'y réagir
Capteurs de l'état de la route (dans la chaussée)
Dans l'installation d'un système faisant appel à la FAST, les capteurs
de chaussée devraient pouvoir :
·
mesurer ou détecter les données suivantes :
o
températures de la surface de la chaussée
(mesurées)
o
température souterraine (mesurée)
o
humidité-sécheresse, humidité ou mouillage
chimique (détecter)
o
conditions favorables à la glace, à la neige et
au givrage (détecter)
o
concentration de produits chimiques résiduels ou
d'agents antigivre (détecter ou mesurer)
o
détection du point de congélation pour chacun des
produits chimiques déglaçants possibles suivants :
§
chlorure de sodium (sel)
§
chlorure de calcium
§
chlorure de magnésium
§
acétate de magnésium
§
acétate de potassium et
§
des mélanges de ces produits
·
démontrer un degré élevé de sensibilité aux deux
valeurs seuils de température importants, soit le point de congélation en
l'absence de produit chimique déglaçant et le point de congélation où le
produit chimique déglaçant ne s'avère plus efficace même à de fortes concentrations
(environ - 20 degrés Celsius).
·
Le fournisseur était tenu de préciser la quantité
et l'emplacement des capteurs afin d'assurer une détection adéquate et
exacte des conditions critiques requises pour déclencher l'arrosage
initial et subséquent de produit antigivre et déglaçant.
Le capteur de chaussée doit, en lui-même :
·
avoir une conductance thermique similaire à celle
de la surface de la route ;
·
être, soit passif thermiquement (sans chauffage
ni refroidissement), soit actif thermiquement (chauffage ou
refroidissement artificiel), tel qu'il est requis pour se conformer à
toutes les spécifications susmentionnées ;
·
être d'une couleur similaire à celle de la
chaussée et posséder des caractéristiques de réflectivité solaire
similaires à celles de la surface de la route ;
·
posséder des caractéristiques d'usure similaires
à celles de la surface de la route ;
·
être pourvu :
o
d'une longueur suffisante de câble ou de câble de
rallonge, tel qu'il est requis ;
o
de nécessaires pour l'assemblage et de produits
pour le scellement afin d'éviter la pénétration du tablier du pont ou de
la membrane souple.
Capteurs des conditions atmosphériques météorologiques (SRCRM de
rechange complet)
Les capteurs des conditions atmosphériques doivent :
·
déterminer la température de l'air ;
·
mesurer la vitesse et la direction du vent ;
·
détecter les précipitations ;
·
mesurer l'humidité relative ;
·
calculer le point de rosée ;
·
mesurer les données à la hauteur réglementaire de
l'Organisation météorologique mondiale (OMM).
·
pouvoir tolérer le sel ou d'autres produits
chimiques, ou encore, être situés de manière à ne pas être compromis par
l'arrosage provenant des véhicules.
Unité de traitement à distance, enregistreur de données (UTD)
Dans l'installation d'un système faisant appel à la FAST, l'unité de
traitement à distance devrait :
·
recueillir et conserver au moins 24 heures de
données fournies par les capteurs de l'état de la route et les capteurs
des conditions atmosphériques météorologiques pour qu'elles soient
ensuite transmises par modem au serveur de données du système. Les
données sont enregistrées en temps réel en vue d'une évaluation de
rendement à une date ultérieure ;
·
déclencher le système d'arrosage en fonction des
observations du système de détection ;
·
sélectionner et amorcer un programme d'arrosage
approprié en réponse aux conditions précises observées ;
·
activer ou désactiver temporairement le système
d'arrosage selon la logique d'exploitation, soit manuellement sur le
site, soit à distance par l'entremise d'un modem commuté ;
·
être conçue selon une « architecture de systèmes
ouverts » afin de faciliter l'intégration de capteurs supplémentaires
(c.-à-d. capteurs de l'état de la chaussée et des conditions météo,
détecteurs de comptage de véhicules, appareils de détection de véhicules,
caméras vidéo) et de données de sortie (ex. : des enseignes avec des
messages).
Serveur de données faisant appel à la FAST
Le serveur de données :
·
est l'entrepôt des données et le centre de
communication du système qui emploie la FAST.
·
est situé à l'extérieur du site où se trouve
l'UTD pour des raisons de sécurité.
·
est souvent relié au réseau des clients afin que
les données puissent être sauvegardées.
·
effectue une sortie vers l'extérieur du site à
intervalle régulier, récupère et archive les données de l'UTD sur les
conditions atmosphériques et l'état de la chaussée et celles du système
hydraulique employant la FAST.
·
est accessible par des connexions commutées ou
des connexions réseau aux utilisateurs qui emploient le logiciel propre
au fournisseur afin de voir les données dans un format graphique et
tabulaire.
·
permet de surveiller le fonctionnement du système
faisant appel à la FAST, l'administration du système, les mises à jour du
logiciel, les mises au point et les diagnostics à distance par modem ; et
·
limite les privilèges des utilisateurs, selon les
directives de l'administrateur du système, afin de leur offrir une gamme
complète d'options allant de la simple lecture jusqu'à l'exploitation du
système et le réglage à distance des paramètres d'exploitation.
Logiciel d'interface à distance avec l'utilisateur
Le logiciel propre au fournisseur peut être utilisé pour voir les
conditions existantes, les données archivées et une historique de
l'exploitation sur 24 heures. Selon les privilèges assignés aux
utilisateurs, il peut être employé pour exploiter le système.
Système hydraulique faisant appel à la FAST
Les sous-systèmes hydrauliques sont constitués :
·
d'une station de pompage
·
de gicleurs ;
·
d'une tuyauterie hydraulique et du câblage des
commandes ;
·
de boîtes à soupapes.
Station de pompage
Un bâtiment des pompes a été construit sur le site afin d'abriter tout
l'équipement mécanique, d'alimentation, de communication et de
surveillance requis pour le fonctionnement adéquat du système d'arrosage.
En plus de la structure, une clôture de sécurité à mailles de chaîne a
été installée afin de protéger l'installation.
Les éléments qui suivent se trouvent à l'intérieur du bâtiment des
pompes :
·
La station de pompage
o
une pompe ;
o
un réservoir pour les produits chimiques ;
o
des soupapes de contrôle ;
o
des filtres ;
o
des relais ;
o
des capteurs de niveau pour le réservoir ;
·
L'équipement pour l'alimentation électrique ;
·
Des branchements pour les communications.
Le fournisseur a fourni la station de pompage en entier, en un
ensemble autonome. Elle est constituée de pompes, de soupapes, de
compteurs automatiques, de raccords, de commandes, de capteurs et d'un
réservoir de stockage. Des panneaux séparés pour la distribution
électrique et le contrôleur de la station de pompage sont également
situés à l'intérieur du bâtiment des pompes.
Les commandes de la pompe se trouvent dans le bâtiment des pompes et
contiennent les interrupteurs et les relais pour très hautes puissances
qui allument et éteignent la pompe et qui surveillent les pressions et
les niveaux pertinents.
Le système peut être activé à partir de plusieurs sources : à
distance, à partir d'un message envoyé par téléavertisseur ; sur le site,
manuellement (l'interrupteur est à l'extérieur de la paroi du côté ouest
de la culée nord) ; ou automatiquement, selon certaines conditions
atmosphériques ou certains états de la chaussée qui sont observés par
l'UTD du SAICRM (station d'observation atmosphérique-AMS) à partir des
capteurs des conditions atmosphériques ou de l'état de la chaussée.
Gicleurs d'arrosage
Les gicleurs d'arrosage étaient, à l'origine, spécifiés comme étant
des buses de style parapet, montées latéralement de façon à en minimiser
l'impact sur la structure existante. Il a été déterminé par la suite
qu'un gicleur encastré enfoncé dans la chaussée endommagerait moins la
structure. L'obligation de fournir et de spécifier une quantité
suffisance de gicleurs d'arrosage a été confiée au fournisseur afin
d'assurer l'arrosage initial et subséquent des endroits cruciaux.
Conformément aux directives du fournisseur, les gicleurs, dont la
direction était réglable dans les trois axes, ont été installés avant la
structure afin que le produit chimique déglaçant soit véhiculé sur le
pont. Les gicleurs d'arrosage spécifiés résistent à des conditions
environnementales rigoureuses, notamment au sel et à d'autres produits
chimiques. Le matériel et les accessoires fournis par le fournisseur
consistent en : des gicleurs, de l'époxy, du mastic et des pièces de
montage et de réglage.
Tuyauterie de distribution mécanique
Le fournisseur était tenu de fournir les tuyaux, les raccords à
pression, les soupapes, les réservoirs ainsi que le câblage des commandes
et les supports de montage. Ces conduites, raccords et accessoires
résistent à des conditions environnementales extrêmement corrosives,
notamment au sel et à d'autres produits chimiques déglaçants. Le tuyau
souple fourni par le fournisseur est fabriqué spécialement pour ce type
d'application. Le tube de plastique souple facilite l'installation,
résiste à la corrosion et limite l'amplitude du mouvement sous l'action
du gel ou sous l'impact d'un accident. Le dispositif d'assemblage mécanique
en acier inoxydable, qui est facile à manipuler, résiste à la corrosion.
Soupapes
Une quantité suffisante de soupapes à commande manuelle ont été
installées afin de permettre l'exploitation partielle du système dans le
cas de dommages occasionnés par un impact accidentel. Des électrovannes
en acier inoxydable, permettant de contrôler le liquide jusqu'aux
gicleurs d'arrosage, contrôlaient les soupapes entre la tuyauterie de
distribution, et des tiges latérales ont été employées.
Contrôleur du système faisant appel à la FAST
Le contrôleur de la station de pompage, situé dans le bâtiment des
pompes, contrôle à la fois l'exploitation des pompes et celle des
soupapes. Le système effectuera régulièrement un test d'autodiagnostic
afin de confirmer qu'il est prêt à procéder à l'arrosage du produit
chimique déglaçant. Si le système détecte une défaillance, il émet une
alarme au bâtiment des pompes qui est relayée à l'UTD du SRCRM, puis
captée par le serveur qui détermine qu'il s'agit d'une alarme et l'envoie
au terminal de l'utilisateur. Lors d'une alarme, il faut établir la
nature de la défaillance et remédier à la situation avant que le système
n'arrose automatiquement de nouveau. Selon la nature de la défaillance
(ex. : une baisse du niveau de produit chimique ou une chute de
pression), on pourra empêcher le système d'arroser.
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