Projet Surface © INRIM
Connaître la capacité d’un revêtement à réfléchir la lumière (photométrie de la chaussée) permet de concevoir des installations d'éclairage routier optimisées. Aujourd'hui ces caractéristiques sont peu connues et mal prises en compte, y compris dans les normes européennes. L'objectif du projet SURFACE est de remédier à ces lacunes, à la fois pour les méthodologies de mesures, la caractérisation en milieu urbain et la réduction de la pollution lumineuse.
Contexte, enjeux de société

Actuellement, en Europe, environ 40% des 5,5 millions de kilomètres de routes sont éclairées. Les normes européennes sur l'éclairage routier (EN 13201:2016 séries 2-5) spécifient des valeurs de luminance et d’uniformité de la surface routière éclairée. L’objectif est de répondre aux performances des classes de la norme en termes de sécurité, d'apparence visuelle et de consommation d'énergie. Le coefficient de luminance réduit r (rapport entre la luminance de la surface de la chaussée et l'éclairement pour des directions d'éclairage et d'observation données) caractérise la photométrie de la route. Habituellement, la conception de ces systèmes d'éclairage (par exemple, la définition de l'implantation, la distribution de l'intensité lumineuse des luminaires et le flux lumineux installé par kilomètre ou l'indicateur de densité de puissance) prend en compte les données r de référence de la surface de la route.

Dans la norme EN 13201, série de normes d'éclairage routier, des tables r types sont fournies et en général la caractérisation réelle de la route est manquante. Naturellement, l'éclairagiste adopte les tables type comme valeurs standard de facto publiées dans les documents de la CIE. Ces tables sont basées sur des mesures effectuées sur des échantillons prélevés il y a plus de 40 ans sans traçabilité ni évaluation d'incertitude.

Des études récentes ont montré que l’utilisation de ces données de référence conduisent à des erreurs importantes (en moyenne plus de 30 %, mais jusqu' à 50 % dans le pire des cas) sur la luminance routière attendue. De plus, les propriétés photométriques des matériaux routiers ont évolué au fil du temps ainsi que les systèmes d'éclairage routier (sources LED, systèmes adaptatifs et systèmes d'éclairage intelligent). Une telle situation évolutive nécessite la définition de nouvelles valeurs de r et une mise à niveau des directions de référence pour sa mesure. Pour garantir la réalisation de l'objectif de l'UE en matière d'économie d'énergie et de sécurité routière, il est temps d'améliorer les données de référence et les géométries de référence grâce à une vaste étude de recherche métrologique sur les concepts fondamentaux et à des campagnes de mesure.

Objectifs, problématique scientifique

L'objectif de ce projet est de remédier aux lacunes actuelles des normes européennes en ce qui concerne :

  • La définition et la caractérisation de la photométrie de surface des routes : Développement de géométries de mesure optimisées pour la caractérisation des grandeurs photométriques des matériaux de revêtement routier en vue de la norme EN 13201 "Éclairage routier" et de ses révisions futures.
  • Les méthodes de mesure de la photométrie des routes :
  • Élaboration des spécifications techniques et métrologiques pour les instruments utilisés pour mesurer la luminance et les coefficients de luminance réduits des revêtements routiers dans les laboratoires ou sur le site, y compris les méthodes d'étalonnage, la traçabilité et l'incertitude de mesure.
  • La prise en compte des caractéristiques spectrales et de la pollution lumineuse : Élaboration des lignes directrices prénormatives pour les méthodes et procédures de mesure, en vue de l'évolution future des normes européennes afin d'inclure des aspects tels que les conditions visuelles mésopiques (CIE191:2010), la réduction de la lumière gênante et la réduction de la pollution lumineuse des installations d'éclairage routier.
  • Les données de référence traçables pour les tableaux photométriques utiles dans le processus de conception des installations d'éclairage routier :
  • Élaboration des lignes directrices prénormatives pour la caractérisation photométrique des revêtements routiers et des chaussées, y compris les facteurs tels que le vieillissement des revêtements routiers, les conditions humides, les propriétés spectrales, la diffusion des systèmes d'éclairage adaptatifs (éclairage intelligent), la distribution de l'intensité lumineuse des luminaires et les effets de l'incertitude de mesure dans les calculs de tolérance.
  • La contribution aux travaux d'élaboration des normes des comités techniques CEN TC169/WG12 et CIE TC4-50 par la mise à disposition de données, de méthodes, de lignes directrices et de recommandations. En particulier pour fournir des données traçables relatives aux nouvelles géométries et matériaux à inclure dans les tableaux photométriques actualisés des chaussées dans la base de données internationale CIE.
Démarche, étapes

Le projet de recherche commun SURFACE réalisera la recherche métrologique et mettra en place l'infrastructure associée, c'est-à-dire des méthodologies de mesure, des données de référence, des nouvelles géométries et des nouveaux matériaux de référence pour l'étalonnage des instruments. L’objectif est de parvenir à une conception plus efficace, plus durable et plus sûre de l'éclairage routier d'ici la nouvelle édition ou la révision des normes EN qui seront utilisées par les usagers de la route de nuit dans l'UE.

Ce projet sélectionnera notamment un nouvel ensemble de géométries capables de représenter les directions d'éclairage et de vision les plus utiles et les plus significatives pour l'éclairage à semi-conducteurs (SSL) le milieu urbain et les différents usagers. Il prendra en compte l'évaluation de l'éblouissement et les nouveaux modèles de vision.

Au niveau métrologique, il fournira des lignes directrices pour les instruments et procédures de mesure, pour le calibrage et l'évaluation de l'incertitude, les méthodes d'évaluation de l'influence du vieillissement, des propriétés spectrales et des conditions humides. Pour ce faire, une intercomparaison de mesures sur des matériaux de référence sera faite et un logiciel CC open source dédié aux calculs d'incertitude sera développé.

Résultats

Surface fournira à l'organisme de normalisation et à la CIE de nouvelles données de référence pour la caractérisation de la photométrie de la route, avec déclaration d'incertitude, pour les géométries de référence actuelles de la norme EN 13201 et pour les géométries futures.

Au terme du projet, le marché de l'UE bénéficiera d'un matériau de référence certifié pour l'étalonnage des instruments de mesure de la surface des routes et d'un prototype d'instrument de mesure portable pour les nouvelles géométries.

Le projet prévoit notamment la production de guides prénormatifs :

  • Pour la caractérisation photométrique des revêtements routiers et des chaussées, y compris les méthodes et procédures de mesure, le vieillissement des revêtements routiers, les conditions humides et les propriétés spectrales ;
  • Pour les applications dans le domaine de l'éclairage routier, y compris les effets de l'incertitude de mesure dans le calcul des tolérances, la contribution aux lumières gênantes et à la pollution lumineuse des installations d'éclairage routier, compte tenu de la réflectance de la route, des conditions visuelles mésopique et des systèmes d'éclairage adaptatifs (éclairage intelligent).
Apport spécifique du Cerema

Le Cerema participe à l’ensemble du projet et pilote le workpackage 2 « Applications ».

Ses apports concernent notamment :

  • La collecte et l'analyse de données caractéristiques des chaussées européennes visant à la proposition de nouvelles tables types ;
  • La prise en compte des caractéristiques spectrales de l'éclairage ;
  • Le développement de nouvelles caractérisations de la photométrie des surfaces routières, plus adaptées au milieu urbain notamment ;
  • L’amélioration des dispositifs de caractérisation de la photométrie des revêtements du Cerema (le goniophotomètre pour les mesures en laboratoire et Coluroute2 pour les mesures sur site) utilisant les nouvelles géométries ;
  • La réalisation et l’analyse de mesures dans le cadre d'essais croisés.
Partenaires

Le projet est piloté par l’INRIM, institut de métrologie Italien et a pour partenaires AALTO (Finlande), le LNE (France), METROSERT (Estonie), RISE (Suède), le METAS (Suisse), le CEREMA (France) et les sociétés OPTIS (France) et ZEHTNER (Suisse). Pour le Cerema, le projet est piloté par Valérie Muzet, de l’équipe de recherche ENDSUM et associe également l’équipe de recherche STI de Clermont Ferrand. Il a vocation à alimenter le groupe Eclairage Public du Cerema.
 

Partenaires projet Surface

Le projet EMPIR SURFACE (16NRM02), d’une durée de 3 ans a démarré en juillet 2017.  C’est un projet de type EURAMET qui à ce titre regroupe essentiellement des instituts de métrologie. 

Le projet EMPIR SURFACE
Défi R&I
Services, systèmes et infrastructures pour la mobilité
Projet
Europe

Caractérisation photométrique de la chaussée pour un éclairage routier intelligent et efficace (SURFACE)

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