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printemps 2016 • Le bulletin ontarien de transfert de technologies des transport • Ministere des Transports

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Prendre des décisions avisées en matière de réfection des chaussées grâce à des données concises sur la condition des chausséesLe ministère des Transports de l’Ontario (MTO) investit plus de deux milliards de dollars par année dans son programme de construction d’immobilisations. Une bonne partie de ces sommes est investie du côté de la chaussée des autoroutes. Pour pouvoir prendre des décisions d’investissement avisées, il est nécessaire de disposer de données fiables et d’être en mesure de les interpréter de façon éclairée. Au MTO, l’évaluation de la condition de la chaussée constitue l’élément fondamental parmi les renseignements auxquels nous pouvons faire appel pour créer les stratégies de réfection des chaussées les plus économiques, en plus de constituer la base du système de gestion des chaussées du MTO. Par le passé, on recueillait des données sur la chaussée à l’aide de relevés manuels. Le personnel du ministère réalisait ces examens de façon manuelle sur chacune des autoroutes afin de documenter la condition de la chaussée. Le passage à la collecte automatisée de données sur la chaussée est un processus graduel, durant lequel le MTO a adopté de nouvelles technologies de détection de la dégradation de la chaussée. L’intégration de ces technologies est un exemple des efforts que déploie le MTO pour collecter des données fiables grâce à des outils qui sont à la fine pointe de la technologie.

Aperçu du véhicule Automatic Road Analyzer (ARAN)La collecte automatisée de données sur la condition de la chaussée complète la collecte manuelle depuis l’acquisition, au milieu des années 1980, du premier analyseur automatique de l’état des routes (Automatic Road ANalyzer ou ARAN) par le ministère. Les premiers systèmes ARAN souffraient d’un manque de capacité de traitement et de stockage des données, si bien qu’ils étaient uniquement

utilisés à titre de dispositifs d’établissement à haute vitesse de profil à inertie. Au cours des quelques dernières années, les technologies de détection portant sur la collecte et l’interprétation des données établissant la dégradation de la chaussée ont graduellement gagné en sophistication. La quantité et la qualité des données issues de chacune des utilisations successives d’un ARAN ont progressivement mené le MTO à faire davantage appel à des systèmes automatisés. Les percées dans le domaine de la détection automatisée de la dégradation de la chaussée et la capacité de traiter, de catégoriser et de communiquer les données acquises automatiquement sur la condition de la chaussée ont permis au ministère de passer d’une évaluation manuelle à une évaluation semi-automatisée du rendement de la chaussée.Au MTO, les données sur la condition de la chaussée collectée par véhicule ARAN servent principalement à des fins d’évaluation de la condition globale du réseau d’autoroutes de l’Ontario et à des fins de gestion des actifs. Sur une base annuelle, le véhicule ARAN 9000 que détient et exploite le MTO collecte des données sur le réseau portant sur plus de 18 000 km en soutien au programme de gestion

Figure 1 : ARAN 9000 du MTO

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Le bulletin ontarien de transfert de technologies des transport

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Prendre des décisions avisées en matière de réfection des chaussées grâce à des données concises sur la condition des chaussées, suite

des chaussées et des biens du ministère. La collecte de données sur la condition de la chaussée par véhicule ARAN permet au ministère d’établir les budgets provincial et régionaux et d’exécuter les programmes liés aux autoroutes. Le véhicule ARAN a également enregistré des images en continu sur plus de 9000 km.Le véhicule ARAN 9000 du MTO est équipé de composants à la fine pointe de la technologie qui permettent de mesurer de façon calibrée et reproductible divers paramètres associés à la dégradation de la chaussée comme la rugosité, l’orniérage et les dimensions des fissures. Nous développons et améliorons en continu des outils d’évaluation. La plateforme d’adaptation du véhicule ARAN permet au MTO d’ajouter au fil du temps des paramètres d’évaluation de la condition de la chaussée.

Les données sur la dégradation de la chaussée collectées par le véhicule ARAN du MTO sont enregistrées et traitées grâce au logiciel Pave3D System de Fugro Roadware. Le système se compose de sous-systèmes qu’il est possible de configurer afin de mesurer, d’enregistrer et de transmettre en continu de multiples flux de données. Parmi ces sous-systèmes, nous comptons un dispositif d’établissement à haute vitesse de profil à inertie qui mesure la rugosité de la chaussée, ainsi qu’un fissuromètre au laser de Pavemetrics qui saisit des données sur l’orniérage, les fissures et la macrotexture. Deux caméras à haute définition permettent de générer des images et sont soutenues par les systèmes de référencement à inertie employant les technologies GPS, DMI et POS LV. La Figure 1 montre les fonctionnalités dont dispose le véhicule ARAN 9000.

Systèmes numériques ARAN du MTO pour un positionnement et un référencement à l’échelle mondialeSystème mondial de positionnement (GPS)Le véhicule ARAN 9000 peut être exploité à des vitesses entre 12,5 km/h et 100 km/h. Pour que le référencement des données puisse être fiable, il est important de faire appel des systèmes dont l’objectif est de veiller à la précision de la position et de l’orientation spatiale.Le véhicule ARAN est muni d’un système GPS qui fournit les coordonnées des détails de la route avec une précision de 5 m en cours d’utilisation. Les données comportent occasionnellement des lacunes lorsque la communication avec le satellite est interrompue ou défaillante, ce qui peut se produire en passant sous un pont ou dans des régions éloignées. Ces lacunes sont traitées grâce à des instruments supplémentaires qui permettent de pousser la précision des données post-traitement à 1 m ou moins. Dispositif de mesure de la distance (DMI)Le dispositif de mesure de la distance (DMI) est installé sur la roue arrière du véhicule ARAN et lui permet de collecter des données en se déplaçant à diverses vitesses sans nuire à l’intégrité des données. Le système DMI est fondé sur les impulsions et peut en générer 10 000 par tour de roue grâce à un codeur optique. Ce dispositif permet non seulement de mesurer la distance linéaire, mais ses données sont celles qui alimentent tous les autres sous-systèmes ARAN.

Véhicule ARAN dans les années 1980 Véhicule ARAN dans les années 1990

Véhicule ARAN dans les années 2000 Véhicule ARAN dans les années 2010; le modèle actuel des véhicules ARAN du ministère

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Système de navigation à inertie (Smart Geometrics ou POS LVMC)Un système de navigation à inertie mesure le roulis, le tangage, la vélocité et le positionnement du véhicule. Le véhicule ARAN est muni du Position and Orientation System for Land Vehicles (POS LVMC) et d’un système de navigation assistée à inertie qui sont composés de gyroscopes, d’accéléromètres et de logiciels. En association avec les systèmes GPS et DMI, le POS LV fournit des données essentielles permettant de déterminer les profils en long et en large, la pente transversale du corps de chaussée (la pente transversale d’une voie de circulation en direction de l’accotement), le profil vertical ou la pente, ainsi que le tracé en plan de la voie de circulation. Capture d’images en haute définitionLe véhicule ARAN est muni de deux caméras à haute définition dans sa partie supérieure, ce qui permet au système d’enregistrer des images en continu. Une caméra est orientée vers l’avant et l’autre à 90 degrés vers la droite. Le champ d’observation total est de 145 degrés, ce qui, en combinaison avec le système GPS, offre des images des détails de la route qui sont associées à des emplacements avec une précision de 1 m.

Systèmes numériques du véhicule ARAN du MTO pour la collecte et l’analyse de données sur la dégradation de la chaussée Profilographe au laser RoLineOn mesure le profil en large de la voie de circulation grâce à un profilographe au laser à inertie de RoLine. Des lasers et des accéléromètres sont montés sur chacune des roues, ce qui permet de saisir de données sur le profil qui sont ensuite employées pour calculer l’indice international de rugosité. Comme l’indique la Figure 3, le laser a une empreinte de 100 mm et des données sont collectées tous les 25 mm. La rugosité est mesurée conformément à la norme E1926 d’ASTM

International. Le profilographe RoLine satisfait aux exigences d’un dispositif d’enregistrement de profil « Class 1 » aux termes de la norme E950-09 d’ASTM International.

Figure 2 : image à 145 degrés composée à partir des caméras du véhicule ARAN

Figure 3a : profilographe au laser RoLine

Figure 3b : Rugosité profil généré par les données du profileur

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FissuromètreDeux unités comprenant des caméras à grande vitesse, des dispositifs optiques sur mesure et des projecteurs de raies laser sont montées à l’arrière du véhicule ARAN (Figure 4a). Les capteurs saisissent des images numériques en deux et en trois dimensions qui, une fois combinées, génèrent un profil 3D de la chaussée en haute résolution. L’ensemble de capteurs couvre la pleine largeur de la chaussée (4 m) en collectant des données sur le profil en largeur à des intervalles de 1 mm dans le sens perpendiculaire à la route et de 5 mm dans le sens parallèle à la route.

Figure 4b : gros plan du fissuromètre

Figure 4a : fissuromètre monté en haut et à l’arrière du camion

Figure 5a : détection des fissures par le fissuromètre

Figure 5b : évaluation de la gravité des fissures grâce au fissuromètre

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Une fois les données du fissuromètre traitées, les images du revêtement d’une voie de circulation apparaissent comme il est indiqué à la figure 5a. Le logiciel offre en 3D la définition des fissures qui apparaissent à la surface de la chaussée et, une fois les paramètres d’évaluation appliqués, les fissures sont mises en évidence à l’aide d’une couleur associée à leur gravité, la couleur rouge étant associée aux fissures les plus accentuées. (Figure 5b).iVision – Outil provincial de visualisation d’images et de la condition de la chausséeUn important volume de données, de l’ordre de 25 téraoctets annuellement, est généré par le système Pave3D, le logiciel de traitement des données. De multiples flux de données sont téléchargés, traités et analysés grâce à iVision, notre logiciel propriétaire. Le Groupe des revêtements du ministère réalise des contrôles de la qualité sur les données téléchargées et les soumet à des algorithmes de détection de la dégradation. Une fois le post-traitement réalisé, les données sont mises à la disposition du personnel du MTO grâce à une plateforme de visualisation Web conviviale appelée iVision – Outil provincial de visualisation d’images et de la condition de la chaussée. iVision permet une visualisation synchronisée d’images relatives à l’emprise, d’images relatives à la chaussée et de données sur la condition de la chaussée. La Figure 6 illustre l’une des options de visualisation offertes à l’usager. Dans l’exemple, on désigne le site par son emplacement, on offre des images orientées vers l’avant et vers la droite issues des deux caméras à haute définition du véhicule ARAN et on présente la surface de la chaussée comme elle a été saisie par les

outils laser. L’enregistrement d’images en continu permet de voir toute section de chaussée dans son intégralité.iVision est le meilleur outil pour faire ressortir les fonctionnalités et la capacité du véhicule ARAN 9000 du MTO. Les données collectées et affichées sont pertinentes et accessibles au personnel du MTO. En tant qu’outil d’évaluation, le système ARAN 9000 offre au MTO de précieux renseignements non seulement sur la condition de la chaussée, mais également sur d’autres éléments de l’infrastructure routière. Les données recueillies accroissent la capacité qu’a le MTO de réaliser un suivi du rendement et de prendre en temps voulu des décisions éclairées sur des stratégies envisagées en matière de réfection de la chaussée. •

Pour de plus amples renseignements, vous pouvez communiquer avec la personne suivante :Betty Bennett, ingénieure principale, Conception des revêtements, Section des revêtements et des fondations, Bureau de la recherche et du génie en matière de matériaux, at 416-235-3513, or [email protected]

Figure 6 : image de l’outil de visualisation iVision

mailto:Betty.Bennett%40ontario.ca?subject=ARAN-Smart%20Pavement%20Rehabilitation%20Decisions%20using%20Concise%20Pavement%20Condition%20Data-Winter%202016%20Road%20Talk

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Une passe à poissons novatrice marque une première au ministère des Transports

Le ministère des Transports de l’Ontario (MTO) a procédé à l’installation d’un ponceau de remplacement sous la route 21, au nord-est de Southampton, sur la rue Craig, à l’intérieur du territoire de la Première Nation de Saugeen (réserve n° 29). Cette passe à poissons comprend une échelle novatrice qui facilite le passage à travers le ponceau. Le nouveau revêtement dont elle est dotée, qui comporte des chicanes à poissons Duguay-Hannaford, est le premier du genre utilisé au ministère.L’ancien ponceau de la rue Craig était jugé obsolète et devait être remplacé. Il était également perché au-dessus du lit du cours d’eau et en pente prononcée d’environ 7 p. 100. Les ponceaux perchés sont souvent le résultat de l’érosion et

peuvent entraîner la fragmentation des liens aquatiques entre les ruisseaux et les rivières, limitant ainsi le mouvement des poissons plus en amont.Les échelles à poissons sont depuis longtemps une solution favorisée aux problèmes de ponceaux perchés. Elles permettent aux poissons de grimper, en bondissant, une série de marches basses à l’intérieur d’un ponceau ou d’un barrage lorsqu’ils migrent dans leur environnement. Certains types de chicanes présentent des bords tranchants et une turbulence excessive qui peuvent blesser ou même tuer des poissons, surtout ceux épuisés d’avoir nagé contre les forces combinées de la gravité et du courant. La vélocité de l’eau coulant par l’échelle doit être assez grande pour attirer les poissons vers le ponceau, mais pas trop forte afin de ne pas les repousser en aval.L’Institut pour les tuyaux de tôle ondulée (ITTO), en collaboration avec l’Université de Sherbrooke, a conçu un revêtement de passe à poissons qui permet de relever les défis posés par la migration des poissons. Après quatre années de développement, le projet de remplacement du ponceau de la rue Craig du ministère apportait l’occasion de tester le revêtement nouvellement conçu.

Échelle à poissons fixée à un tube de revêtement en acier lisse (Photo offerte gracieusement par l’ITTO)

Entrée du ponceau d’origine de la rue Craig

« Les problèmes d’efficacité liés à la conception actuelle des échelles à poissons et les dangers qu’ils posent pour les poissons ont été les principales raisons qui nous ont poussés à élaborer une meilleure solution qui soit abordable, mobile ou permanente, pour sécuriser le passage des poissons à des obstacles verticaux tels que des ponceaux perchés », explique Jason Duguay, candidat au doctorat en génie civil à l’Université de Sherbrooke.

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Une passe à poissons novatrice marque une première au ministère des Transports, suite

La forme de la nouvelle échelle à poissons est faite de façon à aider les poissons à traverser la pente abrupte du ponceau au moyen d’une série de chicanes qui ralentissent le courant de l’eau et réduisent l’accumulation de débris dans le ponceau. Appelée la chicane Duguay-Hannaford, l’échelle à poissons est constituée d’un passage inférieur (principal) et d’un passage supérieur (secondaire) permettant de faire passer le plus grand nombre possible d’espèces de poissons, et ce, dans une large gamme de débits saisonniers différents. Les passages principal et secondaire alternent de chaque côté des chicanes successives. Ils sont séparés par une arche qui dépasse la surface de l’eau pour tous les débits, sauf les plus élevés.L’eau circule à travers le passage principal tout juste au-dessus du passage secondaire de la prochaine chicane en aval. Cette conception permet de réduire la vitesse grâce à des bassins entre les chicanes, ce qui facilite le passage des poissons. Le passage principal est aussi plus large – une caractéristique qui permet l’écoulement d’une plus grande quantité d’eau et offre plus d’espace aux poissons. Le passage secondaire sert de voie alternative en cas de hauts débits, non seulement pour les poissons, mais également pour les débris.L’amélioration technique clé de la conception de cette chicane à poissons, par le scientifique environnemental Ken Hannaford, c’est l’utilisation de formes courbées alternées, plus naturelles que les formes angulaires. En alternant les chicanes de façon séquentielle de chaque côté de la canalisation, la vitesse du courant est ralentie, ce qui réduit la turbulence globale dans chaque bassin de l’échelle à poissons. Les parois ondulées de la canalisation aident aussi à réduire la vélocité.

Pendant l’élaboration du revêtement, des simulations de flux d’eau ont servi à évaluer numériquement les vitesses au niveau des obstacles, la turbulence et la hauteur maximale de dénivellation entre les bassins pour veiller à ce que la nouvelle conception entraîne une distribution spatiale de l’eau semblable à celle d’autres modèles recommandés par Pêches et Océans Canada. L’arche centrale surélevée dans la forme de la nouvelle chicane crée des bassins profonds, ce qui minimise

Eau passant en cascades à travers les passages principal et secondaire de l’échelle à poissons (Photo offerte gracieusement par l’ITTO)

Des chicanes Duguay-Hannaford avant que l’acier soit recouvert par le revêtement en polymère (Photo offerte gracieusement par l’ITTO)

Vue vers l’aval de l’échelle à poissons sur place et à plein régime (Photo offerte gracieusement par l’ITTO)

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la puissance de dissipation volumétrique dans les bassins à des débits plus élevés. Les résultats numériques ont démontré que la vélocité dans les passages convient aux vitesses de nage habituelles de diverses espèces de poissons nord-américaines, notamment la truite de mer et la truite fardée ainsi que les saumons rouges, coho et quinnat. La présence de zones de refuge adéquates (eaux plus calmes entre les chicanes où les poissons peuvent se reposer lorsqu’ils remontent le ponceau) a aussi été évaluée. Les simulations d’échelles à poissons ont été testées à des débits saisonniers typiques.Pour le projet pilote, l’ITTO a intégré les exigences du ministère en matière de conception à une solution novatrice pour les conditions du site de la route 21/rue Craig. Un nouveau ponceau fait d’un tuyau en acier a été installé à côté de l’ancien à une pente d’environ 7 p. 100 selon une méthode sans tranchées (vérin et forage), sous la route. Le revêtement de la passe à poissons a été installé à l’intérieur du nouveau tuyau en acier du ponceau, permettant aux poissons d’accéder au cours d’eau en amont. De plus, des caractéristiques d’habitats favorables aux poissons ont été intégrées au ruisseau aux extrémités en amont et en aval du nouveau ponceau, y compris des bassins et des radiers.Des améliorations considérables de l’habitat ont été observées depuis l’installation du nouveau ponceau. Des études sur

les poissons ont été réalisées le 6 mai 2016, et les résultats démontrent que les poissons migrent en amont du ponceau. Deux truites arc-en-ciel et cinq mulets à cornes (ménés de lac) ont été trouvés en amont pendant l’étude. Avant le remplacement du ponceau, aucun poisson ne pouvait migrer en amont à cause de l’obstacle imposé par l’ancien ponceau. Un contrôle supplémentaire sera effectué pendant l’été, et d’autres le seront au printemps et à l’été 2017.Des plantations et une restauration du site pour mener à bien le projet ont débuté au printemps 2016. Elles se déroulent en deux phases. Le MTO est en train d’élaborer un projet d’aménagement paysager après-construction, où des membres de la communauté de la Première Nation de Saugeen aideront à restaurer le site en plantant des arbres, des arbustes et des herbes indigènes pour mettre en valeur la zone entourant le ponceau de la rue Craig.Le MTO respecte ses obligations en vertu de la Loi sur l’évaluation environnementale en conciliant la protection de l’environnement et des considérations liées à l’ingénierie des transports. Ce projet est un exemple de la façon dont les principes de protection environnementale peuvent être mis en œuvre avec succès dans des projets d’amélioration des routes. Le remplacement du ponceau de la rue Craig était un projet unique en raison de sa forte inclinaison. Le ministère

Vue en amont du nouveau ponceau (Photo offerte gracieusement par l’ITTO)

La zone en amont du nouveau ponceau de la rue Craig après la première phase d’aménagement paysager après-construction

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examinera la possibilité d’utiliser la chicane à poissons novatrice Duguay-Hannaford dans des scénarios futurs semblables. Il tirera ainsi profit du succès du présent projet et des effets positifs sur l’habitat.Le remplacement du ponceau de la route 21, terminé en décembre 2015, a été présenté de façon détaillée lors du congrès 2016 de la Société canadienne de génie civil à London, en Ontario, du 1er au 4 juin. •

Pour de plus amples renseignements, veuillez communiquer avec Valérie Nantais, ingénieure de projet, région de l’Ouest, au 519 873-4592 ou à [email protected], ou avec Kirstie Houston, planificatrice de l’environnement, au 519 873-4563 ou à [email protected].

mailto:mailto:Valerie.Nantais%40ontario.ca?subject=Innovative%20Fish%20Baffles%20in%20Hwy%2021%20Culvert%20Replacement-FRENCH

mailto:mailto:Kirstie.Houston%40ontario.ca?subject=Innovative%20Fish%20Baffles%20in%20Hwy%2021%20Culvert%20Replacement-FRENCH

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