Les tunnels sont un prodige de l’ingénierie et les êtres humains continuent d’essayer de révolutionner les méthodes de construction pour les rendre plus rapides et moins chers. Depuis l’établissement à Babylone d’un passage souterrain sous l’Euphrate il y a plus de 4 000 ans, les ingénieurs à travers les âges ont réussi à relier des points autrement inaccessibles. Cet effort, multiplié de façon exponentielle avec la construction d’autoroutes pour voitures, implique également une énorme dépense en éclairage. Selon les dernières données fournies par le ministère des Transports, en Espagne la facture s’élève à plus de 22,5 millions d’euros dans les 356 tunnels du réseau routier national.
Le coût pour les caisses des différentes administrations est beaucoup plus élevé, si l’on tient compte des tunnels urbains et des dépenses liées à l’entretien, au remplacement ou au câblage de l’éclairage public. Antonio Peña García, professeur au Département de génie civil de l’Université de Grenade, a passé des années à étudier comment réduire cette facture qui, dans le cas des tunnels les plus longs, serait proche d’un million d’euros par an. « Ce sont des chiffres vertigineux et il ne faut pas seulement tenir compte de la consommation d’électricité, mais de tous les autres facteurs, tels que son énorme impact sur les matières premières ou les émissions« , explique-t-il lors d’une conversation avec EL ESPAÑOL-Omicrono.
Pour cette raison, la recherche du professeur Peña, aux côtés du professeur José María Cabeza Laínez, de l’Université de Séville, s’est concentrée sur la proposition d’une solution qui favoriserait des économies d’énergie de plus de 40 %. Cela s’est concrétisé par la publication d’un article dans Magazine sur la technologie des tunnels et de l’espace souterrain. La proposition impliquerait de légères modifications aux tunnels déjà existants et repose sur trois éléments : des capteurs solaires placés à l’extérieur du tunnel capables de capter la lumière, des tubes avec des miroirs chargés de la diriger et une voûte réfléchissante. Celui-ci serait chargé de fournir un éclairage uniforme, notamment dans les 100 premiers mètres du tunnel, où l’œil humain doit s’adapter rapidement à un environnement plus sombre.
injecter de la lumière dans l’obscurité
Dans le groupe de recherche dirigé par Antonio Peña García, ils ont passé de nombreuses années à étudier différentes stratégies pour réduire la consommation des installations d’éclairage dans les tunnels. Cette réduction, si elle est efficace, « se traduirait non seulement par une baisse de la consommation d’énergie, mais aussi par le besoin de moins de projecteurs chargés d’éclairerqui peuvent se compter par centaines dans les tunnels les plus longs », dit-il.
Le problème sous-jacent est la nécessité pour l’œil humain de s’adapter en peu de temps à la différence entre les conditions d’éclairage à l’extérieur et à l’intérieur du tunnel, qui est également l’un des endroits les plus délicats en termes d’accidents de la circulation. A l’approche d’un tunnel de jour sur une route dégagée, le premier appel se produit effet du trou noir, qui empêche de voir presque rien à l’intérieur.
Tunnel sur une autoroute espagnole iStock Omicrono
Si cette transition entre l’extérieur et l’intérieur est trop rapide et qu’il y a une grande différence de luminance, le conducteur peut éprouver une cécité momentanée ou une vision floue jusqu’à ce que la vision s’ajuste à la nouvelle situation. Eso se corrige con un gran esfuerzo de alumbrado -y por tanto, un gran gasto de energía- sobre todo al inicio del túnel y en las horas más luminosas del día, que va disminuyendo paulatinamente según desciende la luz exterior y no es tan necesario en la sortie.
Au cours de la dernière décennie, les ingénieurs de l’Université de Grenade ont étudié en profondeur différentes options pour favoriser l’épargne. « D’une part, pour réduire le besoin de lumière, ce qui est obtenu en réduisant la lumière ambiante lorsque le conducteur s’approche du tunnel. Cela peut se faire en plaçant des arbres de part et d’autre de la route avant les tunnels, par exemple, ou construire des structures qui réduisent progressivement le passage de la lumière« . Cependant, après de nombreuses années d’études, la conclusion est sans appel : « l’option la plus viable au niveau logistique et économique est d’introduire la lumière du soleil dans les tunnels ».
Injection de lumière solaire via un système optique couplé au sol Elsevier Omicrono
Les premières propositions sur lesquelles ils travaillaient, qui consistaient à installer des tubes solaires au-dessus du dôme, ils se sont heurtés à un sérieux problème : il fallait modifier le gabarit, ou ce qui revient au même, la hauteur des tunnels, d’au moins un mètre. Une stratégie définitivement abandonnée en raison de son coût très élevé et de la difficulté à l’appliquer dans tous les tunnels du réseau routier.
Pendant ce temps, Peña avait imaginé un système pour injecter de la lumière dans des tunnels avec des structures de type périscope ou des lumiductes dans le solmais il avait besoin d’un moyen de répartir la lumière uniformément, « pour éliminer l’effet zébré et l’effet de scintillement dans les tunnels, qui peuvent être très ennuyeux et dangereux pour les conducteurs ».
Extérieur d’un tunnel iStock Omicrono
Lorsqu’il semblait n’y avoir aucune alternative, le hasard a fait sa part. Ainsi, dans une conversation informelle entre Peña lui-même et le professeur José María Cabeza Laínez, l’étincelle a surgi. « Il m’a dit qu’il avait conçu une surface pouvant servir de voûte dans les tunnels. Je me souviens lui avoir demandé : « Cette surface, en dehors de ses propriétés structurelles, pourrait-elle réfléchir correctement la lumière vers le bas ? « Bien sûr que oui », m’a-t-il dit. »
Après une série de calculs et de modifications géométriques, ils ont utilisé tous les éléments pour effectuer des simulations afin de découvrir comment les deux systèmes fonctionneraient en combinaison. Les résultats ont été des plus satisfaisants, « avec uneNon des économies d’énergie très considérables, dans certains cas supérieures à 40 % », indique Peña. avec ce système, le gabarit ne devrait pas être touché et serait applicable aux tunnels déjà construits.
Chercheurs de l’UGR Antonio Peña et Juan Carlos López Université de Grenade Omicrono
« La seule chose qui devait être fixée était cette structure, presque comme un bouchon, à la voûte en béton du tunnel, quelque chose d’assez simple. L’autre partie du système, les conduits de lumière avec des jeux de lentilles à l’intérieur, pourrait facilement être enterrés ou même installés à la surface des accotements sans les enfouir. le retour sur investissement serait très rapide« .
Désormais, les responsables de cette recherche travaillent sur installer une preuve de concept quelque part en Espagne. « Nous voulons le présenter à différentes administrations pour voir si, à un moment donné, on peut nous confier des infrastructures abandonnées pour pouvoir réaliser les tests sans risque. »
Autres projets
En Espagne, plus précisément à Murcie, il existe déjà deux tunnels dans lesquels des tentatives ont été faites pour introduire la lumière du soleil à travers des pergolas, l’une en béton et l’autre en métal. « Ils sont stratégies de déplacement de zone seuil, qui servent à habituer progressivement l’œil humain au tunnel. Nous avons également travaillé sur ces types de systèmes, mais ils n’offrent pas autant d’avantages que notre proposition actuelle. »
À l’heure actuelle, le projet d’injection solaire le plus efficace est le tunnel de Huashuyan, en Chine, construit en 2013. « En la publication scientifique faite par les responsables en 2015 cité notre travail à l’Université de Grenade », se souvient Peña. Et le fait est que le plan chinois était basé sur un système de distribution de lumière solaire avec conduits de lumière à fibre optique situé au sommet.
Tunnel de Huashuyan (Chine) International Journal of Photoenergy Omicrono
Dans tous les cas, l’objectif de la recherche est de minimiser le coût de l’éclairage et de son entretien. Raquel Sánchez, ministre des Transports, a annoncé en octobre 2022 un investissement de 510 millions visant à réduire ce poste budgétaire à 50 % d’ici 2028. De cet argent, 330 millions iront justement à l’amélioration des tunnels, où il est proposé de remplacer les luminaires à vapeur de sodium haute pression par des ampoules LED. L’autre axe de cet effort porterait sur les systèmes de gestion intelligents, qui adaptent l’éclairage à l’afflux de véhicules sur les routes.
Au-delà des tunnels l’introduction de la lumière du soleil dans les espaces intérieurs avec différents gadgets vient de loin et, il est actuellement utilisé dans les domaines les plus divers, y compris tous les types de maisons. « Par exemple, au Brésil, dans les favelas des quartiers les plus pauvres, on prend des bouteilles en plastique découpées, on les remplit d’eau, et ça aide à diffuser la lumière dans les espaces intérieurs », explique Peña.
Héliostat grandeur nature Luis Manuel Fernández, Université de Córdob Omicrono
En Espagne, des recherches récentes utilisent également des systèmes pour réduire la facture d’électricité en utilisant le soleil et sans installer de panneaux. au sommet de sa structure, ce qui lui a permis de cesser d’être un obscur centre d’études et consommer moins d’électricité. Un dispositif constitué d’un système automatisé de miroirs (héliostat) est chargé d' »injecter » la lumière du soleil dans les salles de classe.
Les chercheurs cordouans assurent que leur invention pourrait être placée dans d’autres bâtiments sans qu’il soit nécessaire d’utiliser des lucarnes sur le toit, comme dans ce cas. L’héliostat pourrait être placé devant les fenêtres d’une maison pour apporter plus de lumière dans les zones les plus sombres. Il suffirait d’avoir de l’espace disponible devant la façade.
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