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Cartographie thermique

Thermal Mapping provides a very detailed map of temperature differences during night time hours
    Présentation

     Présentation

    Lors d'une nuit d'hiver type, les écarts de température sur un réseau routier ou autoroutier peuvent atteindre 10 ºC/18°F. Par conséquent, certaines sections peuvent afficher des températures négatives, et d'autres non. 

    La cartographie thermique est une méthode permettant de mesurer la variation spatiale de la température nocturne minimum de la surface d'une route à l'aide d'un thermomètre infrarouge à haute résolution. La cartographie thermique de Vaisala est la seule technique éprouvée et établie de détermination des rapports de température de surface susceptibles d'apparaître sur l'ensemble d'un réseau routier ou aéroportuaire. Il s'agit d'une technique utilisée dans le monde entier permettant d'affiner les informations à la disposition des autorités autoroutières et des prévisionnistes. La cartographie thermique fait partie intégrante d'un système efficace de prévision du verglas car elle offre un mécanisme de transmission des informations des capteurs d'un site spécifique entre différentes stations météorologiques et sur un réseau routier. 

    La cartographie thermique identifie des schémas de variation de température en effectuant des mesures précises des températures nocturnes de surface en hiver sur des sections prédéfinies d'un réseau routier ou aéroportuaire dans toute une série de conditions météorologiques. Ce schéma et cette répartition des sections chaudes et froides sont déterminés par les facteurs environnementaux locaux et les conditions météorologiques dominantes. L'occurrence de gel ou de verglas est déterminée par l'équilibre entre l'énergie gagnée et perdue par une surface, en conjonction avec la quantité d'humidité disponible. Tout ceci est influencé par la relation complexe qu'entretiennent divers facteurs, dont :


    • Conditions météorologiques dominantes.
    • Facteur de vue aérienne (exposition). Ce dernier dépend de caractéristiques telles que la végétation, les constructions, les tunnels, etc. Une vue aérienne faible indique des obstacles situés au-dessus ou près de la route ou de la piste. Ces obstacles entravent le refroidissement nocturne et peuvent aider la surface à conserver une partie de sa chaleur. Une vue aérienne élevée indique un environnement dégagé associé à de basses températures nocturnes de la route, puisque rien n'entrave le refroidissement de sa surface. 
    • Altitude (les températures baissent avec la hauteur). 
    • Proximité de la côte et de grandes étendues d'eau.
    • Effet insulaire de la chaleur urbaine. 
    • Fossés, bermes, sections surélevées. Ces caractéristiques localisées affectent le flux énergétique de la route/piste en cet endroit. 
    • Construction de routes/pistes (matériau de surface, p. ex. béton/asphalte/asphalte ouvert, et profondeur de construction). 
    • Volume et flux de circulation. 
    La combinaison de ces facteurs génère une empreinte de température unique pour chaque route/piste. La cartographie thermique établit une relation entre ces variables et détermine la façon dont elles interagissent dans différents scénarios météorologiques. 

    Les études génèrent des empreintes thermiques, c'est-à-dire des profils de température propres à une route ou une piste. Les cartes thermiques sont élaborées à partir d'analyses de ces empreintes, en conjonction avec des informations sur les conditions météorologiques de l'étude spécifique. La carte thermique de chaque condition météorologique identifie le schéma et l'amplitude des variations de température de surface, indiquant les écarts relatifs sous forme de catégories de température à code couleur. 

    Vaisala jouit de plus de 20 ans d'expérience dans la fourniture et le développement de services de cartographie thermique. L'expérience de Vaisala est mise à profit par toute une base internationale de clients comptant plus de 1 000 utilisateurs actifs dans différents climats hivernaux, dont l'Europe occidentale, l'Amérique du Nord, le Japon, l'Europe orientale, la Scandinavie et la Nouvelle-Zélande. La cartographie thermique s'est établie comme meilleure pratique pour de nombreuses autorités autoroutières du monde entier.


    Conditions météorologiques

     Conditions météorologiques

    Dans des conditions météorologiques similaires, une autoroute ou une piste présente un schéma constant et prévisible de variations de température de surface. Le degré de variation de température change selon les conditions météorologiques. Pour établir le rapport entre les facteurs environnementaux locaux et les conditions météorologiques dominantes, la cartographie thermique identifie les modifications de la variation de la température de surface au moyen de trois catégories météorologiques.

    Conditions météorologiques extrêmes :

    Conditions calmes et claires, généralement associées à des systèmes anticycloniques (hautes pressions) ou à des crêtes de haute pression entre des systèmes cycloniques (basses pressions). L'absence de nuages ou de vent permet à la surface de refroidir très rapidement la nuit et a de grandes chances de produire le plus haut degré de variation de température nocturne de surface sur une zone.

    Conditions météorologiques humides :

    Associées à des systèmes cycloniques (basses pressions), une couverture nuageuse basse totale avec des vents modérés. Les nuages agissent comme une couverture qui renvoie l'énergie vers la surface pendant la nuit, tandis que le vent favorise le mélange des couches d'air de surface. La combinaison de ces facteurs donne le plus faible degré de variation des températures nocturnes de surface.

    Conditions météorologiques intermédiaires :

    Dues à diverses caractéristiques météorologiques telles que des crêtes transitoires ou des approches frontales généralement associées à une couverture nuageuse moyenne/élevée et à des vents modérés. Les variations de la température de surface seront plus fortes que dans des conditions humides mais moins prononcées que dans des conditions extrêmes.

    Idéalement, on effectue des études de cartographie thermique dans ces trois types de conditions météorologiques. Mais il est aussi possible d'utiliser les scénarios de conditions extrêmes ou intermédiaires pour déterminer l'emplacement de stations météorologiques ou pour l'optimisation d'itinéraire selon la situation locale.


    Faits opérationnels

     Faits opérationnels

    • Les études de cartographie thermique de Vaisala sont effectuées par une flotte de véhicules spécialement équipés, chacun doté d'un thermomètre à infrarouge haute résolution raccordé à un enregistreur de données GPS automatique.
    • Les études de cartographie thermique sont normalement effectuées entre 23h00 et l'aube, de novembre à avril (dans l'hémisphère nord).
    • Les études de cartographie thermique de Vaisala sont effectuées à des vitesses de conduite normales pour pouvoir avoir lieu dans différents types de réseaux et environnements (urbain, rural, autoroutier, aéroportuaire).
    • Les mesures de cartographie thermique sont normalement prises tous les cinq mètres.  Il est possible de changer la résolution de la collecte des données en fonction des exigences du réseau.
    • Au cours des études de cartographie thermique, des observations détaillées des conditions météorologiques dominantes et de l'état de la surface de la route sont effectuées.s.
    • Sur les sections à deux bandes, les études portent sur la bande intérieure.  Toutefois, si la route compte trois bandes ou plus, les études portent normalement sur la bande centrale.
    • Avant la réalisation d'une étude de cartographie thermique, le réseau routier/autoroutier est découpé en plus petites parties, plus faciles à gérer, comportant des itinéraires de 30 à 50 km.  Les itinéraires permettent d'évaluer les conditions météorologiques en continu pendant toute l'étude.  La zone qu'un véhicule peut couvrir pendant une nuit d'étude est appelée secteur. Chaque secteur se compose d'un certain nombre d'itinéraires.
    • Les secteurs et les itinéraires suivent toujours un ordre défini et sont conçus pour intégrer une série de sections qui se chevauchent.  Les chevauchements permettent de comparer toutes les données et de les mettre en relation (à savoir en une étude).
    • Les cartes thermiques sont générées à partir des données collectées pour fournir une représentation de la variation spatiale relative de la température minimale de la surface de la route dans différentes conditions météorologiques et indiquer les différences relatives sous forme de catégories de températures dotées d'un code couleur.
    • Les cartes thermiques peuvent être fournies en version papier ou au format d'image électronique. Les cartes thermiques sont créées dans un environnement SIG, géo-référencées et peuvent être exportées pour être incluses dans des plateformes SIG si nécessaire.
    • Dans le cadre d'un programme permanent de recherche et de développement, Vaisala continue à faire évoluer le processus de cartographie thermique.  Le test et l'examen réguliers de la précision et de la répétabilité de la cartographie thermique, dont les résultats sont publiés dans des journaux scientifiques internationaux, est un élément-clé de ce programme. 
    • Vaisala a défini des procédures statistiques afin de valider la qualité des données et de quantifier la similarité des schémas de températures relevés lors de différentes études de cartographie thermique.  Ces procédures démontrent que la méthode de cartographie thermique de Vaisala est fiable et que les variations de température sur une route peuvent toujours être reproduites dans des conditions météorologiques similaires.

     

    Principaux avantages

     Principaux avantages

    •  Identification des zones potentiellement dangereuses.  La cartographie thermique fournit le rapport de température sur tout un réseau, en identifiant les portions de route qui gèleront sans doute en premier.  Les stations météorologiques routières, seules, ne peuvent pas fournir ces informations.
    • Possibilité de stratégies antigel sélectives. La cartographie thermique peut identifier et permet de cibler les zones devant être traitées tout en fournissant des données clés pour l'optimisation d'itinéraire.
    • Identification de l'emplacement idéal et du nombre optimal de stations de météorologie routière.   La cartographie thermique identifie les sections de route avec des caractéristiques thermiques stables et représentatives d'un réseau ou d'un domaine climatique, déterminant ainsi les emplacements idéaux pour les stations météorologiques..
    • Extension de la prévision du verglas de stations météorologiques spécifiques à un site à un réseau routier complet.  La cartographie thermique produit des cartes thermiques de prévision dans un système de prévision du verglas. Les cartes thermiques fournissent des informations sur le rapport des températures des surfaces routières entre les stations météorologiques, car elles permettent l'extrapolation de températures minimales sur l'ensemble du réseau.​
    • Fourniture de données de référence quantitatives.
    L'intérêt de la cartographie thermique en tant qu'outil de prise de décision est maximisé s'il est intégré au système de prévision du verglas de Vaisala.  Les données prévisionnelles spécifiques à un site fournies par une station météorologique routière peuvent être étendues à toutes les routes d'un réseau à l'aide de la cartographie thermique. 

    La cartographie thermique est partie intégrante du système de prévision du verglas de Vaisala, offrant aux utilisateurs des cartes des températures minimum prévisionnelles sur l'ensemble d'un réseau.  La cartographie thermique est également une aide inestimable en matière de choix d'emplacement de stations météorologiques.  Si des stations météorologiques sont uniquement situées dans les parties les plus froides d'un réseau, la stratégie de maintenance hivernale adoptée peut être pessimiste.  Il peut s'en suivre des opérations et des dépenses de traitement inutiles.