Mesure de la BRDF des surfaces routières pour optimiser l’éclairage, le contraste des marquages, l’impact de l’albédo afin de concilier visibilité et territoire durable – REFLECTIVITY

Axe 1 : Constituer une base de données de caractéristiques des surfaces routières
Cette axe rassemble à la fois les caractéristiques des échantillons collectés et spécifiquement fabriqués, les protocoles expérimentaux et la description des appareils utilisés. Ainsi, l’ensemble des mesures antérieures disponibles mais également réalisées sur échantillon dans le cadre de ce projet seront regroupées au sein d’une base de données qui a vocation à alimenter les travaux des modélisation et prédiction des axes 2 et 3. Cette BDD sera mise à la disposition de tous selon le principe FAIR ( Findable, Accessible Interoperable, Reusable) et en conformité avec le plan de gestion des données de l’ANR.

Axe 2 : Estimation et prédiction de la BRDF des surfaces routières
Cette axe hébergera les principaux travaux de simulation conduits dans le cadre du projet afin d'estimer la BRDF des surfaces routières puis prédire son évolution en fonction de la dégradation de l'état de surface.
- Simulation numérique de la BRDF à partir de la géométrie 3D de la surface et d’un gonioréflectomètre virtuel : la méthode consiste à numériser la géométrie 3D des surfaces routières puis à estimer la BRDF avec un gonioréflectomètre virtuel en fonction des propriétés micro-géométriques de ces surfaces.
- Prédiction de l’évolution de la BRDF en fonction de la dégradation de l’état de surface : l’objectif est de prédire l’évolution de la BRDF d’une surface routière en fonction du vieillissement des matériaux (effets du trafic routier et des conditions climatiques) ou de la modification temporaire de son état de surface (mouillage, présence de salissure).

Axe 3 : Caractérisation in situ et à grande échelle de la BRDF des surfaces routières
Afin de mieux considérer l’hétérogénéité des surfaces routières et leur diversité à l’échelle d’un territoire, des mesures seront réalisées par véhicules instrumentés.
L’enjeu ici est d’utiliser des mesures terrains pour décliner les travaux de l’axe 2 afin de :
- Réaliser des simulations numériques de BRDF à partir des mesures in situ de la géométrie 3D de la chaussée
- Estimer l’albédo d’un linéaire de chaussée
- Développer des indicateurs à la fois pertinents pour la chaussée et le marquage afin d’estimer plus globalement la visibilité.


Axe 4 : Valorisation de la BRDF pour les industriels et les collectivités
L'axe 4 constitue la déclinaison applicative des travaux menés dans les trois premiers axes via trois leviers de valorisation de la BRDF.
- Prédiction des propriétés optiques des revêtements dès leur conception
- Optimisation des installations d’éclairage et réduction des ICU.
- Gestion de la signalisation horizontale pour tous les usagers (humains et VA).

Le projet a pour objectif de fournir aux industriels et aux collectivités une base de donnée et des outils nouveaux permettant à la fois la mesure et la prédiction de la photométrie des surfaces routière. Et ce afin de permettre l’optimisation des installations d’éclairage, la réduction des ilots de chaleur urbain et le respect des enjeux de sécurité dans le contexte de l’arrivée des véhicules automatisés.
Les applications visées sont :
- Dimensionnement des aménagements urbains, aide à la décision
- Diagnostic des propriétés optiques des revêtements par véhicule instrumenté
- Eclairage public : optimisation énergétique, intégration des spécificités d’usage, limitation des nuisances lumineuses, smart-lighting
- Climatologie urbaine : limitation des ICU
- Infrastructures routières : performance et visibilité des marquages pour le système visuel humain et les capteurs du VA.

- De nouvelles techniques de mesure en laboratoire et sur site de la BRDF
- Une base de données de BRDF pour des calculs photométriques et thermiques
- Des modèles permettant :
l'anticipation de la BRDF lors de la conception d’un revêtement
la prédiction de l'évolution de la BRDF selon le vieillissement ou l’état de surface
l'estimation de l’albédo (à partir de mesures colorimétriques, de BRDF dans la seule gamme du visible).

- Vincent Boucher, Valérie Muzet, Paola Iacomussi. MATHEMATICAL CONSIDERATIONS FOR ROAD REFLECTION PROPERTIES. The 30th Quadriennal Session of the CIE, Sep 2023, Ljubljana, Slovenia. PROCEEDINGS of the 30th Session of the CIE, 2023, ?10.25039/x50.2023.PO087?. ?hal-04350013?
- Enoch Saint Jacques, Roland Brémond, François Eymond, Kévin Morvan. INVESTIGATING THE EVOLUTION OF ROAD SURFACE DESCRIPTORS ACCORDING TO OBSERVATION ANGLES USING A DATABASE OF THE REFLECTION PROPERTIES OF URBAN MATERIALS. The 30th Quadriennal Session of the CIE, Sep 2023, Ljubljana, Slovenia. PROCEEDINGS of the 30th Session of the CIE, 2023, ?10.25039/x50.2023.PP020?. ?hal-04349971?
- Valérie Muzet, Guillaume Gublin, Thibaut Rohmer. ON SITE PHOTOMETRIC CHARACTERIZATION OF WET PAVEMENTS. The 30th Quadriennal Session of the CIE, International Commission on Illumination, Sep 2023, Ljubljana, Slovenia. ?10.25039/x50.2023.OP068?. ?hal-04349915?
- Florian Greffier, Christoph Schultze, Vincent Boucher, Sébastien Liandrat, Valérie Muzet. Qd VS Q0 FOR SCALING OF STANDARD R-TABLES IN ROAD LIGHTING DESIGN: THE QUESTION IS WORTH ASKING. The 30th Quadriennal Session of the CIE, International Commission on Illumination, Sep 2023, Ljubljana, Slovenia. ?10.25039/x50.2023.OP008?. ?hal-04250116?

Les propriétés optiques des surfaces routières sont au cœur de nombreuses problématiques d’aménagement, que ce soit en milieu urbain comme dans le domaine des infrastructures routières. En effet, les interactions de la lumière avec ces surfaces sous-tendent des enjeux importants tels que l’adaptation des villes au changement climatique ou la visibilité de la signalisation horizontale, que ce soit pour le système visuel humain comme pour les capteurs d’aide à la conduite ou ceux du véhicule autonome.

La BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function) est la fonction qui permet de décrire la capacité d’une surface à réfléchir une onde lumineuse dans toutes les directions de l’espace. Bien que son usage soit prépondérant en réalité virtuelle pour traiter les enjeux d’apparence visuelle, elle n’est que très rarement disponible pour des surfaces routières (revêtements de chaussée et marquages). C’est en effet une donnée coûteuse, en termes d’instrumentation et de temps nécessaire pour la mesurer. Ainsi, dans le domaine des infrastructures et des équipements routiers, des données très partielles sont utilisées en imposant des géométries d’observation de la route. Les caractéristiques types des revêtements sont considérées aujourd’hui comme obsolètes et les géométries conventionnelles peu pertinentes pour l’éclairage urbain.

Le consortium du projet REFLECTIVITY se compose de trois équipes de recherche d’un institut Carnot, d’un industriel, de deux laboratoires universitaires et de deux collectivités territoriales (communautés urbaines). Son ambition est de démontrer l’importance que revêt la connaissance de la BDRF des surfaces routières pour répondre au défi climatique et à l’essor de la mobilité autonome. Nous proposons la création d’une base de données partagée décrivant à la fois les caractéristiques structurantes des surfaces routières (constituants élémentaires, formulations, micro et macro-textures, géométries de surface) et leurs propriétés optiques (BRDF, photométrie, colorimétrie, réflectivité spectrale). Nous développerons de nouvelles techniques pour déterminer la BRDF des surfaces routières en utilisant en particulier une méthodologie de mesure par gonioréflectométrie virtuelle basée sur la géométrie 3D des surfaces, utilisable en laboratoire et sur route, grâce à l’adaptation de systèmes de mesures ponctuelles ou dynamiques existants. La robustesse de cette technique sera confortée par la comparaison avec des mesures de référence réalisées en laboratoire et sur site. Pouvoir accéder à la BRDF à partir de relevés dynamiques est une rupture technologique permettant une caractérisation à grande échelle qui considèrera à la fois la variabilité et la diversité des surfaces routières. Les aspects d’évolution temporelle seront également considérés via le développement de méthodes de prédiction de la BRDF en fonction de la formulation d’un revêtement ou d’un marquage mais également selon le cycle de vie des surfaces routières en intégrant les phénomènes de vieillissement des matériaux ou d’évolution de leur état de surface (degré d’humidité en particulier).

En plus des aspects méthodologiques et scientifiques du projet, des expérimentations seront conduites avec l’industriel et les collectivités partenaires. Elles permettront d’évaluer les apports du projet pour l’optimisation des installations d’éclairage routier, de mieux considérer le contraste des marquages pour le déploiement du véhicule autonome et de fournir l’albédo des matériaux pour la climatologie urbaine. Ces recherches permettront de traiter l’optimisation des revêtements urbains et des marquages de manière globale, sur de larges territoires, en mixant les enjeux diurnes et nocturnes et en considérant la diversité des usagers et des conditions environnementales.