Fonctionnement des Stations et Solutions de stockage

Auteur : Grégoire CLOUVEL

Tuteur : Thierry BOILEAU

 

Introduction

 

L’Urbanloop a pour but de remplacer les systèmes de transport actuels (tramway, bus…), il est donc nécessaire que ce nouveau moyen de transport possède des stations accessible et pratique pour le bien-être des usagers.
De plus, comme l’Urbanloop est un moyen de transport urbain, les stations se doivent de s’intégrer convenablement dans le contexte de la ville. Cela se traduit par des tailles de stations plutôt réduite à l’image des arrêts de bus actuel.
Les solutions qui vont suivre sont donc des solutions à contextualiser suivant le contexte urbain et la densité de population à chaque station.

 

Fonctionnement des Stations

 

Dans cette partie nous étudierons les moyens d’aiguillage des capsules et la gestion des montées/descente dans la station (Tables de transferts). On ne tiendra pas compte des problématiques de stockage, elles seront évoquées dans la partie suivante.

 

⦁    La station en série

 

Station Série, Montée des usagers


 

Station Série, Descente des usagers
​​

 

 

La station en série est une station où les capsules arrivent les unes après les autres sur la même bretelle.

La première capsule va le plus loin possible dans la station permettant aux prochaines de se mettre derrière elle. La descente se fait quand la capsule est à l’arrêt et la montée se fait dès que la personne est descendue.


Avantages de ce choix de station :


⦁    Peu coûteux en place.
⦁    Compréhension du mécanisme de montée descente par la population facile.

Inconvénients :


⦁    Si la personne dans la capsule n°3 met du temps à monter, le trafic sera ralenti.
⦁    Complexité d’embarquement (où les personnes font-elles la queue ?).

Problème dans Station Série

 

 

 

Intéressons-nous maintenant au débit propre de la station en capsules par minutes.

Pour réaliser les études de débit, nous avons considéré que le temps moyen de montée dans la capsule était de 25 secondes et celui de descente 20 secondes. Ces temps sont pris du temps moyen mis par une personne pour monter dans une voiture. Dans cette partie nous parlerons des débits théoriques maximums atteint par les capsules.
Pour la station en série on a donc pris les temps suivants en référence. (On se place dans le cas où toutes les capsules arrivent en même temps et qu'il n'y a pas de blocage de la part d'une des capsules).


⦁    15 secondes pour l’arrivée des capsules et leur arrêt total
⦁    25 secondes de temps de montée
⦁    20 secondes de temps de descente
⦁    10 secondes pour le départ
⦁    5 secondes d’intervalle entre chaque capsule à l'arrivée et au départ.


Il faut donc pour que par exemple 3 capsules entrent et sortent de la bretelle de station 1 minute et 30 secondes.
Soit un débit de 1 capsule toutes les 30 secondes.


Le débit varie suivant le nombre de capsules maximums capable d'être supporté par la station 

Il faut donc calculer le débit théorique maximal de la station en fonction du nombre de capsules. On a la formule mathématiques suivante :

On note x le nombre de capsules disponibles à l'embarquement au maximum dans la station

On a donc le Débit en nombre de capsules par minutes

 

 

 

 

 

Dans cette formule nous parlons du nombre de capsules où les personnes peuvent directement embarquer et non celle stockée dans la station comme nous le verrons tout à l’heure. Plus x est important donc plus le nombre de capsules disponibles à l'embarquement de la station est important, plus le débit sera important.
Il est important de noter que plus ce nombre de capsule est grand plus la station se doit d’être grande.

 

⦁    La station en série adaptative

Station Série Adaptative, Montée des usagers

 

Station Série Adaptative, Descente des usagers

 

 


La station en série adaptative diffère de la station en série par la non-possibilité de monter et descendre au mêmes emplacements. Le fonctionnement possède aussi quelques différences par rapport à la station précédente. En effet, lors de son arrivée la capsule se doit de s’arrêter à l’emplacement de la capsule n°2 afin de faire descendre la personne, une fois cela effectué la capsule avance jusqu’à la position de la capsule n°4 où une autre personne peut embarquer.

Avantages de ce choix de station :


⦁    Relativement peu couteux en place.
⦁    Ergonomique et pratique pour la descente et montée. 


Inconvénients :


⦁    Si une personne a du mal à descendre ou monter, le trafic est ralenti.
⦁    Complexifie les problèmes de stockages.

 

Problème dans Station Série Adaptative

 

 

Pour le calcul du débit on rajoute une donnée : 
⦁    Le temps de parcours du chemin entre la capsule n°2 (descente) et n°4 (embarquement) est de 10 secondes

Pour 4 capsules on a par exemple un débit de 1 capsule toutes les 33.75 secondes.


On a donc le débit théorique suivant : 

A nouveau, on note x le nombre de capsules disponibles à l'embarquement au maximum dans la station

Le débit suit la formule :

 

La série adaptative possède un moins grand débit que la série normale. Cependant les avantages ergonomiques peuvent convenir à certains environnements de stations.

 

⦁    La station en parallèle 

Station Parallèle, Montée des usagers

 

Station Parallèle, Descente des usagers

 

 

 

La station en parallèle présente un nouveau système, les capsules arrivent sur la même bretelle et sont ensuite aiguillées sur plusieurs voies d’embarquement.

Avantages de ce choix de station : 


⦁    Dispersion de la file d’attente.
⦁    Pas de perturbation de trafic si une capsule est bloquée.

Inconvénients :


⦁    Station très grande et très large.
⦁    Nécessite plus de rail et de tube.

Problème dans Station Parallèle

 

Pour le calcul du débit théorique, le résultat ne change pas de celui de la station en série.

C’est-à-dire  que Le débit théorique est de :


L’avantage de ce choix de station ne réside pourtant pas dans le débit théorique mais bel et bien dans la capacité d’absorber les problèmes qui pourraient survenir.


En effet, dans la station série, si la capsule de tête se bloque pour une raison quelconque c’est le trafic de la station entière qui est impliqué. Dans la station parallèle, le fait de créer plusieurs voies permet de remédier à ce problème.
Car si une branche de la station est perturbée cela diminuera le trafic de la formule suivante plutôt que de le stopper totalement.

 

⦁    La station hybride

 

Station Hybride, Montée des usagers

 

Station Hybride, Descente des usagers

 

Problème dans station Hybride
 

 

 


La station hybride combine comme son nom l’indique la station série et parallèle.
Elle possède néanmoins les mêmes avantages et inconvénients que la station parallèle à la différence près que la station occupe davantage de place car elle peut prendre en charge plus de monde.

Elle possède également le même débit que la station parallèle mais son avantage réside dans la possibilité de multiplier les capsules en série tout en gardant l'avantage qu'en cas de problème le trafic n'est pas totalement interrompu.

 

La station Hybride est le meilleur compromis en terme d'efficacité et de résistance aux problèmes. Cependant elle a le désavantage de prendre beaucoup de place.

Nota Bene : La station hybride adaptative peut également être imaginé, elle y présenterait les mêmes avantages et inconvénients que le mélange de la station parallèle et série adaptative. De même son débit serait quelque peu plus lent que celui de l’hybride.

Comparatif des Débits

 

 


Solution de stockage dans les stations

 

L’Urbanloop a pour projet de remplacer les moyens de transport actuel, les flux de personnes étant élevés surtout en heure de pointe, chaque station doit être capable de stocker les capsules arrivant dans la station et qui ne peuvent pas directement se positionner pour la descente.
En effet le stockage des capsules est une problématique importante, une capsule voulant sortir dans une station doit pouvoir le faire. Si ce n’est pas le cas la capsule devra refaire un tour de boucle complet avant de revenir vers la sortie voir si de la place a été débloquée. Cela augmentera alors de manière considérable le temps de trajet ce qui va à l’encontre du projet Urbanloop qui vise des trajets courts et directs.

⦁    Stockage en ligne droite

Le stockage en ligne est la solution de stockage la plus basique adaptée aux stations les moins fréquentée. Il s’agit de stocker les capsules sur la bretelle en elle-même. La bretelle de station peut mesurer jusqu'à environ 50 m et la station est centrée sur cette bretelle. On a donc entre 15 et 20 m de stockage potentiel ce qui représente un stockage de 7 à 10 capsules.
Dans les cas de stations beaucoup plus fréquentée on se rend compte que cette solution n’est pas satisfaisante. Il n’est pas possible de faire des bretelles de 100m et plus car cela encombrerait la ville, il faut donc trouver des solutions plus « compactes » pour satisfaire le besoin de stockage des grosses stations


⦁    Stockage en colimaçon 


 
A l’image de la photo ci-dessus, on peut stocker les capsules dans un colimaçon comme ceux présents par exemple dans les parkings souterrains. Cela présente l’avantage considérable de pouvoir stocker dans une aire la plus petite possible.
Le désavantage de ce stockage est la nécessité de devoir surélever la station car le colimaçon prend de la  place en longueur et largeur mais aussi en hauteur.
En France pour le cas des colimaçons de parking, la norme est d’avoir un rayon minimal de 8,5m.

 
Cela nous donne un périmètre intérieur d’un peu plus de 28m de quoi stocker environ 14 capsules par étage de colimaçon. On peut imaginer qu'un étage représenterait environ 1.50m.
De plus l’avantage du stockage en colimaçon est que si l’on veut créer des stations là où l’Urbanloop est en trafic aérien cela devient possible, on crée ainsi un colimaçon descendant jusqu’à la station qui se situe sur le sol où se trouve la table de routage avec les solutions vu précédemment puis à nouveau un colimaçon qui remonte jusqu’au tube de la voie principale.


Si l’on veut appliquer cette solution lorsque l’Urbanloop n’est pas en aérien, il faut choisir entre trois possibilités :


⦁    La gare en hauteur


Relativement coûteux car il faut construire une gare en hauteur où la montée descente peut s’effectuer.
 


Cela se présentera un peu comme sur cette image de synthèse du nouveau métro situé en Egypte.

 

⦁    Un double colimaçon      


Un colimaçon en montée enchainé à un autre en descente. Cette solution nécessite une place assez conséquente car il faut enchainer au sol 2 colimaçons de 8.5m de diamètre plus la taille de la station mais représente une possibilité de stockage gigantesque.

 

 

⦁    Une station scindée

 

Dans cette solution seule la descente se fait en haut. Cela a pour avantage de pouvoir stocker les capsules avant la descente mais aussi après lorsque le trafic est moins dense.
On peut donc avoir une vingtaine de capsules de prête à l'embarquement grâce à ce système
Ici la station montée est située au sol. L’embarquement se fait donc au sol tandis que la descente se fait en hauteur.


⦁    Stockage enroulé

Cette fois le stockage se fait totalement au sol et la différence par rapport stockage en ligne droite c’est que la ligne se rallonge en s’enroulant.

 
On peut imaginer quelque chose comme ceci, où la ligne rouge correspond à l’arrivée des capsules.
Pour cette solution il y a nécessité de réaliser la partie en rouge au-dessus ou en dessous de la spirale.
Il faut donc choisir entre surélever la ligne a ce moment ou la faire passer en souterrain.

Il est cependant possible d’enrouler différemment pour ne pas avoir ce problème, cependant la solution ci-dessus présente l’avantage de prendre peu de place.

 

Pour l’enrouler différemment on peut penser au schéma des files d’attentes dans différents endroits en France.


 
Cette solution présente une solution assez compacte en bloc. Le seul désavantage est la place prise par cette solution de stockage au sol.

 

 

Conclusion

 

Le choix de la table de transfert et du stockage dépendra de la fréquentation des stations.
Il reste cependant certain que quelques stations devront présenter d’important dispositifs de stockage pour satisfaire la demande et assurer un trafic fluide.
Des choix seront à faire pour déterminer le nombre de capsules prête à l’embarquement dans les stations pour permettre un débit optimal tout en gardant une taille de station raisonnable. Il est sûr que les stations importantes de la ville opteront pour des tables de transfert en série hybride et des solutions de stockages conséquentes pour rechercher une certaine optimalité.