Classification des matériaux de revêtement

Nous observons à travers nos exemples trois principales classifications des revêtements dans les guides techniques (Tableau 10-3). La première classification s’appuie sur la modularité des revêtements. Les revêtements modulaires sont prêts à l’emploi et à être posés par un simple assemblage de modules existants. Par opposition les matériaux non modulaires sont répandus en surface lors de la mise en œuvre sur le chantier. Ils sont constitués par le mélange de granulats – sables et graviers – et d’un liant pouvant être hydraulique ou non. Le terme béton est alors généralement utilisé. Lille et Bordeaux utilisent cette classification (Lille Métropole 2003 ; A’urbae et Bordeaux Métropole 2017). La deuxième classification décompose également les revêtements en modulaires et non modulaires mais affine cette distinction selon la nature des matériaux les constituant. Le Cerema, le Pays Gâtine Parthenay, et Lyon ont recours à cette classification (Grand Lyon 2010 ; Pays de Gâtine Parthenay 2011 ; Cerema 2018). Enfin, la dernière classification est basée sur le domaine d’application des revêtements : par exemple les

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revêtements pour les trottoirs ou pour les chaussées. Le guide technique de Toulouse en est un exemple (Ville de Toulouse 2008).

Nantes ne propose pas de classification particulière et s’appuie essentiellement sur le guide de conception et de dimensionnement des structures de chaussée de 1994 (LCPC et Setra 1994) pour présenter les revêtements. Nous remarquons que la différenciation modulaire et non modulaire est utilisée presque exclusivement en milieu urbain. Ceci s’explique par la faible utilisation des matériaux modulaires pour les autres voiries. Le catalogue des matériaux de voirie de Lille présente les matériaux modulaires comme particulièrement intéressants pour les interventions sur réseaux par tranchée. En effet, leur caractère modulaire donne la possibilité de les démonter et remonter en limitant l’impact visuel final. À l’inverse, les revêtements courants, non modulaires sont moins adaptés dans ces situations : soit ils présentent des raccords inesthétiques après interventions en donnant un aspect rustine, ou patchwork aux chaussées et trottoirs (Lille Métropole 2003) ; soit le délai et les contraintes de mise en œuvre ne sont pas adaptées pour des rénovations ponctuelles (Grand Lyon 2010).

Tableau 10-3 – Classification des matériaux selon les gestionnaires ou organismes

Gestio. / organisme Classes Modélités

Lille Métropole Classification selon la modularité

 Matériaux modulaires  Matériaux non modulaires Bordeaux Métropole

Pays de gâtine parthenay Cerema

Lyon Métropole

Classification selon la modularité avec éclatement de la classe « non

modulaires » selon la nature de leur liant, et

« modulaires » selon la nature des modules

 Non modulaires :  Asphaltes

 Revêtements bitumineux (Lyon : enrobés)

 Bétons de ciment

 Traitements de surface à base de résine (Lyon : Matériaux répandus)  Modulaires :

 Pavés et dalles

 Autres revêtements (bois et alvéolaires)

 Autres :

 Revêtements sablés  Mélanges terre – pierre

Toulouse Métropole Classification selon l’espace de voirie à revêtir

 Matériaux de revêtement – trottoir  Matériaux de revêtement – chaussée Sources : Lille 2003 ; Toulouse 2008 ; Lyon 2010 ; Gâtine Parthenay 2011 ; Bordeaux 2017; Cerema, 2018

Ainsi, la modularité d’un revêtement est liée à sa réparabilité. Ce critère apparait essentiel pour la problématique des réseaux enterrés. La distinction entre matériaux modulaires et non

189 modulaires est alors pertinente dans la mesure où elle permet d’identifier rapidement les revêtements démontables et donc les plus aisément réparables lors d’interventions sur réseaux enterrés. Cependant, au sein de ces deux grandes classes, il existe des matériaux ayant des spécificités rendant leur usage plus ou moins approprié selon les fonctionnalités des espaces de voirie.

Nous présentons ci-après les matériaux de revêtement. Dans une première sous-section, nous abordons les matériaux modulaires, et dans une seconde, les matériaux non modulaires.

10.2.1. Les matériaux modulaires

Selon les guides des collectivités, les matériaux modulaires sont particulièrement adaptés au milieu urbain, notamment par leur diversité d’aspects qui permet de mettre en valeur et différencier les espaces. Il est ainsi possible de varier les modules selon : leur origine et leur nature, leurs caractéristiques (telles que la couleur, les dimensions, les formes et les finitions), ou encore leur agencement.

L’origine est soit naturelle, avec des matériaux prétaillés tels que le bois (Figure 10-2 a) et la pierre (Figure 10-2 b), soit industrielle avec des matériaux de type béton de ciment modulaire (Figure 10-2 c) et les alvéolaires (Figure 10-2 d).

Un béton de ciment classiquement appelé béton, est un matériau plein constitué d’un mélange de granulats et d’un liant hydraulique, le ciment. Un alvéolaire, est lui, constitué de dalles ajourées. Ces dalles sont confectionnées en béton, brique ou plastique et garnies d’un substrat de végétaux ou de granulats. La nature des modules est choisie selon les fonctionnalités de l’espace à revêtir. Ainsi, les alvéolaires sont utilisés pour des espaces peu circulés, principalement piétonniers ou de stationnement. Ces revêtements étant poreux, ils permettent une bonne infiltration des eaux pluviales. L’usage du bois est généralement réservé à des espaces piétons, et notamment des parcs ou des berges pour préserver le caractère naturel des lieux. Les modules en pierre naturelle ou en béton sont quant à eux employés pour les espaces piétonniers ou carrossables.

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Sources : Bordeaux Métropole et A’urba, 2017 ; Lille Métropole, 2003

Figure 10-2 – Nature des matériaux modulaires

Ces modules se déclinent ensuite selon des caractéristiques. D’abord, il existe de nombreuses couleurs et teintes : pour la pierre selon ses origines – pour les bétons et les alvéolaires selon les granulats qui les composent ou les garnissent – pour les bois selon leurs essences. Cette variété facilite le partage de l’espace selon les fonctions qui lui sont attribuées, améliore l’esthétique et la mise en valeur des espaces tels que les lieux historiques (Figure 10-3 a). Ensuite, les modules prennent différentes tailles et formes (Figure 10-3 b). Les dimensions des modules, et notamment leur épaisseur ou leur forme, ont un impact sur les trafics qu’ils peuvent supporter. Pour l’épaisseur, les modules épais, c’est-à-dire d’au moins 6 cm sont recommandés pour un trafic faible (Cf. 9.1, p. 170), tandis qu’ils doivent être d’au moins 8 cm pour un trafic fort (Angers Loire Métropole 2016). Les modules les plus larges et les moins épais sont moins résistants, ils sont alors utilisés principalement pour les espaces piétonniers étendus tels que les places ou parvis. La forme des modules a également une incidence sur leur employabilité selon le trafic : les angles aigus et les profils étroits, plus fragiles, sont évités pour les espaces carrossables.

191 Sources : Bordeaux Métropole et A’urba, 2017 ; Lille Métropole, 2003

Figure 10-3 – Couleurs et dimensions des matériaux modulaires

Enfin, la finition des modules est également importante. Celle-ci en plus de donner des aspects visuels différents permet de renforcer ou de donner des propriétés particulières au revêtement final. Notamment, la rugosité, et donc l’adhérence du revêtement est renforçable ou atténuable. Les finitions sont classées selon une échelle de rugosité allant des finitions lisses aux finitions rugueuses.

Une fois les modules sélectionnés, le dernier critère concerne l’agencement des modules choisi selon le type d’usage (Ossola 2010). Il s’agit à la fois de la disposition des modules les uns par rapport aux autres, appelée appareillage et calepinage, mais également des joints utilisés (Figure 10-4).

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Sources : Lille Métropole, 2003

Figure 10-4 – Appareillage ou calepinage des matériaux modulaires

La pose des modules conditionne directement la durée de service des revêtements modulaires selon le trafic supporté (Pays de Gâtine Parthenay 2011). Par exemple, les pavés d’une chaussée carrossable subissent des déplacements, notamment lors de l’accélération et du freinage des véhicules. Pour limiter ces déplacements, il faut rompre les lignes de joints de façon à ce que chaque pavé s’appuie sur plusieurs autres pavés. Un appareillage à lignes de joints continus (Figure 10-4 a) est utilisable pour les zones piétonnes, tandis que pour supporter la circulation de véhicules, l’appareillage doit être à lignes de joints discontinues selon l’axe de circulation, pour un trafic léger (Figure 10-4 b) ou en chevrons pour un trafic plus important (Figure 10-4 c). Lors d’interventions sur voirie, il est essentiel que le revêtement de réfection respecte l’appareillage existant (Grenoble Alpes Métropole 2018). De la même façon, les joints sont réalisés selon l’usage de l’espace de voirie. Ils peuvent être perméables, lorsqu’ils sont enherbés ou constitués de granulats, ou imperméables lorsqu’ils sont réalisés à l’aide d’un matériau à base de liant. Les joints imperméables sont privilégiés pour les espaces circulés par des véhicules afin d’éviter l’infiltration d’hydrocarbures dans le sol. Au-delà de l’usage, le type de joint a une incidence sur la facilité de démontage des modules : pour le démontage, un joint perméable permet d’éviter de casser des modules, tandis qu’un joint imperméable nécessite de casser plusieurs modules. De façon plus générale, des poses à joints rigides ne permettent pas toujours la récupération des pavés. Ainsi, en plus de la modularité des revêtements, la démontabilité de ces derniers

193 est à prendre en compte. Les chaussées démontables sont davantage étudiées depuis le début des années 2000 (De Larrard et al. 2007 ; De Larrard 2009), et ce notamment pour des questions de rapidité des interventions. Pour autant, cette technologie est encore peu utilisée.

Nous constatons que le coût des modules s’étend d’une vingtaine d’euros au m² pour des alvéolaires à près de 300 euros au m² pour des modules de pierre naturelle ou de bois. Par ailleurs, l’importance de la production des modules est variable. Il est alors recommandé de choisir la nature, les couleurs ou teintes, les dimensions et les formes d’une part en limitant la diversité de façon à concevoir des stocks aisément, et d’autre part en s’assurant de la facilité d’approvisionnement. Ces deux critères sont essentiels pour la maintenance des revêtements. En effet, la dégradation naturelle des revêtements, mais aussi les interventions, notamment sur réseaux enterrés, conduiront à remplacer certains modules.

10.2.2. Les matériaux non modulaires

Les guides techniques consultés classent généralement les matériaux non modulaires en trois familles selon la nature du liant les composant : – les revêtements à liant hydrocarboné ou équivalent végétal, appelés aussi matériaux bitumineux (Figure 10-5 a) ; – à liant hydraulique, nommés bétons de ciment (Figure 10-5 b) ; – et enfin, les sablés liés ou non (Figure 10-5 c).

Sources : Bordeaux Métropole et A’urba, 2017

Figure 10-5 – Les trois familles de matériaux non modulaires

Le liant hydrocarboné utilisé en industrie routière est issu du pétrole (Cf. Annexe G, p. 346). Le bitume est un matériau de couleur noire, visqueux voire presque solide à température ambiante.

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Il est agglomérant et adhésif, imperméable, et son comportement mécanique (de solide élastique à fluide visqueux) dépend de la température et fréquence de sollicitation (Cf. Glossaire, p. 20). Le mélange entre les granulats et le liant, ainsi que la mise en œuvre sont réalisés à différentes températures et permet de réaliser des enrobés par exemple : – à chaud, le bitume fluide est mélangé à une température supérieure à 130°C ; – à froid, le bitume est préparé sous forme d’émulsion liquide et manipulable à moins de 60 °C. Après mise en œuvre, un délai est nécessaire avant la remise en circulation, dépendant du type de technique. On parle alors de temps de refroidissement pour les matériaux réalisés à chaud ou de temps de rupture pour les émulsions. En France, les matériaux à chaud sont toujours les plus utilisés, du fait notamment d’un temps de remise en circulation rapide et du fait d’un grand nombre d’installations industrielles sur tout le territoire. D’autres liants d’origine végétale ont été développés. Ces liants de couleur miel sont peu utilisés (Pays de Gâtine Parthenay 2011), à cause de leur prix. Leur couleur clair permet de les distinguer aisément des matériaux bitumineux, de les colorer aisément par l’ajout de pigments et les rend particulièrement intéressants pour identifier les espaces réservés aux modes doux. Leurs caractéristiques de souplesse les rendent également confortables et conduisent certains à les utiliser en remplacement des matériaux à liant hydraulique.

Les bétons à liant hydraulique, sont appelés matériaux blancs en opposition aux matériaux noirs, les matériaux hydrocarbonés. Ils sont plus rigides compte tenu de l’emploi du ciment. Dans certains pays comme en Allemagne ou en Amérique du Nord, ils sont utilisés classiquement pour les revêtements de chaussée de par leur forte durabilité. Toutefois leur rigidité les rend davantage sujets aux fissurations. Des traitements particuliers sont alors nécessaires afin de limiter ces dégradations tels que par exemple la fissuration contrôlée. Cette méthode consiste à pré-fissurer le revêtement et à combler les sillons à l’aide d’un mastic constitué d’un liant hydrocarboné par exemple, afin d’assouplir le revêtement. En France, ils sont particulièrement utilisés en milieu urbain pour des lieux spécifiques ou emblématiques, tels que des centres historiques ou culturels qu’ils mettent en valeur grâce aux différentes finitions qu’ils permettent. Ils sont également utilisés pour les espaces de mobilités douces ou espaces à mobilité mixte. Les bétons sont mis en œuvre à température ambiante, le temps de séchage important, lié à la prise hydraulique est contraignant pour la remise en circulation. À ce titre, la Métropole du Grand Lyon les déconseille en cas de présence importante de réseaux enterrés. Les interventions sur les réseaux et le temps de séchage suite à la rénovation du revêtement seraient trop astreignants.

Enfin, les revêtements sablés, constitués uniquement de sable, sont des revêtements stabilisés. En d’autres termes, ils se maintiennent en l’état de façon durable. Afin de limiter son aspect pulvérulent, et éviter l’apport de sable dans les réseaux d’assainissement, le sable est parfois stabilisé à l’aide d’un liant. Le choix du liant est alors fait selon la couleur du sable et sa porosité,

195 il est soit minéral tel que la chaux ou le ciment, soit synthétique. Les revêtements sablés, par leur aspect naturel, sont principalement utilisés dans des espaces paysagers, à destination des piétons tels que des places, ou des espaces de jeux, ou encore pour des circulations douces ou très faibles.

Chacune de ces trois familles comportent plusieurs sous familles de revêtements, se distinguant par trois paramètres principaux concernant le liant, les granulats, et l’épaisseur finale du revêtement. La variation de ces paramètres permet de constituer des revêtements d’aspects et de caractéristiques différents.

Différents aspects sont réalisables par modification du liant et par sélection de granulats (Figure 10-6). Les aspects facilitent le partage de la voirie, bien que cela ne soit pas codifié à l’échelle nationale. En plus, ils permettent à l’aide de couleurs ou teintes claires, d’une part de limiter les effets d’îlots de chaleur en réduisant l’effet albédo, et d’autre part de diminuer l’éclairage public et donc la consommation d’énergie. La couleur noire du bitume est liée à la présence de particules solides et noires, les asphaltènes. Ceux-ci prédominent dans le mélange avec les granulats, et produisent systématiquement un revêtement noir. Afin de modifier la couleur des revêtements bitumineux noirs, l’utilisation de pigments tels que utilisés avec les liants végétaux est envisageable ou alors le bitume noir est remplacé par un liant pétrolier de synthèse clair.

Sources : Lille Métropole 2003 ; Gâtine Parthenay 2011 ; Bordeaux Métropole et A’urba 2017

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Parmi les pigments classiquement utilisés, nous relevons les pigments d’oxyde de fer pour le rouge, d’oxyde de chrome pour le vert ou encore d’oxyde de titane pour le blanc. Une deuxième méthode consiste à choisir la couleur en se calant sur celles des granulats et procéder à un grenaillage qui permet, par exemple, de faire ressortir les granulats en éliminant le liant en surface (Figure 10-6 a) (Bertrand 2002). Le liant hydraulique est constitué d’un ciment blanc ou gris. Sa couleur est modifiable par l’ajout d’adjuvant, c’est-à-dire de colorants. Ce procédé est autorisé à condition de conserver une couleur existante dans la nature. De la même façon que pour les revêtements à liant hydrocarboné, une finition en surface permet de faire ressortir de façon plus ou moins importante les granulats et donc leur couleur (Figure 10-6 b). Le procédé sur les revêtements à liant hydraulique a comme pour les matériaux modulaires un impact sur l’adhérence du revêtement. In fine, la couleur des revêtements sablés dépendra essentiellement du sable utilisé (Figure 10-6 c).

Ces opérations modifiant la couleur, augmentent le coût des revêtements. L’utilisation de pigments d’oxyde de fer, le moins onéreux, multiplie par exemple par deux le prix d’un revêtement bitumineux. Lors d’interventions, notamment sur des réseaux localisés sous des revêtements colorés, la réfection ponctuelle du revêtement soulève deux problèmes : d’une part le coût lié à la production d’une petite quantité d’un matériau bitumineux coloré conduit parfois le gestionnaire à utiliser un matériau bitumineux classique noir pour les réparations (Figure 10-7 a) (Pays de Gâtine Parthenay 2011), d’autre part le raccord de couleur avec l’enrobé en place est difficile (Figure 10-7 b et c). Les pigments sont sensibles aux UV du soleil et perdent de leur intensité au cours du temps. Il est alors difficile de reproduire un matériau avec la même teinte.

Auteur : A. Pavard, 2019

Figure 10-7 – Difficultés de rénovation des revêtements colorés

Au-delà de la question de la couleur, les caractéristiques des revêtements sont principalement liées à : – la formulation des matériaux, c’est-à-dire à la granularité et à la quantité de liant ; – à la réalisation du revêtement (mise en œuvre) ; – à l’épaisseur finale du revêtement (Figure 10-8).

197 Auteur : A. Pavard, 2020

Figure 10-8 – Les matériaux non modulaires : l’obtention de leurs caractéristiques

En regroupant les matériaux bitumineux selon leur température de mise en œuvre, nous identifions deux principaux types de revêtement de surface selon la température d’application :

– à chaud sont par exemple les asphaltes coulés (AT pour trottoir ou AC pour chaussée) et les bétons bitumineux (BB) qui se déclinent eux-mêmes en semi-grenu (BBSG), à module élevé (BBME) drainants (BBDr), minces (BBM), et très minces (BBTM) ;

– à froid sont les Enduits Superficiels d’Usure (ESU), et certains enrobés bitumineux déclinés en Matériaux Bitumineux Coulés à Froid (MBCF) et Bétons Bitumineux à l’Émulsion (BBE).

À travers les guides techniques locaux nous constatons que ces revêtements ne sont pas toujours tous identifiés et présentés tels que nous pouvons le voir dans le Tableau 10-4 de synthèse.

Tableau 10-4 – Différentes présentations des revêtements à liant bitumineux

Cerema Lille Bordeaux Lyon Toulouse Gâtine*

BBDr  Regroupés en Enrobés Regroupés en Bétons Bitumineux    BBM    Regroupés en Enrobés noirs colorés ou grenaillés BBSG  Regroupés en Béton Bitumineux  BBTM   BBME   MBCF   BBE   Asphalte       ESU       Spécificités

locales     ^{Béton Bit. Tiède (BBT)} _{Béton Bit. phonique}

Coulis Bitumineux



 Matériaux présentés /  Matériaux non présentés * Gâtine Parthenay

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Concernant la formulation des matériaux, nous nous bornons ici à présenter le principe général. Pour plus de détails sur chaque revêtement, nous renvoyons aux différents guides techniques et normes les décrivant. Les matériaux bitumineux sont généralement constitués de 95% en masse de granulats et 5% en masse de liant bitumineux. Les granulats varient selon deux paramètres principaux : – leur nature qui détermine notamment la qualité des matériaux, notamment pour les revêtements de surface la résistance au polissage ; – leurs tailles, sélectionnées selon des besoins spécifiques et normées en classes granulaires, utilisées pour la confection des matériaux bitumineux. Lors de la confection de chaque type de matériau, un squelette granulaire est constitué à partir de granulats de différentes tailles appelés gravillons, sables et filler. Une discontinuité dans la formulation (Figure 10-9), créée par l’absence d’une taille intermédiaire de granulats permet de créer des vides dans la formulation et confère au matériau des caractéristiques de surface intéressantes telles que la rugosité, la drainabilité (BBDr) ou encore des performances acoustiques (Corté et Benedetto 2004 ; Benedetto et Corté 2004). Les BBDr conviennent peu au milieu urbain. Les vides se colmatent facilement avec des pollens, des feuilles ou d’autres matériaux volatiles présents à proximité (Grand Lyon 2010). À l’opposé des BBDr, les Asphaltes coulés sont des matériaux produits en mélangeant un squelette granulaire composé en grande partie (25% en masse) de filler (matériau très fin), au liant de façon à former un revêtement compact et imperméable. En France, il est utilisé presque exclusivement en milieu urbain. Compte tenu de ces caractéristiques, il est essentiellement appliqué sur les trottoirs ou sur certaines chaussées. Entre le BBDr et l’Asphalte coulé figure le BBSG, l’un des bétons bitumineux les plus