6. Quantification du bénéfice structural par éléments finis
7.4 Coût non quantifiable
7.4.3 Sécurité
La question ici est : le pavage d’une chaussée réduit-il le risque d’accident ? Deux opinions sont alors possibles. Le pavage d’une chaussée permet d’augmenter la vitesse maximale de circulation, et donc le taux d’accident. Inversement, le pavage permet d’améliorer la qualité de la surface, l’adhérence, diminuer la poussière et le bruit et donc la conduite est plus sécuritaire.
Une étude réalisée en Nouvelle-Zélande a montré qu’il n’y avait pas de changement significatif dans le taux d’accident entre une chaussée non revêtue et une revêtue (50). Par ailleurs, d’autres études montrent une tendance tout autre, par exemple, le taux d’accident au Wyoming est 5 fois plus élevé sur les chaussées non revêtues que sur les chaussées revêtues (51). Selon une étude menée dans le Vermont (52), le rapport (pavé/non pavé) de risque d’avoir un accident dans cet état est de 0,38 pour un accident seul et de 0,85 pour un accident comprenant deux véhicules.
Les chiffres sont donc très différents d’une étude à l’autre et sont résumés dans le Tableau 31. Tableau 31: Synthèse des chiffres disponibles quant aux accidents sur chaussées non revêtues et revêtues
Ratio Valeur Source Localisation
(Taux d’accident route pavée) / (taux d’accident route non pavée)
1 (Minchington & Bradshaw,
2007) Nouvelle-Zélande
0,2 (Caldwell, 1996) Wyoming
0,38 (1 conducteur) 0,85 (2 conducteurs)
(Harootunian, Lee, &
Aultman-Hall, 2015) Vermont
Si l’on considère qu’il existe une différence entre le taux d’accident sur une chaussée revêtue et une qui ne l’est pas, alors il faut pouvoir quantifier le bénéfice monétaire. Il est alors possible de reprendre le tableau (Tableau 32) du Guide de l’analyse avantages-coûts des projets publics en transport réalisé pour le Ministère des Transports du Québec (65).
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Tableau 32: Coût moyen des accidents selon la gravité (en CAD de 2015)
Gravité Méthode de la disposition à payer Méthode du capital humain Mortels 4 202 183 CAD 2 756 393 CAD
Blessés graves 1 036 287 CAD 679 725 CAD
Blessés légers 131 513 CAD 86 265 CAD
Dommages matériels seulement 14 058 CAD 14 058 CAD
Au Québec, les proportions d’accidents mortels, graves et légers sont respectivement de 1%, 4% et 95% (74). L’analyse des coûts dépend énormément des projets, il n’y a donc pas de vérités générales. Tout d’abord, les coûts d’entretien varient beaucoup d’un scénario à un autre. Ensuite, la considération ou non des coûts salariaux et d’utilisation permettent de conclure plus rapidement sur l’utilisation des revêtements économiques. Finalement, si les coûts environnementaux sont pris en compte, le choix de la mise en place d’un revêtement économique à base d’émulsion bitumineuse semble être la meilleure solution.
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Conclusion
Validité des travaux
Pertinence de la méthodologie
Le but du projet était de déterminer l’avantage économique qu’apportait la mise en place d’un revêtement économique sur une chaussée à faible volume procurée par l’augmentation de la préservation de la portance du sol d’infrastructure dans le temps. La durée de vie qui est recherchée est alors une durée de vie relative, celle de la chaussée revêtue par rapport à celle qui ne l’est pas. Cette durée de vie relative permet de quantifier véritablement la dégradation du sol d’infrastructure et ainsi de comparer les différentes structures possibles.
Mesures
La première étape de la quantification des avantages des revêtements économiques est la prise de mesures de résistances et d’imperméabilisation des fondations. Les mesures ont été réalisées sur une structure typique de chaussée à faible volume, donc représentatives de la réalité.
Les mesures de teneur en eau sont réalisées en laboratoire, les échantillons étant transportés avec précaution dans des sacs étanches, les résultats sont vraisemblablement acceptables. L’amplitude des précipitations provient du ministère de l’Environnement et Changement climatique du Canada, et sont prises à l’endroit même des sections étudiées, elles sont donc tout à fait utilisables. La teneur en eau du sol d’infrastructure n’a pas été mesurée et a été considérée constante, ce qui est une hypothèse simplificatrice. Il est très probable que la teneur en eau du sol varie au cours du temps et des différentes conditions climatiques mais cette variation semble être beaucoup plus faible et plus lente que celle de la fondation. L’eau dans un sol est liée à la fois à l’eau de pluie mais aussi à la succion, qui n’a pas de rapport avec les précipitations. Il serait tout de même intéressant d’observer cette variation de teneur en eau et la différence de rigidité du sol d’infrastructure qu’elle induit, d’autant plus que ce point viendrait renforcer l’avantage des enrobés économiques qui imperméabilisent la surface.
Les mesures de résistance des fondations sont réalisées au DCP, le module réversible est déduit de l’indice de pénétration par une relation et un premier choix est ici fait. Néanmoins, le choix de la relation entre l’indice de
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pénétration et du module réversible impacte directement la durée de vie absolue des structures, c’est la durée de vie relative entre les structures qui importe. Il aurait été intéressant de faire des mesures avec des techniques plus poussées comme avec le déflectomètre (Falling weight deflectometer - FWD)
La campagne de mesures a été réalisée in situ, cela a permis de ne pas avoir recours à la simulation de pluie ou que les résultats soient biaisés par des effets d’échelles. Par ailleurs, le terrain oblige une prise de mesure plus étalée et implique donc une moins grande quantité de données. Il n’y a pas eu de mesures durant le printemps dans le cadre de ce projet, cela aurait pu permettre de connaître les teneurs en eau maximales durant cette période, celles-ci ayant été estimées ici en prenant les valeurs maximales mesurées durant l’été.
Il aurait été très pertinent de réaliser des mesures sur un autre site, avec un plus grand nombre de mesures. Cela permettrait une généralisation des conclusions avec un indice de confiance plus important. En effet, le lecteur peut avoir confiance dans les résultats annoncés, mais celui-ci doit les prendre avec précaution, en connaissant les conditions restrictives de l’étude qui sont le nombre de mesures ainsi que le nombre de différentes sections sur lesquels elles ont été menées.
Modélisation de la rigidité des fondations
La modélisation du comportement des graves dans la fondation par le modèle de Witczak et al. (2000) peut être critiquée. En effet la granulométrie des 4 sections étudiées n’est pas parfaitement superposable et donc le comportement de ces quatre fondations peut différer du modèle. D’autres modèles existent malgré tout, le modèle de Witczak étant celui utilisé par l’ASHTOO, dont les modèles sont reconnus et utilisés au Québec, ce choix est donc cohérent.
Modélisation des déformations
Seuls deux types de véhicules ont été étudiés pour l’estimation des déformations permanentes. Par ailleurs, les pressions exercées par les essieux étudiés sont représentatives. De plus, le fait d’adapter les proportions de véhicules légers et de camions lourds permet de se rapprocher des différentes situations que le lecteur peut vouloir étudier.
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Durée de vie
La durée de vie des chaussées étudiées a été calculée grâce à la méthode mécaniste-empirique de Mickael Le Vern (2016). Ces équations ont pour objectif de représenter le comportement de routes non revêtues ou finement revêtues, elles sont donc adéquates à ce projet. Leur validité est étudiée et les résultats qu’elles donnent sont proches et cohérents avec les résultats de la littérature. Par ailleurs, il existe d’autres équations d’endommagement pour les chaussées non revêtues et leur utilisation pourrait amener à des résultats différents. De plus, l’estimation de la durée de vie de la chaussée ne se base que sur la déformation permanente au niveau du sommet du sol d’infrastructure. D’autres mécanismes de dégradation ont été vus dans cet écrit (tels le ressuage, l’arrachement granulaire ou même l’orniérage dans la fondation) mais l’entretien de ces dégradations est compris dans les scénarios étudiés, et ne conduit donc pas à la fin de vie de la chaussée.
Les durées de vie calculées sont ramenées à des valeurs quotidiennes. Ainsi, l’effet de la variation de teneur en eau est pris en compte. C’est là qu’intervient l’estimation de la teneur en eau en fonction des précipitations, réalisée empiriquement à la suite de l’observation du comportement des fondations après des pluies au site expérimental. La teneur en eau quotidienne dans chaque fondation utilisée dans les calculs de durée de vie peut alors être différente de la teneur en eau réelle. Par ailleurs, il n’y a pas de meilleur moyen pour prendre en compte les déformations survenant durant les périodes de forte pluie, ou les périodes de dégel. Finalement, même si cette estimation n’est pas parfaite elle semble être plus précise qu’une valeur annuelle constante selon l’analyse effectuée.
Analyse des coûts de cycle de vie
Pour faire correspondre l’analyse de coût de cycle de vie à un autre projet, il faut connaître les paramètres de la chaussée étudiée : la circulation prévue (DJMA et composition), les coûts des opérations et des matériaux (diffèrent beaucoup selon la localisation). L’ACCV présentée dans ce document a été réalisée en utilisant des valeurs usuelles du contexte québécois, elle peut alors facilement se rapprocher d’autres projets.
Futurs travaux
Les enrobés économiques semblent être une solution pertinente pour les projets futurs de chaussées à faibles volumes, c’est pourquoi d’autres projets de recherches auront leur importance.
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Une nouvelle campagne de mesures, sur des revêtements similaires à l’étude sur des sections différentes, c’est à dire avec des fondations différentes, et un plus grand nombre de mesures permettrait de préciser les modèles développés et ainsi faciliter l’extrapolation au contexte général.
Il pourrait être intéressant de modéliser plus précisément l’évolution de la teneur en eau dans les fondations revêtues ainsi que leur rigidité en fonction de cette teneur en eau. Ceci pourrait être réalisé grâce à une instrumentation in situ accompagnée de relevés. Il pourrait aussi être avisé d’observer l’imperméabilisation de la surface en étudiant la teneur en eau sous le revêtement soumis à des pluies, réelles ou artificielles.
Le contexte québécois impose une étude de l’effet des opérations de déneigement sur ce type de revêtement. L’agressivité de cet entretien doit être quantifiée et ainsi être modifiée pour être adaptée aux revêtements économiques. C’est souvent l’entretien hivernal qui repousse l’utilisation de ces revêtements, malgré leur importante utilisation dans d’autres régions froides du globe. L’effet du gel lui-même sur les différents revêtements minces mériterait d’être étudié, celui-ci permettra de préciser lequel de ces revêtements est le plus adapté au climat québécois.
Dans ce travail, les coûts écologiques ont été recensés mais n’ont pas été intégrés à l’étude des coûts. Pourtant il est d’actualité de prendre en compte ce genre de critère et les étudier plus en détail pourrait faire sujet d’une étude intéressante. Une bonne visibilité des dégâts écologiques des fondations non protégées aiderait à changer les mentalités. Dans ce même état d’esprit, il serait très avisé d’observer le comportement d’enrobé économique dont le liant n’est pas issu de la distillation du pétrole mais d’origine végétale ou de microalgues.
Synthèse
Le principal résultat de ce travail est la quantification de l’augmentation de durée de vie procurée par la mise en place d’un revêtement économique sur une chaussée à faible volume qui serait non revêtue.
La mise en place d’un enrobé économique à base d’émulsion bitumineuse de 20 mm d’épaisseur permet une bonne imperméabilisation de la chaussée, ce qui entraîne une diminution de la teneur en eau d’au moins 30% dans la fondation sous-jacente. Cette diminution de teneur en eau, couplée à la cohésion de surface, octroie un bénéfice structural à la chaussée non négligeable, permettant de faire diminuer les déformations du sol d’infrastructure de 14 à 22%.
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Le revêtement économique à base d’émulsion bitumineuse augmente la durée de vie d’une chaussée de 57 % avec une forte proportion de camions à 75 % sans aucuns poids lourds. La mise en place d’un béton bitumineux de 50 mm augmente lui cette durée de vie 81% avec 30% de poids lourds, de 100% avec 3% de poids lourds. Ces revêtements constituent bel et bien un avantage économique dans le temps. Leur mise en place est effectivement coûteuse mais le retour sur investissement est indéniable, il est procuré par l’augmentation de la portance du sol d’infrastructure associé à la diminution de la teneur en eau. La prise en compte d’autres critères tels l’usure matérielle ou le coût salarial donnent un avantage considérable aux revêtements minces.
Malgré les idées reçues, le pavage d’une chaussée avec un revêtement économique est une solution bien plus écologique que l’option de laisser la fondation à nue. En effet, le revêtement permet de supprimer la poussière et la sédimentation libérées par la chaussée non revêtue, il permet aussi de diminuer considérablement l’émission de gaz à effet de serre. Cette prise en compte écologique est de plus en plus importante et pourrait bientôt être étudiée dans les projets de chaussées à faible volume.
Par ailleurs, les hypothèses qui ont été prises dans cette étude sont importantes. En effet, s’il arrive que la chaussée à faible volume considérée soit soumise à des charges plus importantes que celles prévues à la conception et ce de manière répétée, alors le revêtement sera rapidement dégradé. Dans ce cas une solution sans revêtement, avec un nivellement de surface fréquent sera la meilleure option. De même, pour un chemin d’accès aux ressources, si l’exploitation de celle-ci dure moins longtemps que prend le retour sur investissement du revêtement, il est plus avisé de garder une chaussée non revêtue.
L’utilisation des enrobés économiques offre donc un réel atout qui a été démontré dans cet écrit. Les avantages sont bien entendu contingentés par la qualité de la mise en place et le suivi des opérations d’entretien. En effet, une augmentation d’utilisation au Québec engendrera certainement une meilleure qualité de finition, une meilleure durée de vie et alors un changement des mentalités pourra potentiellement être engendré.
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