Sollicitations climatiques .1 Introduction .1 Introduction

considérer la déformation longitudinale pour le dimensionnement des chaussées et de réaliser le prélèvement des échantillons dans cette direction pour la caractérisation de l’enrobé.

De plus, au Québec et en période de gel et dégel, l’usage d’abrasifs et la présence de véhicules (< 3000kg) équipés de pneus cloutés (ou à crampons) provoque un autre type de sollicitations mécaniques. Les pneus cloutés génèrent l’usure (polissage de la surface) des granulats, et même occasionnellement la fragmentation des gros granulats ou du mastic qui est fragilisé à basse température, accentuant ainsi le risque de désenrobage et l’arrachement de granulats. Par la suite, les granulats fragmentés ou désenrobés sont délogés plus facilement : phénomène d’arrachement. Finalement, le polissage, le désenrobage et l’arrachement des granulats se traduit par la formation d’ornières d’usure. Également, l’orniérage par usure peut être causé par l’action combinée de pneus réguliers et la présence d’abrasif utilisé pour l’entretien hivernal (Doré et coll., 2009). Toutefois, des essais de laboratoire ont révélé que les pneus cloutés génèrent 100 fois plus d’usure du revêtement que des pneus standards en présence de sel et de sable (Smith, 1979). Usuellement, l’orniérage par usure du revêtement se rencontre sur les routes fortement circulées, les sections de routes comportant des arrêts fréquents et particulièrement, lorsque des granulats calcaires sont utilisés en couche de roulement (AIPCR, 1995). Toutefois, la proportion de véhicules munis de pneus cloutés est actuellement faible au Québec, soit d’environ 3% (SOM, 2013). Alors, l’apparition d’ornières d’usure est donc relativement peu fréquente (AIPCR, 1995).

1.2.3 Sollicitations climatiques 1.2.3.1 Introduction

Les sollicitations climatiques comprennent l’ensemble des phénomènes météorologiques : ensoleillement, température, pression d’air, vent, humidité et précipitations. Toutefois, l’humidité, les précipitations et ces phénomènes connexes sont présentées dans une section distincte : 1.2.4 Sollicitations hydriques. Plus précisément, les sollicitations climatiques engendrent plusieurs effets : 1) changement de la rigidité des matériaux du revêtement bitumineux ; 2) vieillissement et durcissement du bitume ; 3) création de cycles de gel et

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dégel ; 4) création de contraintes et déformations au sein du revêtement en raison des dilatations-contractions thermiques qui génèrent de la propagation de fissures et de la fissuration à très basses températures (Di Benedetto et coll., 2005). Plus particulièrement, le coefficient de dilatation-contraction thermique (DCT) des enrobés bitumineux est présenté à la section 1.6.

1.2.3.2 Conditions climatiques qui prévalent au Québec

L’analyse de plusieurs références et les données de deux stations météorologiques ont été examinées en détail afin d’en arriver à un bilan plus précis des conditions climatiques qui prévalent au Québec et qui peuvent influencer la performance du revêtement bitumineux. Les deux stations météorologiques sont celles de Pierre Elliott Trudeau (PET) à Montréal et de Scott près de la ville de Québec. Les données analysées de ces deux stations couvrent les années 1971 à 2000 (Gouvernement du Canada, 2008a, 2008b). La Figure 1.3 illustre les températures mesurées aux deux stations météorologiques de 1971 à 2000.

Figure 1.3 Températures mesurées aux deux stations de 1971 à 2000 (Gouvernement du Canada, 2008a, 2008b)

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L’analyse des températures⁸ minimales extrêmes et minimales quotidiennes des deux stations météorologiques montre que la période de gel-dégel peut s’échelonner des mois de septembre à mai, mais plus particulièrement des mois de novembre à mars respectivement. De novembre à avril, lorsqu’il y a une probabilité élevée de gel et de dégel, soit oscillations de température autour de 0°C (ligne de couleur bleu pâle, Figure 1.3), les températures

moyennes minimales et maximales quotidiennes⁹ de l’air ambiant sont de -17,6 à +0,6°C et

de -7,1 à +10,7°C, et la variation moyenne journalière de température est de 7,4 à 10,7°C. En hiver, des températures minimales extrêmes de -37,8 et même de -42,0°C ont été enregistrées respectivement aux stations météorologiques de PET et Scott. Le Tableau 1.5 présente le nombre d’événements sous la barre des -20, -25 et -35°C au cours d’une année entre 1971 et 2000 à la station PET (Montréal).

Tableau 1.5 Nombre d’événements sous la barre des -20, -25 et -30°C au cours d’une année entre 1971 et 2000 à Montréal

(Gouvernement du Canada, 2008a)

Température sous

Nombre d'événements au cours d’une année

Minimum Moyenne Maximum Écart-type

-20°C 3 12,3 27 5,4

-25°C 0 3,6 11 2,7

-30°C 0 0,4 3 0,9

Fortin (2010) mentionne que les cycles de gel-dégel surviennent généralement au début et à la fin de la saison hivernale, soit : au cours des mois de novembre, mars et avril (Figure 1.3). Usuellement, un cycle de gel-dégel (CGD) est considéré lorsque la température passe sous

8 Les températures facilement accessibles sont celles de l’air à deux mètres du sol et non celles de la surface du revêtement (Tremblay, 2006).

9 Le choix d’une température minimale et maximale de -17,6°C et de +10,7°C respectivement pour la réalisation de cycle de gel et dégel en laboratoire semble adéquat pour simuler le climat québécois sur l’ensemble de la période de gel et dégel.

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0ºC ou -1ºC et revient au-dessus de 0ºC ou même +1ºC (Fortin, 2010 ; Tremblay, 2006). Tremblay (2006) mentionne que l’emploi des valeurs de +1ºC et -1ºC comme températures seuils pour identifier un CGD plutôt que la valeur théorique de 0ºC permet d’éviter le décompte de périodes qui peuvent être induites par des erreurs de mesures (imprécision de l’appareil), des oscillations de la température autour de 0ºC et parce que la température de surface a une amplitude plus élevée que celle de l’air. Le seuil de -1ºC est utilisé afin de s’assurer du regel près de la surface car l’inertie thermique des matériaux (sols, neige, etc.) peut limiter la vitesse de regel (Fortin, 2010). Le Tableau 1.6 présente les études ayant comptabilisé le nombre de CGD au cours d’une année au Québec. Entre les villes de Montréal et Québec, le nombre de CGD peut varier de 22 à 77 (moyenne de 43, Tableau 1.6).

Tableau 1.6 Nombre moyen et annuel de cycles de gel et dégel au Québec

Date Station Localisation Cycles de gel et dégel Référence (année) (nombre) (nom ou ville) (nombre) (moyenne) (nom, année)

1949 à 1953 4 ^{Port Harrison ; Fort} Chimo ; Knob

Lake ; Arvida ^{33 à 56 45 Fraser, 1959}

1996 à 2006 3 ^{Montréal ; Québec ;} _Bagotville 38 à 42 40 Tremblay, 2006 1977 à 2006 4 ^{Lauzon ; Québec ;} _{Scott ; St-Michel} 30 à 77 51 Fortin, 2010 1971 à 2000 1 PET à Montréal 22 à 58 37 ^{Gouvernement du} _{Canada, 2008a}

Aussi, les rayons ultraviolets (UV) peuvent dégrader chimiquement le bitume et favoriser son oxydation et durcissement (Trudeau, 2013). Les facteurs influençant le plus le vieillissement du bitume sont (ordre décroissant) : oxydation, perte de composante huileuse (volatile) et

durcissement stérique (Trudeau, 2013). Le degré d’oxydation du bitume au sein du

revêtement dépend grandement de : 1) la durée de l’exposition à l’air, soit le temps ; 2) l’épaisseur du film de bitume ; 3) la teneur en vides de l’enrobé bitumineux qui se traduit par la présence d’air ; 4) la profondeur au sein de la chaussée qui affecte le degré d’exposition à l’air ambiant ; 5) le climat car la vitesse de l’oxydation et de la perte de composante huileuse s’accroît avec la température (Langlois, 2001 ; Tourangeau, 2005 ;

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Trudeau, 2013). Ce durcissement est favorable à la résistance à l’orniérage, mais ce n’est pas le cas pour la fissuration thermique de l’enrobé.

1.2.4 Sollicitations hydriques