Les structures de chaussée

À partir des critères retenus (trafic, durée de service, ou encore la plate-forme), le dimensionnement consiste à définir des structures possibles pour les chaussées, c’est-à-dire la nature, les caractéristiques et l’épaisseur des matériaux : la méthode française est rationnelle, et se déroule en deux étapes (calcul par modélisation pour la tenue mécanique et une vérification au gel de la structure). La formulation des couches de structure est réalisée à l’aide de différents matériaux. Nous nous bornons ici à citer les trois principaux types de matériaux, les matériaux non traités, les matériaux traités au liant bitumineux (MTLB) et les matériaux traités au liant hydraulique (MTLH). À partir de ces trois types de matériaux, six familles de structures de chaussée sont généralement identifiées. Cependant, nous observons dans les guides déjà cités, et notamment les guides techniques locaux, un regroupement de ces six familles en trois entités dépendant de la rigidité de l’assise, les structures souples, semi-rigides, et rigides. Bien que cette classification ne soit pas la plus standard, elle nous permet de synthétiser les différentes structures.

Premièrement, les structures souples sont constituées soit d’une assise composée d’une couche fine inférieure à 15 centimètres de matériaux traités au liant bitumineux, et d’une couche épaisse de matériaux non traités, appelés graves non traités (GNT) (Figure 9-3 a), soit d’une couche assise bitumineuse épaisse (Figure 9-3 b), ici, l’emploi d’un liant bitumineux rend l’assise souple en comparaison d’un liant hydraulique plus rigide. Ces structures sont utilisées pour supporter des trafics faibles (Cf. Tableau 9-3, Tableau 9-4, p. 174) tels qu’observés sur les voies de desserte, lorsque l’assise est essentiellement constituée de GNT. En augmentant l’épaisseur de l’assise et en remplaçant les GNT par des MTLB, ces structures sont exploitables pour des chaussées à plus fort trafic, par exemple équivalentes aux voies de transit. Selon les catalogues pré-cités, les structures GNT et bitumineuses épaisses sont séparées ou regroupées. Par exemple, Nantes les sépare en trois types de structure, les souples en GNT, les bitumineuses, et les bitumineuses épaisses, en considérant qu’une chaussée souple ne présente aucun matériau lié en assise.

Deuxièmement, les structures sont dites semi-rigides lorsqu’elles combinent des MTLB et MTLH voire des GNT. Cette combinaison permet de bénéficier de la souplesse du bitume et de la rigidité du liant hydraulique. Elles peuvent être à assise hydraulique (Figure 9-3 c), mixte (Figure 9-3 d) ou inverse (Figure 9-3 e). La différence entre les assises hydraulique et mixte réside dans la proportion de MTLB. La structure mixte contient une proportion équivalente de MTLH et MTLB. En France, la structure semi-rigide la plus courante est celle à assise hydraulique.

177 Troisièmement, les structures rigides sont essentiellement constituées de MTLH (Figure 9-3 f). La couche de surface plus épaisse que pour les autres structures est elle-même en béton de ciment. Ces structures sont très peu exploitées en France pour les chaussées.

Les structures présentées sont spécifiques à la chaussée. En France, l’usage d’un revêtement à liant hydraulique est rare pour les chaussées (Cf. 10.2.2, p. 193), c’est pourquoi l’essentiel de ces structures sont présentées avec une couche de surface à liant bitumineux.

Sources : LCPC et Setra 1994

Figure 9-3 – Les six familles de structures de chaussée

L’analyse des guides techniques de Lille, Lyon, Toulouse et Nantes nous permet d’identifier les structures les plus courantes en milieu urbain selon les contextes locaux (Tableau 9-6). Les structures souples sont les plus fréquemment citées, et notamment celles constituées d’une assise en GNT ou bitumineuse fine. Les assises bitumineuses épaisses, sont peu exploitées à Toulouse, mais sont présentes dans les guides techniques de Lille, de Lyon et de Nantes. Viennent ensuite les structures semi-rigides dont principalement celles présentant une assise de MTLH. Lyon précise à leur sujet qu’elles sont surtout utilisées pour les voies de transit et de liaison à fort et très fort trafic. Des chaussées rigides sont présentées dans les guides de Lille, de Toulouse et de

La voirie selon sa forme : Quels choix structurels ?

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Nantes. Nous remarquons dans le cas de Toulouse qu’elles sont essentiellement utilisées pour les chaussées réservées à la circulation piétonnes. Enfin, Nantes ajoute, dans sa liste de structures, les chaussées pavées béton en précisant qu’elles sont réservées aux trafics très faibles.

Tableau 9-6 – Usage des structures dans trois métropoles

Lille Lyon Toulouse Nantes

Chaussée souple : GNT

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Chaussée souple : Bitumineuse 

Chaussée souple : bitumineuse épaisse    

Chaussée semi-rigide : liant hydraulique    

Chaussée semi-rigide : Mixte    

Chaussée semi-rigide : inverse    

Chaussée béton de ciment (ou rigide)    

Chaussée pavées béton    

Sources : Lille 2000 ; Toulouse 2008 ; Lyon 2017

Nous constatons également à travers le guide de Lille que des matériaux spécifiques au contexte local sont exploités. Ainsi, le liant hydraulique le plus utilisé sur le territoire lillois est le laitier cendres volantes, c’est-à-dire un sous-produit industriel contenant du clinker – constituant de base du ciment – et des matériaux résiduels issus des hauts fourneaux, tels que les laitiers provenant de la réduction des minerais de fer. Ces constituants apportent des propriétés hydrauliques supplémentaires. La sidérurgie étant développée dans le Nord de la France, les entreprises routières, et les collectivités locales exploitent ces matériaux. Ceci explique certainement la présence plus importante des structures semi-rigides à Lille que dans d’autres villes.

Trois des métropoles présentées mentionnent par ailleurs l’usage de mâchefer d’incinération de déchets non dangereux (MIDND), c’est-à-dire de granulats artificiels issus principalement de l’incinération des déchets urbains. Nous constatons que Lille et Lyon les emploient essentiellement pour la plateforme support, et notamment pour la couche de forme tandis que Toulouse les utilise en remplacement d’autres matériaux granulaires pour la couche de fondation (Cf. Figure 9-1, p.171). Dans son guide, Lille rappelle les recommandations du Ministère de l’Environnement pour l’usage des MIDND. En particulier, ceux-ci ne sont pas autorisés en cas de présence de canalisations métalliques ou dans le cas de la mise en place d’un système drainant. Dans le premier cas, il existe un risque de corrosion des canalisations, et dans le second un risque de pollution des eaux.

Ces structures, dont l’usage est synthétisé dans le Tableau 9-6 pour quatre grandes métropoles françaises, concernent essentiellement les chaussées. Les éléments de la voirie supportant d’autres

179 mobilités tels que les trottoirs, ne subissent pas les mêmes contraintes mécaniques. Le choix de la structure n’est donc pas le même.