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Modélisation des impacts environnementaux de la circulation routière en vue de leur intégration dans les systèmes de gestion des chaussées

Pellecuer, Luc (2014). Modélisation des impacts environnementaux de la circulation routière en vue de leur intégration dans les systèmes de gestion des chaussées. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La circulation routière cause des impacts environnementaux dont l’intensité varie en fonction des caractéristiques de la chaussée. Toutefois, les administrations routières prennent rarement en compte dans leur processus de décision ces impacts environnementaux advenant pendant la phase d’utilisation du cycle de vie de la chaussée. Cette déficience aboutit à des choix de gestion techniquement acceptables mais potentiellement non optimaux du point de vue de la société dans son ensemble. Les systèmes de gestion des chaussées traditionnels, dont disposent actuellement les administrations pour remédier à cette situation, ne sont pas adaptés à l’intégration méthodique des impacts environnementaux. Cependant, dans d’autres domaines que la gestion des chaussées, différentes techniques et outils existent pour faciliter leur prise en compte de façon systématique et exhaustive. Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse est de fournir un outil, basé sur les techniques et connaissances les plus récentes, qui permet de quantifier les impacts environnementaux de la phase d’utilisation de la chaussée en vue de leur prise en compte dans les systèmes de gestion des chaussées.

L’analyse d’un modèle conceptuel, basé sur la méthode du cheminement d’impact (IPA), montre qu’il est possible de relier de façon quantitative les caractéristiques des chaussés aux impacts environnementaux causés par la circulation routière ainsi qu’aux coûts économiques induits par ces impacts. Les caractéristiques des chaussées, telles que le type de matériau ou l’uni du revêtement, ont une influence significative sur l’émission de nuisances environnementales par la circulation routière. Parmi ces nuisances, on retrouve principalement les émissions atmosphériques, les eaux de ruissellement et de percolation, le bruit, et les vibrations. Les impacts environnementaux de ces nuisances, affectant le bien-être des riverains, les écosystèmes, les bâtiments et infrastructures ainsi que les cultures agricoles, induisent des coûts économiques tels que les soins de santé et ou les pertes de productions agricoles.

Sur la base de ce modèle conceptuel, le modèle d’impact environnemental des chaussées (PEIM) a été développé dans le but d’attribuer une valeur économique aux impacts environnementaux. Cette valeur économique peut alors être prise en compte dans les outils économiques de gestion des chaussées utilisés par les administrations routières tels que l’analyse des coûts sur le cycle de vie (ACCV). En se basant sur les caractéristiques du revêtement des chaussées (matériau, âge, uni, texture et rigidité), le PEIM évalue les impacts environnementaux ayant comme origine la circulation routière, c’est-à-dire les impacts environnementaux apparaissant lors de la phase d’utilisation de la chaussée. Il calcule ainsi spécifiquement les coûts des impacts qu’ont la pollution atmosphérique, les gaz à effet de serre ainsi que le bruit sur la santé des riverains, l’état des bâtiments et infrastructures, et la biodiversité.

L’utilisation du PEIM pour évaluer les impacts environnementaux dans le cas d’une section de collectrice revêtue en enrobé bitumineux dans un milieu urbain dense aboutit à plusieurs conclusions. Tout d’abord, le coût économique annuel des impacts environnementaux liés au seul uni de la chaussée est de l’ordre d’un million de dollars par kilomètre pour des unis usuels de la chaussée. De plus, il est démontré qu’une gestion des chaussées appropriée peut réduire substantiellement les impacts environnementaux sur le cycle de vie de la chaussée. Notamment, les stratégies d’entretien préventif permettent aux gestionnaires routiers d’atteindre un bénéfice environnemental environ deux fois plus élevé que les stratégies d’entretien palliatif. Sur le cycle de vie de la chaussée, ces bénéfices environnementaux, représentant plusieurs millions de dollars, excèdent les dépenses nécessaires pour le maintien de l’état de la chaussée. Par ailleurs, bien qu’ils ne soient que très rarement pris en compte, les impacts liés aux bruits sont responsables de la majeure partie des coûts environnementaux en milieu urbain. Au contraire, les impacts dus aux gaz à effet de serre sont les plus présents dans les analyses effectuées par les gestionnaires, alors qu’une stratégie d’entretien réduisant leur émission n’affecte que marginalement le coût environnemental total.

En conclusion, la thèse démontre à la fois la faisabilité pratique de l’incorporation des impacts environnementaux dans les systèmes de gestion des chaussées, l’utilité d’une telle incorporation pour estimer le coût économique réel des alternatives de gestion et la nécessité de cette incorporation pour limiter l’empreinte environnementale des chaussées et ainsi poursuivre un développement durable.

Titre traduit

Modelling road traffic environmental impacts toward their integration in pavement management systems

Résumé anglais

Road traffic causes environmental impacts that increase with poor pavement characteristicsNonetheless, departments of transportation rarely take into account in their decision-making process the environmental impacts occurring during the use phase of the pavement life cycle. This deficiency causes management decisions to be potentially non-optimal from society’s perspective, even if they are technically efficient. To cope with this situation, departments of transportation can use traditional pavement management systems. But those systems are not suitable for the systematic integration of environmental impacts. On the other hand, different techniques and tools already exist in fields other than pavement management in order to facilitate the inclusion of environmental impacts in the decision-making process. In this context, the main objective of this thesis is to provide a state-of-the-art tool to quantify the environmental impacts of the use phase of the pavement for their integration in pavement management systems.

The analysis of a conceptual model based on the Impact Pathway Approach (IPA) shows that it is possible to quantify the environmental impacts of road traffic related to the pavement characteristics, and in turn to give an economic value to those impacts. The road characteristics, such as pavement surface type or roughness of the pavement surface, have a significant influence on the emission of environmental nuisances by road traffic . These nuisances are primarily atmospheric emissions, runoff and percolation waters, noise and vibration. The environmental impacts of these nuisances, which affect the well-being of residents, ecosystems, buildings and infrastructures and agricultural crops, induce economic costs such as health care or crop losses.

Based on this conceptual model, the Pavement Environmental Impact Model (PEIM) was developed in order to assign an economic value to environmental impacts. This economic value can then be incorporated in usual economic management tools of departments of transportation such as the life cycle cost analysis (LCCA). Taking into account the characteristics of the pavement surface (material, age, roughness, texture, and rigidity), the PEIM assesses the environmental impacts occurring during the use phase of the pavement, which are caused by road traffic. It computes the costs of the impacts of air pollution, greenhouse gases and noise on the health of residents, the condition of buildings and infrastructures, and the biodiversity.

Several lessons can be drawn from the use of PEIM to assess environmental impacts in the case of an asphalt collector road section located in a densely populated urban area. First, the annual economic cost of environmental impacts related to pavement roughness is of the order of one million dollars per kilometer for the usual roughness of the pavement. Furthermore, it is shown that appropriate pavement management can substantially reduce the environmental impacts over the life cycle of the pavement. In particular, preventive maintenance stratégies provide pavement management units with environmental benefits around twice as high as those obtained with corrective maintenance strategies. Over the life cycle of the pavement, these environmental benefits amount to several million dollars and exceed the expenditures required to maintain the road in good condition. Besides, although they are rarely taken into account, the impacts related to noise appear to be responsible for most of the environmental costs in a very urbanized context. On the contrary, while impacts from greenhouse gases are the most frequently taken into account, management strategies reducing greenhouse gases emissions only provide a marginal benefit.

In conclusion, this thesis demonstrates the practical feasibility of incorporating environmental impacts in pavement management systems, the usefulness of such incorporation to assess the total economic cost of management alternatives, and the need for this incorporation in order to reduce the environmental footprint of pavements and thus to ensure a sustainable development.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse par articles présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie" Bibliographie : pages 125-143.
Mots-clés libres: Routes Matériaux Aspect de l'environnement. Chaussées Entretien et réparations Gestion. Ingénierie durable Aspect économique. Coût du cycle de vie. gestion des chaussées, impact environnemental, développement durable, modélisation
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Assaf, Gabriel J.
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
St-Jacques, Michèle
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 07 mai 2014 15:36
Dernière modification: 11 mars 2015 15:18
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1299

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