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Étude comparative aux niveaux technique, économique et environnemental entre le recours aux revêtements en béton versus en enrobé pour les chaussées fortement sollicitées en Afrique subsaharienne

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Soro, Nahouo (2020). Étude comparative aux niveaux technique, économique et environnemental entre le recours aux revêtements en béton versus en enrobé pour les chaussées fortement sollicitées en Afrique subsaharienne. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le développement des infrastructures routières est un facteur de croissance et de développement de tout pays. À ce titre, l’entretien du réseau routier et son extension sont une préoccupation centrale de la politique des gouvernements. Cependant, cet intérêt marqué s’oppose à la rareté des financements à allouer aux opérations d’entretien et de construction routières dont les coûts à l’inverse, sont de plus en plus élevés. Par ailleurs, les émissions inhérentes à la construction routière contribuent significativement au réchauffement de la planète dont les effets néfastes sont une préoccupation mondiale. Les concepteurs et les décideurs sont ainsi confrontés à un véritable défi lorsqu’il s’agit de sélectionner une intervention. Le choix réside généralement entre l’option de chaussée en enrobé bitumineux (EB) ou en béton armé continu (BAC). Le but de cette thèse est par conséquent, de proposer une nouvelle approche de sélection du revêtement des chaussées, entre l’enrobé bitumineux et le béton armé continu, particulièrement pour les chaussées fortement sollicitées, en Afrique subsaharienne. Le concept proposé est basé sur les coûts globaux du cycle de vie de la chaussée, en lieu et place des coûts initiaux généralement retenus comme critère d’attribution des marchés de construction. La chaussée à construire doit nécessiter peu d’entretien, avoir un meilleur comportement sous les températures élevées allant jusqu’à 50°C et résister au trafic lourd. Cette approche, dans la mesure où elle prend en compte à la fois les aspects économiques, environnementaux et sociaux, amène à la construction de routes durables.

La validation de cette approche innovante et originale d’optimisation de la conception et de la sélection d’une option de chaussée revêtue en EB ou en BAC, est effectuée sur un tronçon de l’Autoroute du Nord, en Côte d’Ivoire, à l’aide des outils Alizé-lcpc, Ecorce 2.0 et HDM-4 v2.0, en considérant la croissance du trafic des poids lourds. L’analyse est faite selon les trois piliers du développement durable, sur les phases d’extraction et de production des matériaux, de construction et d’exploitation de la chaussée.

Sur le plan économique, suite à l’évaluation faite sur trois sections homogènes d’une longueur totale de 50 km, les résultats indiquent que le coût initial de construction de l’option BAC est plus cher de 10 à 20 % que celui de l’option EB. En revanche, sur le cycle de vie de 20 ans, les coûts à l’administration et les coûts aux usagers baissent en moyenne de 15 % et 30 % en faveur de l’option BAC. Au final, sur le cycle de vie complet de la chaussée, les coûts globaux de l’option EB sont plus chers de 21 à 28 % que ceux de l’option BAC. Selon l’approche des coûts globaux du cycle de vie, la chaussée en béton armé continu est la meilleure option.

Sur le plan environnemental, les résultats indiquent pour les phases d’extraction et de production des matériaux, une baisse des émissions de gaz à effet de serre d’environ 15 % pour l’option BAC pour les trafics lourds élevés (70 000 véhicules par jour dont 21 % de poids lourds) par rapport à l’option EB. À l’inverse, pour les trafics lourds faibles (43 750 véhicules par jour dont 1 % de poids lourds), l’option BAC consomme jusqu’à 27 % de plus que l’option EB. Pour les phases de construction et d’exploitation de la chaussée, l’option BAC pollue respectivement 55 % et 25 % de moins que l’option EB, et ce quel que soit le trafic. Sur le cycle de vie de 20 ans, le taux des émissions globales de gaz à effet de serre de l’option BAC est de 17 à 20 % inférieur à celui de l’option EB ; la consommation globale d’énergie est également 15 à 16 % plus basse. Ces taux s’accroissent avec l’augmentation du trafic des poids lourds. L’option BAC est plus avantageuse que l’option EB sur le cycle de vie, en particulier pour les chaussées à trafic de poids lourds élevé.

Sur le plan social, les résultats obtenus en phase d’extraction et de production des matériaux, sur les indicateurs d’eutrophisation (EI), d’acidification (AP) et d’écotoxicité (EP) démontrent que l’option BAC est plus avantageuse pour les routes subissant un volume élevé de trafic lourd. Pour les indicateurs d’ozone troposphérique (POCP) et de toxicité (TP), elle est plus avantageuse quel que soit le volume de trafic lourd. Par conséquent, lorsque le trafic lourd est peu élevé, l’option EB est plus avantageuse selon les indicateurs EI, AP et EP. En phases construction et exploitation, l’option en BAC est plus avantageuse quel que soit le niveau de trafic lourd. La monétisation de ces externalités sur le cycle de vie indique que le coût total des dommages de l’option EB est supérieur de 15 à 19 % environ pour les trafics lourds élevés (21 % de poids lourds). À l’inverse, le coût total des dommages de l’option BAC est supérieur de 7 à 8 % environ pour les trafics lourds faibles (1% de poids lourds). L’option BAC est plus avantageuse que l’option EB pour les trafics lourds élevés.

Au final, cette thèse permet de conclure que la chaussée en BAC est plus durable que la chaussée en EB, particulièrement pour les chaussées fortement sollicitées. Une analyse de sensibilité d’une part et la comparaison des résultats d’autre part avec ceux de la littérature scientifique disponible ont permis de vérifier la robustesse des projets de l’étude.

Titre traduit

A comparative study at technical, economic and environmental level between the use of concrete pavements and asphalt pavements on heavily loaded pavements in sub-Saharan Africa

Résumé traduit

The development of road infrastructure is a factor of growth and development in any country. As such, the maintenance of the road network and its extension are a central concern of the governments’ policy. However, this high degree of interest faces the scarcity of funding to be allocated to road maintenance and construction operations, the costs of which, on the other hand, are increasingly high. In addition, polluting emissions inherent in road construction, significantly contribute to global warming, the harmful effects of which are a global concern. Designers and decision makers are thus faced with a real challenge when choosing a pavement option to be built between asphalt concrete pavement (AC) and continuous reinforced concrete pavement (CRCP). The aim of this thesis is therefore to propose a new approach for the selection of pavement surfacing between AC and CRCP, particularly for heavily trafficked roads, in sub-Saharan Africa. The proposed concept is based on the overall lifecycle costs of the pavement instead of the initial costs generally used as a criterion for the award of construction contracts. The pavement to be constructed should require little maintenance, perform better at high temperatures of up to 50 ° C and withstand heavy traffic. This approach, insofar as it takes into account economic, environmental and social aspects, leads to the construction of sustainable roads.

The validation of this innovative and original design optimization approach and the selection of a pavement option between AC and CRCP is carried out on a section of the Autoroute du Nord in Côte d'Ivoire, using the Alizé-lcpc, Ecorce 2.0 and HDM-4 v2.0 tools, and considering the growth in heavy goods vehicle traffic. The analysis is made according to the three pillars of sustainable development on the phases of production and manufacturing of materials, of construction and of operation of the pavement.

Economically, following the evaluation made on three homogeneous sections with a total length of 50 km, the results indicate that the initial cost of construction of the CRCP option is more expensive by 10 to 20 % than that of the AC option. Over the 20-year life cycle, administration costs and user costs fall on average by 15 % and 30 % in favor of the BAC option. Ultimately, at the end of the life cycle, the overall costs of the AC option are 21 to 28 % more expensive than those of the CRCP option. According to the overall life cycle cost approach, the continuous reinforced concrete pavement should be carried out.

From an environmental standpoint, the results indicate, for the materials extraction and production phases, a reduction in greenhouse gas emissions of around 15 % for the CRCP option for high heavy traffic (70,000 vehicles per day, including 21 % heavy goods vehicles) compared to the AC option. Conversely, for light heavy traffic (43,750 vehicles per day including 1 % heavy goods vehicles), the CRCP option consumes up to 27 % more than the AC option. For the construction and operation phases of the pavement, the CRCP option pollutes 55 % and 25 % less than the AC option, respectively, regardless of the traffic. Over the 20-year life cycle, the overall greenhouse gas emissions rate of the CRCP option is 17 to 20 % lower than that of the AC option; overall energy consumption is also 15 to 16 % lower. These rates increase with the increase in heavy vehicle traffic. The CRCP option is more advantageous than the AC option over the life cycle, especially for pavements with heavy truck traffic.

At the social level, the results obtained in the material extraction and production phase, on the indicators of eutrophication (EI), acidification (AP) and ecotoxicity (EP) give an advantage to the CRCP option for roads with a high volume of heavy traffic. For tropospheric ozone (POCP) and toxicity (TP) indicators, it is more advantageous whatever the volume of heavy traffic. Therefore, when the heavy traffic is low, the AC option is more advantageous according to the EI, AP and EP indicators. In the construction and operation phases, the CRCP option is more advantageous whatever the level of heavy traffic. The monetization of these life cycle externalities indicates that the total cost of damage of the AC option is about 15 to 19 % higher for high heavy traffic (21 % of heavy goods vehicles). Conversely, the total damage cost of the CRCP option is approximately 7 to 8 % higher for light heavy traffic (1 % of heavy goods vehicles). The CRCP option is more advantageous than the AC option, especially for heavily trafficked roads.

Finally, this thesis concludes that the CRCP pavement is more durable than the AC pavement, particularly for heavily trafficked roads. A sensitivity analysis on the one hand and the comparison of the results on the other hand with those of the available scientific literature made it possible to verify the robustness of the study projects.

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". Comprend des références bibliographiques (pages 278-286).
Mots-clés libres: chaussées en enrobé et en béton, analyse des coûts du cycle de vie, environnement, coûts sociaux, développement durable
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Assaf, Gabriel J.
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 08 avr. 2021 19:51
Dernière modification: 08 avr. 2021 19:51
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2700

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