Comment améliorer le réseau routier canadien

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Le rendement des routes en béton

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Les routes en béton présentent un excellent dossier comme investissement rentable. Le revêtement rigide en béton surpasse le revêtement souple en asphalte, grâce à des avantages économiques et au plan de la sécurité, et un moindre impact environnemental. Près de 30 p. 100 des routes inter-États américaines sont construites en béton.1

Au Canada toutefois, les gouvernements attribuent habituellement les marchés de revêtement routier uniquement en fonction des coûts initiaux. Les revêtements en asphalte sont souvent retenus parce qu'ils sont perçus comme étant moins coûteux que les revêtements en béton. Cependant, les planificateurs commencent maintenant à reconnaître que les appels d'offres pour les projets d'infrastructure routière devraient prévoir une analyse des coûts du cycle de vie (ACCV) tenant compte des coûts du projet sur la durée de sa vie utile. Lorsque ce concept est appliqué aux revêtements routiers, les coûts d'entretien, de réhabilitation, de reconstruction et de récupération sont évalués en plus des coûts initiaux, ce qui révèle la dépense totale associée à un matériau. Sur la durée de vie d'une route, le béton s'avère supérieur à tous égards.

Certains gouvernements provinciaux et municipaux du Canada ont déjà commencé à choisir des revêtements rigides en béton pour des projets choisis. De nombreuses villes utilisent aussi un revêtement en béton pour des intersections à fort trafic et forte usure ainsi que pour des arrêts d'autobus, où l'asphalte a tendance à s'orniérer et se déformer. Comme l'infrastructure canadienne des transports est soumise à une circulation sans cesse croissante, les décideurs avisés qui fondent leur choix de revêtement sur une analyse des coûts du cycle de vie, la sécurité et les avantages pour l'environnement et pour la société choisissent de plus en plus un avenir sûr avec le béton.

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Le béton : un choix excellent

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Le béton est dur, rigide et durable. Il est le matériau traditionnel de choix pour la construction d'immeubles, de ponts et d'autres types d'infrastructure. Pour les mêmes raisons, le béton est aussi un choix excellent pour les routes.

Il y a essentiellement deux types de revêtements : rigide et souple. Un revêtement rigide en béton répartit les charges lourdes sur une surface relativement étendue, minimisant la pression sur l'infrastructure (le sol naturel sous la chaussée). Au contraire, un revêtement souple en asphalte concentre les charges et les transmet plus profondement dans l'infrastructure. En conséquence, pour la majorité des administrations canadiennes, les revêtements en asphalte ont besoin d'une couche de fondation en gravier d'une plus grande épaisseur pour un rendement équivalent2, comme l'illustre la figure 1.

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Le revêtement de béton agit comme un pont au-dessus de l'infrastructure.

Avantages techniques et économiques

De nombreuses raisons techniques et économiques justifient le choix d'un revêtement rigide en béton plutôt que l'asphalte souple.

Le revêtement en béton dure plus longtemps

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Le revêtement en béton dure plus longtemps que l'asphalte et exige moins d'entretien sur sa durée de vie. Comme il est rigide, il constitue une surface stable qui ne subira pas d'orniérage, d'ondulations ou de fluage et qui sera moins susceptible aux nids-de-poule. Les routes sont ainsi sécuritaires et la réduction des besoins d'entretien signifie qu'il y a moins de perturbations pour le public et les camionneurs qui les empruntent.

L'avantage économique

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L'analyse des coûts du cycle de vie (ACCV)3 est un cadre de prise de décisions tourné vers l'avenir qui aide les gouvernements à évaluer les coûts d'une route sur sa durée de vie plutôt que de s'arrêter aux coûts initiaux de construction. Dans l'ACCV, le revêtement en béton est souvent moins coûteux qu'une surface en asphalte de conception équivalente.

Les administrations canadiennes adoptent de plus en plus l'ACCV comme un élément stratégique de la prise de décisions. L'Association Canadienne du Ciment incite les gouvernements de tous les paliers à appliquer l'ACCV dans les appels d'offres, comme moyen d'assurer la reddition de comptes à l'égard des investissements dans l'infrastructure publique - et d'évaluer le coût véritable des routes dans le temps. 

Un choix véritable mène à de meilleurs prix 

Un engagement à long terme de la part des gouvernements à utiliser des revêtements rigides en béton entraînera une baisse des coûts grâce à une augmentation de la concurrence entre constructeurs de routes en béton et en asphalte.

Selon les données de l'American Concrete Pavement Association, les États américains qui s'engagent véritablement à construire des routes en béton stimulent la concurrence entre les industries du pavage en béton et en asphalte - ce qui entraîne des coûts unitaires réduits pour les routes tant en béton qu'en asphalte. D'avantages de routes peuvent ainsi être pavées pour le même coût.4 La figure 2 illustre les répercussions avantageuses de la concurrence entre types de revêtement sur les coûts de construction.


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Moyennes quinquennales de 14 États américains

Stabilité des prix 

Le béton est produit partout au Canada en utilisant des granulats disponibles localement et des matériaux de source régionale, comme le ciment, qui ne dépendent pas de l'approvisionnement en pétrole. Tandis que le prix des routes en asphalte fluctue selon le cours mondial du pétrole, le prix des routes en béton reste relativement stable.

Résistance aux contraintes saisonnières 

Les routes en béton se comportent bien dans certaines des régions les plus froides du Canada et des États-Unis. Les mélanges de béton sont adaptés en tenant compte des applications et des conditions particulières - y compris le grand froid et les agents de déglaçage -, de façon à assurer la résistance et la durabilité tout au long de la vie utile de la route. Ainsi, le béton n'est pas endommagé par les agents de déglaçage habituellement utilisés l'hiver. En outre, vu la façon dont les revêtements en béton distribuent les charges des véhicules, l'affaiblissement saisonnier de l'infrastructure et de la fondation granulaire ne touche guère la chaussée. La durabilité du béton est surtout évidente pendant la saison canadienne du dégel printanier. Au contraire de certaines routes en asphalte, les routes en béton n'exigent pas de restrictions de charges lors du dégel. Dans une étude réalisée par l'American Association of State Highway Officials (AASHO), 61 p. 100 des routes en asphalte étudiées ont connu des défaillances dans les conditions printanières.5 L'essor des routes en béton produirait un important avantage économique en termes de transport de biens au Canada.

Coûts d'éclairage réduits

Un rapport de l'industrie indique qu'un revêtement en béton réfléchit la lumière d'une façon diffuse alors que l'asphalte le fait de façon légèrement spectrale (un peu comme un miroir). En conséquence, une route en béton exige moins de lampadaires sur une longueur donnée de chaussée pour produire le même niveau d'éclairement. Le rapport conclut que la couleur claire du béton entraîne une économie pouvant atteindre 31 p. 100 des coûts d'éclairage nocturne, incluant les coûts de construction, de consommation d'énergie et d'entretien en comparaison des besoins d'éclairage d'une chaussée en asphalte.6

Entretien facilité et accéléré

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Les industries du ciment et du béton ont mis au point des méthodes rapides d'entretien et de restauration des routes. Les propriétaires des chaussées peuvent recourir à des techniques de reconstruction accélérée et à des panneaux de revêtement préfabriqués pour réduire les délais imposés aux utilisateurs.

Avantages pour l'environnement

Consommation d'énergie réduite

L'Athena Sustainable Materials Institute7 a comparé des chaussées équivalentes en béton et en asphalte d'une route canadienne typique à forte circulation, dans l'optique de l'analyse du cycle de vie. Le rapport révèle que sur une période de 50 ans, l'énergie primaire intrinsèque nécessaire pour construire, entretenir et réhabiliter une route est trois fois plus élevée pour une route en asphalte que pour une route équivalente en béton. Cependant, si on utilise des accotements en béton et si on prévoit la restauration du béton sans enrobé dans le programme d'entretien et de réhabilitation, l'énergie primaire intrinsèque est 5,6 fois plus élevée dans l'option asphalte. L'énergie primaire intrinsèque est la somme de l'énergie consommée pour transformer un matériau en produit final, y compris le transport. 

Dans l'exemple étudié, la composante d'énergie intrinsèque stockée (c'est-à-dire le bitume) est le constituant principal de l'énergie intrinsèque totale. L'énergie intrinsèque stockée est celle contenue dans les matières premières consommées qui n'est pas utilisée comme source d'énergie. Même en excluant l'énergie intrinsèque stockée de l'analyse, la route à revêtement d'asphalte consomme encore au total deux tiers d'énergie de plus qu'une route équivalente en béton. La figure 3 ci-dessous illustre ces conclusions.

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Note: L'option du revêtement en béton comporte une composante d'énergie intrinsèque stockée en raison des accôtements en asphalte et des resurfaçages d'asphalte, selon les prescriptions du programme d'entretien et de réhabilitation.

Économies de carburant et réduction des émissions des poids lourds

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Des études approfondies menées par le Conseil national de recherches du Canada8 confirment des conclusions antérieures9 selon lesquelles des camions semi-remorques chargés consomment moins de carburant en roulant sur des revêtements en béton que sur des revêtements en asphalte, et ce, sur une vaste plage de températures.10,11 Par rapport aux résultats sur l'asphalte dans des conditions d'essai réalistes, les réductions de la consommation de carburant obtenues sur le revêtement en béton varient de 0,8 à 6,9 p. 100. Ces résultats sont statistiquement significatifs. Les émissions de CO2 et autres émissions nocives sont aussi réduites.

Le tableau 1 illustre les économies, en litres de carburant, ainsi que la réduction des émissions de CO2, NOx et SO2 possibles pour une grande artère urbaine typique de 100 km sur laquelle circulent 20 000 véhicules par jour (dont 15 p. 100 de camions), si elle est construite en béton.

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Réutilisation et recyclage

Le revêtement en béton est un matériau de construction polyvalent qui peut être réutilisé grâce à des techniques de restauration qui réduisent au minimum la quantité de nouveaux granulats nécessaires à la construction de routes et qui éliminent la nécessité de disposer du vieux matériau. Un revêtement en béton est aussi recyclable à 100 p. 100 et offre des options économiques pour la reconstruction, comme la possibilité de l'utiliser comme fondation routière ou comme granulat pour une nouvelle chaussée en béton.

Réduction des matériaux nécessaires pour la couche de fondation des routes

Pour la majorité des administrations canadienes, par rapport à un revêtement souple en asphalte, un revêtement rigide en béton a besoin d'une fondation granulaire moins épaisse parce qu'il distribue le poids des véhicules sur une plus grande surface. Habituellement, une fondation utilisant jusqu'à 50 p. 100 moins de granulats suffit à une route en béton, ce qui réduit aussi bien les coûts que l'utilisation de ressources rares. En outre, le fait que l'on doive transporter moins de granulats permet une importante économie de carburant et par conséquent une réduction des émissions polluantes.

Utilisation de sous-produits industriels

Une partie du ciment utilisé pour le béton est souvent remplacée par des sous-produits industriels qui seraient autrement envoyés dans les sites d'enfouissement. Les trois ajouts cimentaires les plus souvent utilisés sont les cendres volantes (sous-produit de la combustion du charbon), le laitier de haut fourneau (sous-produit de la fabrication de l'acier) et les fumées de silice (sous-produit de la fabrication du silicium et du ferrosilicium). L'utilisation de ces matériaux en quantités opportunes peut améliorer la durabilité, la perméabilité et la résistance d'un revêtement en béton. Les cendres volantes et le laitier de haut fourneau peuvent aussi améliorer la malléabilité du mélange de béton et atténuer les éventuels problèmes de réaction alcali-silice.

Réduction de l'effet d'îlot thermique urbain

L'été, les grandes villes peuvent être plus chaudes de plusieurs degrés que les environs en raison de la chaleur absorbée par les surfaces foncées comme les revêtements en asphalte. Cette augmentation de la température, que l'on appelle effet d'îlot thermique urbain, peut être réduite en utilisant des revêtements en béton - grâce à la couleur claire du béton et sa capacité de réfléchir la chaleur.

Avantages pour les utilisateurs

Douceur et confort de roulement

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Plus son revêtement est uniforme, plus une route est silencieuse et confortable. L'amélioration de l'équipement et des techniques de construction de pavage en béton ces dernières années a aidé les entrepreneurs à réaliser des revêtements de béton plus uniformes et plus silencieux.

Selon une étude de cinq ans du ministère des Transports et des Travaux publics de la NouvelleÉcosse sur des tronçons adjacents de la route 104 en asphalte et en béton construits en 199412, les tronçons en béton ont été supérieurs aux tronçons en asphalte aussi bien pour la douceur que pour le confort de roulement.

Les données de cette étude comparative indiquent que même si le revêtement en asphalte présente à l'état neuf un indice de confort de roulement (ICR) plus élevé, celui-ci se dégrade avec le temps à un niveau inférieur à celui du revêtement en béton. La figure 4 illustre l'évolution des valeurs de l'ICR sur les cinq ans de la période d'évaluation. À noter que l'an 5, l'ICR de 7,4 du revêtement en béton est supérieur au 6,9 du revêtement en asphalte.

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NOTE : Une valeur plus élevée indique un niveau de confort plus élevé.

L'étude a aussi démontré que le revêtement en béton assurait une plus grande douceur de roulement que l'asphalte sur la même période d'évaluation. La figure 5 présente l'indice de profil mesurant à quel point le revêtement est uniforme. Les valeurs indiquent que le revêtement en béton demeure pratiquement aussi uniforme alors que l'asphalte devient plus raboteux.

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NOTE : Une valeur plus faible indique une chaussée plus uniforme, donc un roulement plus doux.

Une étude américaine plus récente évaluant la rugosité du revêtement a produit des résultats semblables13 , ce qui renforce les conclusions obtenues en Nouvelle-Écosse qui sont décrites ci-dessus. Des données à long terme sur le rendement du revêtement de routes du Kansas indiquent que la rugosité augmente plus rapidement sur les routes en asphalte que sur les routes en béton (augmentation sur 8 ans de 69,9 p. 100 pour les tronçons en asphalte contre 3,7 p. 100 pour les tronçons en béton). Fait à souligner, les tronçons d'asphalte ont connu cette détérioration accélérée même si le trafic sur les routes en béton comprenait 3,5 fois plus de camions.

Un roulement silencieux

Pour mieux servir encore le milieu des transports, l'Association Canadienne du Ciment et la Portland Cement Association, en partenariat avec l'American Concrete Pavement Association, poursuivent des recherches sur la mise au point de revêtements de béton plus silencieux. Pour étudier le comportement acoustique de divers types de revêtement et de textures de surface, il importe de tenir compte de son évolution tout au long de la durée de vie du revêtement.

En 1996, un rapport du département des Transports des États-Unis a conclu que : « un revêtement en béton de ciment portland convenablement construit, avec une surface striée transversalement, égale le rendement de l'asphalte à granulométrie dense en ce qui a trait à la fois à la sécurité et au bruit »14 . Les stries sont de petites rainures pratiquées dans le revêtement soit transversalement (à angle droit de la direction de la chaussée), soit longitudinalement (en parallèle avec la direction de la chaussée). L'étude évoquée plus haut du ministère des Transports et des Travaux publics de Nouvelle-Écosse a aussi constaté que le bruit des chaussées en béton n'est en moyenne que de 2 décibels plus élevé que celui des chaussées en asphalte après cinq ans d'utilisation.15

 Des recherches ont révélé qu'un revêtement en béton strié longitudinalement est encore plus silencieux qu'un revêtement conventionnel strié transversalement. La figure 6 ci-dessous indique les plages d'intensité du bruit pour divers types de textures de surface.

L'Anthony Henday Drive d'Edmonton, construite en 2005-2006, est la première route en béton à stries longitudinales au Canada. De nombreuses personnes ont signalé à quel point ce revêtement est silencieux

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Source: ACPA

Avantages pour la sécurité

Risque réduit d'aquaplanage

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La résistance d'un revêtement en béton à l'orniérage réduit le risque d'aquaplanage. Le revêtement en béton peut être texturé, de facon à créer une surface rugueuse assurant une bonne adhérence, et pour éloigner l'eau de pluie de la chaussée, améliorant la traction sur la surface routière par rapport à celle d'un revêtement en asphalte. Les routes sont ainsi plus sécuritaires.

Meilleure visibilité nocturne

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La couleur claire du béton procure une meilleure visibilité nocturne aux automobilistes. Elle réfléchit la lumière des véhicules et des lampadaires mieux que ne le fait l'asphalte, illuminant ainsi les risques éventuels.

Références

  1. Site web du US Department of Transportation Federal Highways Administration web site, Office of Highway Policy Information, Highway Statistics 2005. http://www.fhwa.dot.gov/policy/ohim/hs05/xls/hm12.xls
  2. Tighe, S., Smith, T., Fung, R., Concrete Pavements in Canada: A Review of their Usage and Performance, communication préparée pour la conférence annuelle de l'Association des transports du Canada,
    septembre 2001..
  3. American Concrete Pavement Association, Life Cycle Cost Analysis: A Guide for Comparing Alternate Pavement Analysis, EB 220P, 2002.
  4. Southeast Chapter American Concrete Pavement Association, “Who says...”Concrete Pavement Costs Too Much?” Count on Concrete Pavement, 2005.
  5. American Concrete Pavement Association, Whitetopping - State of the Practice, Engineering Bulletin 210P
  6. Gajda, J.W., Van Geem, M.G., A Comparison of Six Environmental Impacts of Portland Cement Concrete and Asphalt Cement Concrete Pavement, PCA R&D Serial No. 2068, Portland Cement Association, 1997.
  7. The Athena Sustainable Materials Institute, A Life Cycle Perspective on Concrete and Asphalt Roadways: Embodied Primary Energy and Global Warming Potential, Ottawa, September 2006.
  8. Taylor G.W., Patten, J.D., Effects of Pavement Structure on Vehicle Fuel Consumption – Phase III, préparé pour Ressources naturelles Canada, dans le cadre du Plan d'action 2000 du gouvernement du Canada sur le changement climatique, et l'Association Canadienne du Ciment, janvier 2006.
  9. Taylor G.W., Dr. Farrell, P. and Woodside A., Additional Analysis of the Effect of Pavement Structure on Truck Fuel Consumption, préparé pour le Comité consultatif sur les routes en béton, dans le cadre du Plan d'action 2000 du gouvernement du Canada sur le changement climatique, août 2002.
  10. Voir référence 8.
  11. Voir référence 9.
  12. Ministère des Transports et des Travaux publics de Nouvelle-Écosse, Asphalt Concrete Pavement and Portland Cement Concrete Pavement, Highway 104, Cumberland County, Year 5 of 5 Year Study, octobre 1999.
  13. The Transtec Group, Pavement Roughness Progression Case Study, July 2006.
  14. Federal Highway Administration, Tire-Pavement Noise and Safety Performance, Publication No. FHWA-SA-96-068, 1996.
  15. Voir référence 12.

pdf Brochure sur les transports 1.10 Mb