VD - Villes Durables

Chaussée à Longévité Environnementale Adhérente et Nettoyante – CLEAN

Couche de roulement routière à longue durée de vie et à fonction dépolluante

Nouveaux revêtement routier à base de ciment, collé sur une assise bitumineuse, trois fois plus durable qu’un revêtement traditionnel, et répondant à des exigences d’adhérence avec les pneumatiques, de faible bruit de roulement et d’économie sur sa durée de vie, avec une option de fonction dépolluante.

Entretien des chaussées à fort trafic

Certaines voies autoroutières (autoroutes inter- ou péri-urbaines) sont soumises à de tels trafics que les interruptions de service pour travaux de maintenance sont difficilement tolérables par les usagers et les riverains. L’objectif est de développer une solution technologique permettant d’assurer la même durée de vie au revêtement de surface et à l’assise de la chaussée (soit trente ans et plus), sans entretien. Une étude économique réalisée dans les années 2000 par un groupe international de l’OCDE avait conclu que, pour de telles infrastructures, des maîtres d’ouvrage conscients de l’intérêt collectif seraient prêts à payer jusqu’au triple du prix d’une solution traditionnelle. D’autre part, les forts trafics engendrent aussi de forts taux d’émissions gazeuses (notamment les oxydes d’azote NOx), qui, si elles ne sont pas traitées, peuvent créer des pics de pollution dommageables pour la santé des occupants des véhicules et des riverains.

Une première partie du travail a consisté à optimiser en laboratoire la composition du matériau, nommé Enduit Hydraulique Fibré Gravillonné (EHFG). Un examen systématique des sources d’approvisionnements pour les différents constituants a permis de sélectionner ceux qui offraient un bon compromis disponibilité-performances-coût. Des variantes ont été étudiées, dont l’Enduit Hydraulique Fibré Rainuré (EHFR), pour lequel un rainurage mécanique opéré sur le matériau durci permet de garantir la rugosité nécessaire à l’adhérence avec les pneumatiques. C’est d’ailleurs cette dernière propriété qui a fait l’objet des caractérisations les plus approfondies.
Ensuite, on a entrepris la conception de machines de mise en œuvre spécifiques, dont la mise au point a progressé par un aller-retour entre l’atelier et l’expérimentation échelle 1. Quatre matériels ont été construits : une répandeuse pour le mortier frais, un gravillonneur, un rouleau et une luge (ces deux dernières machines ayant pour mission d’enfoncer les gravillons dans le mortier fraîchement répandu sur la chaussée).
Enfin, l’ensemble matériau-matériels a été testé sur une planche d’essai de 30 m, sur un premier chantier (rond-point situé dans le département de la Sarthe) puis sur un deuxième (section de voie rapide en Loire-Atlantique). La moitié de cette chaussée à été enduite avec un matériau incorporant du dioxyde de titane, à des fins de dépollution de l’air.

Le matériau en laboratoire offre des propriétés très attractives : fluidité à la mise en œuvre, forte résistance aux efforts normaux et tangentiels, adhérence très élevée et durable, et absence de fissuration en conditions de retrait empêché (qui sont celles de toutes les chaussées d’une certaine longueur). Ces propriétés ont pu être reproduites sur la planche d’essai de 30 m. Par contre, les chantiers ont révélé des difficultés en termes
- de contrôle de l’épaisseur de mortier appliquée ;
- de bon enfoncement des gravillons dans le mortier (sur la solution EHFG)
- d’obtention d’un uni satisfaisant ;
- de durabilité de l’effet dépolluant ;
- et surtout de fissuration, abondante sur le premier chantier, et encore présente sur le second, alors qu’elle obère irrémédiablement la possibilité d’obtenir la durabilité escomptée.
Par contre, les espérances d’adhérence avec les pneumatiques et de faible bruit de roulement (pour la solution EHFR) ont été pleinement vérifiées. L’analyse économique a montré qu’une telle solution serait un peu plus économique que les solutions actuelles, si on intègre l’ensemble des coûts sur une période de 30 ans. Quant au bilan environnemental, il est neutre sur le CO2 et très favorable sur l’utilisation de ressources non-renouvelables.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour améliorer le contrôle de l’épaisseur à la mise en œuvre, et pour éviter complètement la fissuration. Ceci passe par un supplément d’optimisation de la formulation et du matériel de mise en œuvre, et par une validation sur un troisième chantier expérimental. Une fois ces progrès accomplis, les maîtres d’ouvrage auront à leur disposition une nouvelle technique de revêtement de chaussée, économique, économe en ressource et précieuse pour la lutte contre la gêne à l’usager, notamment dans le contexte de la mobilité péri-urbaine.

Un article dans la Revue Générale des Routes et deux communications dans des congrès ont été présentées. Une communication plus importante s’imposera lorsque le produit (et sa technologie) seront tout à fait au point et prêts à être appliqué à grande échelle.

Pour un certain nombre de sections routières de type rocades périurbaines ou pénétrantes, les travaux d'entretien, par les interruptions de trafic qu'ils induisent, engendrent des coûts sociaux de moins en moins supportables par la collectivité. Dans un tel contexte, selon les conclusions du groupe de travail Long-Life Pavement (LLP) de l'OCDE (phase I), il serait souhaitable de disposer de chaussées dont la durée de vie serait de 30 ou 40 ans, sans entretien, alors que les couches de roulement les plus durables doivent aujourd'hui être renouvelées tous les 7 à 15 ans. A cette fin, on cherche à optimiser et à valider un nouveau concept de couche de roulement pour chaussée à longue durée de vie, l'enduit hydraulique fibré gravillonné (EHFG). Dans sa forme actuelle, ce matériau est constitué d'une fine couche de mortier à ultra-hautes performances, fibrée et incrustée de gravillons à haute résistance au polissage. Dans le cadre du groupe LLP (phase II), il a fait l'objet de nombreux tests de laboratoire, et il convient à présent de passer à l'échelle du chantier. On cherchera d'abord à optimiser le matériau, en affinant certains paramètres de formulation, et en le déclinant en plusieurs variantes. L'une d'elle consiste à lui adjoindre une fonction dépolluante, grâce à l'action photocatalytique du dioxyde de titane (Ti02). On sait en effet que le Ti02 permet la dégradation de polluants urbains (N0x, COV) sous l'effet du rayonnement ultra-violet. Compte tenu de son coût, son incorporation dans un revêtement mince, à haute durabilité et dans des zones à fortes émissions polluantes, est particulièrement pertinente. Une autre variante consistera à supprimer le gravillonnage, et à le remplacer par un moulage de la couche de mortier. Ceci permettra d'appliquer les connaissances actuelles sur les effets de texture des couches routières, de façon à optimiser le revêtement vis-à-vis de ses propriétés les plus importantes (adhérence avec les pneus, émission acoustique, tenue dans le temps). Ensuite, il s'agira de développer un procédé de mise en œuvre, et d'appliquer l'EHFG sur deux chantiers de démonstration. Un carrefour giratoire péri-urbain sera construit dans la Sarthe, en début de projet, et permettra d'éprouver le comportement du matériau soumis à un trafic réel. En parallèle, un matériel de construction mécanisée sera conçu et développé, et le site d'un second chantier, cette fois-ci urbain, à Montoir (44), sera étudié, en vue de tester le matériau au Ti02 , mis en œuvre en conditions mécanisées. On s'intéressera à la pollution de l'air (types de polluants, fréquence d'émission), à la climatologie, et on en déduira un plan d'instrumentation environnementale du chantier. Une fois le chantier réalisé, on caractérisera la chaussée sous l'angle de ses propriétés routières classiques – uni, adhérence, génération de bruit de roulement – et de sa capacité dépolluante, par un suivi environnemental sur une période d'un an. La fin du projet permettra d'évaluer la technologie étudiée. On cherchera tout d'abord à vérifier l'absence de dégradations mécaniques, annonciatrice d'une longue durée de vie. Sous l'angle économique, on calculera le coût initial constaté sur les chantiers, le coût théorique dans l'hypothèse d'une banalisation de la technique, et on cherchera à appréhender le coût total sur le cycle de vie, en le comparant à celui des solutions actuelles. Sous l'angle social de l'impact sur la santé des usagers et des riverains, l'efficacité dépolluante pourra être quantifiée, en distinguant la nature des polluants – oxydes d'azote, mais aussi composés benzéniques, non encore suivis dans ce type d'applications. La réduction de la gêne et l'acceptabilité sociale du matériau sera également appréhendée en sollicitant des maîtrises d'ouvrage de villes, qui donneront leur appréciation sur la possibilité d'intégration d'un tel matériau dans le tissu urbain contemporain. Sur le plan environnemental, outre la fonction dépolluante, on effectuera des bilans sur l'énergie et les émissions de gaz à effet de serre liés à l'usage de l'EHFG. On calculera également l'économie en ressource non-renouvelable permise par cette solution technologique, qui ne fait pas appel au pétrole et représente une épaisseur d'un centimètre de matériau devant durer plusieurs décennie, en remplacement de plusieurs centimètres de matériaux bitumineux remplacés tous les dix ans environ. L'ensemble du projet se placera dans le cadre des travaux du groupe LLP de l'OCDE (phase III), qui a mobilisé jusqu'alors une vingtaine de pays développés et dans lequel la France souhaite continuer à tenir une place de premier plan

Coordinateur du projet

François DE LARRARD (Université)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

DIRECTION REGIONALE DE L'EQUIPEMENT EN IDF

Aide de l'ANR 786 136 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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