À pro­pos des chaus­sées rou­tières

Pour aborder la question de l’entretien des chaussées bitumineuses, majoritaires en Suisse, il faut commencer par donner un aperçu du rôle des couches d’une infrastructure routière et des conséquences sur le choix des matériaux qui les composent.

Rôle et composition des couches des structures routières

En commençant par le haut, on trouve d’abord le revêtement bitumineux qui, de façon simplifiée, comprend deux types de couches¹:

- la couche de roulement (ou de surface), dont l’objectif est d’offrir des qualités superficielles adaptées en termes d’adhérence, d’évacuation des eaux ou de lutte contre le bruit;

- la couche de base, dont le rôle principal est de diffuser les charges de trafic (essentiellement celles des poids lourds comme nous le verrons par la suite).

Les qualités superficielles de la couche de roulement, dont l’épaisseur est de l’ordre de 4cm, dépendent de la formulation du mélange bitumineux, à savoir le choix des granulats et du bitume. Pour les granulats, le choix concerne bien sûr la courbe granulométrique, mais aussi leur forme et leur dureté. Quant au bitume, il doit être à même d’assurer la qualité du lien entre les granulats (lutte contre les arrachements ou les ornières), sachant que le mélange sera en contact direct avec les très fortes sollicitations (charge et pression) des pneus des poids lourds. En résumé, cela signifie que les couches de roulement sont constituées de matériaux «précieux», puisque sélectionnés selon des critères stricts.

Quant aux couches de base, elles doivent principalement présenter de bonnes qualités mécaniques (module de rigidité, résistance à la fatigue et à l’orniérage) pour supporter le passage répété des charges du trafic lourd. Pour déterminer leur épaisseur, les méthodes analytiques de dimensionnement, basées sur une modélisation élastique-linéaire des chaussées, estiment le nombre de charges admissibles par le biais de lois de fatigue utilisant comme critère la déformation horizontale au bas des couches de revêtement [voir ci-contre]. Si les qualités mécaniques et la résistance à l’orniérage du mélange bitumineux résultent de sa formulation, la déformation utilisée dépend quant à elle fortement (au cube) de l’épaisseur totale du revêtement. Sachant que les relations entre la déformation au bas des couches et le nombre de charges standards supportables par la chaussée suivent quant à elles une loi de puissance avec un exposant variant entre 4et 5 (loi de fatigue:), l’estimation théorique des durées de vie des chaussées est très sensible à l’épaisseur totale des couches bitumineuses et aux propriétés des matériaux des couches de base (module et surtout résistance à la fatigue). Finalement, les déformations dépendant directement de l’intensité des charges du trafic, les véhicules légers ne participant que de façon très marginale à l’endommagement des structures: en termes de dommage potentiel, un seul poids lourd correspond à plusieurs dizaines de milliers devoitures.

Le revêtement repose sur une couche dite de fondation. En Suisse, ces couches sont généralement composées de matériaux non liés (graves), qui remplissent une double fonction: poursuivre la diffusion des charges de façon à ne pas solliciter excessivement le sol de fondation et mettre ce dernier à l’abri des dégradations liées aux cycles gel-dégel. Leur épaisseur dépend dès lors principalement de la qualité du sol sur lequel elles reposent et des conditions climatiques, soit des éléments imposés par le site.

En résumé, la durée de vie d’une chaussée routière dépend surtout de deux éléments: les charges du trafic lourd pour le revêtement et la qualité du sol de fondation. Une logique qui transparaît dans les normes de dimensionnement utilisées en Suisse² qui fixent l’épaisseur du revêtement bitumineux et celle des fondations à partir, respectivement, de classes de trafic et de classes de sols. Cette logique se retrouve aussi dans les méthodes analytiques qui préconisent de limiter les déformations horizontales au bas des couches bitumineuses et les déformations verticales au sommet du sol de fondation. Conséquence logique, plus les matériaux utilisés se situent près de la surface de la chaussée, plus la qualité de leurs composants est élevée.

Le recyclage: un mélange de mélanges de mélanges…

Les explications qui précèdent signifient qu’en cas de besoin de renforcement d’une infrastructure existante, celui-ci doit en principe se faire par le bas de ses couches! C’est-à-dire en commençant par démolir une partie potentiellement importante des couches existantes – le revêtement bitumineux mais aussi la couche de fondation, en cas de gélivité ou de portance insuffisante du sol de fondation – pour reconstruire ensuite une nouvelle structure plus robuste. La situation est un peu plus simple lorsqu’il ne s’agit que de remédier à une dégradation des conditions de surface: si le gabarit d’espace est suffisant, il est envisageable de poser la nouvelle couche sur la structure existante, sans démolition préalable; dans le cas contraire, la démolition peut se limiter à l’épaisseur de la nouvelle couche.

Pour les chaussées bitumineuses, la démolition consiste à fraiser les couches en place, un procédé qui provoque le mélange de matériaux provenant de couches d’âges et de compositions variés, le plus souvent inconnus. Compte tenu des volumes en jeu, et dans une perspective d’économie circulaire, la question est de savoir dans quelle mesure il est possible, pour des travaux d’entretien, de recycler les matériaux bitumineux issus de la démolition des couches existantes. Ceci d’autant plus que certaines d’entre elles contiennent des composants (granulats de qualité et bitume) qui ne sont pas inépuisables. Et que les travaux d’entretien impliquent forcément la pose d’une couche de roulement par essence gourmande en composants de qualité.

Le principal problème concerne l’homogénéité et la qualité des agrégats bitumineux³qu’on souhaite recycler, dont l’origine, et par suite les propriétés (bitume résiduel et granulats), sont incertaines et délicates à intégrer dans la formulation de nouveaux mélanges⁴. Ce problème est accentué par les difficultés liées à la gestion opérationnelle (stockage, tri et transport) des agrégats bitumineux issus des chantiers: alors qu’il faudrait chercher à les séparer (selon leur provenance et le type de couche), ils sont le plus souvent mélangés lors du fraisage simultané de plusieurs couches. De plus, ce tri plus fin des agrégats bitumineux nécessite des moyens (notamment en termes d’espace de stockage) dont les fournisseurs de mélanges bitumineux ne disposent pas.

L’incertitude quant à la provenance des agrégats bitumineux a pour conséquence que les normes limitent – avec raison dans les conditions actuelles – les taux de recyclés des couches devant fournir des propriétés spécifiques (notamment celles de roulement), des taux plus élevés étant admis pour les enrobés des couches plus profondes pour lesquelles le besoin est moindre. Finalement, pour accroître le bénéfice environnemental, il faudrait que, de façon à limiter les besoins en transport et à simplifier le tri, le recyclage des matériaux bitumineux puisse s’effectuer directement sur les chantiers. Ce qui n’est techniquement que difficilement envisageable pour le moment puisque, compte tenu de la complexité des procédés de fabrication, les enrobés sont très majoritairement produits en centrales.

Attaquer le problème à la racine

Ce survol de quelques-unes des spécificités liées à l’entretien des chaussées routières montre qu’il s’agit d’un problème complexe. Compte tenu des importants besoins en matériaux, tant en termes de volume que de transport, il est évident que les pratiques actuelles (mise en décharge d’une part prépondérante des matériaux démolis et remplacement par des matériaux issus de l’exploitation à l’infini des carrières) doivent évoluer vers un usage plus modéré et mieux ciblé des matières premières. Dès lors, on ne peut plus se permettre de ne pas agir sur la principale cause de la dégradation des infrastructures routières: les charges croissantes des véhicules lourds. Ainsi, plutôt que de continuer à renforcer à l’infini les infrastructures routières⁵, il serait sans doute plus sage et plus simple de chercher à réduire quelque peu leurs sollicitations. Car, de même que ce ne sont peut-être pas les places de stationnement qui deviennent trop petites mais les véhicules trop gros, ce ne sont peut-être pas les chaussées qui manquent de résistance, mais la quantité de marchandises transportées sur les routes qui est excessive.

Jacques Perret est ingénieur en génie civil EPFL, D^r ès sc.EPFL et correspondant pour TRACÉS.

Notes

1. Selon l’épaisseur totale de la structure, les deux couches décrites ci-­dessous sont séparées par une couche dite de liaison.

 

2. VSS40324: Dimensionnement de la structure des chaussées; sol de fondation et chaussée

 

3. Résultat de la démolition par fraisage des couches

 

4. Le bitume est un résidu de la distillation du pétrole dont les propriétés varient fortement (lieu d’extraction et technique de raffinage). Pour les structures routières, il doit à la fois ne pas être trop «cassant» à basse température (risque de fissures), ni trop «mou» à haute température (risque d’ornières). Ses propriétés sont affectées par le processus de chauffe inhérent à la fabrication et la pose des enrobés bitumineux.

 

5. La dernière révision de la normeVSS 40324 s’est notamment traduite par l’introduction d’une nouvelle classe maximale de traficT6 supérieure à celles existantes à ce jour.