Evaluation et choix de technologies à faibles impacts · Evaluation et choix de technologies à faibles impacts N. Bueche Formation technique Bitume Québec 02.12.2015

Evaluation et choix de

technologies à faibles impacts

N. Bueche

Formation technique Bitume Québec

02.12.2015

2 Formation technique Bitume Québec - Montréal - 1-3.12.2015

Problématique

Comment choisir la

meilleure technologie pour

ma chaussée ?

4.5

5.6

4.5

5.5

3.9

5.0

3.9

4.74.6

5.8

4.5

5.6

5

6.7

4.6

5.8

0

1

2

3

4

5

6

7

8

orn. cal. 10'000 cy. [%h] orn. cal. 30'000 cy. [%h]

Pro

fon

de

ur

d'o

rniè

re [

%h

]

Ornière calculée à 10'000 et 30'000 cycles

REF 0 sem. REF 12 sem. ET-C 0 sem. ET-C 12 sem. ET-P 0 sem. ET-P 12 sem. EST 0 sem. EST 12 sem.


Méthodologie

Positionnement

Prise en compte de la chaussée (matériaux) et non pas du

projet routier

Intégration de différents critères (qualitatifs / quantitatifs)

Aide à la décision dans le choix de la technologie

d’enrobage

Démarche

Partie 1: Inventaire du cycle de vie et indices performantiels

Partie 2: Evaluation multicritère


Partie 1: ICV et indices performantiels

Définition des

objectifs et du

système

Inventaire

polluants et

matières

premières

Analyse de

l’impact

Interprétation

ICV

Extraction pétrole

brut (forage + pompage)

Transport Europe

Transport (Camion)

Extraction granulats,

sable & filler (carrière)

Concassage, tri

granulométrie, lavage

Transport (Camion)

Stockage Fabrication additif

Extraction matière pour

fabrication cire, additif,…

Transport (Camion)

Transport (Camion)

Energie

Compactage

Pose d’enrobé (finisseur)

Enrobage (chauffage, malaxage)

Fraisage

Concassage Tri (granulométrie)

Transport (Camion)

Transport (Camion)

Transport (Camion)

Raffinerie

Stockage bitume (180 °C)

Production bitume

Transport (Camion)

Temps de service


Partie 1: ICV et indices performantiels

1 – Inventaire du cycle de vie (ICV) et indicateurs de performances

Energie Emissions Coûts én. Performances

2 - Modèle global d’évaluation

• Différents niveaux d’analyse

• Introduction de critères qualitatifs et quantitatifs

• Classement des variantes

AIDE A LA DECISION (technologie d’enrobage)

Mesures (CH)

• Préparation granulats

• Centrales d’enrobage

Calculs

• Chauffage des matériaux

• Chauffage malaxeur

• Littérature

• Bases de données

Essais performantiels

en laboratoire

ICV Indicateurs


Partie 2: Evaluation multicritère

2 - Modèle global d’évaluation

Niveau 1

Analyse Pareto

• Objectif: Identifier les processus unitaires dominants par variante et critère

• Données: Brutes et indices normalisés (performances)

• Critères: Energie, émissions, coûts énergétiques, performances

• Méthode: Diagramme Pareto

Niveau 2

Analyse

graphique

• Objectif: Identifier les potentiels surclassements de variantes

• Données: Brutes et indices normalisés (performances)

• Critères: Energie, émissions, coûts énergétiques, performances

• Méthode: Analyse graphiques et diagrammes radars

Niveau 3

Agrégation

partielle

• Objectif: Classement des variantes (surclassements flous)

• Données: Brutes

• Critères: Energie, émissions, coûts énergétiques, performances, qualitatifs

• Méthode: Agrégation partielle (Electre III)

Niveau 4

Agrégation

complète

• Objectif: Classement des variantes (prise en compte de l'incertitude et de l'inconnue)

• Données: Brutes

• Critères: Energie, émissions, coûts énergétiques, performances, qualitatifs

• Méthode: Agrégation complète (Théorie de l‘Evidence)

1 – Inventaire du cycle de vie (ICV) et indicateurs de performances

Energie Emissions Coûts Performances

AIDE A LA DECISION (technologie d’enrobage)

PONDERATION


Méthodologie: Exemple de résultats

Niveau 1: Analyse Pareto

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Cu

mu

l [%

]

Pro

po

rtio

n P

U [

%]

Critère: Energie REF

Chaud

ET-C

Cire

ET-P

Additif

EST

Mousse

EBT

Mousse

1 - Matière première : Granulats 3 (15%) 3 (14%) 3 (16%) 3 (16%) 3 (17%)

2 - Matière première : Bitume 2 (31%) 2 (29%) 2 (33%) 2 (33%) 1 (32%)

3 - Matière première : Additifs 3 (14%) 4 (16%)

4 – Centrale d’enrobage 1 (50%) 1 (40%) 1 (45%) 1 (45%) 2 (31%)

5 – Transport (centrale-chantier) 4 (3%) 4 (3%) 4 (3%)

6/7 – Pose et compactage



Niveau 2: Analyse graphique

0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5

Sensibilité à l'eau

Résistance aux déf.permanentes

Résistance à lafatigue

REF ET-C ET-P EST EBT

0.000.100.200.300.400.500.600.700.80Note énergie

Note émissions

Notecoûts éner.

Note perf.




Niveau 3: Agrégation partielle

Hypothèses: Pondération, seuils

Solution de base

Robustesse de la solution: Analyse de sensibilité

Enrobé REF ET-C ET-P EST EBT

Rang selon Siskos-Huber 3 4 1 4 2

=ET-P

REF= =EBT

=EST

=ET-C



Niveau 4: Agrégation complète

Hypothèses: Pondération, matrices de transformation,

fonction d’utilité

Solution de base

Robustesse de la solution: Analyse de sensibilité

Mauvais Faible Moyen Bon Excellent

Degré d'utilité 0.00 0.35 0.55 0.85 1.00

Utilité REF ET-C ET-P EST EBT

umin 0.6416 0.4831 0.7468 0.6557 0.7561

umax 0.6486 0.4923 0.7555 0.6650 0.7656

umoy 0.6451 0.4877 0.7512 0.6603 0.7609

intervalle u (±) 0.0035 0.0046 0.0043 0.0047 0.0048

RANG 4 5 2 3 1

0.0000

0.1000

0.2000

0.3000

0.4000

0.5000

0.6000

0.7000

0.8000

0.9000

1.0000


Uti

lité

[-]

0.00%

10.00%

20.00%

30.00%

40.00%

50.00%

60.00%

70.00%

80.00%

90.00%

100.00%

Mauvais Faible Moyen Bon Excellent Inconnue

De

gré

de

cro

yan

ce



Exemple 1: Projet EDGAR

Source: EDGAR Project (CEDR Call 2013), deliverable 2.2. www.ntnu.edu/edgar

http://www.ntnu.edu/edgar


Objectifs

Dimensionnement de différentes variantes

Evaluation des variantes selon des critères à définir avec

le MO

Aide à la décision dans le choix du type de

chaussée/enrobé (analyse multicritère)

RC177: Aclens – Vufflens-la-ville – Penthaz

Environ 5.5 km

Elargissements et nouvelles constructions

Exemple 2: Projet RC177


RC177: Démarche

Dimensionnement Structural Number SN

Méthode rationnelle

Choix de structures

(23)

Sélection de structures

(10)

Définition critères

(C1 à C8)

Analyse multicritère

Solution de base Analyse robustesse

Evaluation variantes et

ICV (C1, C2, C3)

Recommandations

structures


Variante

Type

Couche 1 AC MR8 25 mm AC MR8 25 mm AC MR8 25 mm AC MR8 25 mm AC MR8 25 mm

Couche 2 AC EME 22 C1 80 mm AC T 22S 80 mm AC B 11S 40 mm AC B 16S 80 mm AC T 22S tiède 80 mm

Couche 3 AC EME 22 C2 80 mm AC F 32 100 mm AC T 22S 80 mm KMF32, froid 130 mm AC F 32 tiède 100 mm

Couche 4 GNT 0/45 conc. 280 mm GNT 0/45 conc. 500 mm AC F 32 90 mm GNT 0/45 conc. 420 mm GNT 0/45 conc. 500 mm

Couche 5 GNT 0/45 conc. 360 mm

Variante

Type

Couche 1 AC MR8 25 mm AC MR8 25 mm AC MR8 25 mm AC MR8 25 mm AC MR8 25 mm

Couche 2 AC T 22S 80 mm AC T 22S-40%RAP 80 mm AC B 16S 60 mm AC B 16S 50 mm AC B 16S 60 mm

Couche 3 AC T 22S 80 mm AC T 22S-40%RAP 80 mm Béton 240 mm Béton 220 mm Béton 220 mm

Couche 4 GNT 0/45 conc. 200 mm GNT 0/45 conc. 200 mm GNT 0/45 conc. 350 mm Stabilisation lh 220 mm AC T 22S 80 mm

Couche 5 Stabilisation ci. 180 mm Stabilisation ci. 180 mm GNT 0/45 conc. 250 mm

T6-1

T2-1

T12-1

a7 a8 a9 a10

T6-1R T11-1 T14-2

a1 a4a3 a5

a6

a2

T1-3 T2-4bisT2-3 T2-5

RC177: Dimensionnement

Choix des variantes (ai) pour analyse multicritère

But: Différencier les différentes influences


RC177: Analyse multicritère

Critères retenus



C1 (énergie), C2 (gaz à effet de serre), C3 (coût énergé.)

Liant Filler Sable Granulats Additifs RAP Surface par tonne d'enrobé [m2/t] 16.67

0.055 0.057 0.142 0.747 0.000 0.000 1.000

Enrobé AC MR8 Energie Emissions Coûts

Epaiss. [cm] 2.5 Unité Valeur Unité Valeur Unité Valeur MJ/tenr kgCO2/tenr CHF/tenr

Granulats 1A,B MJ/t 50.21 kg/t 4.24 CHF/t 1.950 37.49 3.17 1.456

Sable 1A,B MJ/t 27.00 kg/t 2.54 CHF/t 1.283 3.83 0.36 0.182

Filler 1A,B MJ/kg 0.24 g/kg 8.32 CHF/kg 0.013 13.61 0.47 0.737

G, S, F 1C MJ/t - kg/t - CHF/t - 0.00 0.00 0.000

G, S, F 1D MJ/t·km 0.48 g/t·km 34.03 CHF/t·km 0.010 45.37 3.22 0.945

2A MJ/kg 1.62 g/kg 110.64 CHF/kg 0.039 88.59 6.07 2.138

2B MJ/kg 0.41 g/kg 30.41 CHF/kg 0.009 22.26 1.67 0.493

2C MJ/kg 0.64 g/kg 45.68 CHF/kg 0.013 34.98 2.50 0.713

2D MJ/t·km 0.46 g/t·km 33.02 CHF/t·km 0.009 7.57 0.54 0.148

3A, B, C MJ/kg 0.00 g/kg 0.00 CHF/kg 0.000 0.00 0.00 0.000

3D MJ/t·km 0.46 g/t·km 33.02 CHF/t·km 0.009 0.00 0.00 0.000

RAP 4 MJ/t 40.97 kg/t 3.03 CHF/t 1.651 0.00 0.00 0.000

Centrale 5 MJ/t 385.00 kg/t 31.88 CHF/t 9.375 385.00 31.88 9.375

Transport 6 MJ/t·km 0.48 g/t·km 34.03 CHF/t·km 0.010 19.20 1.36 0.400

Pose 7 MJ/m2 0.11 kg/m2 0.01 CHF/m2 0.004 1.83 0.17 0.067

Compactage 8 MJ/m2 0.39 kg/m2 0.03 CHF/m2 0.008 6.50 0.50 0.133

666.22 51.90 16.79

Dynapac F121, Stripple

Dynapac CC122, Stripple

Pas de RAP dans ce cas

Mesures centrale Weibel

tonne par tonne d'enrobé

AC MR8

Bitume

Energie Emissions CO2 Coûts énergé.

Additifs

Mesures FAMSA

Stripple, IVL

Camion l. d., IVL 2000

Eurobitume 2012

Eurobitume 2012

Eurobitume 2012

Camion l. d., IVL 2000

Pas d'additif

Hypothèse de base

Camion 20-28t, Ecoinvent

Source des données

Stripple, IVL

Camion 20-28t, Ecoinvent

Energie Emissions Coûts Energie Emissions Coûts

MJ/t kg CO2/t CHF/t MJ/mlin kg CO2/mlin CHF/mlin

Couche 1 AC MR8 2.5 0.48 666.22 51.90 16.787 319.79 24.91 8.058

Couche 2 AC EME 22 C1 8.0 1.536 627.45 49.30 15.780 963.76 75.73 24.238

Couche 3 AC EME 22 C2 8.0 1.536 646.20 50.44 16.332 992.56 77.48 25.086

Couche 4 GNT 0/45 conc. 28.0 3.696 82.69 6.54 2.652 305.64 24.17 9.802

2581.75 202.28 67.183

Tonnes par

m linéaireT1-3 Epaiss. [cm]Matériau



C4: Coût commercial

155

133

142

98

98

73

107

117

98

73

78

21.2

155

Coût [CHF/m3]

214

AC T 22S Enrobé à chaud

AC T 22S - 40% RAP Enrobé à chaud

Enrobé froid

Coût [CHF/t] Source

Weibel, 2012

Weibel, 2012

Weibel, 2012

Weibel, 2012

Hypothèse

Weibel, 2012

AC T 22S Enrobé tiède

AC F 32 Enrobé à chaud

AC B 11S Enrobé à chaud

AC B 16S Enrobé à chaud

Type Famille

AC MR8 Enrobé à chaud

AC EME 22 C1 Enrobé à chaud

AC EME 22 C2 Enrobé à chaud

Weibel, 2012

Weibel, 2012

Selon tel Weibel 03.10

Selon tel Weibel 03.10

Hypothèse

Holcim 2012, béton XD3Béton Béton de ciment

AC F 32 Enrobé tiède

KMF 32

Famsa, 2012-GNT 0/45 concassée

Stabilisation liant hydr. - Georoc Doroport (M. Wirth)

Coût

CHF/mlin

Couche 1 AC MR8 2.5 0.48 74.40

Couche 2 AC EME 22 C1 8.0 1.536 204.29

Couche 3 AC EME 22 C2 8.0 1.536 218.11

Couche 4 GNT 0/45 conc. 28.0 3.696 78.36

575.16

T1-3 Matériau Epaiss. [cm]Tonnes par

m linéaire



C5: Complexité du processus de fabrication

Note Code

6 A

4 C

1 F

6 A

4 C

1 F

6 A

2 E

Maîtrise teneur en eau 1 F

Echelle qualitative

Traditionnel

Modifications faibles

Modifications fortes

Aucun

en ligne (automatique)

Paramètre

Processus de fabrication

en centrale - C5.1

Mode d'insertion des

additifs - C5.2

Ajout/maîtrise de la

teneur en eau (enrobés

bitumineux) - C5.3

Insertion à la main

Non

Injection d'eau

Couche 1 AC MR8 6 A 6 A 6 A

Couche 2 AC EME 22 C1 6 A 6 A 6 A

Couche 3 AC EME 22 C2 6 A 6 A 6 A

Couche 4 GNT 0/45 conc.

Note finale variante 6.0 A 6.0 A 6.0 A

T1-3 Matériau Note Code

C5.2 C5.3

Note Code Note Code

C5.1



C6: Séquence de pose

Note Code

6 A

5 B

2 E

1 F

6 A

4 C

1 F

6 A

1 F

Utilisation couche de

fondation comme piste -

C6.2

Oui (max. 2 ans)

Oui (max. 1 an)

Non

Pose possible par 1/2

chaussées - C6.3

Oui

Non

Paramètre Echelle qualitative

Délai avant remise sous

circulation après pose

couche roulement - C6.1

< 1 jour

1 à 2 jours

≥ 5 jours

3 à 5 jours

Couche 1 AC MR8

Couche 2 AC EME 22 C1

Couche 3 AC EME 22 C2


5 B 1 F 6 A

Note Code Note Code Note CodeT1-3 Matériau

C6.2 C6.3C6.1



C7: Maintenance de la chaussée Code CHF/m2

CHF/mlin

ES 17.5 140

BB 4cm 35 280

BB 8cm 75 600

CF 6.5 52

RBI 190 1520

NCBI 315 2520

J 8.5 68

ES 22 176

L 77.5 620

RE 44 352

RBE 142.5 1140

NCBE 405.5 3244

SN 640 907 (projet norme)




Source



Maintenance chaussées souples

Enduit superficiel

Pose béton bitumineux 4 cm

Pose béton bitumineux 8 cm

Réfection des joints longitudinaux et transversaux

Maintenance chaussées rigides

Nouvelle construction, remplacement



Scellement ou pontage de fissures/traitement surf.

Enduit superficiel

Entretien lourd (remplacement dalle)

Remise en état couche surface



Renouvellement

Renouvellement (3ème génération)

Nouvelle construction, remplacement SN 640 907 (projet norme)


Scénario type d'entretien pour les chaussées rigides (dalles courtes à joints, non goujonnées) - Selon guide SETRA

Année 5 10 15 16 20 23 25 30

Entretien J J J ES J ES J L TOTAL

CHF/mlin 68 68 68 176 68 176 68 620 1312.00

Scénario type d'entretien pour les chaussées souples/inverse - Selon guide SETRA

Année

Entretien 20% ES 40% BB 4 cm 40% BB 8cm 20% ES 40% BB 4 cm 40% BB 8cm 20% ES 40% BB 4 cm 40% BB 8cm 12% ES 25% BB 4 cm 25% BB 8cm TOTAL

CHF/mlin 28 112 240 28 112 240 28 112 240 17 70 150 1376.80

Scénario type d'entretien pour les structures mixtes/semi-rigides - Selon guide SETRA

Année 5

Entretien 20% CF 20% ES 40% BB 4 cm 40% BB 8 cm 20% ES 40% BB 4 cm 40% BB 8 cm 20% ES 40% BB 4 cm 40% BB 8 cm 12% ES 25% BB 4 cm 25% BB 8 cm TOTAL

CHF/mlin 10 28 112 240 28 112 240 28 112 240 17 70 150 1387.20

309 2517

9 17 25 30



C8: Potentiel de recyclabilité Note Code

6 A

3 D

1 F

0 G

6 A

4 C

2 E

0 G

6 A

2 E

0 G

Paramètre Echelle qualitative

Additifs utilisés - C8.1

Aucun additifs

1 additif "vert"

1 additif chimique

Plus de 1 add. Chimique

Faible

Modéré

Traditionnel

Cycles de retraitement

subis - C8.3

Aucun

Plus de 1 cycle

Fort

Vieillissement du liant à

la fabrication - C8.2

1 cycle

Couche 1 AC MR8 6 A 2 E 6 A

Couche 2 AC EME 22 C1 6 A 2 E 6 A

Couche 3 AC EME 22 C2 6 A 2 E 6 A


Note finale variante 6.0 A 2.0 A 6.0 A

CodeT1-3 Matériau Note Code Note Code Note

C8.1 C8.2 C8.3



Pondération



Niveau 1: Analyse Pareto

Ex. C1 (consommation énergie)

Analyse au niveau des matériaux




Critères qualitatifs

Comparaison des variantes ai

Béton RAP Tiède Froid EME




Béton RAP



Niveau 3: Agrégation partielle

AC MR8 25 mm AC MR8 25 mm

AC T 22S-40%RAP 80 mm AC T 22S 80 mm


GNT 0/45 conc. 200 mm GNT 0/45 conc. 200 mm

Stabilisation ci. 180 mm Stabilisation ci. 180 mm


AC T 22S tiède 80 mm AC T 22S 80 mm

AC F 32 tiède 100 mm AC F 32 100 mm


T6-1R

a7

Inverse

Souple

Inverse

T2-5

T6-1

T2-1

a5

a6

a2

Souple

Béton RAP Tiède Froid EME 3 cou. 4 cou.
















T6-1R

a7

Inverse

Souple

Inverse

T2-5

T6-1

T2-1

a5

a6

a2

Souple










T6-1R

a7

Inverse

Souple

Inverse

T2-5

T6-1

T2-1

a5

a6

a2

Souple

Béton RAP Tiède Froid EME 3 cou. 4 cou.



Analyse de robustesse

La solution de base est considérée comme LA solution

Evaluation de la robustesse de la solution de base par

variation de facteurs (pondération)

Bonne

stabilité de la

solution de

base


Conclusions

Analyse globalement consistante, robustesse de la solution de

base.

Impact prépondérant des couches bitumineuses (resp. béton)

par rapport aux couches profondes (stabilisation, grave).

Impact important de la méthode de prise en compte du RAP.

Variantes avec RAP et enrobé tiède sont les plus

performantes.

2ème position: Variantes avec RAP ou enrobé tiède

Ajout matériaux recyclés et enrobés tièdes globalement à

privilégier, en particulier pour les couches de base et de

liaison.

Variantes avec béton pas privilégiées, de même que le

recours à une stabilisation en place.

Méthodologie flexible et cohérente.


Merci pour votre attention

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