Aperçu
La construction, l'entretien et la réhabilitation du réseau routier mondial, selon les pratiques actuelles, entraîneront d'importantes émissions de gaz à effet de serre (GES).
Dans cet article, nous démontrerons le potentiel de réduction significative des émissions de GES de l'industrie de la construction routière en optant pour la stabilisation in situ / le recyclage à froid à l'aide de liants à faible teneur en carbone et d'un adjuvant nanopolymère Renolith 2.0.
Problème
La construction de routes a une empreinte carbone importante.
Les routes jouent un rôle essentiel dans la circulation des biens et des personnes, mais leur production nécessite d'importantes quantités de matériaux émetteurs de gaz à effet de serre. Nous estimons le stock de matériaux routiers à 254 Gt. Si nous devions reconstruire ces routes, la production de matières premières émettrait 8,4 Gt de CO₂.2-eq.
Stocks de matériaux et émissions de gaz à effet de serre incorporées des chaussées routières mondiales et urbaines, Sciences et technologies environnementales 2022 56 (24), 18050-18059, DOI : 10.1021/acs.est.2c05255
Le réseau routier se développe
…On prévoit que le monde aura besoin d’ajouter près de 25 millions de voies routières pavées.‐kilomètres (km) et 335 000 kilomètres de voies ferrées (voie‐km), soit une augmentation de 601 TP3T par rapport à la longueur combinée du réseau routier et ferroviaire de 2010 d'ici 2050. De plus, on prévoit que 45 000 kilomètres carrés (km²) et 77 000 km² de nouvelles places de stationnement seront ajoutés pour accueillir la croissance du parc de véhicules particuliers.
Dulac, J., 2013. exigences mondiales en matière d'infrastructures de transport terrestre. Paris : Agence internationale de l'énergie, 20, p. 2014.
Les routes nécessitent un entretien et une rénovation.
Les pays asiatiques ont tendance à privilégier une durée de vie courte (environ 10 ans) pour la construction, en raison des incertitudes liées aux prévisions de trafic à long terme. Cependant, les économies initiales réalisées grâce à cette stratégie sont souvent annulées par les coûts à moyen terme et sur l'ensemble du cycle de vie, nécessaires à l'entretien et à la réhabilitation, ce qui peut entraîner une augmentation des émissions de gaz à effet de serre (GES). Bien que la surcharge des véhicules soit un problème majeur en Asie, elle est rarement prise en compte lors de la conception des infrastructures. Il en résulte fréquemment une usure prématurée des chaussées. Les véhicules en surcharge ont un impact négatif et significatif sur les émissions de GES, non seulement parce qu'ils réduisent la durée de vie des routes, mais aussi en raison de l'augmentation des coûts d'entretien, des coûts d'exploitation des véhicules et de la sécurité routière qui en découle.
Transports – Atténuation des émissions de gaz à effet de serre dans la construction et la réhabilitation des routes : une boîte à outils pour les pays en développement (anglais). Washington, DC : Groupe de la Banque mondiale. p. 2012. (Ci-après : boîte à outils pour l'atténuation des émissions de GES)
Modèle
L’analyse du cycle de vie (ACV) est une méthodologie permettant de détailler les flux de ressources et leurs impacts environnementaux. L’ACV est souvent utilisée pour évaluer l’impact climatique global d’un produit ou d’un service, comme une infrastructure de transport, de sa conception à sa fin de vie. Divers logiciels d’ACV permettent d’estimer les émissions de GES liées aux projets routiers. L’ACV nécessite des données spécifiques à chaque projet pour fournir des résultats pertinents, mais en général, afin de minimiser les émissions totales de GES liées à la construction de routes, nous cherchons à :
- Réduire au minimum les émissions liées à la phase de construction routière, et
- Réduire au minimum la fréquence des réparations/rénovations routières (ou, à défaut, maximiser la durée de vie du revêtement).
Pour notre modèle, nous utiliserons une méthode simple pour estimer les émissions de GES d'un revêtement granulaire non lié par rapport à un revêtement lié incorporant un mélange de Renolith.
Phase de construction
Approche simplifiée
Une approche simplifiée pour estimer les émissions de GES pendant la construction est utilisée, basée sur le modèle et les données de boîte à outils pour l'atténuation des émissions de GES. Seules les émissions liées aux matériaux et au transport sont prises en compte.
Pour les autoroutes et les routes nationales, les émissions de GES liées à la fabrication et à l'extraction des matériaux de construction constituent la principale source d'émissions, à hauteur d'environ 90 % des émissions totales ; elles sont moins importantes pour les routes provinciales et rurales, à hauteur d'environ 80 %.
Le transport des matériaux représente environ 30 % des émissions de GES d'un projet routier. De ce montant, environ 50 % sont liés au transport local (moins de 25 km).
L’extraction et le transport des matériaux sont donc les principales activités à prendre en compte pour améliorer significativement l’impact des émissions de GES d’un projet de construction routière.
Revêtement granulaire non lié
La construction d'un kilomètre d'autoroute à deux voies nécessite environ 14 000 tonnes (ou 400 chargements de camion) de granulats de construction.
Une route bitumée typique à deux voies avec une base en granulats peut nécessiter jusqu'à 25 000 tonnes de matériaux par kilomètre.
SBEnrc, “Réduire l'impact environnemental de la construction routière,Centre national de recherche sur l'environnement bâti durable (SBEnrc), Perth, Australie-Occidentale, 2013
Pour notre modèle, nous retiendrons un besoin de 7 000 tonnes de granulats par kilomètre de voie (hors couche d’asphalte) et une intensité d’émissions de 8 kg éq. CO₂/tonne. Le transport des granulats représentera 30 % des émissions totales de GES.
Revêtement lié au ciment et au Renolith
Dans le Projet de réhabilitation de l'autoroute du Brenner, Le liant cimentaire a été appliqué à raison de 25 kg/m² (88 tonnes par km de voie), soit environ 41 tonnes 3 tonnes de chaussée à 30 cm d'épaisseur. Le projet a utilisé du ciment CEM 32,5, similaire au ciment GP selon la norme AS 3972, avec une intensité d'émissions estimée à 670 kg CO₂e/tonne. Le transport a été supposé s'effectuer par poids lourds (diesel), avec une intensité d'émissions de 1,58 kg CO₂e/véhicule-km.
Revêtement lié avec liant cimentaire et Renolith
Le ciment possède une énergie grise et une empreinte carbone élevées. Par conséquent, le remplacement du ciment par des liants à plus faible empreinte carbone suscite un vif intérêt. Austroads AGPR4L-09, Guide des technologies de chaussées, partie 4L : Liants stabilisants, Le tableau 5.2 (Ed1.1) présente la gamme typique de mélanges de liants cimentaires pouzzolaniques commerciaux disponibles pour la construction de chaussées en Australie. Ces mélanges contiennent des matériaux cimentaires supplémentaires (MCS) recyclés (laitier et/ou cendres volantes), ce qui réduit d'autant l'intensité des émissions. Renolith est compatible avec tous les mélanges répertoriés dans Austroads AGPR4L-09. Par conséquent, une troisième approche de conception est envisagée. Elle reprend les mêmes paramètres que l'étude de cas Brenner, mais utilise un liant à plus faibles émissions à la place du ciment. Ce mélange de liant est supposé avoir une intensité d'émissions de 335 kg eq CO₂ eq/tonne, soit la moitié de celle du ciment Portland ordinaire (CPO). Il est à noter qu'Austroads AGPR4L-09 répertorie des dizaines de mélanges dont la teneur en MCS recyclés varie de 101 à 801 kg TP3T. En général, plus la teneur en MCS recyclés est élevée, plus les émissions du mélange sont faibles. Cependant, les performances des mélanges à très haute teneur en SCM peuvent différer de celles des mélanges à faible et moyenne teneur.
Comparaison
Le graphique ci-dessous présente les émissions estimées liées aux matériaux et au transport pour la construction des trois conceptions. Une réduction significative des émissions de GES est obtenue grâce à l'utilisation d'un liant ciment/SCM de moyenne gamme associé à Renolith. Potentiellement (sous réserve d'essais), les émissions pourraient être encore réduites grâce à l'utilisation d'un liant cimentaire à très faibles émissions, tel qu'un ciment à haute teneur en mélange et à faible teneur en clinker.
Considérations relatives à l'ensemble de la vie
Les considérations (en italique) du tableau ci-dessous sont tirées de boîte à outils pour l'atténuation des émissions de GES Les avantages associés à un revêtement Renolith sont énumérés.
Le recyclage à froid avec un liant cimentaire et du Renolith permet d'obtenir une couche de chaussée rigide et liée à un coût bien inférieur à celui des méthodes de construction granulaires non liées classiques. Cette meilleure rentabilité permet de réduire la pression exercée sur les projets pour qu'ils soient conçus pour une durée de vie courte.
La résistance à la fatigue des couches liées par ciment est très sensible à l'épaisseur de la couche et à sa rigidité. À titre indicatif, une réduction de 10% de l'épaisseur ou de la rigidité d'une couche liée par ciment pourrait entraîner une réduction d'environ 90% de sa durée de vie en fatigue.
AustStab TN05, “Note technique AustStab n° 5, Pratiques de stabilisation du ciment,” AustStab, Sydney, 2012. ».
Considérons l'inverse de cette heuristique : une augmentation de 11% de l'épaisseur, pour un coût de construction supplémentaire inférieur à 11%, peut donner une augmentation massive de 900% de la durée de vie en fatigue.
Les avantages des revêtements Renolith en matière d'émissions sur l'ensemble de leur cycle de vie sont manifestement substantiels, mais difficiles à quantifier. Étude de cas de l'autoroute du Brenner Cela suggère qu'une longue durée de vie des chaussées peut être atteinte malgré des conditions environnementales difficiles (afflux d'eau latéral, gel) et un trafic important (plus de 2 000 000 de poids lourds par an). En revanche, les inondations de 2022 en Australie ont mis en évidence la vulnérabilité des chaussées conventionnelles aux dégâts des eaux, causant des dommages estimés à 1 400 000 380 000 de dollars. Face à l'augmentation du rythme et de l'intensité des phénomènes météorologiques extrêmes, les routes endommagées par l'eau nécessiteront des réparations et une reconstruction, entraînant des émissions de gaz à effet de serre. Ce problème récurrent pourrait être considérablement atténué avec Renolith, puisque le composite lié est essentiellement imperméable.
Conclusion
Il est possible de réduire considérablement les émissions de GES du secteur de la construction routière en optant pour la stabilisation in situ / le recyclage à froid à l'aide de liants à faible teneur en carbone et Mélange de nanopolymères Renolith 2.0 comme principale méthode de construction de chaussées. Ce potentiel repose sur des avantages économiques intéressants, une faible empreinte carbone lors de la construction, ainsi qu'une durée de vie et une durabilité élevées.
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