For a sustainable road maintenance: a holistic decision-making support taking into account pavement-vehicle interactions – illustration by a highway case study - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2018

For a sustainable road maintenance: a holistic decision-making support taking into account pavement-vehicle interactions – illustration by a highway case study

Pour un entretien routier durable : prise en compte des conséquences de l'interaction chaussée-véhicule dans l'aide à la décision des politiques de resurfaçage - illustration par un cas autoroutier français

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Abstract

As the principal conveyor of transportation, roads are a determinant of population well-being. Nevertheless, the budgets for the maintenance of public infrastructure keep on shrinking in most countries, along with the overall quality of road pavements. Literature has shown that a substantial surface deterioration leads to road vehicle overconsumption – in fuel, tires and suspension spare parts – with financial, macroeconomic, social and environmental impacts. Thus, considering road pavement-vehicle interactions is crucial to maintain roads in a ustainable way: we developed such a method to compare pavement resurfacing programs on a sustainable point of view for French intercity roads. First, an analytical then systemic approach led to an inventory of the stakeholders of road maintenance, and to develop indicators to quantify the impacts of different pavement overlay strategies on these stakeholders. The eleven indicators chosen to assess the sustainability of road maintenance are: the discounted expenses for the road manager; the discounted expenses and the time spent for the users; the road noise and health damages to local communities; the damages to non-renewable resources and to biodiversity for the environment; the national production and employment, the tax collection and the overall cost for the Nation. This assessment model is integrated, on the life-cycle. The calculation of indicators combines well-known methods used in other sectors and adapted to the studied subject: environmental life-cycle and life-cycle cost assessments, input-output analysis, financial and socioeconomic appraisals. We completed these methods with new data and statistical models about road maintenance techniques, environment, acoustics and economy. We sent a questionnaire to the managers of the different kinds of intercity roads in France to refine our models. Based on these answers with good representativeness, we built environmental Life Cycle Inventories and prices of road overlay techniques for the French market. We then applied this method to a ten-kilometer-long highway section in France to compare 5 scenarios of resurfacing, and highlighted few lessons learnt from this case study for sustainable highway maintenance programs. We first presented the studied road section – its characteristics, the current maintenance strategy of the manager – then explained the parametrization and scenario development to use the method, before analyzing and interpreting the results. The baseline scenario consisted in overlaying the road with 2.5 cm of hot mix asphalt every T=13 years period of time. Based on it, we quantified gains for the different stakeholders to change this period according to the following alternative scenarios: “Minimal Investment”: T=19.5 years; «50% Increased Investment »: T=9.8 years; « Ambitious Practices »: T=7.8 years; « Maximal investment »: T=5.7 years. An increased investment would lead to gains in terms of production, employment, environment (health, biodiversity, non-renewable resource consumption) and user expenses. Optima of public health return and user savings on maintenance investment have been spotted around +50% of investment compared to current practices: gains reach up to 700€ for local communities’ health and 4€ for users for each extra euro spent in road resurfacing program. On the contrary, rising the road maintenance investment entails losses in terms of tax incomes for the Nation, road manager expenses and time spent by users. Sensitivity analyses have also been conducted over three parameters: the traffic level, the resurfacing techniques and the speed of road surface deterioration. These analyses show that the more important traffic and speed of deterioration are, the higher environmental gains and users savings are. Moreover, environmental gains do not depend on road pavement materials: almost 100% of the environmental gains or losses come from the fuel consumption dependence on road surface condition.
Le transport routier est un déterminant de notre bien-être: nous y dépensons 4 ans de nos vies, 10% de nos revenus, et un tiers de nos émissions de GES. Entretenir de manière optimale le réseau d’infrastructures qui le supporte selon des objectifs de durabilité avec des budgets toujours plus contraints nécessite un outil d’aide à la décision adapté. Les outils de gestion patrimoniale routière sont focalisés sur les contraintes techniques et financières. Les méthodes préconisées par le Ministère (ESE, EIE) évaluent partiellement les performances sociales et environnementales de projets de construction. De plus, le ralentissement de l’entretien des routes des 20 dernières années s’est accompagné d’une déformation des chaussées, provoquant une augmentation des consommations des véhicules (carburant, pneumatiques et pièces de suspension). Dès lors, le véritable enjeu dans l’arbitrage de stratégies durables d’entretien des routes est d’expliciter comparativement la distribution au sein des parties prenantes des coûts et avantages des différents programmes d’entretien, en tenant compte des interactions chausséevéhicule qui génèrent potentiellement des transferts d’impacts importants (hypothèse). Nous avons développé une méthode répondant à ces enjeux, basée sur une approche analytique puis systémique de l’entretien des routes, dans un souci d’équité de représentation des parties prenantes et d’exhaustivité des impacts majeurs de l’entretien. Le modèle développé permet l’évaluation quantitative, multicritère et sur cycle de vie, des stratégies de resurfaçage des routes interurbaines françaises. Adossé à une représentation physique de l’entretien du tronçon routier, il combine ensuite des méthodes d’évaluation éprouvées dans d’autres secteurs et ajustées ici à l’objet étudié : analyse environnementale et économique du cycle de vie, analyse Input-Output, évaluations financières et socioéconomiques. Sa batterie d’indicateurs inclut toutes les parties prenantes de l’entretien: usagers, riverains, gestionnaire, environnement, et société. Il utilise des données et modèles nouveaux en techniques routières, environnement, acoustique et économie, construits dans le cadre de la thèse. Une enquête que nous avons réalisée auprès des gestionnaires routiers français nourrit le propos et la modélisation du point de vue qualitatif et quantitatif sur les pratiques française d’entretien des routes. Un apport particulier est également fourni en nouvelles données d’Inventaires de Cycle de Vie pour l’entretien des routes (resurfaçage et consommations véhiculaires) et en coûts des techniques routières. Le modèle est appliqué à un tronçon autoroutier français de 10 km. Comparé à la stratégie d’entretien actuelle de cette autoroute, un entretien accru mènerait à des gains pour l’emploi et la production nationale, l’environnement (santé, biodiversité, ressources), et l’usager (dépenses). Des optimums d’entretien - sanitaire et financier - apparaissent autour de +50% d’investissement par rapport aux pratiques actuelles : les gains atteignent alors 4€ pour les usagers et plus de 700€ en vie humaine (riverains sur la supply chain complète) pour chaque euro supplémentaire dépensé en resurfaçage. En revanche, le bilan des dépenses du gestionnaire, des recettes pour l’État, et du temps passé par l’usager est amélioré par une baisse de l’entretien. Nous proposons des pistes de réflexion pour aligner les différents intérêts du modèle économique de l’entretien autoroutier en France. Des analyses de sensibilité sur le trafic, la vitesse de dégradation de surface routière et le type de technique d’entretien permettent de vérifier la robustesse des conclusions. De plus, elles montrent que, sur autoroute, la performance environnementale des politiques d’entretien ne dépend pas de celle des matériaux routiers utilisés. Enfin, notre hypothèse est confirmée : l’interaction chaussée-véhicule est dimensionnante de la performance de l’entretien autoroutier. La validation expérimentale de certains sous-modèles reste préconisée. De plus, des analyses complémentaires devront être menées avec notre modèle sur d’autres types de routes afin de se prononcer sur l’entretien des réseaux à moindre trafic.
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tel-02162111 , version 1 (21-06-2019)
tel-02162111 , version 2 (13-12-2019)

Identifiers

  • HAL Id : tel-02162111 , version 2

Cite

Anne de Bortoli. Pour un entretien routier durable : prise en compte des conséquences de l'interaction chaussée-véhicule dans l'aide à la décision des politiques de resurfaçage - illustration par un cas autoroutier français. Eco-conception. Université Paris Est, 2018. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02162111v2⟩
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