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Infrastructures de transport

La loi dite Grenelle 2 a placé la question des transports comme un chantier majeur des années à venir en matière de politique d’aménagement et de développement des territoires. L’axe  « Infrastructures de transport » vise à apporter des solutions quant à l’évolution des infrastructures, existantes et à venir, des comportements, en tenant compte des enjeux environnementaux (réduction des nuisances, réduction des GES, …) et sociétaux (mobilité des biens et des personnes, sécurité, …). Enjeu majeur, le développement des transports terrestres collectifs, urbains et périurbains, en site propre (TCSP) et ferroviaires à grande vitesse constitue la ligne directrice de l’axe D.

Les enjeux qui existent aujourd’hui sur les questions du ferroviaire et des transports guidés sont nombreux :

  • économie des ressources naturelles non renouvelables et notamment du ballast ;
  • optimisation du cycle de vie des infrastructures existantes et futures (lignes LGV, voies tramways) : par l’augmentation de la durabilité des infrastructures et leur recyclabilité ;
  • meilleure intégration et diminution des impacts des transports guidés en milieu urbain, notamment des vibrations et nuisances sonores.

L’axe infrastructures de transport comprend 3 thématiques : -

  • la thématique sur les plateformes ferroviaires ;
  • la thématique sur le transport en milieu urbain ;
  • la thématique sur le transport routier.

 

Thématique: Plateformes ferroviaires 

La thématique abordera 1 - la question de la pérennité des performances des voies ballastées et 2 – la question des solutions alternatives innovantes pour les structures ferroviaires.

Pérennité des performances des voies ballastées

L’exploitation des voies ballastées pour trains à grande vitesse montre l’apparition de désordres géométriques de la couche de ballast qui évoluent rapidement avec le trafic et génèrent des coûts de maintenance directs et indirects importants (source : RFF). Ces désordres sont expliqués principalement par l’effet des forces d’inertie dans le ballast. L’objectif est ici de pouvoir quantifier, en associant les approches théoriques, expérimentales et numériques, la dégradation des structures ballastées sous les effets des efforts statiques et dynamiques. La complémentarité des équipes de l’IFSTTAR et du GeM, aussi bien au niveau des outils de modélisation (thèse co-encadrée par le GeM et l’IFSTTAR doit débuter en 2011) qu’au niveau des équipements expérimentaux (dalle d’essai, cellules triaxiales, instrumentation in-situ), permettra d’aborder cette question de manière globale, depuis la caractérisation du granulat jusqu’au comportement de la structure. L’implication des industriels (la collaboration avec la SNCF et RFF est effective) dans cette thématique doit aussi déboucher sur la proposition de dispositions constructives afin de réduire les désordres encourus sur le réseau LGV et d’optimiser les programmes de maintenance et de réparation.

Solutions alternatives innovantes pour les structures ferroviaires

L’optimisation de la structure sous-jacente au ballast est un défi majeur, aussi bien du point de vue technique qu’économique. La technique des traitements de sols, au ciment ou à la chaux, reste d’application exceptionnelle dans le domaine ferroviaire, alors qu’elle est d’un usage courant dans le domaine routier et étudiée depuis plus de 20 ans à l’IFSTTAR. Elle permet d’une part d’optimiser le dimensionnement des structures et d’autre part d’autoriser le réemploi des matériaux naturels du site, minimisant l’impact environnemental et réduisant le coût économique des ouvrages. Cependant, certaines précautions sont à prendre avant de transposer cette technique aux ouvrages ferroviaires qui présentent quelques spécificités : durée de vie de l’ouvrage ferroviaire, possibilités d’intervention (entretien courant, …), sollicitations dues au trafic d’une LGV. Des questionnements sur la durabilité des traitements (stabilité chimique, résistance à l’érosion, …) et sur la fatigue mécanique des sols traités seront traités en priorité sur ce sujet.

Une seconde piste de réflexion vient en rupture des méthodes traditionnelles de conception des structures ferroviaires. Il s’agit ici d’évaluer des structures ferroviaires innovantes par l’expérimentation sur « maquette » (dalle d’essai) pour tester les performances de matériaux (bétons, enrobés) autres que des sols en couches d’assise de la voie ferrée. Il s’agit également d’évaluer dans quelle mesure les méthodes de dimensionnement routier peuvent être transférées au domaine ferroviaire et ainsi permettre leur optimisation.

 

Thématique: Transports en milieu urbain

Dans le domaine des aménagements urbains, la multiplication et la densification des systèmes de transport en commun de surface est l’un des faits remarquables de ces vingt dernières années. Durant  cette période, on a vu à la fois se moderniser le concept du tramway standard sur rails avec un abandon progressif de la voie ballast au profit de la structure « tout béton ». On dispose aujourd’hui d’un retour d’expérience de plus d’une vingtaine d’années sur le comportement dans le temps de ce type d’infrastructures. Celui-ci montre des dysfonctionnements relativement fréquents des revêtements des voies tramway, en site propre comme en site partagé et en carrefour : dégradations anormales de ces revêtements (pavés, enrobés, béton, dallages, éléments modulaires…), vieillissements inattendus des interfaces et des joints entre la voirie classique et la voie pour tramway. 

En revanche, quand il s’agit du comportement structurel des voies, les cas de pathologie sont exceptionnels. Ainsi, les structures «tout béton» telles que celle des tramways de Nantes ou du Mans, sont parfois considérées comme surdimensionnées. Des alternatives à cette structure massive ont été envisagées et parfois expérimentées (structures de voie béton sur enrobés ou béton sur béton compacté au rouleau par exemple). Ces variantes sont prometteuses car elles conduisent à des épaisseurs moindres des structures de voies, se traduisant par des allègements des travaux et des volumes de matériaux utilisés. Les données actuelles sont cependant insuffisantes pour permettre une validation de ces nouvelles structures et leur utilisation opérationnelle.

La répétitivité des pathologies rencontrées sur les revêtements des voiries pour systèmes urbains sur rails a d’ores et déjà motivé diverses études et actions de recherches, qui ont permis de procéder à l’analyse des désordres rencontrés sur les plateformes pour tramway, d’en rechercher les causes, de dégager des règles de bonne pratique et de mettre l’accent sur les conceptions inadaptées.

La thématique « transport en milieu urbain » vise à poursuivre ces recherches en intégrant les récents développements menés par les multiples acteurs impliqués, de réaliser des expérimentations en vraie grandeur pour valider les propositions de structures alternatives pour, entre autre chose, caler des modèles numériques de structure et de loi de fatigue de matériau.

 

Thématique: Transport routier

L’infrastructure, après le conducteur et le véhicule, constitue le troisième élément du « système » de sécurité. A cet égard, tout au long de ces dernières années, «Faire contribuer l’infrastructure à la sécurité routière» s’est naturellement imposé comme une priorité nationale. Une étude de l’INRETS  portant sur 700 km de routes nationales et s’appuyant sur l’analyse de 1350 procès-verbaux d’accidents corporels a permis d’identifier les principaux facteurs « route » contribuant à la genèse des accidents. Parmi ces facteurs accidentogènes, le manque d’adhérence a été ainsi identifié comme étant principal.

Cependant, sur chaussées sèches, le niveau d’adhérence est généralement suffisant et les accidents y survenant sont généralement liés au tracé de la route et/ou à une mauvaise visibilité. Alors que sur chaussée mouillée, l’adhérence peut décroitre à des niveaux très faible jusqu’à ne plus combler les besoins de sécurité de ses utilisateurs en cas d’urgence (courte distance d’arrêt,   suivi de virage serré…). D’autre part, l’adhérence des chaussées évolue toujours avec le temps. Cette évolution est due à ensemble de facteurs tels que l’effet du trafic par son action de polissage des granulats à la surface de la chaussée, le vieillissement du liant qui aura tendance à se durcir et ainsi gêner son décapage, les variations saisonnières par l’effet des changements de température et de la nature des débris sur les surfaces de chaussée. Ce sous-thème se subdivisera en deux parties :

  • Adhérence des chaussées en condition mouillée : cet axe vise à déterminer les mécanismes à l’origine de l’adhérence et à comprendre comment ces mécanismes sont influencés par la présence d’eau. Le but final étant d’identifier les paramètres propres à la chaussée ayant une réelle influence sur le niveau de frottement pneu/chaussée afin de les optimiser.
  • Evolution de l'adhérence : cet axe vise à comprendre comment les paramètres tels que le trafic, les variations saisonnières, etc. influent sur l’évolution de l’adhérence. Ceci permettra d’optimiser les paramètres intrinsèques à la chaussée pour le maintien d’un niveau suffisant d’adhérence pendant toute la durée de vie de la route.