Chaussées des pays d'Afrique francophone subsaharienne

Document méthodologique pour l'établissement d'un catalogue national et d'un guide de dimensionnement

Jean-François CortéAnimateur du groupe d’étude PIARC/Agepar, soutenu par Routes de France - Congrès PPRS Nice 2018 Président du Comité de programme

Un groupe d’étude mixte PIARC/ Agepar a produit un document méthodologique destiné aux administrations routières des pays d’Afrique subsaharienne francophone qui envisagent de se doter d’un catalogue de structures de chaussées neuves et d’un guide de dimensionnement des chaussées. Cet article en présente les objectifs et le contenu.

Le Guide pratique de dimensionnement des chaussées pour les pays tropicaux¹, produit par le CEBTP (Centre d'expertise du BTP) il y a une quarantaine d’années, reste un document auquel il est fait référence dans les pays d’Afrique francophone, faute de référentiel technique national.

L’adoption par le Sénégal d’un Catalogue des structures de chaussées neuves et d’un Guide de dimensionnement des chaussées², au terme d’un projet sous maîtrise d’ouvrage d’Ageroute Sénégal, conduit par le groupement Egis-Ifsttar-Sénélabo, a éveillé l’attention des pays de l’Afrique de l’Ouest sur l’intérêt de se doter en propre d’un référentiel technique adapté aux trafics actuels, tenant compte des spécificités climatiques et tirant le meilleur parti des ressources locales en matériaux.

Dans ce contexte, PIARC (l’Association mondiale de la Route), avec l’appui de Routes de France, et l’AGEPAR (l’Association des gestionnaires et partenaires africains de la route) ont constitué un groupe d’étude conjoint, chargé, dans un premier temps, d’une réflexion sur les besoins d’actualisation de l’édition 1984 du guide produit par le CEBTP. Ce travail, conduit en 2017-2018, a été conclu, à Cotonou, par un séminaire de présentation et discussion des propositions du groupe d’étude, suivi par la publication du rapport³ dans la collection des rapports techniques de PIARC.

Lors de ce séminaire, sur les suites à donner à ce travail, il est apparu clairement que la production d’un catalogue qui se voudrait applicable aux différents pays de la sous-région n’était pas un objectif partagé, car il ne permettrait pas de tenir compte des différences des politiques routières de chaque pays, ni des spécificités locales (climat, matériaux). En revanche, l’idée s’est dégagée de l’intérêt de disposer d’un document méthodologique qui pourrait aider les administrations routières à se doter d’un catalogue national et d’un guide de dimensionnement des structures de chaussées.

PIARC, toujours avec le soutien de Routes de France, et l’AGEPAR se sont donc accordés pour mettre sur pied un second groupe d’étude avec l’objectif de présenter le document méthodologique⁴ lors du XXVI^e Congrès mondial de la Route à Abu Dhabi, en octobre 2019.

Le présent article présente les conclusions de la première étape, puis les grandes lignes du document méthodologique et les recommandations principales formulées à l’intention des administrations routières. Le lecteur est invité à se reporter aux deux rapports disponibles sur le site internet de PIARC^3-4 pour plus de détails.

CONCLUSIONS DE L’EXAMEN DU GUIDE DE 1984

À l’examen de l’édition de 1984 du Guide pratique de dimensionnement des chaussées pour les pays tropicaux, il s’avère qu’une grande partie des préconisations de l’époque demandent à être actualisées.

Au cours des 45 dernières années, des évolutions majeures sont intervenues dans le domaine des chaussées, tout particulièrement en matière de :

• formulation des matériaux de chaussées hydrocarbonés et traités aux liants hydrauliques ;
• dimensionnement des couches de chaussées. Cette période, qui a aussi été celle du développement des infrastructures routières modernes en Europe, a permis la capitalisation de l’expérience de très nombreux grands chantiers qui ont conduit à la refonte complète du corpus technique : guides techniques et normalisation de l’ensemble des essais et matériaux de chaussée.

La raréfaction, dans certaines régions, des ressources en matériaux latéritiques traditionnellement employés en technique routière dans les pays d’Afrique subsaharienne, combinée à la croissance du trafic poids lourds, rend aussi nécessaire l’introduction de techniques nouvelles, qu’elles résultent de l’adaptation des approches traditionnelles ou de la transposition de techniques maîtrisées à l’étranger.

Au plan technique, par rapport au contenu du guide de 1984, il apparaît tout particulièrement nécessaire de s’attacher à faire évoluer les points suivants :

• l’approche d’identification et de caractérisation des sols supports et plates-formes support de chaussées ;
• l’adoption d’une approche performantielle pour la formulation des exigences concernant les matériaux de chaussées (matériaux bitumineux et matériaux traités aux liants hydrauliques).

DE L’INTÉRÊT D’UN CATALOGUE NATIONAL DES CHAUSSÉES NEUVES ET D’UN GUIDE DE DIMENSIONNEMENT

Afin de garder la maîtrise de leur politique technique routière, les administrations routières de chaque pays doivent se doter de leurs propres documents techniques et ceux-ci doivent répondre aux besoins actuels liés à l’évolution du trafic poids lourds, en tenant compte des spécificités climatiques et des ressources en matériaux.

À cet égard, un catalogue de structures types de chaussées neuves constitue un outil très utile :

• au maître d’ouvrage pour fixer sa stratégie et assurer une homogénéité des solutions retenues sur son réseau ;
• aux projeteurs routiers en allégeant les tâches de calcul afin de se concentrer sur les aspects plus importants d’étude géotechnique et de caractérisation des matériaux.

La production d’un catalogue des structures types de chaussées neuves doit être accompagnée de la réalisation d’un guide de dimensionnement afin, entre autres, d’expliciter toutes les hypothèses et la démarche qui ont servi à calculer les structures types retenues et d’assurer ainsi la transparence pour tous de la méthode de dimensionnement. L’élaboration d’un catalogue doit procéder d’une démarche structurée qui tire parti des connaissances acquises sur le comportement des chaussées existantes et sur les différents matériaux disponibles. Cette démarche devrait comporter les étapes suivantes, que le guide examine successivement :

• le choix du domaine d’application du catalogue ; 
• les inventaires préliminaires et bilans ;
• les données générales géotechniques et climatiques ;
• les choix du maître d’ouvrage ;
• les facteurs principaux pour le dimensionnement ; 
• la structure du catalogue de structures de chaussées neuves ;
• le dimensionnement des structures de chaussées neuves.

Le domaine d’application du catalogue une fois défini, l’étape suivante consiste à procéder à un inventaire exhaustif des documents réglementaires existants et à une analyse critique de l’application qui en est faite et des résultats auxquels leur application a conduit.

Ceci est essentiel pour tirer le meilleur parti du retour d’expérience du comportement des chaussées existantes en identifiant :

• les solutions qui se sont avérées bien adaptées (c’est-à-dire les choix de matériaux et d’épaisseur des couches qui ont démontré leur pertinence pour le trafic subi) ;
• les cas où les structures proposées (qualité de matériaux, dimensionnement des couches) ne se sont pas comportées de manière satisfaisante en regard du trafic de dimensionnement.

L’examen du catalogue ou de la notice de dimensionnement existants doit aussi en dégager les limites. Par exemple : ces documents traitent-ils des cas avec les plus forts trafics relevés actuellement ? Ces documents envisagent-ils l’utilisation de certains matériaux de chaussée couramment employés par ailleurs (grave-bitume par exemple) ? Cette analyse doit ainsi contribuer à identifier les besoins prioritaires à couvrir par le nouveau catalogue de structures de chaussées.

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Couverture du Document méthodologique pour l’établissement d’un catalogue national et guide de dimensionnement des chaussées.

DONNÉES DE BASE

Afin d’établir un catalogue, les structures de chaussées étant conçues pour des conditions climatiques et de trafic poids lourds données, il faut être en mesure de définir des valeurs caractéristiques qui serviront au calcul de dimensionnement. Ces valeurs peuvent si nécessaire être définies régionalement, lorsqu’il existe des différences climatiques notables (températures, précipitations), ou être différenciées selon les catégories de routes (coefficient d’agressivité moyen du trafic par exemple).

Pour cela, il convient de recenser les données disponibles et de les compléter au besoin sur les sujets suivants :

• températures et précipitations ;

• données de comptage de véhicules ;

• données de pesage des essieux de poids lourds ; 

• inventaire des ressources en matériaux de chaussée.

Ainsi, l’introduction de chaussées bitumineuses pour les routes à fort trafic nécessite d’avoir une connaissance des distributions annuelles de température dans les chaussées afin de pouvoir fixer des valeurs « équivalentes » (température et fréquence) représentatives de la région considérée pour déterminer les caractéristiques mécaniques des enrobés bitumineux nécessaires au dimensionnement.

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Couverture de la Revue du Guide pratique de dimensionnement des chaussées pour les pays tropicaux.

CHOIX DU MAÎTRE D’OUVRAGE

Comme indiqué plus haut, un catalogue de structures de chaussées sert à traduire la politique technique routière du maître d’ouvrage. Ces choix stratégiques doivent être explicités et traduits en termes techniques pour la conception et le dimensionnement des structures de chaussée.

Le document méthodologique traite ainsi successivement des sujets suivants :

• hiérarchisation des routes du réseau routier ;
• choix de la durée de calcul de projet ;
• choix du risque de calcul ;
• hypothèses de croissance du trafic ;
• choix des familles de structures de chaussées ;
• choix des matériaux de chaussée.

DÉMARCHE DE DIMENSIONNEMENT PRÉCONISÉE

Une démarche s’appuyant sur un modèle mécanique de la structure de chaussée, des résultats d’essais de laboratoire pour fournir les caractéristiques mécaniques (module d’élasticité, coefficient de Poisson, résistance à la fissuration par fatigue) et un calage sur le comportement observé sur site est recommandée. Elle a fait ses preuves depuis une quarantaine d’années en France et a été adoptée depuis sous des formes voisines dans différents pays, dont les États-Unis.

Le module d’élasticité doit être déterminé expérimentalement directement et non pas estimé par corrélation à partir des essais CBR, comme actuellement.

Pour les enrobés bitumineux, le rapport³ fait des propositions pour le choix de la fréquence à retenir afin de déterminer le module d’Young à la température équivalente.

Pour le dimensionnement des chaussées souples à assise en matériaux non traités, il faut reconnaître que le retour d’expérience et la capitalisation des résultats d’essais empiriques traditionnels restent encore aujourd’hui, en pratique, la meilleure approche pour le dimensionnement.

Le document méthodologique⁴ fait un certain nombre de recommandations pour le dimensionnement des principales familles de structures de chaussées.

GUIDE DE DIMENSIONNEMENT

La dernière partie du document méthodologique traite du guide de dimensionnent, complément nécessaire du catalogue des structures de chaussées, qui doit répondre aux trois objectifs suivants : 

• Il explicite les hypothèses adoptées pour le dimensionnement des structures de chaussées du catalogue.
• Il apporte les explications nécessaires pour l’utilisation du catalogue dans le cadre d’un projet donné.
• Il définit les principes de dimensionnement permettant de couvrir d’autres cas de figure que ceux retenus dans le catalogue (cas en particulier de variantes d’entreprise sur les matériaux).

Il est apparu enfin utile d’attirer l’attention des maîtres d’ouvrage sur l’importance d’institutionnaliser la réalisation d’un suivi dans le temps du comportement de certaines chaussées afin de disposer du retour d’expérience qui pourra améliorer, au fil du temps, les dimensionnements retenus et ainsi les optimiser économiquement.

RECOMMANDATIONS POUR LES ADMINISTRATIONS ROUTIÈRES

Les propositions faites dans les rapports représentent une mutation dans les pratiques actuelles. La production d’un catalogue de structures de chaussées et d’un guide de dimensionnement inspirés d’une approche mécanique est un vecteur de cette mutation, mais ne donnera pas seule de résultat tangible. Il convient de la compléter de mesures d’accompagnement.

Ainsi, l’adoption, fortement recommandée, d’une approche performantielle pour la formulation des exigences concernant les matériaux de chaussée (matériaux bitumineux et matériaux traités aux liants hydrauliques) suppose que les laboratoires soient dotés des équipements d’essais nécessaires pour mesurer les propriétés mécaniques de ces matériaux. Les mesures incitatives que prendront pour cela les administrations routières seront déterminantes pour contribuer à cette évolution essentielle.

Cette mutation ne sera possible que si les administrations routières encouragent aussi des actions d’études générales et de recherche qui aideront les laboratoires à consolider leurs compétences expérimentales et à acquérir des résultats d’essais bien représentatifs des matériaux utilisés.

La qualité d’un catalogue et d’un guide de dimensionnement des chaussées est directement liée aux connaissances au moment de leur élaboration. Les incertitudes peuvent être plus ou moins importantes selon les types de chaussée et de matériaux considérés. De ce fait, il est essentiel que les administrations routières mettent en place un programme durable de suivi, ciblé sur les cas où les incertitudes sont les plus grandes. Le retour d’expérience permettra le recalage et l’amélioration de ces documents.

Il est espéré que le présent guide méthodologique contribuera à une harmonisation des démarches que retiendront les différentes administrations routières des pays francophones d’Afrique subsaharienne. Cette cohérence régionale est particulièrement utile au partage d’expériences et concourt à l’efficacité de l’activité des bureaux d’études, laboratoires et entreprises de construction routière au travers de la région. 

RÉFÉRENCES

1. CEBTP, Guide pratique de dimensionnement des chaussées pour les pays tropicaux, ministère des Affaires extérieures, coopération et développement, 1984.
2. Ageroute Sénégal, Egis, Ifsttar, Sénélabo, Catalogue de structures de chaussées neuves et Guide de dimensionnement des chaussées au Sénégal, ministère des Infrastructures des transports terrestres et du Désenclavement, juin 2015.
3. Groupe de travail AIPCR-Agepar, Revue du Guide pratique de dimensionnement des chaussées pour les pays tropicaux, rapport technique 2019R01FR, PIARC, 2019.
4. Groupe de travail AIPCR-Agepar, Document méthodologique pour l’établissement d’un catalogue national et guide de dimensionnement des chaussées, rapport technique 2019R40FR, PIARC, 2019.