Là où le caoutchouc rencontre la route

Les Américains sont des conducteurs prodigieux. chaque année, les roues du pays tournent sur 1 500 milliards de kilomètres de routes. Cela représente environ 5 000 km pour chaque homme, femme et enfant aux États-Unis. Mais malgré l'appétit national pour le bitume, la chaussée reçoit rarement une seconde pensée. Sauf quand il est temps de contourner un nid-de-poule ou de traverser une intersection remplie d'ornières. Alors, il y a de fortes chances que le conducteur en colère demande avec indignation : Pourquoi ne réparent-ils pas ces maudites routes ?

Détendez-vous, ils le sont.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de novembre 1998

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Partout dans le pays, sur des routes rurales calmes et des autoroutes à péage encombrées, les ingénieurs routiers déploient un nouveau principe puissant pour la construction de routes connu sous le nom de Superpave.

Superpave est une nouvelle façon de concevoir de l'asphalte à chaud, le mélange gluant quand il est chaud de ciment de couleur goudron et de pierre concassée qui constitue 94 % des chaussées américaines. C'est une technologie exceptionnelle, déclare Neil Hawks, directeur des programmes spéciaux au Transportation Research Board (TRB) à Washington D.C. C'est aussi un grand changement pour l'art largement empirique de la construction de routes. Superpave remplace la construction de recettes, basée sur l'expérience passée, par des conceptions de chaussées ancrées dans une évaluation plus analytique des propriétés techniques des matériaux routiers. L'objectif de Superpave : habiller les artères du pays de chaussées durables et sur mesure.

Le nouveau système a été développé dans des laboratoires universitaires et industriels au cours d'une recherche intense et unique en son genre financée par le Congrès en 1987. Comme toute technique de laboratoire destinée à être utilisée dans le monde réel, Superpave a fait ses preuves. Il a fallu affronter des industries puissantes et cela a entraîné une courbe d'apprentissage abrupte pour les services de transport locaux et les entrepreneurs qui paient et construisent de nouvelles routes. En 1996, ils ont utilisé le système dans seulement 95 travaux de pavage. Mais cette année, Superpave a pris son envol, le nombre passant à 1 339 à l'échelle nationale, représentant près de 30% de la chaussée posée aux États-Unis.

Les routes superpavées ne sont pas différentes de leurs homologues empiriques. Mais les chercheurs prédisent qu'ils dureront beaucoup plus longtemps, peut-être 15 ans au lieu de 10, avant d'avoir besoin d'un gros travail de maintenance. Cela devrait permettre aux services routiers d'économiser plus d'un demi-milliard de dollars par an, selon une estimation du Texas Transportation Institute. Plus précisément pour les voyageurs américains, l'étude a estimé que Superpave économiserait 2 milliards de dollars supplémentaires en économisant moins de temps sur les réparations de la voiture et moins de minutes passées derrière les équipes de maintenance.

Les origines de Superpave se situent à une époque où le disco était roi, la voiture la plus vendue du pays était une Oldsmobile, et de nouveaux projets routiers ont soudainement et mystérieusement commencé à échouer. Il y a toujours eu des cas où les choses ont mal tourné et les gens ne pouvaient pas l'expliquer, explique Damian Kulash, président de la Eno Transportation Foundation de Washington, DC. Mais les gens ont commencé à sentir que cela devenait beaucoup plus courant. Les routes développaient les signes de la vieillesse bien avant leur temps : des ornières en forme de creux dues à la circulation par temps chaud et des fissures par temps froid.

Il n'y avait pas de causes claires. Les entrepreneurs utilisaient des recettes de construction de routes qui avaient peu changé depuis 1872, lorsque la Cinquième Avenue de New York a accueilli les premiers trottoirs en asphalte du pays. Certes, les charges de trafic avaient augmenté régulièrement. Et des camions plus lourds avec des pneus plus rigides étaient soupçonnés d'avoir commis des actes d'usure ignobles. D'autres ont pointé du doigt l'asphalte lui-même, un résidu collant du raffinage du pétrole. L'embargo pétrolier de l'OPEP avait remanié les lignes d'approvisionnement et la nature du matériel avait changé.

Bien que l'asphalte ait été utilisé pendant des milliers d'années (les anciens Égyptiens l'utilisaient pour la momification) et le gravier encore plus longtemps, les propriétés mécaniques de la chaussée étaient largement inexplorées. Ainsi, lorsque les routes ont commencé à défaillir, les ingénieurs routiers ne savaient pas quoi changer. Les réponses faciles n'étaient pas non plus susceptibles d'émerger du pipeline de recherche, qui était depuis longtemps à sec. Les chiffres d'un sombre rapport de 1984 du TRB disaient tout. L'industrie des semi-conducteurs dépensait 8 % de ses ventes en R&D ; l'industrie pharmaceutique 6 pour cent ; même les retardataires de la R&D tels que l'industrie alimentaire et des boissons se sont classés à un peu moins de 1%. L'industrie routière avait dépensé moins de 0,2 pour cent.

Le spectre de la dégradation des infrastructures et le sombre scénario de financement ont incité le Congrès à agir. En 1987, elle a lancé le programme de recherche stratégique sur les autoroutes (SHRP), une offre de 150 millions de dollars pour trouver des solutions aux problèmes les plus difficiles des ingénieurs routiers. Au total, 50 millions de dollars ont été consacrés à la résolution du problème de la chaussée.

Moonshot de Pavement

Pourtant, l'innovation était un concept si étranger à l'asphalte que Kulash, devenu directeur exécutif du SHRP, désespérait de trouver des chercheurs compétents. Il se passait très peu de choses, dit-il. Nous craignions qu'il n'y ait pas assez de capacité technique. Mais ce devait être le coup de lune de la chaussée. Ainsi, sous la direction de Tom Kennedy de l'Université du Texas à Austin, des ingénieurs du monde universitaire et de l'industrie se sont réunis pour un effort de six ans visant à trouver de meilleures façons de construire des chaussées.

Le résultat de toutes ces recherches est Superpave, qui est synonyme de chaussées en asphalte aux performances supérieures. Superpave n'est pas un seul supermatériau ou une idée clé. Au lieu de cela, il s'agit d'un nouvel ensemble d'équipements de test et de protocoles pour mélanger les routes, garantissant de résister aux conditions météorologiques et au trafic d'un emplacement spécifique.

Prenez l'asphalte, également connu sous le nom d'huile chaude par les ouvriers de la raffinerie qui le produisent en tant que sous-produit du craquage catalytique qui libère l'essence et le fioul du pétrole brut. Avant Superpave, les entrepreneurs du nord du Maine à la ligne Virginia utilisaient tous la même qualité d'asphalte. C'est parce qu'ils n'ont testé que sa viscosité, pour voir à quel point il empêcherait le rut en été.

Mais dans le nord-est, les fissures de la chaussée s'ouvrent plus souvent sous l'effet du froid que sous l'effet de la chaleur. Avec Superpave, explique Nelio Rodrigues, ingénieur en matériaux du Département des transports du Connecticut (DOT), l'asphalte doit désormais franchir un pas en passant des tests de performance à haute et basse température. Un test soumet de l'asphalte vitreux à température ambiante à une machine connue sous le nom de rhéomètre à cisaillement dynamique. Adapté par les chercheurs du SHRP à partir d'un modèle mesurant la consistance du fromage à la crème, l'appareil applique une force de torsion pour évaluer la capacité de l'asphalte à résister à la déformation. Un autre test demande à des bâtons d'asphalte réfrigérés posés sur de minuscules chenets de supporter un poids. S'ils se fissurent, l'asphalte ne convient pas aux régions froides.

Regarder les basses températures est un grand pas en avant, déclare April Swanson, chercheuse chimiste à la raffinerie d'Amoco à Whiting, dans l'Indiana. Jusqu'à Superpave, il n'y avait pas de méthode pratique pour le faire. Maintenant, nous mesurons vraiment les propriétés d'ingénierie.

Dans le cadre de Superpave, les techniciens de Whiting testent les 40 000 barils d'asphalte produits par l'usine chaque jour, en classant les lots avec des étiquettes telles que Performance Grade 58-28. L'étiquette signifie que l'asphalte est évalué pour remplir ses fonctions d'un grésillement de 58 C à -28 C. Swanson dit qu'Amoco ajoute maintenant un assortiment de polymères pour répondre aux grades supérieurs. Pour sélectionner l'asphalte parfait pour un travail de pavage, les ingénieurs recherchent les températures extrêmes sur leur chantier de construction à l'aide des données du National Weather Service.

Choisir l'asphalte idéal n'est que la moitié du jeu. Les ingénieurs doivent ensuite incorporer le bon mélange de roche ou d'agrégat. Avant Superpave, les constructeurs de routes sentaient intuitivement qu'ils avaient une solide compréhension des proportions de pierre grossière et fine pour une bonne chaussée. Tout le monde utilisait ce qu'il considérait comme des mélanges éprouvés, dit Kulash. Mais ce n'étaient pas les mêmes choses. Il n'y avait pas d'évangile.

Superpave combine le meilleur savoir-faire existant dans une nouvelle écriture pour la conception de mélanges volumétriques. De longs tableaux définissent la combinaison idéale de pierres, de poches d'air et d'asphalte, en fonction de la quantité de trafic attendue. Pour s'assurer que la théorie tient dans la pratique, les ingénieurs utilisent une autre invention SHRP - le compacteur giratoire Superpave - pour pétrir un conteneur de chaussée de la taille d'un pot de peinture sous haute pression. Les spécimens obtenus montrent à quoi ressemblera la surface de la route après avoir été compactée par des rouleaux et les années de trafic qui suivent.

Si les blocs échouent aux examens de performance, les ingénieurs ajustent la conception du mélange en changeant les pierres ou en ajoutant un meilleur asphalte. Au lieu des conceptions uniques du passé, dit Rodrigues, avec Superpave, chaque route porte un revêtement sur mesure.

Essai routier

Il faudra des années avant que nous sachions si Superpave porte bien son nom, mais des rapports encourageants arrivent déjà. À New York, les entrepreneurs ont repavé 50 kilomètres de l'Interstate 81 à travers le comté de Cortland avec les deux tiers de la recette originale et un tiers du Superpave. Après seulement un hiver, selon le directeur des services techniques de l'État, Paul Mack, l'asphalte à l'ancienne a commencé à se détériorer. La section Superpave semble très bonne en comparaison, dit-il.

Superpave a connu son lot d'échecs techniques et de résistance dans le monde réel. Plusieurs des tests d'asphalte ont été bombardés dans le monde réel, et Swanson d'Amoco dit que d'autres s'avèrent difficiles à utiliser. Bien que ses techniciens fassent des mesures minutieuses, elle marchande régulièrement les résultats avec les usines d'enrobés à chaud. Ces entreprises, qui fournissent des chaussées brutes aux équipes de construction, répètent les tests de performance, souvent avec des résultats différents.

Les équipes de route sont également confrontées à une courbe d'apprentissage. Les nouveaux mélanges contiennent des pierres plus grosses et s'avèrent difficiles à compacter, déclare William Brudi, ingénieur en matériaux de l'État de New York. Dans les travaux routiers typiques, une équipe de pavage jette une bande de mélange très chaud et des rouleaux glissants à roues en acier suivent environ 60 mètres derrière, le repassant à des températures proches de 93 ° C. Mais Brudi dit que ce n'est pas assez chaud pour Superpave. Maintenant, sur un projet de 90 millions de dollars visant à construire une voie réservée aux VOM de 9 km sur l'autoroute de Long Island, les rouleaux suivent la queue de l'équipe de pavage, compactant le mélange à une température fulgurante de 150 °C. Cela demande beaucoup plus de coordination des machines. , dit Brudi. Les équipes n'ont pas l'habitude de communiquer, maintenant elles doivent bien faire les choses.

Parfois, ceux qui résistent à la technologie de pointe ont raison. Lors d'un travail en 1993 près de Kingman, en Arizona, les entrepreneurs qui ont suivi les directives de Superpave ont omis le produit chimique anti-décapage qui est traditionnellement utilisé pour protéger la route de l'humidité. Aujourd'hui, les fissures d'humidité serpentent sur la surface de la route. Notre sentiment est que pour nous, accepter aveuglément cette procédure de conception sans utiliser nos connaissances en ingénierie est un mauvais service pour les citoyens de l'Arizona, déclare Julie Nodes, ingénieur d'État du DOT.

La réaction de gens comme Nodes est critique - le destin de Superpave repose sur le pouce levé de ces fonctionnaires parce que les DOTs d'État financent la majorité de la construction de routes du pays. Jusqu'à présent, la plupart ont adopté avec enthousiasme les spécifications volontaires de Superpave, avec l'Indiana, le Maryland et New York en tête. Dans l'ensemble, 38 États demandent maintenant aux entrepreneurs d'utiliser les nouveaux asphaltes à hautes performances, et près de la moitié mettent en œuvre la conception du mélange d'agrégats.

Courbes à venir

Alors que les États sont les principaux moteurs de la chaussée, le succès de Superpave dépend également de l'adhésion des 40 000 gouvernements locaux qui possèdent et exploitent des routes, ainsi que de la myriade d'entrepreneurs, d'équipementiers et de carrières qui les desservent. Le travail de mise en œuvre n'est pas presque terminé, déclare Gary Henderson, chef de l'équipe de livraison de la technologie Superpave de la Federal Highway Administration. Ce n'est pas non plus bon marché : l'équipement, la formation et les études de suivi nécessaires pour sortir Superpave du laboratoire et sur le terrain ont déjà coûté 150 millions de dollars, soit trois fois plus que la recherche initiale.

Mis à part les dépenses, rassembler les universitaires, les entrepreneurs et les fournisseurs dans un objectif commun peut être l'innovation la plus vitale du nouveau système. Alors que la méfiance régnait autrefois dans l'industrie turbulente, dit Kulash, la marque de fabrique de Superpave est qu'elle a créé un environnement constructif. Et cela, selon lui, devrait accélérer l'introduction de nouvelles technologies.

Dans plusieurs centres, les ingénieurs continuent de tracer des moyens de rendre la construction de routes encore moins un art. Par exemple, à l'Université du Maryland, une équipe dirigée par Matt Witczak crée des modèles informatiques qui, lorsqu'ils sont alimentés par des estimations de trafic et les propriétés de performance des matières premières, devraient prédire avec précision combien d'années durera une chaussée avant de s'orniérer ou de se fissurer à cause de la température et fatigue.

Cependant, l'avenir de tels projets a été remis en question par le Transportation Equity Act for the 21st Century, que le président Clinton a promulgué le 9 juin. Le plan de dépenses de 217 milliards de dollars sur six ans a augmenté les dépenses de construction d'autoroutes de près de 40 % éviscéré des fonds pour la recherche et la mise en œuvre fédérales de l'asphalte, redirigeant une grande partie de l'argent vers les États.

La loi sur les transports est-elle de la kryptonite pour Superpave ? Pas probable. Bien que Superpave n'ait pas autant de paillettes médiatiques qu'un nouveau remède médical et ne produise peut-être pas autant de millionnaires qu'une startup de la Silicon Valley, il a l'attribut clé de tout héros qui perdure - un cœur pour le peuple. C'est une solution adaptée aux 50 États qui fait durer la chaussée à Los Angeles ou à Omaha, par temps chaud et humide, bons ou mauvais. Et il n'y a rien que les Américains aiment mieux qu'un long tronçon droit de bitume sans fissures.

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