démonstrateur recherche routière

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Inmob1, porté par le laboratoire GEOLOC2 de l’Université Gustave Eiffel est lauréat de l’AAP labcom ANR en 2020 qui s’intéresse à la mobilité des déficients visuels en co-construisant les recherches avec des associations spécialisées. Les contacts noués ont fait apparaître le besoin de renforcer les dispositifs et les capacités de dialogue du laboratoire avec ces acteurs de terrain. Le projet ACCESS vise à améliorer les moyens de communication, notamment avec les malvoyants qui participent aux expérimentations et à enrichir la qualité des relations entre chercheurs et citoyens. Il s’agit de rendre plus accessible les travaux scientifiques via une communication adaptée à ces publics, de dynamiser les échanges et de développer les connaissances entre les deux communautés. Réussir l’interaction avec les membres des associations est une clé importante de succès du projet pour aller jusqu’à des applications personnalisées de guidage adaptées au handicap.

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Le projet Binary vise à développer de nouvelles approches pour évaluer l’endommagement des couches de surface des chaussées sous l’effet du trafic routier. En effet, les méthodes actuelles de dimensionnement des chaussées, et en particulier la méthode française, ne prennent en compte qu’un nombre limité de mécanismes d’endommagement (fatigue des couches d’assise, orniérage des matériaux non liés), et ne proposent aucun critère pour évaluer l’endommagement des couches de surface.

Pourtant, les couches de surface sont les couches de chaussées les plus sollicitées, puisqu’elles sont directement en contact avec les charges des pneumatiques, et peuvent présenter différents types d’endommagement : usure et polissage de la surface, arrachements, fissuration par le haut, orniérage, décollements d’interface.

Le projet Binary a été lancé afin d’améliorer la compréhension et la modélisation de l’effet des charges routières sur les couches de surface des chaussées. Il comprend trois volets :

-      Des essais en laboratoire, visant à étudier le comportement des couches de surface sous l’effet de charges mobiles (essais d’orniérage, et essais d’arrachement).

-      Des essais en vraie grandeur, réalisés sur le manège de fatigue de l’Université Gustave Eiffel, qui viseront à mesurer les pressions et déformations générées par les charges routières dans les couches de surface, et à étudier, en conditions réelles, les mécanismes d’endommagement des couches de surface sous l’effet du trafic.

-           Des travaux de modélisation du comportement des couches de surface, par deux approches : Une approche de type éléments discrets, qui visera à modéliser finement le fonctionnement de la couche de surface, à l’échelle des grains, menée à l’INSA de Strasbourg. Une modélisation continue, en viscoélasticié, qui visera davantage à étudier la réponse à l’échelle des couches de la chaussée (champs de contraintes et de déformations dans l’ensemble de la structure), menée à l’Univ. Eiffel. L’objectif final du travail sera de définir des critères, permettant de prédire l’apparition de différents types d’endommagement (arrachement, fissuration, déformations permanentes).

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Ce projet interdisciplinaire a pour but de coupler durabilité et Analyse de Cycle de Vie et Analyse de Couts afin de développer une méthode d’éco-conception appliquée aux structures en béton situées en environnement maritime comme les éoliennes offshores, les ponts, les quais…. Les maitres d’ouvrages garantissent une durée de vie de leurs ouvrages sans tenir compte de l’impact du choix du béton, par exemple, sur l’environnement. Cette méthode d’éco-conception permettra de maximiser la durée de vie de ces structures tout en minimisant leurs impacts environnementaux et leur cout, ceci en prenant en compte la phase de maintenance et donc les données d’auscultations obtenues à partir d’évaluations non destructives. Des méthodes d’analyse de sensibilité seront développées et utilisées afin d’identifier les leviers d’action (paramètres technologiques tels que la composition du béton, le choix du ciment etc…) sur lesquels il faudra agir pour obtenir une structure eco-durable à moindre coût. Le projet ANR-DEMCOM est coordonné par Stéphanie Bonnet (GEM-Université de Nantes). Les partenaires scientifiques sont l'Université Gustave Eiffel (MAST et GERS) et Bouygues Construction (PIM).

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Pour une gestion durable et sûre des infrastructures de génie civil et pour en prolonger la durée d’exploitation, les gestionnaires d’ouvrages requièrent des informations qualifiées et quantitatives sur l’évolution continue des indicateurs de performance, en particulier, la résistance, le module, la porosité et la teneur en eau des bétons. Le projet SCaNING a pour objectif de développer une approche systémique du suivi de santé des structures neuves ou existantes en béton armé comprenant : la validation de capteurs noyés (électriques, électromagnétiques et ultrasonores), le traitement de la mesure et l’extraction d’observables qualifiées, découplées des principaux facteurs d’influence, la combinaison et la conversion des observables en indicateurs pour le diagnostic. Ces capteurs noyés présentent également l’intérêt de pouvoir étalonner donc de fiabiliser les évaluations non destructives réalisées en surface de l’ouvrage pour une cartographie quantitative de l’ensemble de la structure.

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Un des problèmes importants des structures en béton armé concerne la corrosion des armatures en béton armé.

L'un des objectifs prioritaires de l'Université Gustave Eiffel porte sur l'amélioration de la durabilité des structures de génie civil avec la volonté de faciliter l'introduction de nouveaux produits et procédés allant dans ce sens. Dans le cadre de différents projets de recherche "APOS - Auscultation pour des Ouvrages Sûrs et Dur&Cor – Durabilité et Corrosion", l'Université Gustave Eiffel s'intéresse notamment aux processus de dégradation des aciers par corrosion, à l’évaluation de ces processus par des méthodes non destructives et à l'utilisation d'armatures plus durables.

La société UGITECH souhaite développer et valider une ou plusieurs solutions à base d’acier inoxydable pour leur utilisation dans le béton armé. Cette validation passe par des expérimentations sur corps d’épreuve en matériaux cimentaires armés que l'Université Gustave Eiffel maîtrise ; Dans cette étude qui vise les milieux maritimes, la tenue des armatures en acier carbone ou en inox duplex sera comparée.

Nous souhaitons démontrer que les dégradations du béton armé par corrosion des armatures passives apparaitront dans une échelle d'une décade pour les armatures en acier au carbone et de 5 à 10 décades pour des armatures en acier inoxydable duplex.

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Dans le cadre de cette collaboration avec le STAC, l'université Gustave Eiffel évalue le comportement à la fatigue d'un béton aéroportuaire américain.

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Le volet n°3 du projet CONCRETE porte sur les méthodes de diagnostic et d’auscultation du béton. Dans ce volet, l’axe n°2 traite des méthodes non destructives et vise la détection (et si possible la caractérisation) de pathologies de réactions de gonflements internes (RGI) dans le béton, comprenant les réactions sulfatiques internes (RSI) et les réactions alcali-granulat (RAG).

Les méthodes d’acoustique non linéaire font l’objet de la tâche 1. Cette technique est essentiellement portée et développée par le LMA. La tâche 2 porte sur une méthode électromagnétique basses fréquences, à savoir la spectroscopie d’impédance du béton.La tâche 3 de ce même axe, programmée en 2021 est également portée par l’IRSN et concerne la technique électromagnétique « hautes fréquences » de type ondes radar. Enfin, la tâche 4 traitera, à l’issue des tâches précédentes, de la fusion des données obtenues avec les différentes techniques. L’objectif de ce traitement est de déduire certaines propriétés du béton (mécaniques, durée de vie,…). Cette tâche sera pilotée par le LMA.

Pour préparer la tâche 3.2.3 sur la technique radar, l’IRSN souhaite collaborer avec l’Institut Gustave Eiffel à Nantes, qui dispose de tels équipements en technique radar et d’expérience dans l’utilisation de cet équipement pour la caractérisation du béton. De plus, l’Institut Gustave Eiffel aconstitué des bancs de mesure exploitant le principe de la technique radar, de mesures ultrasonores et de résistance électrique en continu.

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L'objectif de l'étude est d’évaluer l’impact de plusieurs configurations de poids lourds de transport de bois sur les chaussées qu’ils empruntent, comprenant les pistes forestières, mais également les des chaussées routières, plutôt à faible trafic (départementales ou communales).

• L’objectif est de tester 3 types d’ensembles routiers autorisés actuellement utilisés  (48 tonnes sur 5 essieux ou 57 tonnes sur 6 essieux)
• De compléter par une étude bibliographique, portant sur des ensembles de charges plus lourds (72 à 90 tonnes), utilisés dans d’autres pays, et en particulier en Europe du Nord

L'étude comporte 2 phases :

• Une première phase de modélisation, visant à réaliser des calculs d’impact des différentes silhouettes de poids lourds proposées sur différents types de structures de chaussées, en utilisant l’approche de la méthode française de dimensionnement des chaussées . Cette phase est complétée par l’étude bibliographique sur l’impact de poids lourds de plus grandes dimensions (jusqu’à 90 tonnes). Quelques calculs avec ce type de poids lourds pourraient également être réalisés. 
• Une seconde phase d’expérimentation sur site, pour réaliser les tests de circulation des poids lourds sur une plate-forme non revêtue, et analyser les dégradations observées - ces tests seront réalisés en 2 phases : une phase en période hivernale (humide) et une phase en période estivale (sèche) afin d'évaluer l'effet de la teneur en eau sur le comportement de la plate-forme.

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ROADHATA vise à travailler sur les possibilités offertes par l'utilisation des matériels d'auscultation à forte densité de mesures pour la gestion des réseaux routiers. Elle ambitionne aussi de définir un cadre d’usage aux outils et méthodes de gestion d’un patrimoine d’infratsructure.

La collaboration IFSTTAR/LAMES et CEREMA poursuivra deux objectifs : - un travail de R&D portant sur les nouveaux appareils d'auscultation à forte densité de mesures utilisés sur les réseaux routiers. Ces appareils, qui génèrent une grande quantité de données (et rentrant dans le cadre du Big Data à l’échelle d’un réseau routier), sont susceptibles de modifier sensiblement la façon d'évaluer et de gérer les infrastructures routières aussi bien pour les réseaux principaux (usage des équipements « multi-points » en provenance de capteurs de type LCMS ou LIDAR) que pour les réseaux secondaires (usage des équipements bas-coût « multi-passages » en provenance de systèmes de type MIRANDA). Pour ce dernier cas, des actions à court terme sont prévues dans le cadre du projet GERESE (Gestion des REseaux routiers SEcondaires) porté par le CEREMA. - la définition  d’un cadre d’évaluation des moyens d'auscultation présents sur le marché ou voulant l'être. Il s’agira de proposer, dans un premier temps, des méthodologies de contrôle des appareils qui pourront être reprises pour des activités d’homologation. Rappelons que les collectivités recherchent de plus en plus des soutiens scientifiques et technologiques pour les aider à choisir les outils les plus adaptés à leurs besoins.

Les premières actions sur GERESE (mesures et exploitation) ont été menées en septembre 2020 dans les département CD53 et CD76

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Des investigations sont projetées sur les bétons fibrés à ultra-hautes performances (BFUP) du pont de la Chabotte (PS34 sur A51), ouvrage réalisé en 2005, caisson précontraint constitué de voussoirs préfabriqués conjugués collés dépourvu d’étanchéité et de couche de roulement rapportée. Ces investigations, qui complèteront le suivi des ouvrages en BFUP les plus anciens en France, doivent permettre de caractériser la durabilité du BFUP matricé constituant la couche de roulement et le main tien de l’étanchéité par le seul BFUP comprimé.

Les investigations se fonderont principalement sur des prélèvements issus du voussoir témoin et d’éléments issus de l’épreuve de convenance (conservés sur le site de l’usine de préfabrication et exposés aux intempéries) afin de documenter :

- Le maintien de résistances mécaniques (essais de compression et traction par flexion) - Le maintien des caractéristiques de rugosité adaptées au roulement (essai au sable) ; - L’éventuelle colonisation par des agents biologiques (lichens) et son extension (mesures de pH, observations au microscope électronique à balayage et analyse chimique associée) ; - L’extension éventuelle de la corrosion des fibres et armatures métalliques au-delà de traces superficielles (observations sur découpes fines successives au microscope optique et électronique, mesure des indicateurs de durabilité : porosité, perméabilité et coefficient de diffusion des ions chlore).

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L’arrivée sur le marché de systèmes de mesure automatisés de type « scanner », c’est-à-dire des systèmes capables de fournir des données très denses sur l’ensemble de la voie de mesure en un seul passage et à grand rendement ouvre de nouvelles perspectives en auscultation de chaussée. La plupart de ces appareils sont de plus en plus utilisés pour effectuer des relevés de dégradations automatisés mais certains d’entre eux sont également capables de délivrer des informations en lien avec le profil longitudinal et transversal de la chaussée.  Les variations significatives de profil, que l’on appellera déformations, sont traditionnellement détectées et caractérisées par des relevés effectués sur quelques « traces » ou « lignes ». Comme l’utilisation des appareils de type scanner offre une plus grande densité de points de mesure couvrant l’ensemble de la chaussée, il est logique d’envisager de nouvelles méthodes d’analyse des déformations qui profitent des capacités de mesures surfaciques de ce type d’appareils. Après s’être assuré que les appareils de type scanner étaient capables de restituer des valeurs d’indicateurs « standards » avec un niveau de précision voisin de celui offert par les appareils de référence, cette étude s’est focalisée sur le développement et la mise en application de plusieurs approches méthodologiques pour analyser les déformations de façon surfacique.   

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Les services techniques de l’Etat s’orientent de plus en plus vers des solutions automatisées pour le relevé des dégradations de surface sur les chaussées aéronautiques. L’automatisation des relevés présente en effet plusieurs avantages tant par rapport aux contraintes d’exploitation que par rapport à la qualité des données collectées. Plusieurs méthodes issues de l’IA sont susceptibles de renforcer cette automatisation. Le projet EASY-(DAI)2 vise à coupler ces méthodes avec des moyens de relevé peu onéreux, pouvant en conséquence être réalisés plus fréquemment, et à évaluer expérimentalement leur apport pour la détection et la classification des dégradations sur des chaussées aéronautiques.

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Cette étude vise à étudier les matériaux de couches de roulement réalisées avec 40% d’AE. L’objectif sera de mettre en application les spécifications du guide recyclage pour les chantiers entre 30 et 40% pour les couches de roulement et de caractériser le matériau réalisé, notamment ses caractéristiques de surface vis-à-vis de la sécurité routière. L’objectif de l’étude est d’enrichir le retour d’expérience afin de consolider la doctrine technique sur les couches de roulement avec 40% d’AE.

L’étude s’intéressera à deux chantiers : un chantier sur le réseau de la DIRIF ; un chantier sur le réseau de la DIRO.

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Les chantiers de déconstruction produisent des quantités importantes de déchets composés de matériaux cimentaires, dont le stockage devient un problème majeur. Après des étapes de tri, concassage et dé-ferraillage, ces déchets peuvent être valorisés en granulats de bétons recyclés. Mais les granulats de béton recyclés sont des matériaux à performance modérée à cause de la présence du mortier primaire. Ce dernier apporte aux granulats une porosité importante, une faible résistance à la fragmentation, une rugosité plus importante que celle des granulats naturels et peut constituer une source de sulfates et d’alcalins. La porosité rend les granulats recyclés très absorbant en eau, ce qui impacte la formulation du matériau qui les incorpore. En effet, pour une même ouvrabilité, un même dosage en ciment et un même volume de sable, le dosage en eau est toujours supérieur pour les mortiers de béton recyclé. C’est pour remédier à ce problème que nous devons améliorer la qualité des granulats de béton recyclés. Des études menées sur l’emploi de bactéries capables de produire des carbonates de calcium dans des domaines tels que la consolidation des sols ont montré des résultats intéressants. Après traitement des sols par des bactéries calcifiantes, il a été constaté une augmentation de leur cohésion et une diminution de leur perméabilité. En utilisant ce même type de bactéries dans des matériaux de construction, il a pu être observé un renforcement des matériaux et une diminution de leur perméabilité. Une application de ces bactéries à la surface de matériaux cimentaires fracturés a permis d’observer un comblement en surface des fissures par leur production de CaCO3. L’objectif de cette étude est d’employer des bactéries calcifiantes pour améliorer les propriétés des granulats de bétons recyclés.

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L'utilisation des granulats de béton recyclé (GBR) dans les domaines de la construction et des infrastructures se développe grâce aux projets nationaux (Recybéton, Fastcarb) et à l'évolution des normes. Néanmoins, le manque de retour d'expérience ne permet pas une utilisation importante des GBR dans le béton précontraint. Ce projet vise donc à étudier le comportement à la flexion de poutres de béton précontraint ayant différents taux de substitution de GBR. Une étude environnementale selon la méthode ACV sera effectuée pour ces poutres. Les conclusions de ce projet permettront potentiellement de démontrer qu’une utilisation plus abondante des GBR est possible pour cette application.

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L’objectif du projet GEONAT est de développer l’utilisation de géotextiles naturels en remplacement des géosynthétiques pétrosourcés pour optimiser les structures de chaussées. La stratégie déployée pour atteindre cet objectif passe par l’optimisation des performances des géotextiles, par l’évaluation de leur comportement sur site pilote instrumenté et dans de réelles structures routières, par la détermination de leur durabilité et biodégradabilité, et par l’évaluation de leur impact environnemental. La complémentarité du consortium permettra d’atteindre cet objectif ambitieux en s’appuyant sur une approche pluridisciplinaire (laboratoire-pilote-industrielle) basée sur une démarche expérimentale et de modélisation allant de l’échelle des matériaux jusqu’à l’échelle réelle de la route. Ces travaux serviront à faire évoluer les normes actuelles, étape indispensable dans le domaine du génie civil pour assurer le transfert de technologies et de compétences à la profession

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Lancé le 24 mai 2023, le PEPR VDBI vise à structurer un champ de recherches coordonnées à l’échelle nationale. L'université Gustave Eiffel et le CNRS copilotent le programme autour de trois grandes activités : un dispositif d’animation, deux appels à projets et trois centres opérationnels : Système d’Information VDBI (SIVDBI), Initiative en Modélisation pour la Ville Durable et les Bâtiments Innovants (MISCIB), et Méthodes d’Évaluation et Scénarios d’Actions Publiques (MESAP).

Deux appels à projets sont prévus pour alimenter la production de connaissances, structurés autour de grands enjeux et de défis émergents. Le premier appel a été lancé le 27 juillet 2023 et a suscité un fort engouement avec un certain nombre de propositions recouvrant une grande partie des enjeux de la ville durable : Ville santé vulnérabilité bien-être, Développement des villes, prospective, scénarios, Villes et Bâtiments, Matériaux, requalification, économie circulaire, Nature en ville, biodiversité ; Bâtiment et ville, énergie, etc.

En pilotant ce programme, l'université assure une veille et une éditorialisation au service des projets, des centres opérationnels et plus généralement de l’ensemble des communautés VDBI. Les Conférences Annuelles, à l'image de la première journée scientifique qui s'est tenue à Lyon les 16 et 17 octobre 2023 avec près de 180 participants, permettent de présenter les résultats au fur et à mesure de l’avancement des travaux et de nourrir les communautés scientifiques et professionnelles VDBI.

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L’objectif de POP est de formuler un liant alternatif au bitume d’origine pétrolière traditionnellement employé pour la construction des chaussées souples. Il s’agit de faire face à une raréfaction inéducable de la ressource qui conduit déjà à des ruptures d’approvisionnement de plus en plus fréquentes. Il est envisagé d’étudier un matériau alternatif pour une substitution totale mais également partielle. Afin de contribuer à la diminution de l’impact environnementales de la construction des chaussées, le liant alternatif développé dans le projet POP sera évalué en synergie avec les techniques de recyclage des chaussées anciennes et en lien avec des techniques moins énergivore employant le liant sous forme d’émulsion. Les impacts du projet seront de deux ordres : d’abord il est attendu que cette solution puisse permettre le stockage pour de nombreuses années de grandes quantités de carbone renouvelable et ensuite il est attendu que le projet POP permette de répondre à la demande sociétale de mobilité dans un monde sans pétrole.

Pour formuler ce matériau alternatif, l’idée principale est d’utiliser des sous-produits lipidiques (résidus d’extraction d’huile alimentaire, déchets agroalimentaires lipidiques, huile alimentaire usagée …). Les ressources employées dans POP n’ont pas encore fait l’objet de valorisation en technique routière pour une substitution totale du bitume. Il s’agira donc d’une première expérience mondiale de recherch e sur ce sujet. Des résultats préliminaires obtenus par les partenaires de POP ont permis de mettre en évidence un procédé de formulation basé sur la fonctionnalisation des acides gras et sur la production d’un gel lipidique par l’emploi d’un agent de consistance, lui-même biosourcé. Cette stratégie innovante doit être rationalisée afin d’être en mesure de moduler et d’optimiser les états rhéologiques visés. De plus, une nouvelle piste de valorisation de biomasses de type ligno-cellulosique est envisagée pour compléter la stratégie déjà initiée et ainsi avoir accès à de nouvelles formulations biosourcées qui bénéficiera d’une biomasse abondante et à bas coût.  D’un point de vue scientifique, il s'agira d’étudier la modification chimique (association chimique et/ou physique d’amas moléculaires) des biomasses lipidiques et lignocellulosiques pour créer de nouvelles entités moléculaires avec lesquelles il sera possible d’atteindre les états rhéologiques visées. Une monté en échelle est prévu par l’utilisation d’un réacteur pré-industriel permettant de produire assez de matière pour effectuer les essais de formulation conventionnels sur enrobés routiers. Le liant alternatif bio-sourcé devra avoir le comportement typique d’un liquide viscoélastique thermosusceptible doté d’un forte capacité à dissiper les contraintes sous sollicitation mécanique. Plusieurs types de valorisation seront explorés en lien avec les problématiques environnementales de la construction routière : le recyclage par  voie « chaude » où le bio-liant sera mis en œuvre à haute température (typiquement 150 °C) en mélange avec des agrégats d’enrobé (issus de route en fin de vie) et la voie « froide » où le liant sera utilisé (entre 20 °C et 60 °C) sous la forme d’émulsion huile dans eau. Finalement, les matériaux produits au cours du projet feront l’objet d’une évaluation technique, avec notamment des essais de résistance au vieillissement et à la biodégradation, mais également environnementale via une analyse du cycle de vie et des tests d’écotoxicité.

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Le projet européen CIRC-BOOST - Stimuler l’adoption de solutions circulaires intégrées dans les chaînes de valeur de la construction - vise le déploiement de solutions circulaires innovantes et climatiquement neutres pour le traitement, la récupération et la gestion des travaux de démolition et de construction. Le projet est conçu pour conduire à la démonstration et à l’adoption généralisée de pratiques circulaires révolutionnaires. Circ-Boost atteint ses objectifs ambitieux en s'appuyant sur sept piliers clés : piloter, évaluer, habiliter, commercialiser, former, connecter et promouvoir, chacun représentant un aspect crucial de la démarche. De l’innovation, de la collaboration, de la durabilité et de la réplicabilité, ces piliers constituent la base solide sur laquelle repose Circ-Boost afin de révolutionner l’industrie de la construction. Circ-Boost fait partie d’un projet Horizon Europe, le programme de financement européen dédié à la recherche et à l’innovation pour la période 2021-2027. Ce projet a reçu un financement de l'ordre de 7,9 M€ pour un développement sur 4 ans avec 27 partenaires et 5 pilotes dans 5 pays dont un pilote français. Le role de l'université Gustave Eiffel au sein du projet CIRCBOOST se concentre sur l'axe innovation du pilote Français composé d'une plateforme physique (développée par Eiffage) et d'une plateforme numérique (développée par MGP). UGE développe de son coté des indicateurs environnementraux innovants devant être implémentés dans la plateforme numérique, les outils de gestion des flux et d'optimisation de la logistique, ainsi que la caractérisation des matériaux entrant sur les plateformes et l'identification de nouvelle voie de valorisation.

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Contexte

Aujourd’hui, le secteur du BTP traverse une étape majeure : responsable majeur des émissions de gaz à effet de serre au niveau mondial, ce secteur doit se repenser dans une perspective de décarbonatation complète en 2050, selon la stratégie nationale bas carbone[1].

L’Analyse de Cycle de Vie (ACV) est aujourd’hui la méthode de référence sur laquelle se basent les évaluations de l’empreinte carbone, et les futures réglementations comme la Règlementation Environnementale du Bâtiment en France.

Pour répondre à ces enjeux, les entreprises du secteur BTP mènent des recherches et développent des innovations, dont beaucoup s’insèrent dans le cadre de l’économie circulaire, comme la valorisation des déchets et des énergies fatales ou encore la capture et l’utilisation du dioxyde de carbone. Ces innovations sont par essence multi-acteurs, et multiproduits, car elles font souvent appel à des collaborations inter-filières et des synergies industrielles.

Problématique

L’ACV, dans son application normative et réglementaire, présente des limites importantes lorsqu’elle doit être appliquée dans le cadre de l’économie circulaire. En effet, la prise en compte des effets indirects (et souhaités !) de la valorisation, à savoir remplacer un produit issu de processus ayant recours aux matières premières naturelles et aux énergies fossiles, par un autre produit issu de la valorisation et supposé plus vertueux, a recours à la méthode d’expansion de système avec substitution. Cette substitution peut être modélisée en ACV de deux manières différentes : une substitution pure et simple (un produit en remplace un autre), ou par une évaluation des modifications des équilibres de marchés économiques visés dues à l’introduction du produit issu de la valorisation. Cette dernière méthode, dite ACV conséquentielle, est celle privilégiée par la communauté académique car elle ne se contente pas de supposer une substitution totale, mais cherche à quantifier cette substitution en tenant compte du comportement des marchés économiques. Cependant, elle reste très peu appliquée par les entreprises du fait de sa complexité, et du manque d’outils et de données adaptées.

De plus, l’ACV conséquentielle présente elle-même des limites quant à ses conditions d’application :

• Elle est centrée sur les performances environnementales d’une unité d’un seul produit (défini comme un bien ou un service), et de ce fait ne reflète pas toutes les conséquences liées à des échanges de matières et d’énergies inter-filières ;
• Elle est inadaptée aux (nombreux !) cas où les produits issus de la valorisation se trouvent devoir se substituer à d’autres produits issus de la valorisation en créant un paradoxe de modélisation appelé « endless regression problem in system expansion » (Weidema 2001) ;
• Elle est basée sur des modèles d’équilibres macro-économiques qui ne seraient soumis qu’à des changements mineurs ou marginaux (Weidema 2001) ;
• Elle ne tient pas compte des possibles adéquations (ou inadéquations) entre gisements de déchets (qui sont des ressources dont la production est contrainte par la production du produit principal), et volumes de marchés visés (Ventura and Antheaume 2019).

Dans le contexte actuel, les effets recherchés par les innovations sont loin d’être marginaux : par définition, la transition se veut massive. L’innovation n’est pas seulement liée à des produits, mais également à des changements organisationnels. Enfin, dans le secteur du BTP, l’innovation est territoriale, et les marchés et gisements concernés sont à des échelles infranationales.

Enfin, les innovations, par définition, s’inscrivent dans le temps long. Dans un contexte de transition macroéconomique général, il n’est pas possible de compter sur une stabilité des modèles économiques actuels pour prédire ceux qui seront en œuvre dans les 10 ou 20 prochaines années. Cette problématique a donné lieu à des ACV dites prospectives qui cherchent à intégrer des évolutions technologiques temporelles d’arrière-plan, notamment en terme de production d’énergie, à l’aide de scénarios (Beltran et al. 2020).

Méthodologie proposée

Il est donc proposé une approche méthodologique basée sur l’ACV conséquentielle et l’ACV prospective, mais avec des évolutions méthodologiques :

• Une approche multiproduits : de ce fait une modélisation par expansion de système mais sans la substitution, qui accepte donc plusieurs fonctionnalités et qui préserve la dépendance physique entre les volumes de production des produits principaux et ceux des déchets valorisés ;
• Une approche territoriale intégrant la recherche d’adéquation entre gisements de déchets contraints et marchés économiques infranationaux car le secteur BTP est ancré dans des économies territoriales ne dépassant pas des périmètres supérieurs à 150 km ;
• Une approche prospective intégrant des scénarios d’évolution temporelle du contexte de production d’énergie, mais qui pourraient également intégrer d’autres aspects comme des évolutions réglementaires ou normatives.

Cette approche repose sur la modélisation d’un diagnostic initial intégrant une pré-ACV avec les technologies et produits existants, l’état des marchés, l’analyse des gisements et flux de déchets concernés, auquel des évolutions sont appliquées à divers horizons temporels à l’aide de scénarios élaborés avec les parties-prenantes concernées, et intégrant des contraintes physiques existantes (par exemple les gisements) mais également des contraintes que l’on choisit de s’imposer (par exemple la neutralité carbone à une échéance donnée).

Partenaires

La mise en œuvre de cette démarche requiert une collaboration étroite et fréquente entre les partenaires : il est important de constituer une équipe pluridisciplinaire et bipartite pour contribuer et guider une approche pertinente dans un contexte collégial, qui appuie le développement méthodologique qui sera réalisé par la chercheure postdoctorale concernée par ce dossier.

Côté Université Gustave Eiffel, les approches territoriales et multiproduits ont déjà été étudiées par Anne Ventura sur la question du béton de démolition en Loire Atlantique (Mousavi 2018; Mousavi et al. 2020) sans toutefois intégrer un caractère prospectif. Ce type d’approche est toutefois actuellement en cours de développement, avec une approche à la fois territoriale multiproduits et prospective, dans le cadre du projet de recherche Ademe « Carboval » concernant la valorisation des scories du Nickel en Nouvelle Calédonie[2] dans lequel sont impliqués Eva Quéheille, Michel Dauvergne, Laurédan Le Guen et Anne Ventura. L’Université Gustave Eiffel compte également des compétences concernant la logistique et l’économie des circuits-courts au sein de l’équipe SPLOTT[3] qui pourrait contribuer au projet.

Côté Vicat, l’économie circulaire est pratiquée depuis plus de 20 ans pour, par exemple, valoriser énergétiquement les déchets des territoires où sont implantés les cimenteries. Cet ancrage territorial où les flux de produits de construction et de déchets se croisent est essentiel au dynamisme de l’activité économique. La feuille de route Vicat vers la neutralité carbone inclue donc une multitude de solutions, nouveaux produits et nouveaux services à proposer aux acteurs de la chaîne de valeur de la construction. Les efforts engagés par Vicat dans la transition environnementale seront d’autant plus impactant que de nouveaux équilibres économiques seront trouvés. La Direction Performance et Investissement en charge de l’industrialisation mettra au service de ce projet les données financières et technique des projets, la Direction Energie travaillera les scénarii d’évolution des mix énergétiques et la Direction Offre et Marché contribuera au travers des études de marché à la quantification de l’impact potentiel des nouvelles solutions proposées par Vicat. Eva Quéheille, la chercheure post-doctorale proposée, est titulaire d’un doctorat CIFRE (Quéheille 2019) dans lequel elle a développé une approche d’optimisation sur les calculs couplés de coûts et d’ACV en langage Python et Java pour les chantiers de déconstruction du bâtiment. Elle est actuellement impliquée dans le projet Carboval2 jusqu’en juin 2022, et a suivi une formation en ACV prospective à l’Université de Leiden. Elle est fortement impliquée dans la création et le maintien d’un espace de partage numérique (GitHub) des développements méthodologiques en ACV de l’Université Gustave Eiffel.

Enfin, des partenaires académiques extérieurs sont envisageables pour un appui méthodologique et un avis scientifique. Adélaïde Feraille, chercheure à l’Ecole des Ponts et qui pilote la base de données DIOGEN[4] depuis de nombreuses années, sera associée au suivi du projet. Un contact avec Sangwon Suh (UC Santa Barbara), chief-editor de la revue Frontiers in Sustainability dont Anne Ventura est membre du comité éditorial, est envisagé afin de permettre à Eva Quéheille d’être formée au couplage opérationnel entre bases de données ACV et économiques (Input/Output) dont il est le précurseur (Suh et al. 2010).

La collaboration portera sur un ou deux cas d’étude choisis entre les partenaires, en amont du démarrage du contrat postdoctoral. Plusieurs pistes sont envisageables :

• L’implantation territoriale de la capture et l’utilisation du carbone dans le béton de démolition, car ce cas dispose déjà de nombreuses données via la projet national Fastcarb, où les deux partenaires sont déjà impliqués.
• Dans une logique de sobriété, une réflexion sur de possibles évolutions normatives de la fabrication du béton vers une approche performancielle où des recherches en lien avec l’ACV sont déjà en cours (Ventura et al. 2020)
• La cohérence socio-économique dans l’utilisation des matériaux, co-produits et déchets en fonction de leurs lieux de production et de consommation. L’étude multi paramètres pourra ainsi se concentrer sur un territoire à 150-200km autour d’une cimenterie telle que Montalieu (38)

Dans tous les cas, il s’agira d’étudier le déploiement de l’innovation dans son contexte territorial, et si possible sur deux territoires contrastés dans leurs contextes géopolitiques et économiques.

Retombées attendues sur le secteur du BTP

Les logiciels classiques de l’ACV ne permettent pas de mener cette démarche qui requiert une programmation dédiée. La volonté partagée des partenaires est d’aboutir à une approche méthodologique partageable entre tous les acteurs de la filière et ils optent pour un développement numérique open source, adossé au logiciel Brightway et au langage Python.

Les outils numériques seront diffusés de manière libre au fur et à mesure de leur validation scientifique via des publications. Cette position explique la part de recherche liée au numérique estimée à 10%.

Références

Beltran AM, Cox B, Mutel C, et al (2020) When the Background Matters: Using Scenarios from Integrated Assessment Models in Prospective Life Cycle Assessment. Journal of Industrial Ecology 24:64–79. https://doi.org/10.1111/jiec.12825

Mousavi M (2018) Territorial Environmental Modeling of Cement Concrete Demolition Waste (CCDW) Management with a Life Cycle Approach. Université de Nantes

Mousavi M, Ventura A, Antheaume N (2020) Decision-based territorial life cycle assessment for the management of cement concrete demolition waste: Waste Management & Research. https://doi.org/10.1177/0734242X20965676

Quéheille E (2019) Economie Circulaire et conception d’Outil d’Optimisation de la stratégie de gestion des Déchets de Déconstruction (ECO2D2). Mecanique et Physique, Université de Bordeaux

Suh S, Weidema B, Schmidt JH, Heijungs R (2010) Generalized Make and Use Framework for Allocation in Life Cycle Assessment. Journal of Industrial Ecology 14:335–353. https://doi.org/10.1111/j.1530-9290.2010.00235.x

Ventura A, Antheaume N (2019) Environmental assessment of carbon capture and utilization: a new systemic vision – application to valorization of nickel slags. In: Djerbi A, Omikrine-Metalssi O, Fen-Chong T (eds) Proceedings of the International Workshop CO2 Storage in Concrete. IFSTTAR, Marne La Vallée, France, pp 73–79

Ventura A, Ta V-L, Kiessé TS, Bonnet S (2020) Design of concrete : Setting a new basis for improving both durability and environmental performance. Journal of Industrial Ecology n/a: https://doi.org/10.1111/jiec.13059

Weidema B (2001) Avoiding Co-Product Allocation in Life-Cycle Assessment. Journal of Industrial Ecology 4:11–33. https://doi.org/10.1162/108819800300106366

 

 

[1] https://www.ecologie.gouv.fr/strategie-nationale-bas-carbone-snbc

[2] https://ite.univ-gustave-eiffel.fr/les-axes/organisations-territoriales/projet-carboval/

[3] https://www.splott.ifsttar.fr/linstitut/ame/laboratoires/splott/

[4] https://www.afgc.asso.fr/groupe/diogen-base-de-donnees-dimpacts-environnementaux-des-materiaux-pour-les-ouvrages-de-genie-civil/