Étude de cas A73 : les résultats de la recherche FIBRA

Sur la planche d'essai de l'A73 près de Roermond, BAM et Rijkswaterstaat testent depuis août 2020 un enrobé drainant bicouche fibré dans le cadre du projet européen FIBRA. Le bilan à ce jour : les couches de roulement avec fibres d'aramide et PAN sur bitume standard offrent sur la route des performances équivalentes à la référence PmB, avec une température de production inférieure de 15 à 20 °C et un MKI (indicateur de coût environnemental) inférieur de plus de 10 % (cradle-to-gate).

Pourquoi une planche d'essai sur l'A73 ?

FIBRA était un projet de recherche européen CEDR réunissant cinq instituts de recherche et deux partenaires industriels de six pays — aux Pays-Bas, BAM et Rijkswaterstaat — destiné à combler les lacunes de connaissances qui rendaient les gestionnaires de voirie réticents à utiliser plus largement l'asphalte fibré. Le contexte complet, les objectifs et les participants sont détaillés dans notre article sur le projet FIBRA.

L'A73 n'était pas un choix arbitraire. BAM Infra Nederland avait déjà aménagé, sur un tronçon de deux kilomètres près de Roermond, un jardin de démonstration pour l'asphalte durable, fruit du concours « Asphalte durable » lancé par Rijkswaterstaat. La planche d'essai fibrée s'y est greffée : un seul site où couches de base durables et couches de roulement fibrées sont suivies sous une charge de trafic identique et intense.

Le site d'essai : chaussée sud juste après le tunnel de Swalmen

La planche d'essai a été réalisée dans la dernière semaine d'août 2020 sur la chaussée sud de l'A73, juste après le tunnel de Swalmen à hauteur de Roermond. Le tronçon compte deux voies de circulation et une bande d'arrêt d'urgence et absorbe environ 50 000 véhicules par jour ouvrable — une autoroute nationale représentative et fortement sollicitée, exactement le domaine d'application dans lequel le renfort fibré doit faire ses preuves.

Couches de base durables : 80 et 95 % de réemploi

Dans la couche de base de l'enrobé drainant bicouche, BAM Infra a mis en œuvre deux enrobés durables, chacun avec sa propre combinaison de réemploi et de température de production abaissée :

• Mélange de couche de base 1 — 80 % d'agrégats d'enrobés recyclés ; température de production 115 °C.

• Mélange de couche de base 2 — 95 % d'agrégats d'enrobés recyclés ; température de production 105 °C.

À titre de comparaison : l'asphalte conventionnel est généralement produit bien au-dessus de 160 °C. Le jardin de démonstration montre ainsi que des taux de réemploi élevés et des températures de production nettement plus basses sont techniquement réalisables dans la couche de base d'une autoroute nationale — une contribution directe aux objectifs de circularité et de climat de Rijkswaterstaat.

Quatre couches de roulement en enrobé drainant bicouche

L'essai fibré proprement dit portait sur la couche de roulement. L'enrobé drainant bicouche combine une couche inférieure grossière, fortement drainante, avec une couche supérieure fine ; c'est précisément cette couche supérieure ouverte qui est sensible au plumage — l'arrachement des gravillons de la surface sous la charge du trafic. Ce qu'est exactement le ZOAB (enrobé très drainant) et pourquoi cette structure ouverte constitue à la fois la force et la faiblesse de cette chaussée, vous le lisez dans notre explication de l'enrobé drainant.

La planche d'essai se composait de quatre variantes de la même couche supérieure d'un enrobé poreux bicouche (2L-PA 8) :

• Section 1 — référence avec PmB (Styrelf 65/105-80 A AP) ; 330 m ; points hectométriques 23.600-23.270.

• Section 2 — référence avec bitume de pénétration et fibre de cellulose ; 350 m ; points hectométriques 23.270-22.920.

• Section 3 — fibre de polyacrylonitrile (PAN, Panacea), 0,15 % de la masse du mélange ; 350 m ; points hectométriques 22.920-22.570.

• Section 4 — fibre d'aramide (Twaron 1080), environ 0,05 %, soit quelque 500 grammes par tonne, selon le mélange et l'application ; 320 m ; points hectométriques 22.570-22.250.

Les deux mélanges fibrés utilisaient un bitume de pénétration standard au lieu du bitume modifié aux polymères, plus coûteux. La question de recherche centrale : les fibres peuvent-elles reprendre le rôle de la modification aux polymères dans une couche de roulement ouverte sur une autoroute fortement sollicitée ?

Résultats de la planche d'essai

Les sections ont été mesurées aussi bien en laboratoire que sur la route. Les principales valeurs de mesure par thème sont récapitulées ci-dessous.

Température de production et mise en œuvre

• Température de production — référence PmB : environ 181 °C ; mélanges fibrés : environ 159-165 °C (15-20 °C de moins).

• Cadence de production — référence PmB : 145-150 tonnes/heure ; mélanges fibrés : environ 130 tonnes/heure (dosage manuel des fibres par sac).

La température plus basse économise de l'énergie à la centrale d'enrobage et limite les fumées pendant la pose. Les mélanges fibrés se sont en outre révélés plus faciles à travailler à la main que le mélange PmB plus chaud, et aucun agglomérat de fibres ni aucun autre problème de production ou de mise en œuvre n'a été observé — sans la moindre adaptation des équipements de production ou de pose existants.

Performances mécaniques

Les quatre mélanges satisfaisaient largement aux exigences néerlandaises en matière de drainage de l'eau (essai Becker), d'uni longitudinal et de résistance à l'abrasion. Les valeurs de laboratoire pour la résistance à la traction indirecte (ITS) de la référence PmB face à la variante aramide :

• ITS sec — référence PmB : 0,72 MPa ; fibre d'aramide : 0,578 MPa.

• ITS humide — référence PmB : 0,63 MPa ; fibre d'aramide : 0,446 MPa.

• ITSR (sensibilité à l'eau) — référence PmB : 88 % ; fibre d'aramide : 77 %.

La référence PmB obtient donc en laboratoire un score légèrement supérieur en résistance à la traction — mais cette différence ne s'est pas traduite par un écart perceptible de performance sur la route. Une interprétation détaillée de ces chiffres, coûts et recyclage compris, se trouve dans la comparaison entre fibres d'aramide et PmB.

Plumage et résistance à l'abrasion

Le plumage est le mécanisme de dégradation déterminant de l'enrobé drainant, la résistance à l'abrasion a donc reçu une attention particulière. Pendant les trois premières semaines après la mise en service, les sections fibrées (notamment PAN et aramide) ont même légèrement mieux performé que la référence PmB : résistance à l'abrasion de 0,555 pour la section aramide contre 0,517 pour la référence en semaine 3. Après trois mois de charge de trafic, les quatre sections étaient visuellement en bon état, sans dégradation visible ni perte de gravillons.

Bruit : mesures CPX

Les mesures CPX après douze semaines ont montré des différences négligeables entre les quatre mélanges : 92,8 dB(A) pour la référence PmB contre 92,5 dB(A) pour la section aramide (véhicules légers, voie de droite). La voie de gauche se situait systématiquement environ 1,2 dB(A) plus bas — un effet d'usure du trafic lourd sur la voie de droite, indépendant du type d'armature. Le renfort fibré ne se fait donc pas au détriment de la performance acoustique de l'enrobé drainant bicouche ; plus à ce sujet dans asphalte fibré et réduction du bruit.

Impact environnemental : ACV et MKI

• MKI cradle-to-gate — mélange PmB : impact environnemental le plus élevé, plus de 10 % d'écart avec les variantes fibrées.

• MKI cradle-to-grave — l'écart se réduit à moins de 4 % sur le cycle de vie complet.

L'écart cradle-to-grave est plus faible parce que ce calcul intègre aussi l'entretien et la fin de vie. Pour les appels d'offres où l'indicateur de coût environnemental pèse via DuboCalc et les critères EMVI, le gain côté production — température plus basse, bitume standard, meilleure recyclabilité des fraisats — reste directement démontrable.

Suivi depuis août 2020

La planche d'essai est en place depuis plus de cinq ans. BAM suit les sections sur le long terme en collaboration avec Rijkswaterstaat, avec des inspections vidéo aux années 2 et 5 après la réalisation, en complément du programme annuel régulier de suivi de Rijkswaterstaat pour l'inspection visuelle et la résistance à l'abrasion. Il en résulte une série de mesures qui va bien au-delà de la réception habituelle des travaux — exactement ce qu'il faut pour étayer les allégations de durée de vie de l'asphalte fibré. Les gestionnaires de voirie qui souhaitent contribuer eux-mêmes à une telle validation découvrent dans aidez à valider l'asphalte du futur comment une planche d'essai est mise en place sur leur propre réseau.

Conclusions de la recherche FIBRA

La recherche sur l'A73 a livré trois conclusions principales :

• L'enrobé poreux peut être renforcé avec succès par des fibres synthétiques — aussi bien polyacrylonitrile qu'aramide — à la place de la modification aux polymères ; les deux types de fibres contribuent positivement à la résistance et à la rigidité du mortier.

• Les performances en conditions réelles (résistance à l'abrasion, bruit, drainage de l'eau, uni) sont équivalentes au mélange PmB courant, avec une température de production inférieure de 15 à 20 °C et un impact environnemental plus faible.

• Aucune adaptation des équipements de production ou de pose existants n'a été nécessaire, et le business case montre que la voie fibrée est, dans le contexte néerlandais, neutre en coûts par rapport au PmB à durée de vie comparable.

L'étude de cas de l'A73 est ainsi l'un des essais en conditions réelles d'asphalte fibré les plus documentés d'Europe, et un solide argumentaire pour les fibres d'aramide et de PAN dans l'enrobé poreux sur les autoroutes nationales fortement sollicitées.

De la planche d'essai à votre projet

La technologie fibrée issue de la recherche sur l'A73 n'est plus un concept de laboratoire. Avec AsphaltX, l'asphalte fibré à l'aramide en pratique — basé sur la même technologie d'aramide Twaron — l'approche est aujourd'hui appliquée sur des routes provinciales, des sites industriels et des voies de chantier ; sur la N337 entre Zwolle et Deventer, cela a conduit, sur 8 kilomètres, à 50 % d'orniérage en moins et 30 % de fissuration en moins par rapport à la section de référence. Si vous envisagez un renfort fibré pour une couche de roulement ou un projet d'entretien, nous réalisons gratuitement le calcul avec vous : formulation du mélange, dosage et gain de MKI attendu.

Sources

• Projet CEDR FIBRA, Deliverable 5.1 "Scaling up of the production process and implementation of test sections" et Deliverable 6.2 "Exploitation Strategy Plan", 2021.

• Rijkswaterstaat/BAM Infra Nederland, jardin de démonstration asphalte durable A73 (concours « Asphalte durable »).

• Dutch Fiber Trading (dutchfibertrading.com).