Modélisation mathématiques et Algorithme

Pluviométrie

La pluviométrie moyenne montre une distribution hétérogène avec des régimes bimodaux et monomodaux. Les pluies sont de type orageux, de courte durée et à forte intensité. Les valeurs moyennes des précipitations varient annuellement entre les isohyètes de 250mm à plus de 2000mm (Tockol, 1993). Leur répartition permet de distinguer trois (3) zones climatiques (figure 1.2)

la zone à climat tropical sec ou climat intertropical sahélien (soudano-guinéen) et kalaharien est marquée par une tendance pluvio-orageuse annuelle monomodale de courte durée (1 à 3mois) qui concentre de 300mm (millimètre) à 800mm d’eau. Cette accumulation soudaine engendre des inondations et des érosions de sol. Le Mali, le Botswana, la Namibie, le Niger, le Sud-Soudan, le Tchad, la Somalie, le Djibouti, l’Éthiopie, une partie de l’Afrique australe, le Sénégal, le Burkina-Faso et une partie du Kenya sont concernés;

la zone à climat équatorial qui se rencontre en Afrique centrale (espace CEEAC) avec plus de 2000 mm d’eau enregistrés à travers un régime bimodal de 6 à 8 mois (L’Hote et al.1996). C’est le territoire le plus humide de toute l’Afrique, avec un maximum pluviométrique pouvant atteindre 9000mm. On y note également une fluctuation de faible profondeur (0,5 à 5mètres) de la cote de la nappe phréatique. Les experts du Centre Expérimental et Recherches du Bâtiment et des Travaux Publics (CEBTP, 1980) ont observé que dans ces conditions la teneur en eau dans les matériaux est fréquemment audessus de l’optimum PROCTOR. Ceci contribue à la baisse du module des matériaux et de la portance du sol;

la zone à climat tropical humide (guinéen) est caractérisée par une moyenne comprise entre 800mm et 2000mm avec des disparités locales de type monomodal (2,5 à 4 mois de pluies) ou bimodal (2-3mois et4-3mois). C’est la zone de la majorité des pays de la 8 CEDEAO situés sur le littoral côtier de l’Atlantique (Golfe de Guinée), la COMESA et de la SADC.

Réseau routier: état des chaussées et type de trafic Le réseau routier sub-saharien est faiblement dense et occuperait 4,2km/km2de la superficie disponible (Noyoulewa, 2009). Du point de vue structural, deux catégories de routes ont été réalisées: les chaussées revêtues et les chaussées non-revêtues (tableau 1.1).Les résultats du diagnostic national des infrastructures routières en ASS ont montré que 16% seulement des 1.8 millions de kilomètres de routes étaient revêtues en 2007.Ce réseau présentait un état de roulement d’ensemble passablement bon (AICD, 2008). Par ailleurs, quelques normes utilisées dans certains pays fixent la largeur exploitable de la route à un maximum compris entre sept (7) et neuf (9) mètres [Kasogué (2010), Koulakoumouna, (2006)]. Cette limitation ne favorise pas l’étalement en largeur de la circulation se traduisant par des congestions qui concentrent la pression des charges sur une faible largeur de la surface de roulement. Ceci engendre un impact négatif sur la répartition du trafic et de la charge dont les effets répétitifs sont préjudiciables à la structure de la chaussée (Perret, 2003).

Par ailleurs, on observe fréquemment des poids lourds circulant avec des surcharges qui finissent par déformer leurs châssis. Il s’en suit une répartition inégale des charges roulantes et statiques qui engendre des détériorations non uniformes. De plus, ces camions sur chargés roulent très lentement (moins de 40km/heure) pour éviter les basculements. Ils accentuent ainsi la pression de contact sur la structure de la chaussée qui finit par s’endommager par excès de contraintes différentielles et répétitives, affaissement et augmentation de température affectant la viscoélasticité (Doré et al. 2009). Ces phénomènes, en lien avec la course effrénée pour la rentabilité économique, s’observent au niveau des réseaux routiers reliant les principaux ports fluvio-lacustres et maritimes aux zones enclavées dans le même pays ou des pays frontaliers [Kessides (2005), Ndéka (2006), Noyouweya (2009)].

C’est le cas du Bénin dont le port maritime de Cotonou et les diverses chaussées servent pour l’approvisionnement intérieur du Bénin et des autres pays de sous-régional (Nigéria, Niger, Burkina-Faso, Mali et même du Tchad) qui ont connu une évolution soudaine du trafic de poids lourds dans les années 1990. Malgré la mise en place d’un horaire de circulation assez bien respecté par les transporteurs, le chargement excessif des camions et les faibles vitesses de roulement ont engendré des dommages importants et récurrents dans les traces de roues sur plusieurs kilomètres. On observe entre autres la présence: des surfaces de roulement bosselées, de nombreuses ornières, diverses formes de fissures, des nids de poule, l’érosion de rives ainsi que des bassins de déflexion. Des détériorations similaires ont été constatées par des experts sur les principaux corridors transafricains retenus par le NEPAD et qui servent pour la mobilité des populations et des marchandises sur le continent. Au Rwanda, par exemple, l’évolution du trafic (de 1995 à 2003) s’est traduite par une augmentation annuelle globale de 5%avec 11,5% de poids lourds dont 60% étaient en surcharge au niveau des ponts de pesage frontaliers (Ndéka, 2006).

A ces problèmes s’ajoutent d’une part, la faible affectation des budgets aux services techniques en charge de l’entretien routier. Selon les experts de l’OCDE et du NEPAD réunis à Kampala (2008), le taux d’affectation de fonds d’entretien routier n’est que de 21 à 40% sur l’ensemble du réseau routier en ASS. Ainsi, la réhabilitation des chaussées endommagées n’est faite que partiellement et sans respect de calendrier. Les chaussées ainsi livrées à la surcharge répétitive et aux intempéries subissent des détériorations qui hypothèquent leur durée de vie. Et, d’autre part, on assiste à l’usage généralisé des essieux tandem à une seule roue par côté (rechapé et en général usagé) qui se dénudent puis flambent avant d’éclater dans le trafic (sous l’effet du chargement inégal ou de la pression de gonflage disproportionnée). Ces détériorations contribuent au rainurage de la surface et à la fissuration par le haut responsable de la perte du pouvoir de protection contre l’infiltration de l’eau. Ainsi, les actions conjuguées de l’agression climatique et de la permanence des contraintes différentielles audessus des couches sont favorisées et engendrent l’effondrement structural de la chaussée (Huang, 1993).

Hypothèse de la recherche

L’hypothèse retenue a été formulée en tenant compte de l’analyse de la problématique. Elle part d’un constat selon lequel: «si les différents profils géométriques routiers ont été correctement exécutés, alors les dégradations structurales sévères observées et qui ont conduit à la ruine précoce de l’ouvrage ont été causées par une faible capacité structurale des couches de la chaussée, amplifiée par l’utilisation des matériaux dont la calibration étaient inadéquate.» En d’autres termes, les structures de chaussées (matériaux constitutifs et les épaisseurs) réalisées ont été sélectionnées dans pour des trafics, des charges, des types de sols et des conditions environnementales non compatibles au contexte local. En effet, en conformité avec les principes de base de la méthode empirique, les matériaux et les couches des chaussées qui sont soumis à des mêmes conditions locales de trafic et d’environnement subissent des déformations similaires (Haas et al. 1994). De la même façon, en prenant soin de définir les échelles de grandeur sur les types de trafic et les équivalences des charges, les hypothèses de base de la méthode analytique permettent de transférer les solutions techniques et les normes de conception des chaussées d’un secteur à un autre [Huang (1993), Balay (2009), Ramadan (2011)]. Ainsi dans un cas où dans un autre, les méthodes appliquées (empirique ou analytique ou mécanistique-empirique) et les résultats de conception obtenus dans les autres pays tropicaux (Australie, Nouvelle Zélande, pays de l’Amérique du sud, Antilles, Asie, etc.) devraient conduire à des durées de vie similaires ou à des améliorations significatives des résultats pour les mêmes usages lorsqu’ils sont transposés en ASS ayant des conditions locales de trafic et naturelles équivalentes. Ce qui n’est pas encore le cas à l’heure actuelle [AIPCR –Lomé (2004), Kannemeyer (2007), Mbodji (2011), Theyse et al. (2011)].

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1. PRÉSENTATION DE L’AFRIQUE SUB-SAHARIENNE
1.1 Limites et étendues
1.2 Conditions environnementales
1.2.1 Climat
1.2.2 Sol et roc
1.2.3 Matériaux de construction
1.3 Réseau routier: état des chaussées et type de trafic
1.4 Conclusion
CHAPITRE 2 PROBLÉMATIQUE ET PERSPECTIVES DE LA RECHERCHE
2.1 Problématique
2.2 Perspective
2.2.1 Hypothèse de la recherche
2.2.2 Limitations et objectifs de la recherche
2.2.3 Méthodologie de la recherche
2.3 Conclusion
CHAPITRE 3 REVUE DE LITTERARURE
3.1 Différents types de chaussées et leur dimensionnement structural
3.1.1 Méthodes de dimensionnement
3.1.2 Chaussées non-revêtues
3.1.3 Chaussées revêtues
3.2 Méthodes de dimensionnement des chaussées flexibles
3.2.1 Méthodes mathématiques formelles
3.2.2 Méthodes d’approximation mathématique
3.3 Chaussées rigides ou route en couches de béton
3.4 Chaussées semi-rigides ou chaussées mixtes
3.5 Conclusion
CHAPITRE 4 DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSÉES EN AFRIQUE SUBSAHARIENNE
4.1 Outils de conception structurale et leurs limitations
4.1.1 Catalogue du CEBTP
4.1.2 Catalogues du TRL et du TRL/SADC
4.1.3 Outils et démarches de conception spécifiques à certains pays
4.1.4 Catalogue du LCPC -SETRA
4.1.5 Catalogue du SAPDM de l’Afrique du Sud
4.2 Performance des chaussées et des outils utilisés en ASS
4.3 Identification des besoins des administrations routières
4.4 Conclusion
CHAPITRE 5 DÉVÉLOPPEMENT ET VALIDATION DU NOUVEAU CATALOGUE93
5.1 Choix du type des chaussées pour le nouveau catalogue
5.2 Cadre conceptuel et théorique
5.3 Modélisation mathématiques et Algorithme
5.3.1 Estimation de la capacité structurale
5.3.2 Estimation de la durée de vie structurale
5.3.3 Charge et Essieu de référence pour le trafic
5.3.4 Classification du trafic
5.4 Caractéristiques des matériaux
5.5 Conditions environnementales
5.6 Conditions aux limites pour l’analyse structurale
5.7 Calibration structurale des données de l’OCS-Chaussée
5.8 Dimensionnement des chaussées avec l’OCS-Chaussée
5.9 Composition du nouveau catalogue
5.10 Conclusion
CONCLUSION GÉNÉRALE
RECOMMANDATIONS
ANNEXE I FICHES DES CHAUSSÉES TYPES POUR L’ESSIEU DE 80 kN
ANNEXE II FICHES DES CHAUSSÉES TYPES POUR L’ESSIEU DE 130 kN
ANNEXE III BIBLIOTHÈQUE DES MATERIAUX DU SAPDM 2011
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES