ANALYSE DU CYCLE DE VIE DES SOLUTIONS GEOSYNTHETIQUES AU REGARD DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION CONVENTIONNELS

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1 ANALYSE DU CYCLE DE VIE DES SOLUTIONS GEOSYNTHETIQUES AU REGARD DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION CONVENTIONNELS Alain Nancey, Tencate Geosynthetics France Nicolas Laidié, DuPont de Nemours Luxembourg

2 L I M PA C T E N V I R O N N E M E N TA L D E S G É O S Y N T H É T I Q U E S Les géosynthétiques: Sont largement utilisés dans les applications de génie civil Remplacent totalement ou partiellement les matériaux de construction traditionnels Constituent une alternative reconnue à des solutions plus complexes Ils permettent généralement de: Réduire la quantité de matériaux extraits pour les besoins de l ouvrage Réduire le coût de construction et d entretien à long terme Comment quantifier les différences

3 L I M PA C T E N V I R O N N E M E N TA L D E S G É O S Y N T H É T I Q U E S EAGM (European Association of Geotextile and geotextile related products Manufacturers) ETH Zürich / ESU Services Ltd quantifier et comparer les performances environnementales des solutions géosynthétiques avec celles des solutions de construction conventionnelles.

4 L I M PA C T E N V I R O N N E M E N TA L D E S G É O S Y N T H É T I Q U E S Méthode utilisée: 4 cas d application des géotextiles et produits apparentés (champ de l EAGM): Cas 1 : Filtration Cas 2 : Stabilisation de structure de chaussée Cas 3 : Couche drainante d une installation de stockage de déchets Cas 4 : Mur de soutènement Dans chaque cas, des solutions équivalentes ou au moins comparables sont définies précisément et validées par des experts du domaine. Dans chaque cas, des caractéristiques techniques sont requises pour les géosynthétiques utilisés. Ceci conduit à un géosynthétique «type» théorique qui est un mélange des différents produits utilisés dans cette application.

5 L I M PA C T E N V I R O N N E M E N TA L D E S G É O S Y N T H É T I Q U E S Méthode utilisée: L équivalence des solutions et la fiabilité des résultats sont évaluées par des analyses de sensibilité statistiques Par exemple: Faire varier l épaisseur de la couche de filtration (cas 1) Remplacer le sol support par un sol non-gélif Conformément à ISO et ISO une revue critique est menée par 3 experts indépendants

6 L I M PA C T E N V I R O N N E M E N TA L D E S G É O S Y N T H É T I Q U E S Méthode utilisée: Données: Les données source concernant les géosynthétiques ont été collectées auprès des fabricants participant au projet: Informations sur les produits Informations sur les process Informations sur les fournisseurs de matières premières si possible Données issues de documents faisant référence technique Les données génériques proviennent principalement de ecoinvent Data v2.2 (fournit des données d inventaires de nombreux produits et services). L Inventaire moyen du Cycle de Vie est établi pour chaque cas sur la base des moyennes arithmétiques des performances environnementales des produits fabriqués par chaque participant à l étude.

7 L I M PA C T E N V I R O N N E M E N TA L D E S G É O S Y N T H É T I Q U E S Méthode utilisée: Données: Période de référence: 2009 (pour quelques cas 2008). Étendue géographique de l étude: conditions européennes Référence techniques: alternatives équivalentes ou au moins comparables. Produits adaptés à l application. Evaluation de l incertitude: analyses Monte Carlo réalisées pour écarter les incertitudes dépendantes. Les incertitudes dépendantes ont un effet dans les deux alternatives.

8 L I M PA C T E N V I R O N N E M E N TA L D E S G É O S Y N T H É T I Q U E S Méthode utilisée: La performance environnementale est évaluée à l aide des 8 indicateurs d impacts:: 1. Demande d énergie cumulée DEC 2. changement climatique (potentiel de réchauffement global, GWP100) 3. Formation d ozone photochimique : aussi dénommé brouillard d été summer smog, 4. Formation de particules : les particules sont à l origine de problèmes de santé lorsqu ils sont inhalé et pénètrent dans les voies respiratoires et les poumons 5. Acidification : Les principales substances à l origine de l acidification son les oxydes d azote (NOX), l ammoniac (NH3) et le dioxyde de soufre (SO2), 6. Eutrophisation : enrichissement de l environnement aquatique en nutriments, 7. Utilisation des terres 8. Consommation d eau

9 COMPARAISON DE L ANALYSE DU CYCLE DE VIE D UN GEOSYNTHETIQUE ET D UN MATERIAU DE CONSTRUCTION CONVENTIONNEL CAS 1: Ouvrage de Filtration

10 Construction d une tranchée drainante

11 C A R A C T É R I S AT I O N D E S S O L U T I O N S A LT E R N AT I V E S Système de filtration avec géotextile comparé à un filtre granulaire. La moyenne de 3 types de géotextiles differents est utilisée: Nontissé de filaments continus Nontissé de fibres coupés Tissé Les géotextiles sont en polypropylène (PP) et contiennent des stabilisants pour satisfaire aux critères de durabilité

12 C A R A C T É R I S AT I O N D E S S O L U T I O N S A LT E R N AT I V E S Système de filtre sous une chaussée: Cas 1A filtre granulaire 300 mm de grave Case 1B filtre géotextile 175 g/m 2 Perméabilité : k 0.1 mm/s Durée de vie estimée: 30 ans

13 C A R A C T É R I S AT I O N D E S S O L U T I O N S A LT E R N AT I V E S Tranchée drainante: Cas 1A filtre granulaire 300 mm de grave Case 1B filtre géotextile 175 g/m 2 Perméabilité : k 0.1 mm/s Durée de vie estimée: 30 ans

14 C A R A C T É R I S AT I O N D E S S O L U T I O N S A LT E R N AT I V E S Chiffres clés pour la construction d 1m 2 de filtre : Unité Cas 1A Cas 1B Matériau granulaire t/m Géosynthétique m 2 /m 2-1 Diesel (engins de terrassements) MJ/m Transport par camion tkm/m Transport par rail, fret tkm/m Particules, > 10 m g/m Particules, > 2.5 m & < 10 m g/m L impact de l épaisseur de matériau granulaire est évalué avec une variation de +/- 100 mm

15 Indicateurs d impact: 1. Demande d énergie cumulée DEC 2. changement climatique (potentiel de réchauffement global, GWP100) 3. Formation d ozone photochimique : aussi dénommé brouillard d été summer smog, 4. Formation de particules : les particules sont à l origine de problèmes de santé lorsqu ils sont inhalés et pénètrent dans les voies respiratoires et les poumons 5. Acidification : Les principales substances à l origine de l acidification son les oxydes d azote (NOX), l ammoniac (NH3) et le dioxyde de soufre (SO2), 6. Eutrophisation : enrichissement de l environnement aquatique en nutriments, 7. Utilisation des terres 8. Consommation d eau 15

16 Transport Matériau granulaire

17 Variation de l épaisseur du filtre granulaire de +/- 10cm : La performance environnementale du filtre géotextile reste significativement meilleure

18 Résultats & conclusions Cas 1 Comparé à un filtre granulaire, l utilisation de géosynthétiques montre des impacts environnementaux plus faibles pour tous les indicateurs analysés (toujours inférieur à 25% de ceux observés pour un filtre granulaire) La demande cumulée en énergie non renouvelable pour la construction d 1m 2 de filtre est environ 7 fois plus faible avec l utilisation d un géosynthétique Les émissions cumulées de gaz à effet de serre sont environ 10 fois plus faibles avec un filtre géotextile.

19 COMPARAISON DE L ANALYSE DU CYCLE DE VIE D UN GEOSYNTHETIQUE ET D UN MATERIAU DE CONSTRUCTION CONVENTIONNEL CAS 2: Stabilisation d une structure de chaussée

20 Réalisation d une couche de forme

21 C A R AC T É R I SAT I O N D ES SOLU T I O N S A LT E R N AT I V ES La moyenne de 3 types de géosynthétiques différents est utilisée : géogrilles extrudées et étirées géogrilles assemblées tissés / géogrilles tricotées. Ouvrage= route de classe III ( 3 millions de passages- 10 tonnes par essieu) avec la même structure en surface pour tous les cas. Couche d assise (sur sol médiocre) - durée de vie de 30 ans Couche de base durée de vie de 30 years Couche d enrobé - durée de vie de 15 ans

22 C A R AC T É R I SAT I O N D ES SOLU T I O N S A LT E R N AT I V ES 3 solutions de couche d assise ont été étudiées: Cas 2A structure conventionnelle avec une couche de sable ou gravier insensible au gel Cas 2B - comme 2A renforcée par géosynthétique Cas 2C comme 2A traitée aux liants hydrauliques/chaux/ciment Indicateurs d impact environnemental : Acidification, Eutrophisation, Réchauffement Global, oxydation photochimique, DEC non-renouvelable, DEC renouvelable, Emission de particules, Utilisation des terres & Consommation d eau

23 18cm 15cm 87cm 53cm 32cm 25cm Cas 2A Cas 2B Cas 2C Couche d enrobé Sous couche 0/45 Sable/grave Sol en place Sol traité aux liants

24 Tonnes 1000 Consomation de CO2 eq pour 1km de route % % A 2B 2C

25 R É S U LTAT S & CONCLU S I O N S C A S 2 Comparée à une structure de chaussée conventionnelle, l utilisation de géosynthétique conduit à des impacts environnementaux plus faibles pour tous les indicateurs analysés Comparé aux traitements à la chaux ou au ciment, l utilisation de géosynthétique montre un impact plus faible sur le changement climatique Par rapport à une chaussée conventionnelle, les géosynthétiques permettent d économiser 11% ou 800 tonnes CO 2 par 10km km en voiture ( 80 fois le tour de la terre) Par rapport au traitement chaux/ciment, l économie est de 30% km

26 COMPARAISON DE L ANALYSE DU CYCLE DE VIE D UN GEOSYNTHETIQUE ET D UN MATERIAU DE CONSTRUCTION CONVENTIONNEL CAS 3: Couche drainante dans la construction de décharge

27 Cas 3 : Couche drainante dans la construction d une décharge 27

28 C A R A C T É R I S AT I O N D E S S O L U T I O N S A LT E R N AT I V E S : Le dispositif drainant est constitué d une couche de 50cm grave relativement uniforme 16-32mm dans le cas 3. Dans le cas 3B, la moyenne de 2 types de géosynthétiques différents est utilisée pour représenter le comportement une grille de drainage un géosynthétique 3D de filaments Dans les deux cas les géotextiles de filtration et de protection ne sont pris en compte dans la comparaison Les granulés de polypropylène ou de polyéthylène sont utilisés comme le matériau de base dans le cas 3B. La masse surfacique moyenne est de 500g/m 2 Une durée de vie typique de 100 ans est considérée dans les deux cas 28

29 Caractérisation des solutions alternatives: EU-Guidelines Alternative Couche drainante er = 1 m recultivation laye eotextile = 50 cm eotextile geosynthetic dra mineral sealing 29

30 Indicateurs d impact: 1. Demande d énergie cumulée DEC 2. changement climatique (potentiel de réchauffement global, GWP100) 3. Formation d ozone photochimique : aussi dénommé brouillard d été summer smog, 4. Formation de particules : les particules sont à l origine de problèmes de santé lorsqu ils sont inhalés et pénètrent dans les voies respiratoires et les poumons 5. Acidification : Les principales substances à l origine de l acidification son les oxydes d azote (NOX), l ammoniac (NH3) et le dioxyde de soufre (SO2), 6. Eutrophisation : enrichissement de l environnement aquatique en nutriments, 7. Utilisation des terres 8. Consommation d eau 30

31 Chiffres clés se rapportant à la construction d'un mètre carré de surface de drainage pour le cas 3A et le cas 3B avec une conductivité hydraulique minimale de 1 mm/s Unité Cas 3A Cas 3B Grave drainante t/m Géosynthétique drainant (cœur) m²/m² - 1 Diesel utilisé pour la construction MJ/m² Transport, camion tkm/m² Transport, fret, rail tkm/m² Occupations des sols m²/m² 1 1 Particules, > 10 mm g/m Particules, > 2.5 mm & < 10 mm g/m 1.7 -

32 Impacts environnementaux d'une couche minérale de drainage de 1 m2 (cas 3A) et d'un géosynthétique de drainage (cas 3B)

33 Conclusion Cas 3 L utilisation d un géosynthétique drainant (case 3B) a moins d impacts environnementaux comparée à celle d une couche drainante granulaire (cas 3A) pour toutes les catégories d impacts étudiées, exceptée pour l occupation des terres qui est la même dans les deux cas. Avec un géosynthétique drainant la quantité de CO 2 -eq est réduite de 220 tonnes pour une décharge de 30,000m². 33

34 COMPARAISON DE L ANALYSE DU CYCLE DE VIE D UN GEOSYNTHETIQUE ET D UN MATERIAU DE CONSTRUCTION CONVENTIONNEL Cas 4: Mur de soutènement

35 Caractérisation des solutions alternatives: Mur en béton armé Mur renforcé par géosynthétique (résistance à long terme 14 kn/m) 35

36 Exemples de murs et talus raidis Parement végétalisé 36

37 Exemples de murs et talus raidis Parement avec treillis métallique

38 Exemples de murs et talus raidis parement gabions

39 Chiffres-clés se référant à la construction d'un mur en béton armé (4 cas 4A) et un sol renforcé par géosynthétiques (cas 4B) Unité Cas 4A Cas 4B Béton, semelle et Fondation m 3 /m Béton maigre m 3 /m Béton structurel m 3 /m Acier des armatures kg/m Grave t/m Bitume kg/m Panneau 3 couches laminées m 3 /m Géosynthétique m 2 /m Plaque de polystyrène kg/m Polyéthylène kg/m Gazole engins de construction MJ/m Transport, camions tkm/m Transport, fret, rail tkm/m Utilisation des sols m 2 /m NMVOC g/m 20-39

40 Impacts environnementaux du cycle de vie d un soutènement de 1 m, cas 4A et cas 4B 40

41 Impact des structures de soutènement pour un cycle de vie Impact étudié pour 1 mètre linéaire de structure de soutènement 3 mètres de hauteur inclinaison 5:1 La contribution de chaque éléments vis à vis de l impact global est étudiée (mur, matières premières, engins de construction, transport et recyclage du mur) La solution géosynthétique (4B) a un impact environnemental plus faible que la solution béton (4A) pour toutes les catégories d impacts considérées 4A Béton 4B Géosynthétiques Demande d énergie cumulée non renouvelable MJ eq MJ eq Emissions cumulées des gaz à effets de serres 1.3 t CO 2 eq 0.2 t CO 2 eq 41

42 Conclusion Cas 4 L utilisation de géosynthétiques dans les structures de soutènements: facilite la construction offre des solutions dont l esthétique permet une bonne intégration visuelle à l environnement conduit à des impacts environnementaux plus faibles pour tous les indicateurs analysés Pour 3 mètres linéaires de soutènement (de 3 m de haut), l économie par rapport à un mur maçonné est de 30,000 MJ eq ce qui est équivalent à la consommation moyenne annuelle d energie d un ménage 42

43 C O N C L U S I O N S G E N E R A L E S L utilisation des géosynthétiques permet de réduire: l impact sur le changement climatique global dans tous les cas étudiés l acidification, l eutrophisation et la demande cumulée en énergie Impact environnemental des géosynthétiques provient principalement : des matières premières utilisées de la consommation énergétique Cependant, la proportion de cette contribution est faible. Le type de fabrication a très peu d influence sur le résultat.