Étude de marché sur les possibilités d utilisation de l aluminium dans les ponts routiers SOMMAIRE Préparé pour: Étude réalisée par : Viami International Inc. et The Technology Strategies Group Le 24 mai 2013 Figure 1: Tablier de pont en aluminium de Sapa. Source : www.sapagroup.com
SOMMAIRE On dénombre environ 603 000 ponts routiers publics aux États-Unis et plus de 56 000 au Canada. La grande majorité d'entre eux ont été construits entre les années 1950 et 1970 et plusieurs d entre eux sont déjà (ou seront bientôt) structurellement déficients. Au cours des deux prochaines décennies, la réparation et la réfection de ces ponts constitueront un fardeau financier important sur les budgets des états et des provinces. La majorité des anciens ponts ont été construits en acier, alors que ceux construits plus récemment utilisent principalement le béton (armé ou précontraint). La présente étude met l accent sur le marché des ponts des réseaux routiers provinciaux et municipaux dans l est du Canada et le nord-est des États-Unis. L'objectif était de déterminer si l'aluminium pourra, dans l avenir, être utilisé dans la construction de ponts et pour les projets de réfection, dans quelle mesure et par quelle autorité. Dans les régions couvertes par l étude, il y a environ 86 500 ponts, dont près de 20 pour cent sont classés comme «structurellement déficient» (c est à dire en mauvaise condition, mais toujours aptes à assurer un trafic routier illimité et de rencontrer les exigences de charge). Au cours des prochaines décennies, on estime qu'entre 1 000 et 1 400 ponts devront subir chaque année une réfection ou un remplacement. Le tableau 1 montre l'inventaire des ponts, leur statut et leurs réfections et remplacements annuels estimés dans les provinces canadiennes et des états américains couverts par cette étude. L'estimation varie d'une année à l'autre en fonction des budgets disponibles. Tableau 1: État des ponts et prévisions sur la réfection et le remplacement dans la zone visée par l'étude État / province Nombre total de ponts Structurellement déficients Note: La Nouvelle-Écosse, Les Îles deterre-neuve et du Labrador, le New Jersey et le Rhode Island n'ont pas été incluses dans l'analyse. Source: US FHWA, Ministères / Départements de Transport des provinces et États, estimations de Viami / TSG. 2 Remplacements et réfections par année (estimation) QC 12 900 approx. 40%* 200 à 300 ON 2 700 22% 50 à 150 NB 200 15 to 20% 5 à 10 CT 5 300 9% 20 à 30 MA 4 900 8% 25 à 30 ME 3 700 12% 30 à 35 NH 3 800 12% 30 à 40 NY 17 000 12% 250 à 300 PA 32 000 22% 350 à 500 VT 4 000 9% 40 à 50 TOTAL Environ 86 500 Presque 20% 1 000 à 1 400 p.a. *) Données seulement disponibles pour les ponts provinciaux et municipaux sous la responsabilité du MTQ, pas pour les ponts sous la responsabilité des grandes municipalités (>100,000 habitants) au Québec.
L aluminium a été utilisé dans quelques projets de ponts de démonstration en Amérique du Nord au début des années 1930, plus spécifiquement pour les composantes de ponts tels les garde-corps, l'éclairage et la signalisation (pour lesquels l aluminium est un matériau standard). Aujourd'hui, il est de plus en plus souvent utilisé dans la fabrication de passerelles. Au cours des vingt dernières années, l utilisation de l aluminium dans les ponts routiers l a sur tout été pour les tabliers de ponts extrudés, principalement en Suède et en Norvège. Reynolds Aluminum (devenu par la suite Alcoa et Sapa) a développé la technologie du tablier de pont extrudé en Amérique du Nord et a lancé son utilisation aux États-Unis. Cinq ponts avec des tabliers en aluminium ont été construits aux États-Unis entre 1995 et 2012. En 2012, Sapa a décidé de cesser son implication dans la fabrication de tabliers de ponts pour se concentrer uniquement dansla production d extrusions d aluminium et a cédé les droits de propriété intellectuelle pour les tabliers de ponts au dirigeant de la division des ponts, maintenant chargé de développer cette application en partenariat avec des entreprises de conception et construction de ponts, en utilisant les extrusions d aluminium de Sapa. Malgré les avantages indéniables de l'aluminium (légèreté, résistance à la corrosion, recyclabilité, résistance aux basses températures et de la liberté de conception), ce matériau n'a pas encore été largement adopté par les ministères des transports (provinciaux et des États-Unis). Actuellement, l aluminium est surtout considéré pour les tabliers de ponts mobiles (ponts basculants), les installations temporaires, les ajouts de voies, et pour les projets nécessitant une exécution rapide. Les nouveaux développements en termes d'alliages, de grands profilés et d assemblage (par exemple le soudage par friction malaxage, FSW) font de l'aluminium une solution beaucoup plus viable aujourd'hui que dans le passé - à la fois techniquement et économiquement. Son principal inconvénient par rapport aux matériaux traditionnels est son coût d achat initial. En effet, sur cette base de coût initial, l'aluminium paraît coûteux (environ le même niveau que le tablier d acier orthotrope). Cependant, si l ensemble du pont est considéré et une analyse du coût total de possession (TCO) et l'analyse du cycle de vie sont effectués, l'aluminium est un matériau de choix, plus adéquat encore que les matériaux concurrents, et ce, pour les tabliers et certaines autres composantes de ponts. Cela a suscité un nouvel intérêt par l'industrie canadienne de l'aluminium pour le développement de ce marché. Les préoccupations du passé comparant des conceptions en aluminium à l'acier, y compris les problèmes de rigidité, de résistance à la fatigue et à la résistance thermique peuvent être surmontées avec des designs appropriés, réalisables avec l'aluminium. D'autres aspects, comme la durabilité de la surface d'usure nécessitent encore du développement et des validations. De tous les états américains et provinces canadiennes couverts dans cette étude, le Québec compte la plus grande proportion de ponts structurellement déficients et il est la seule juridiction couverte par cette étude avec un programme en place pour construire un pont de démonstration (Saint-Ambroise, au Saguenay-Lac-Saint-Jean) en 2013 (ou 2014). Le pont comportera un tablier de pont en aluminium extrudé - si une solution technique et économiquement viable ainsi qu une source d'approvisionnement peuvent être trouvés. En supposant un projet de démonstration initiale réussi, un deuxième tablier de pont en aluminium (plus grand) pourra alors suivre assez rapidement. L aluminium pourrait alors pénétrer progressivement le marché avec des ponts plus grands. Le Québec deviendrait alors le leader nord-américain dans l utilisation de l'aluminium pour la construction de ponts. Les autres états américains et provinces canadiennes attendent les conclusions de l'expérience du Québec avant d'entreprendre leurs propres projets. La question sera alors de savoir combien de temps les projets de démonstration seront évalués avant que l aluminium ne soit considéré comme une technologie «éprouvée» et donc appropriée pour une utilisation dans d'autres 3
juridictions. D autres matériaux et concepts alternatifs pour les tabliers de ponts sont aussi évalués par les états américains et provinces canadiennes. L Ontario, le Nouveau-Brunswick, le Vermont, le Connecticut et le New Hampshire constitueront le deuxième marché potentiel pour l aluminium. Les Travaux publics et services gouvernementaux du Canada étudient l'aluminium comme une alternative potentielle pour la réfection du pont-levis (pont à bascule) sur le canal de Burlington, en Ontario (actuellement en acier ajouré) prévue d ici cinq ans. La Floride, l état le plus prometteur de tous les états des États-Unis concernant l'utilisation de l'aluminium, est bien avancée avec un programme d'essai d'installation de tabliers de ponts en aluminium sur un ou plusieurs des ponts bascules en 2014. Les questions de revêtement - liées au déneigement - nécessiteront encore du développement avant que les applications de ponts basculants ne soient viables au Canada. Un pont, installé dans le Massachusetts en 2012, pourrait servir de modèle à cet égard. Environ la moitié des 1 000 à 1 400 ponts prévus annuellement pour une réfection dans les régions couvertes par l étude peuvent être considérés comme ponts de courte portée. Ils sont des cibles idéales pour une réfection utilisant des tabliers en aluminium fabriqués en atelier. Il serait très optimiste de croire que l aluminium pourrait simplement remplacer tous les autres matériaux dans les ponts; toutefois si l'expérience québécoise avec ses ponts de démonstration en aluminium est concluante et démontre qu'ils sont techniquement viables et économiquement compétitifs, l ouverture envers l'utilisation de l'aluminium pourrait changer dans les autres provinces canadiennes et aux États-Unis. Ce changement d attitude permettrait à l industrie de l'aluminium de s approprier une partie de ce marché. Un pont typique de courte portée nécessite de 10 000 à 30 000 livres d'extrusions d'aluminium. Un marché régional dynamique de 100 de ces ponts par an (par exemple) représenterait un à trois millions de livres d'extrusions. Un marché bien établi de cette taille pourrait être suffisant pour qu un fabricant québécois puisse investir dans les équipements de soudage à friction malaxage nécessaires pour la fabrication de tabliers de ponts en aluminium, surtout si l équipement est suffisamment flexible pour fabriquer d'autres types de produits. Actuellement, le seul concurrent potentiel expérimenté possédant cette technologie est basé dans l'illinois aux États-Unis. D ici à ce qu une presse d extrusion de forte dimension s installe au Québec, initialement les grandes extrusions, (ainsi que le savoir-faire en design de tabliers de ponts en aluminium) peuvent être importées, tandis que les petites extrusions peuvent être achetées au Québec. Les ingénieurs en structure interrogés croient qu il y aura seulement quelques tabliers de ponts fabriqués en aluminium dans les cinq prochaines années - principalement pour des projets de démonstration. Les propriétaires de ponts, les ministères des transports provinciaux et ceux des États- Unis ainsi que les ingénieurs à leur service sont une clientèle très conservatrice, habituée à travailler avec l'acier et le béton comme matériaux de choix dans leurs projets de ponts. Le potentiel pour une plus grande utilisation de l aluminium prendra quelques années, probablement vers 2018, en fonction du succès des projets de ponts au Québec et en Floride, actuellement en cours de développement. Si ces projets de démonstration sont terminés à temps, selon les budgets prévus, et offrent des performances comparables ou meilleures que celles des matériaux traditionnels, alors l aluminium sera certainement considéré pour un usage plus général pour la fabrication de ponts. En ce moment il n'y a pas de fabricant américain ou canadien qui offre des tabliers de ponts en aluminium pour les propriétaires de ponts, les entreprises d ingénieurs-conseils ou les consultants en ingénierie civile, mais l'ancien directeur programme de tablier du pont en aluminium de Sapa travaille actuellement à offrir ce service et ce produit. Si le Québec a l'intention de participer à ce 4
marché, l'association de l'aluminium du Canada et/ou d'autres organismes devront continuer à faire la promotion de l'utilisation de l'aluminium dans la conception des ponts dans l'est du Canada et le nord-est des États-Unis, jusqu'à ce que des fabricants de tabliers de ponts en aluminium qualifiés émergent et que la chaîne de valeur soit établie. Cela nécessitera encore un effort significatif durant plusieurs années jusqu'à ce que les programmes de démonstration de ponts en aluminium du ministère des Transports du Québec et des autres autorités de ponts soient complétés avec succès et que les résultats soient partagés avec les ministères des transports d'autres juridictions. Les programmes actuels de l AAC ciblant la formation des ingénieurs avec l'utilisation de l'aluminium dans les applications structurales sont un grand pas dans la bonne direction pour s assurer de l acceptation de l aluminium comme une alternative viable à l'acier et le béton traditionnel dans les ponts. 5