L'environnement bâti reconnaît depuis longtemps l'importance de sa contribution à l'utilisation des ressources et aux émissions de gaz à effet de serre. Il est plus difficile de déterminer comment modifier le modèle de production tout en continuant à développer et à entretenir les infrastructures dont nous avons besoin. Un rapport de l'OCDE publié en 2018 expose le défi en termes très clairs, prévoyant que l'utilisation des matières premières doublera presque d'ici à 2060. Pour le secteur des infrastructures de transport, l'élimination des déchets et de la pollution, la réutilisation et la régénération des systèmes naturels doivent être des priorités immédiates.

La durabilité est-elle l'ultime vertu de la conception ?

Cette question est au cœur de ce qui doit changer. Pendant de nombreuses décennies, nous avons largement conçu les infrastructures de transport pour qu'elles durent le plus longtemps possible sans rénovation ni entretien important. La durabilité fonctionne pendant la durée de vie unique d'un actif, mais pose des problèmes en fin de vie lorsqu'il s'agit de récupérer des matériaux et des éléments pour les maintenir en service.

Au cours de la dernière décennie, un nouveau paradigme de production et d'exploitation est apparu : l'économie circulaire. Elle se concentre sur la réduction de la consommation des ressources, des émissions et des déchets et sur l'augmentation de la résilience des actifs en concevant des matériaux qui restent en usage et à leur valeur la plus élevée le plus longtemps possible. Bien qu'un nombre croissant de secteurs adoptent ce paradigme, le secteur des infrastructures est à la traîne.

Le passage aux principes de conception du cycle de vie

Pour que les matériaux et les composants restent utilisables, nous devons les concevoir en fonction de la déconstruction et de la remplaçabilité dès le début du projet. La durabilité a sa place, mais sous la forme de la longévité des matériaux, des éléments et des systèmes. Le changement nécessaire devient plus clair lorsque l'on pense en couches.

Le concept des "couches de cisaillement - les 6S" a été proposé pour la première fois par l'architecte Frank Duffy dans les années 1970 et développé par Stuart Brand dans les années 1990. L'intérêt de la visualisation par couches est qu'elle révèle l'interconnexion entre les éléments qui doivent être entretenus et remplacés. Pour les infrastructures de transport, qui doivent fournir des performances quotidiennes fiables à long terme, une conception excessivement durable tend à rendre les éléments plus difficiles à remplacer ou à recycler, et à les adapter à l'évolution des besoins opérationnels.

Nous avons utilisé des calques pour visualiser comment une approche circulaire de la conception des infrastructures de transport pourrait réduire les coûts de remplacement, préserver les ressources et permettre aux opérateurs de répondre à l'évolution des besoins en matière de transport sans avoir à construire de nouvelles infrastructures. Deux exemples, l'un routier et l'autre ferroviaire, illustrent le gaspillage d'aujourd'hui et le potentiel de demain si l'on combine une approche par couches et des principes circulaires.

Le pouvoir des couches

Chaque couche est un groupe d'éléments dont l'objectif et le rythme de changement sont similaires. Dans le contexte des infrastructures de transport, certaines couches sont plus adaptées à la "remplaçabilité", comme les systèmes d'éclairage et de signalisation qui doivent être inspectés et remplacés régulièrement. D'autres se prêtent mieux à une conception axée sur l'entretien ou la réparation. La longévité est laissée aux couches principales.

Dans le carrousel de trois images ci-dessous, vous pouvez voir comment nous concevons les couches pour les routes, le métro léger et le métro.

Les couches agissent comme un système en interagissant les unes avec les autres. La conception d'une couche pour la durabilité, par exemple les voies ferrées, a une incidence sur la vitesse d'usure des roues des trains. Une approche basée sur les couches est un élément important du type de pensée systémique que nous devons appliquer dans la manière dont nous développons, finançons, concevons, construisons, exploitons, entretenons et réaffectons les actifs d'infrastructure.

La valeur essentielle de cette approche est qu'elle révèle le potentiel de choix de conception plus durables sur l'ensemble du cycle de vie, plutôt que de viser simplement la durabilité à tout prix.

Une maintenance ferroviaire plus efficace

L'utilisation d'une approche par couches permet de planifier les travaux de manière ordonnée, ce qui est important étant donné que les possibilités de maintenance sont extrêmement limitées. Même les interventions mineures nécessitent l'arrêt complet des lignes. Le principe des couches permet de mettre en œuvre efficacement des programmes d'inspection et de planification de la maintenance.

Pour les travaux d'amélioration, y compris les lignes ferroviaires à grande vitesse, où des infrastructures plus récentes et plus modernes, telles que de nouveaux systèmes de signalisation, doivent être placées dans une section transversale très restreinte, une approche par couches peut aider à concevoir une maintenance future beaucoup plus efficace. L'examen des éléments par couches regroupées par stratégie d'entretien permet de planifier et de concevoir de manière systématique tout au long du cycle de vie.

Améliorer les autoroutes

Aujourd'hui, les barrières en béton sont couramment utilisées comme glissières de sécurité médianes sur nos routes. Lors de la réfection du réseau routier, ces barrières doivent invariablement être remplacées ou rehaussées parce qu'elles ne sont plus à la bonne hauteur pour assurer la sécurité des véhicules. Cela peut se produire chaque année, et les anciennes barrières ne sont pas réutilisées.

Les autoroutes sont confrontées à de nombreux changements à l'avenir : véhicules électriques et à hydrogène, infrastructures de recharge dans les embouteillages, véhicules connectés et autonomes sur la route, etc. L'introduction de la recharge par induction dans le réseau routier entraînerait l'excavation et le repavage des couches supérieures de réseaux entiers. Les éléments doivent être conçus pour être remplacés efficacement. Le changement sera la norme à l'avenir - une approche circulaire et stratifiée permettra de planifier et de concevoir ces changements de manière plus efficace.

Prêt pour l'avenir

L'ère de la croissance à tout prix touche certainement à sa fin. Les exigences réglementaires en matière d'émissions et de gestion des ressources commencent à entrer en jeu, ce qui aura des répercussions sur les choix de conception de nos réseaux de transport. L'approche par couches est un outil opportun et puissant pour accélérer la transition vers les réseaux de transport flexibles et développés de manière durable que nous souhaitons tous.