Evaluation environnementale d'un chantier de terrassement : mise au point d'un outil paramétrable de mesure d'émissions relative aux engins de terrassement

Environmental assessment of a earthmoving project : development of a configurable tool for measuring engines emissions

• Auteur / Autrice : Adrien Capony
• Direction : Agnès Jullien
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil et environnement
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes (1962-2021)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Engins de terrassement

Environnement

Terrassement

Résumé

Le terrassement d’infrastructures routières, sous l’impulsion des maitres d’ouvrages, est en pleine mutation. Traditionnellement régis par des contraintes techniques et économiques, les problématiques environnementales, sous l’impulsion des réflexions du grenelle de l’environnement s’invitent au rang des priorités pour l’attribution des exécutants de travaux. Scientifiquement parlant, la recherche dans le secteur du BTP cherche à obtenir des bases de données adaptées aux spécificités de ce secteur de la construction. Le mode de fonctionnement d’un chantier de terrassement axe les problématiques sur des thématiques autres que celles des chaussées, des centrales d’enrobage, etc. En effet, les consommations de carburant et les émissions gazeuses inhérentes au fonctionnement d’un moteur à explosion représentent une part beaucoup plus importante que dans d’autres secteurs. A un litre par mètre cube de matériau déplacé, les impacts environnementaux ne sont pas négligeables. La première problématique consiste à identifier un mode de découpage de l’activité de terrassement afin d’imputer les consommations à chacune des tâches réalisées sur chantier et ainsi mettre en relief leur importance relative. Une bonne connaissance professionnelle de cette activité a permis de proposer la modélisation d’un terrassement en tâches élémentaires. La seconde problématique consiste à construire une base de données des émissions des engins de terrassement. A ce sujet, la littérature scientifique est très pauvre. Elle se base essentiellement sur les modèles établis pour le domaine des poids lourds routiers, et sur des émissions théoriques à partir d’équation de combustion. Le mode d’usage spécifique des engins ne permet pas de se contenter de ces données pour établir une émission représentative d’un cycle de conduite. La troisième problématique consiste donc à mettre au point une méthodologie de mesure permet d’obtenir les émissions des principaux polluants réglementés en conditions réelles d’utilisation des engins. Cette méthodologie de mesure regroupe la mise au point d’un protocole expérimental permettant de justifier la représentativité des mesures, et aussi l’adaptation d’appareils de mesures non destinés à cet usage pour permettre de répondre aux conditions expérimentales extrêmes. Le traitement de ces données correspond à la quatrième problématique. Cela a permis de développer une base de données établissant une première pierre dans ce domaine, certes limitée dans son exhaustivité par les moyens techniques et la durée de l’expérimentation dans le cadre d’une thèse. Cependant, l’obtention de ces premiers résultats, et la construction d’un outil de calcul adaptés aux besoins de l’entreprise de terrassement ouvre une opportunité d’approfondir ces résultats afin de les généraliser, avec en conclusion une ébauche de coopération future avec les constructeurs d’engins, jusqu’ici réticents pour ce genre de partenariat.

Under the guidance of project managers, the earthwork sector undergoes profound changes. While it has long been conditioned by technical and economic constraints, earthworks have now to consider many environmental issues in order to comply with the French Grenelle Round Table laws and gain access to contracts. From an environmental point of view, current researches aim at creating database representative of the construction sector impacts. As a matter of fact, earthworks characteristics involve very different issues that these concerning pavements, hot mix plants, etc. While comparing to various construction sectors, the large volume of moved earth induces lager fuel consumption by working machines and related emission of toxic compounds. Since nearly one liter of fuel is consumed per cubic meter of moved material, the environmental impacts cannot be neglected. In a first step, we proposed a methodology for analyzing the earthwork activity by identifying elementary tasks and associated fuel consumption so as to probe their relative importance. This based on the extensive survey of earthworks and the development of a basic earthmoving model. In a second step, we constructed a database for earthwork machinery in-situ emissions. There is currently very little data available in the literature. Furthermore, the latter usually base on combusted fuel with average emission factors for heavy duty on-road transports and theoretical combustion equation data. This hardly fit to the specific and highly variable driving cycle of the earthwork machines. Hence, we developed an original approach that allowed measuring in-situ the actual regulated pollutants emissions of working machines. This included the set up of an innovative experimental protocol and use of several analyzers that were not initially designed to endure the extreme conditions typical of an earthwork site. Lastly, once the data have been collected and processed, these were implemented in the new database and a numerical tool dedicated to the calculation of earthwork machines emissions. In spite of the investigated fleet and collection time limitations, this thesis consists of the first stage to a broader environmental assessment of earthwork machines emissions. It thus sets a framework for future cooperation with machines manufacturers, which so far very were cautious over the idea such partnerships.