Soutenance mémoire
Pour être abordé de manière satisfaisante dans le domaine de la construction des ouvrages d’art, le concept de développement durable implique d’être traité sur l’ensemble du cycle de vie, en partant de l’expression des exigences du maître d’ouvrage et du développement du concept initial de construction, en passant par la conception et la construction, jusqu’à la mise en service, l’exploitation, les inspections, la maintenance, la réhabilitation et la fin de vie en service (démolition et recyclage des matériaux et éléments). Ce concept ne peut être uniquement abordé sous le seul angle technique ou environnemental, et de nombreux enjeux conflictuels doivent être analysés et contrebalancés.
Analyse des coûts de cycle de vie
L’Analyse des Coûts de Cycle de Vie (ACCV) d’une structure consiste à chiffrer tous les coûts rencontrés pendant sa durée en service. Dans le secteur de la construction, une telle analyse vise à proposer au maître d’ouvrage une méthode d’arbitrage pour prendre en compte toutes les charges futures associées aux différents choix d’investissement. L’ACCV doit être menée tant au niveau des différents composants de l’ouvrage qu’au niveau du système pour pouvoir fournir des informations sur l’ouvrage dans sa globalité. Sachant qu’il existe différentes façons de distinguer les catégories de coûts pour chaque projet, les systèmes ou produits considérés (Woodward 1997), la normalisation occupe un rôle majeur puisqu’elle définit un cadre d’application et d’exigences en lien avec l’emploi des matériaux, produits et processus. En particulier, la normalisation s’étend au delà de la sphère strictement technique et aborde également le champ économique. La norme ISO 15686-5 (2008b) définit notamment deux concepts avec deux périmètres de coûts associés (FIGURE 2.1.1) :
– le coût global (“life-cycle cost”) qui inclut l’ensemble des coûts supportés par le maître d’ouvrage et les utilisateurs,
– le coût global étendu (“whole life cost”) qui comprend une liste plus large des coûts et bénéfices, incluant des aspects financiers et fiscaux, des éléments intangibles liés aux impacts de la construction sur l’image, la qualité d’usage, l’activité de l’organisation, ou encore des externalités, positives ou négatives, engendrées par le projet.
La norme ISO 15686-5 (2008b) préconise que l’ACCV soit considérée dès les études préalables de la réalisation d’un ouvrage. En effet, la plupart des coûts d’exploitation, de maintenance et de remplacement sont fortement impactés dès les premières étapes du processus de conception et il est donc nécessaire d’envisager la démarche de coût global dès le choix de dimensionnement pour espérer pouvoir réduire de manière significative le coût total de cycle de vie .
Méthodologie
En accord avec la norme ISO 15686-5 (2008b), le coût global comprend le coût de construction, d’exploitation, de maintenance et de fin de vie de l’ouvrage. La période d’analyse doit correspondre au cycle de vie complet de l’ouvrage, c’est à dire de sa réalisation à sa démolition. Pour chaque opération, ces coûts apparaissent à différents moments dans le cycle de vie de l’ouvrage et il n’est donc pas convenable de les comparer directement. Il existe plusieurs méthodes, dont certaines sont décrites cidessous, permettant de mettre au même plan le coût de ces différentes opérations :
– la détermination du délai de récupération (“payback approach”), qui calcule la période nécessaire pour rembourser l’investissement initial ;
– la méthode du coût annuel équivalent (“equivalent annual cost”), qui exprime le coût par année du coût global sur la durée de vie entière ;
– le taux de rentabilité interne (“internal rate of return”), qui est le taux d’actualisation pour lequel la valeur actuelle nette des coûts est égale à celle des bénéfices de l’investissement. Ozbay et al. (2004) recommandent l’utilisation de cette méthode dans des pays en développement où le taux d’actualisation est fortement incertain ;
– la méthode de la valeur actuelle nette (“net present value”) qui applique un taux d’actualisation annuel aux différents coûts censés être rencontrés durant la durée de vie en service de l’ouvrage.
La méthode de la valeur actuelle nette mentionnée ci-dessus est l’une des méthodes les plus utilisées pour comparer des flux de trésorerie passés et futurs avec les flux actuels (Burley & Rigden 1997, Siemes et al. 1985, Troive 1999, Veshosky & Beidlenan 1992, Frangopol et al. 2001). Dans un projet de construction, les coûts de gestion (exploitation, maintenance) et de fin de vie, sont rencontrés à différents moments dans la vie en service de l’ouvrage. La méthode de la valeur actuelle nette permet alors de ramener à une seule et même date (souvent l’année de construction de l’ouvrage) l’ensemble des coûts en appliquant un taux d’actualisation qui peut être interprété comme un taux de substitution entre le futur et le présent .
Ce taux varie en fait suivant les organisations. Dans le secteur privé, il représente le coût d’opportunité de l’investissement du capital. Selon la norme ISO 15686-5 (2008b), il peut être estimé à partir :
– du coût de financement contracté pour l’investissement,
– du taux de rémunération de la trésorerie,
– du taux de rentabilité du cœur de métier,
– du taux de rentabilité exigé pour un investissement jugé comme risqué.
Dans le secteur public, le taux d’actualisation est généralement établi par les autorités gouvernementales de tutelle. La norme distingue deux types de taux d’actualisation :
– le taux réel d’actualisation qui est un “facteur ou taux utilisé pour ramener une valeur future à sa valeur présente, sans tenir compte du taux d’inflation générale ou spécifique dans le coût d’un bien particulier”, c’est-à-dire un taux différentiel qui prend déjà en compte l’inflation. Dans cette hypothèse, tous les coûts différés supportent le même taux d’inflation ;
– le taux nominal d’actualisation qui est un “facteur ou taux utilisé pour ramener une valeur future à sa valeur présente, en tenant compte du taux d’inflation/déflation générale”, c’est-à-dire un taux brut auquel il faudra appliquer des scénarios d’inflation.
Analyses récentes sur le coût de cycle de vie
Dans le cas particulier des ouvrages d’art, plusieurs études sont consacrées dans la littérature à l’ACCV des structures. Ces études, dont certaines sont détaillées ci après témoignent d’un intérêt important de la communauté scientifique et technique vis-àvis de la question de la prise en compte de l’intégralité des phases de cycle de vie d’une structure pour mener des analyses économiques. Dès 1976, White & Ostwald définissent le coût du cycle de vie d’un produit comme la somme de tous les dépenses depuis sa conception jusqu’à sa fin de vie utile. Selon Woodward (1997), le coût total de cycle de vie, lorsqu’il intègre le coût aux usagers peut être plus grand, voire plusieurs fois égal au coût initial d’un produit. En dépit de l’importance du coût total de cycle de vie, il est noté que le coût initial est souvent utilisé comme le critère majeur pour orienter le choix d’investissement. Dans la pratique, l’adoption des coûts de cycle de vie comme critères de décision a été relativement lente ces dernières années (Lindholm & Suomala 2007, Woodward 1997). De manière concrète, Hyvönen (2003) montre que seulement 5% des grandes entreprises industrielles en Finlande utilisaient en 2003 le coût de cycle de vie comme critère de décision en comparaison des 66% d’entreprises dans le secteur de la construction en Suède (Sterner 2000). Aux Etats-Unis, seulement 40% des autorités américains utilisaient à la fin des années 90 le coût de cycle de vie pour évaluer des projets de construction (Ardit & Messiha 1999). Ceci était expliqué à cette époque par le manque de normes et de données fiables sans lesquelles la tâche de réalisation d’une étude économique de cycle de vie devient très difficile, voire impossible (Ardit et Messiha 1999).
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Table des matières
1 introduction
2 principes des différentes approches de cycle de vie
2.1 Analyse des coûts de cycle de vie
2.1.1 Introduction
2.1.2 Méthodologie
2.1.3 Analyses récentes sur le coût de cycle de vie
2.2 Analyse environnementale de cycle de vie
2.2.1 Introduction
2.2.2 Méthodologie
2.2.3 Analyses récentes sur l’ACV
2.3 Analyse sociétale – Impacts externes dus à la congestion du trafic routier
2.3.1 Introduction
2.3.2 Phénomène de congestion du trafic
2.4 Synthèse
3 application de l’analyse de cycle de vie
3.1 Introduction
3.2 Familles d’ouvrages considérés
3.2.1 Cas de référence
3.2.2 Etude comparative
3.3 Cadre méthodologique
3.3.1 Considérations générales
3.3.2 Données unitaires
3.4 Etude comparatives de dimensionnement
3.4.1 Aspects innovants sur les matériaux
3.4.2 Aspects innovants concernant la conception
3.4.3 Aspects innovants concernant la surveillance/maintenance
3.4.4 Synthèse des études comparatives par famille d’ouvrages
3.5 Analyse multicritère
3.5.1 Présentation des outils TOPSIS et PROMETHEE
3.5.2 Application des approches TOPSIS et PROMETHEE aux familles d’ouvrages A, B et C
3.5.3 Synthèse sur l’analyse multicritère
3.6 Synthèse générale
4 détermination de stratégies optimales de conception et gestion
4.1 Introduction
4.2 Analyse performantielle sur le cycle de vie
4.2.1 Introduction
4.2.2 Modèles de performance
4.2.3 Caractérisation des modèles de dégradation Ma1 et Ma2
4.3 Processus d’optimisation multiobjectif
4.3.1 Introduction
4.3.2 Résultats d’optimisation pour la famille A
4.3.3 Résultats d’optimisation pour la famille B
4.3.4 Résultats d’optimisation pour la famille C
4.4 Etude de l’influence des seuils de performance
4.4.1 Etude des seuils sur la protection anticorrosion
4.4.2 Etude des seuils sur les joints des chaussées
4.4.3 Influence sur les coûts aux usagers de deux tabliers au lieu d’un seul
4.5 Synthèse
5 conclusions
bibliographie
