Chaussée et températures extrêmes dans la ville de Toronto

L’évaluation des risques climatiques menée dans la ville de Toronto a identifié la chaleur extrême comme étant un risque important du aux changements climatiques pour les infrastructures de transport. Lisez la suite pour en apprendre davantage sur les mesures prises par la Ville pour tenir compte de ce risque dans la conception des chaussées.

Auteurs collaborateurs : Elaine Barrow, Nathalie Bleau, Jessie Booker, Taylor Livingston, Lindsay Matthews, Stacey O'Sullivan, Amanda Patt, Kari Tyler.

Résumé

À Toronto, les chaussées n’ont pas atteint leur durée de vie opérationnelle prévue. Les problèmes d’usure de la chaussée causés par la chaleur et la circulation dense étaient déjà un problème. Avec la hausse des températures observées et prévues et l’augmentation des températures extrêmes, la ville de Toronto a déterminé que la détérioration des chaussées ne ferait qu’empirer si la conception de la chaussée continuait d’être basée sur les températures historiques.

L’évaluation des risques liés aux changements climatiques réalisé par la Ville a permis d’identifier la hausse des indices de performance des chaussées (GPs) comme une approche proactive pour s’adapter à la hausse des températures prévue aux horizons temporels 2030 et 2050.

Historique

Le réseau routier de la ville de Toronto comprend environ 5 600 kilomètres de routes et plus de 300 kilomètres de ruelles.1 En 2016, la ville de Toronto a évalué la résilience des infrastructures de la Ville aux futures conditions météorologiques extrêmes à l’aide d’évaluations des risques de haut niveau.2 Les risques dus aux changements climatiques les plus critiques pour les infrastructures de transport se sont avérés être les pluies extrêmes dans le centre-ville et les chaleurs extrêmes, à l’échelle de la Ville.2

La chaleur extrême provoque le ramollissement et la perte de résistance des chaussées en asphalte, ce qui entraîne la formation d’ornières sous les véhicules lourds et des suintements du liant de la surface. En cas de vague de chaleur prolongée, la chaussée pourrait subir des dommages étendus. L’orniérage linéaire le long de la zone de passage des roues sur les routes pourrait entraîner des accumulations d’eau et provoquer des accidents dus à de l’aquaplanage. Lorsque la surface de la chaussée est irrégulière, cela peut également entraîner un plus grand nombre d’accidents impliquant des véhicules et/ou des vélos. Le coût de réparation d’une chaussée déformée à grande échelle pourrait être très élevé. Les infrastructures routières existantes, en particulier pour le centre-ville, ont été construites il y a de nombreuses années et n’ont pas été conçues pour s’adapter aux événements météorologiques extrêmes d’aujourd’hui.2 En cas de chaleur extrême, la durée de vie de la chaussée pourrait être réduite par rapport à la durée de vie opérationnelle prévue de 15 à 25 ans sans resurfaçage.

La combinaison de la chaleur extrême avec d’autres variables climatiques, comme les fortes précipitations et les cycles de gel-dégel, accroît son impact sur la durée de vie des chaussées. Étant donné que la fréquence et la gravité de ces autres phénomènes augmentent ou persistent en raison des changements climatiques, leurs effets cumulatifs sur l’usure de la chaussée deviendront plus importants. Bien que le processus d’évaluation des risques de Toronto ait pris en compte ces divers facteurs, cette étude de cas se concentre uniquement sur les risques de chaleur extrême et les stratégies d’adaptation pertinentes.

Une façon d’améliorer la résilience des infrastructures routières consiste à utiliser des liants de chaussée qui sont conçus spécifiquement pour prévenir l’usure prématurée de celle-ci. La formule Superpave est utilisée par certaines autorités routières pour évaluer la performance (GPs) des liants de chaussée (pétrole brut supplémentaire et composés modificateurs). Généralement, les grades de performance sont basés sur des données climatiques historiques ; cependant, la prise en compte des données climatiques futures permettra de garantir l’utilisation de matériaux routiers qui seront résilients à l’avenir.

Dans notre climat actuel, les chaussées de Toronto n’atteignent pas leur durée de vie opérationnelle prévue. Les problèmes d’usure de la chaussée causés par la chaleur et la circulation dense sont déjà un problème. Avec la hausse des températures observée et attendue et l’augmentation des températures extrêmes, l’usure de la chaussée ne fera que s’aggraver si la conception de la celle-ci continue d’être basée sur des températures historiques.

Stratégies d’adaptation

Il a déjà été observé que les chaussées n’atteignaient pas leur durée de vie opérationnelle prévue, et que la chaleur a été identifiée comme l’un des facteurs contributeurs. Pour mieux comprendre comment les jours chauds à Toronto sont déjà devenus plus chauds et comment cette tendance se poursuivra au cours du siècle, nous pouvons examiner les données des valeurs annuelles du jour le plus chaud à Toronto, ainsi que l’option vague de chaleur sur l’onglet Analyser.

En examinant la variable du jour le plus chaud (figure 1), nous pouvons voir ci-dessous que la plage observée se situait entre 31⁰C et 38⁰C historiquement, et que la température maximale médiane du jour le plus chaud était légèrement plus élevée dans la période de normales climatiques 1981-2010 la plus récente par rapport à la période 1950-2013. Les valeurs ANUSPLIN (données historiques maillées) pour la journée la plus chaude sont légèrement inférieures à celles observées par les stations météorologiques. Ceci n’est pas surprenant et est dû à un certain nombre de raisons, notamment le fait que l’élévation de la grille ne peut pas être exactement la même que l’emplacement de la station (qui est un seul point dans la grille).

On peut observer que, quel que soit l’ensemble de données historiques utilisé pour la comparaison, les valeurs médianes pour le jour le plus chaud dans le cadre du scénario d’émissions élevées devraient être considérablement plus élevées à l’avenir. Le jour le plus chaud dans notre climat modélisé pour la période 2011-2040 sous RCP8.5 couvre une large plage, d’environ 30⁰C à 45⁰C, avec une valeur médiane d’environ 36⁰C. Pour les années 2050 (2041-2070), la plage est d’environ 32⁰C à 46⁰C, avec une valeur médiane d’environ 37,5⁰C.

Figure 1. Valeurs projetées pour le jour le plus chaud à Toronto

Diagrammes de quartiles (parfois appelé un tracé en boîte ou un tracé en rectangle et moustaches) des valeurs historiques et projetées pour le jour le plus chaud à Toronto. Les valeurs médianes sont indiquées par des lignes noires au centre de chaque boîte, les valeurs minimales et maximales étant indiquées par les “moustaches” inférieure et supérieure de chaque boîte, respectivement. Les valeurs supérieures ou inférieures à 1,5 fois l’écart interquartile sont des valeurs aberrantes et sont indiquées par des points noirs.

Cette prise de conscience sur l’ampleur du réchauffement climatique du jour le plus chaud de l’année au fil des décennies, donne une idée de la façon dont la chaleur extrême évolue à Toronto. Cela fournit suffisamment d’informations pour prendre la décision d’augmenter les GP, comme indiqué ci-dessous, en particulier sur les routes à forte circulation automobile.

Une autre façon de considérer les risques climatiques pour les chaussées est d’utiliser l’onglet Analyser. La section Analyser vous permet de sélectionner vos points de grille, de définir vos propres seuils pour une variété d’indices climatiques et de choisir le nombre de modèles climatiques, de RCP et les centiles que vous souhaitez utiliser pour votre analyse. L’option vague de chaleur permet une analyse du nombre de jours consécutifs au-dessus d’une température seuil. Dans le cas de la faiblesse de la chaussée, la température maximale moyenne de l’air sur sept jours est utilisée pour calculer les températures maximales de la chaussée (qui sont plus élevées et plus extrêmes que les températures de l’air) dans le cadre du processus de sélection du grade de performance (figure 2)3.

La formule du mélange de pavage est actuellement basée sur des températures historiques. Le PG 64-28 est le grade de chaussée généralement recommandé pour Toronto, mais comme Toronto connaît des températures de plus en plus chaudes, un grade de performance pour des températures plus élevées devrait être utilisé – en particulier sur les routes à forte circulation automobile. L’évaluation des risques liés aux changements climatiques de la Ville a identifié le passage au PG 70-28 comme étant une approche proactive pour s’adapter à la hausse des températures projetée aux horizons temporels 2030 et 2050. Le plan indique que les concepteurs de routes peuvent augmenter la cote élevée de température conformément aux spécifications de la Ville décrites dans le document 2019 « Pavement Design and Rehabilitation Guideline ».1

Figure 2. Sélection du PG de la chaussée en fonction des températures prévues de la chaussée

Les indices de performance des chaussées (GP) pour différentes températures de chaussée élevées (maximum moyen sur sept jours) et basses (minimum susceptible d’être rencontré). Les liants GP dont l’écart entre les températures de design haute et basse est de 90°C nécessitent généralement une modification.

Les températures de la chaussée utilisées dans la sélection des grades de performance (figure 2) sont estimées en utilisant les températures de l’air à l’aide d’un algorithme de la formule Superpave. Un manque de données climatiques futures a déjà été identifié comme étant un obstacle pour les concepteurs qui souhaitent recommander l’adaptation des niveaux de chaussée de la Toronto. Donneesclimatiques.ca peut aider à combler cette lacune relative aux données et aider les concepteurs et le personnel de la Ville à sélectionner les grades de performance appropriés en fonction des futurs profils de température de l’air.

Éléments clés à retenir

  • Les changements climatiques contribuent déjà à l'augmentation de l'usure des chaussées.
  • Les projections climatiques indiquent que les températures du jour le plus chaud continueront d'augmenter, ce qui aggravera la détérioration de la chaussée à moins que des changements de conception ne soient mis en œuvre.
  • Compte tenu de ces changements, la ville de Toronto a identifié la hausse du grade de performance des chaussées comme une approche proactive en prévision des profils de températures plus chauds pour les horizons temporels 2030 et 2050.

Remerciements

Les auteurs remercient sincèrement Prabir Das et la ville de Toronto pour leur précieuse collaboration à cette étude de cas.

Références

  1. City of Toronto. (2019). Pavement Design and Rehabilitation Guideline. Infrastructure Asset Management Programming: Transportation Services Division. Toronto, ON. Available from: https://www.toronto.ca/wp-content/uploads/2019/04/9659-TS_Pavement-Design-and-Rehabilitation-Guideline.pdf
  2. City of Toronto (2016). Resilient City–Preparing for a Changing Climate Status Update and Next Steps. Toronto, ON. Available from: https://www.toronto.ca/legdocs/mmis/2016/pe/bgrd/backgroundfile-98049.pdf
  3. Pavement Interactive. (n.d.) Superpave Performance Grading. Pavement Tools Consortium. Available from: https://pavementinteractive.org/reference-desk/materials/asphalt/superpave-performance-grading/