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ANTICIPER LES EFFETS DES CHANGEMENTS CLIMATIQUESSUR LES OUVRAGES GÉOTECHNIQUES ROUTIERS

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ANTICIPER LES EFFETS DES CHANGEMENTS CLIMATIQUESSUR LES OUVRAGES GÉOTECHNIQUES ROUTIERS

ANTICIPATING THE IMPACT OF CLIMATE CHANGE ON

ROAD EARTHWORKS

Comité technique AIPCR C4.5 Terrassements, drainage et couches de forme

PIARC Technical Committee C4.5 Earthworks

ISBN : 2-84060-212-1


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Statements

The World Road Association (PIARC) is a nonprofit organisation established in 1909 to improve

international co-operation and to foster progress in the field of roads and road transport.

The study that is the subject of this report was defined in the PIARC Strategic Plan 2004 – 2007

approved by the Council of the World Road Association, whose members and representatives of the

member national governments. The members of the Technical Committee responsible for this report

were nominated by the member national governments for their special competences.

Any opinions, findings, conclusions and recommendations expressed in this publication are those of

the authors and do not necessarily reflect the views of their parent organizations or agencies.

International Standard Book Number 2-84060-212-1

This report is available from the internet site of the World Road Association (PIARC)

http://www.piarc.org

Copyright by the World Road Association. All rights reserved.

World Road Association (PIARC)

La Grande Arche, Paroi nord, Niveau 5

92055 La Défense cedex, FRANCE

ANTICIPER LES EFFETS DES CHANGEMENTS CLIMATIQUES

SUR LES OUVRAGES GÉOTECHNIQUES ROUTIERS

ANTICIPATING THE IMPACT OF CLIMATE CHANGE

ON ROAD EARTHWORKS

A propos de l’AIPCR

L’Association mondiale de la Route (AIPCR) est une association à but non lucratif fondée en 1909

pour favoriser la coopération internationale et les progrès dans le domaine de la route et du transport

routier.

L’étude faisant l’objet de ce rapport a été définie dans le Plan stratégique 2004-2007 approuvé par

le Conseil de l’AIPCR dont les membres sont des représentants des gouvernements nationaux

membres. Les membres du Comité technique responsable de ce rapport ont été nommés par les

gouvernements nationaux membres pour leurs compétences spécifiques.

Les opinions, constatations, conclusions et recommandations exprimées dans cette publication sont

celles des auteurs et ne sont pas nécessairement celles de la société/organisme auquel ils appar-

tiennent.

N° ISBN : 2-84060-212-1

Ce rapport est disponible sur le site de l’Association mondiale de la Route (AIPCR)

http://www.piarc.org

Tous droits réservés. © Association mondiale de la Route (AIPCR).

Association mondiale de la Route (AIPCR)

La Grande Arche, Paroi nord, Niveau 5

92055 La Défense cedex, FRANCE

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Ce rapport a été préparé par le groupe de travail 3 du Comité Technique 4.5 ‘Terrassements, drainage

et couches de forme’ de l’Association Mondiale de la Route, AIPCR.

Les participants à l’élaboration de ce rapport sont :

• Catherine DROUAUX (France),

• Hervé HAVARD (France),

• Aurèle PARRIAUX (Suisse),

• Martin SAMSON (Canada),

• David PATTERSON (Grande Bretagne).

Le rédacteur principal de ce rapport est Catherine DROUAUX (France).

La traduction du français à l’anglais de la version originale a été produite par :


• Martin SAMSON (Canada).

Le Comité technique était présidé par Giorgio PERRONI (Italie).

Hervé HAVARD (France) et Martin SAMSON (Canada) étaient respectivement secrétaire franco-

phone et anglophone.

This report has been prepared by the working group 3 of the Technical Committee 4.5 ‘Earthwork‘

of the World Road Association, PIARC.

The contributors to the preparation of this report are:


• Hervé HAVARD (France),

• Aurèle PARRIAUX (Suisse),

• Martin SAMSON (Canada),

• David PATTERSON (Grande Bretagne).

The editor of this report is Catherine DROUAUX (France).

The translation into French/English of the original version was produced by:


• Martin SAMSON (Canada).

The Technical Committee was chaired by Giorgio PERRONI (Italy).

Hervé HAVARD (France) and Martin SAMSON (Canada) were respectively the French and English-

speaking secretaries.


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C O N T E N T Sw w w . p i a r c . o r gw w w . p i a r c . o r g

S O M M A I R E

EXECUTIVE SUMMARY 9

INTRODUCTION ........... 11

1. CLIMATE CHANGE HYPOTHESES .........................................................................................11

1.1. CLIMAT CHANGE - NO CONCENSUS ........................................................................................11

1.2. REPORT ON THE WORLD CLIMATE EVOLUTION ..................................................................15

1.3. EXAMPLES OF REGIONALS SCENARIOS ................................................................................17

1.3.1. The case of Quebec .................................................................................................................17

1.3.2. The case of Switzerland .........................................................................................................19

1.4. THE PROBLEMS ENGINEERS WILL FACE ................................................................................21

2. TAKING ACCOUNT OF FORESEEABLE EFFECTS ..............................................................25

2.1. THE VULNERABILITY OF STRUCTURES .................................................................................25

2.1.1. New structures, existing structures, monitoring .....................................................................25

2.1.2. Assessment of the vulnerability of structures ..........................................................................27

2.2. PREDICTABLE DISORDERS AND TRACKS OF SOLUTIONS .................................................27

2.2.1. Lack of water: drought and its consequences .........................................................................29

2.2.2. The presence of a large amount of water ................................................................................35

2.2.3. Rising sea level .......................................................................................................................43

2.2.4. Modification of the conditions of freezing and thawing of permafrost and melting of ice ..... 45

2.2.5. Increase in wind strength ........................................................................................................47

3. SOME EXAMPLES .......................................................................................................................49

3.1. NORTH AMERICA – THAWING OF THE PERMAFROST .........................................................49

3.2. SCOTLAND – A NATIONAL ROAD CARRIED AWAY BY LANDSLIDES IN AUGUST 2004 51

3.3. SWITZERLAND – THE GONDO DISASTER (CANTON OF VALAIS) ........ ........ ........ ........ ..... 53

3.4. NEPAL AND THE HINDU KUSH HIMALAYA REGION ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .... 55

3.5. FRANCE .......... 57

3.5.1. Settlement of a fill ....................................................................................................................57

3.5.2. Consequences of the flooding of the Giers in December 2003 ...............................................59

3.5.3. Case of the RN 304 between Privas and Aubenas ..................................................................61

4. SOME RECOMMENDATIONS FOR GOOD PRACTICE ......................................................63

5. CONCLUSIONS .............................................................................................................................67




ON ROAD EARTHWORKS

RÉSUMÉ ..............................................................................................................................8

INTRODUCTION ................................................................................................................10

1. HYPOTHÈSES SUR L’ÉVOLUTION DU CLIMAT .............. ............... .............. ............... 10

1.1. CHANGEMENTS CLIMATIQUES – PAS DE CONSENSUS ............. .............. .............. ... 10

1.2. CONSTAT SUR L’ÉVOLUTION DU CLIMAT MONDIAL .............. .............. ............... ....... 14

1.3. EXEMPLES DE SCÉNARIOS RÉGIONAUX ............. .............. .............. ............... .......... 16

1.3.1. Cas du Québec .............. .............. ............... .............. .............. ............... ............. 16

1.3.2. Cas de la Suisse ..................... .............. .............. ............... .............. ............... ... 18

1.4. LES PROBLÈMES AUXQUELS VONT ÊTRE CONFRONTÉS LES INGÉNIEURS .......... 20

2. PRISE EN COMPTE DES EFFETS PRÉVISIBLES ............... .............. ............... ............ 24

2.1. LA VULNÉRABILITÉ DES OUVRAGES ............... .............. ............... .............. .............. . 24

2.1.1.Ouvrages neufs, ouvrages anciens, surveillance .............. .............. .............. ........ 24

2.1.2.Evaluation de la vulnérabilité des ouvrages .............. ............... .............. ............... 26

2.2. DÉSORDRES PRÉVISIBLES ET PISTES DE SOLUTIONS .............. .............. ............... 26

2.2.1. Le manque d’eau : la sécheresse et ses conséquences. .............. .............. .......... 28

2.2.2. Présence importante d’eau .............. .............. ............... .............. ............... .......... 34

2.2.3. Élévation du niveau de la mer .............. .............. ............... .............. .............. ...... 42

2.2.4. Modification des conditions de gel et dégel du pergélisol et fonte des glaces ....... 442.2.5. Augmentation de la force des vents ............. ............... .............. .............. ............. 46

3. QUELQUES EXEMPLES .............. ............... .............. .............. ............... .............. ...... 48

3.1. AMÉRIQUE DU NORD – DÉGEL DU PERGÉLISOL ............. .............. ............... ............ 48

3.2 ÉCOSSE – ROUTE NATIONALE EMPORTÉE PAR DES GLISSEMENTS DE TERRAINS EN AOÛT 2004 .. 50

3.3. SUISSE – CATASTROPHE DE GONDO (CANTON DE VALAIS) .............. ............... ....... 52

3.4. NÉPAL ET LA ZONE HINDU KUSH HIMALAYA ............. ............... .............. ............... ..... 54

3.5. FRANCE ............. ............... .............. ............... .............. .............. ............... .............. .... 56

3.5.1. Tassement d’un remblai .............. .............. ............... .............. ............... .............. . 56

3.5.2. Conséquence de la crue du Giers en décembre 2003 ............. .............. ............... 58

3.5.3. Cas de la RN 304 entre Privas et Aubenas .............. ............... .............. ............... 60

4. QUELQUES RECOMMANDATIONS DE BONNES PRATIQUES .............. ............... ....... 62

5. CONCLUSIONS ............. .............. ............... .............. ............... .............. ............... ........ 66


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EXECUTIVE SUMMARY

Climate change and its consequences are one of the main preoccupations of the beginning of the 21st century. The objective of this study was to draft a documentwhich would identify the possible effects that climate change has on roadearthworks.

The first part of the report presents information on theory of climate evolution.In fact, no validated world scenario exists. However, the increase of the worldtemperature is recognized and some phenomena which were exceptional untilnow will occur more often. Some countries or regions have established a scenarioof climate evolution for decades to come. Those of Quebec and Switzerland are

presented in this report.

The second part focuses on water: lack or excess of water and its state. This part presents the consequences of meteorological phenomena and suggestssolutions. It deals with the cases of embankments, natural slopes, rise in sea level,modifications of the permafrost and the increase of the wind force. Preventivemeasures concern not only the new structures, by taking climate change intoaccount since the design stage, but also existing structures by improvement and

reinforcement works.

Some examples are presented in the third part. They show, more particularly,failures of embankments and slope slides, due to the presence of a large quantityof water. If they are not the result of climate change, the frequency of suchdamages is likely to increase in the future.

Recommendations are in the fourth part. They take into consideration the latestscenario of climate evolution for the region.




ON ROAD EARTHWORKS

RÉSUMÉ

L’évolution du climat et ses conséquences, sont une préoccupation majeure dece début du 21ème siècle. L’objectif de cette étude était de rédiger un documentqui identifie les impacts sur les ouvrages géotechniques routiers.

La première partie du rapport présente quelques éléments sur les hypothèses

d’évolution du climat. Il n’existe pas de scénario mondial validé. Mais il est reconnuque la température moyenne sur terre va augmenter et que certains phénomènes,qui étaient exceptionnels jusqu’à maintenant, se reproduiront plus fréquemment.Certains pays ou régions ont établi et validé un scénario d’évolution pour lesdécennies à venir. Ceux du Québec et de la Suisse sont présentés dans le rapport.

La seconde partie traite de l’effet de l’eau : manque d’eau ou eau en excès etson état. Elle présente les conséquences des phénomènes météorologiques etsuggère des pistes de solutions. Elle examine le cas des remblais, des talusnaturels, le problème de l’élévation du niveau de la mer, les modifications dupermafrost et l’augmentation de la force des vents. Les mesures préventivesconcernent non seulement les ouvrages neufs, avec une prise en compte de

l’évolution climatique dès les phases amont de projets, mais aussi des ouvragesexistants à préserver par des travaux d’amélioration et de renforcement.

Un certain nombre d’exemples sont présentés dans la troisième partie. Ilsconcernent plus particulièrement des ruptures de remblais ou des glissementsde terrains liés à une présence excessive d’eau. S’ils ne peuvent pas êtreconsidérés comme objectivement liés au changement climatique, la fréquencede tels désordres pourrait augmenter à l’avenir.

Des recommandations sont présentées dans la quatrième partie. Elles appellentà prendre en considération le dernier scénario d’évolution du climat admis pourla région concernée.


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I N T R O D U C T I O N

This report addresses mainly projects manager and engineers who have todesign long-lasting works, as well as to the infrastructure operators which can bethreatened by climate changes.

This report aims at estimating and at making sensitive the risks connected toclimate changes. It thus brings elements on the changes and gives principles of

design and intervention to prevent the hazards which could affect earthworks.

1. CLIMATE CHANGE HYPOTHESES

1.1. CLIMAT CHANGE - NO CONCENSUS

Nowadays, climatic changes are subject of a wide media coverage and theresponsibility of the human activity in this phenomenon is more and moreacknowledged. By definition, a scenario of climate change is: “a coherent,intrinsically consistent and plausible description of a possible state of the world”

[Parry and Carter, 1998] or “a plausible future climate which was establishedin the explicit purpose to study the potential consequences of an anthropogenicclimate change” [IPCC TAR, 2001]. It is important to understand that a scenarioof climate change is not a prediction of future climate. When establishing thesescenarios of climate change, the specialists try, above all, to represent the potentialrange of the regional climate change, i.e. to be representative of the amplitudes ofthe uncertainties in the projections. Hence, the models of climate change are nottools of prediction but rather a means to appreciate the most likely evolution ofthe climate during the life expectancy (cycle) of an infrastructure.

Incidentally, in 2004, the executive committee of PIARC decided to introduceinto the program of strategic theme 4 on the quality of the road infrastructuresa reflection on the effects of the evolution of the climatic conditions. It is in thisframework that technical committee 4.5 prepared this report on the effects ofclimate change on earthworks.

The models that try to predict climate changes and their effects are numerous andcould all be discussed but it is not the purpose of this report. We shall content withillustrating by two examples, one from Quebec (Canada) and another one fromSwitzerland, that these models are regional and that they vary significantly from




ON ROAD EARTHWORKS

I N T R O D U C T I O N

Ce rapport s’adresse principalement aux maîtres d’oeuvre et ingénieurs qui doiventconcevoir des ouvrages pérennes ainsi qu’aux exploitants d’infrastructures quipeuvent être menacées par les changements climatiques.

Ce rapport a pour but d’évaluer et de sensibiliser aux risques liés à ceschangements climatiques. Il apporte donc des éléments sur les changements

climatiques et donne des principes de conception et d’entretien pour prévenir lesaléas qui pourraient affecter les ouvrages en terre.

1. HYPOTHÈSES SUR L’ÉVOLUTION DU CLIMAT

1.1. CHANGEMENTS CLIMATIQUES – PAS DE CONSENSUS

Les changements climatiques font aujourd’hui l’objet d’une couverture médiatiqueimportante et la responsabilité de l’activité humaine dans ce phénomènefait de plus en plus consensus. Par définition, un scénario de changementclimatique est : « …une description cohérente, intrinsèquement consistante

et plausible d’un état possible du monde… » [Parry & Carter, 1998] ou encore« …un climat futur plausible qui a été établi dans le but explicite d’étudier lesconséquences potentielles d’un changement climatique anthropogénique… »[IPCC TAR, 2001]. Il est important de comprendre qu’un scénario de changementclimatique n’est pas une prédiction du climat futur. Dans l’établissement deces scénarios de changement climatique, les spécialistes tentent avant tout dereprésenter l’intervalle potentiel des changements climatiques régionaux, i.e.d’être représentatif de l’amplitude des incertitudes dans les projections. Bref,les modèles de changements climatiques ne sont pas des outils de prédictionmais plutôt un moyen d’apprécier l’évolution la plus probable du climat pendant ladurée de vie d’un ouvrage.

En 2004, le comité exécutif de l’AIPCR a décidé d’introduire dans le programmedu thème stratégique 4 sur la qualité des infrastructures routières une réflexionsur l’incidence de l’évolution des conditions climatiques. C’est dans ce cadreque s’inscrit ce rapport du comité technique 4.5 sur les effets des changementsclimatiques sur les ouvrages géotechniques.

Les modèles tentant de prédire ces changements et leurs effets sont nombreuxet pourraient être discutés mais ce n’est pas l’objet de ce rapport. Nous nouscontenterons d’illustrer par deux exemples, ceux du Québec (Canada) et de laSuisse, que ces modèles sont régionaux et qu’ils varient significativement d’une


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one region of the world to the other. Moreover, the foreseeable effects of climatechanges will also vary: more frequent and intense rains in certain regions versusmore frequent droughts in others. In a general way, we can say that the widevariety of the climatic phenomena on earth will remain the same but that theirrecurrence or their intensity, as compared to what was measured over the last twocenturies, will continue to undergo transformations that will influence our livesand have an impact on our civil infrastructures.

It must be acknowledged that the wide variety of scenarios of climate change forthe various regions of the world and even the variety of the models proposed fora single region can get the engineer confused as to how to take these changes intoaccount. To a certain extent, even the environmental policies which regulate thegreenhouse gas emissions can have an impact on the validity of the very models.In this context, the engineer, used to the use of historic meteorological data forthe prediction of the future hydrological or climatic events, questions the validityof this traditional approach.

More and more examples are given in seminars, congresses and conferenceson extreme climatic events which arise in regions or in recurrences that no one

expected. We give such typical examples in the third part of this report. Theimpacts on the civil infrastructures are often catastrophic, which brings theengineer to question himself on the selection of the design criteria to be consideredor on the additional precautions which should be taken or, conversely, on the realrisks that are taken. Some are tempted to consider the worst case scenario but theeconomic implications are such that choices must be made. Who should makethese choices? The engineer? The manager? The public administration? Theresponse is probably all of the above but in relation with their respective specialtyor competence.

Facing this new problem, the engineer is not left alone. Many research groups

are currently working on the development of regional models for climate changesthat could eventually be used by the engineer and the road administration toestablish design criteria that better correspond to the level of risk that the publicadministration is willing to take.

Again, the problem associated with climate change is that these are changesthat could happen in a constantly evolving political and environmental context.Therefore, there are no precise rules on how to proceed but rather an attitude toadopt to make the infrastructures adaptable to changing climatic conditions. The




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région du monde à l’autre. De même, les effets attendus des changementsclimatiques seront tout aussi variés : pluies accrues et plus intenses dans certainesrégions et sécheresses plus fréquentes dans d’autres. De façon générale, on peutdire que la grande variété des phénomènes climatiques terrestres demeureramais que leur récurrence ou leur intensité, telles que mesurées depuis près dedeux siècles, subissent aujourd’hui des bouleversements qui influenceront nosvies et auront un impact sur nos infrastructures civiles.

Force est d’admettre que la grande variabilité des scénarios de changementsclimatiques pour les différentes régions du monde et même la variabilité desmodèles proposés pour une même région peuvent laisser l’ingénieur perplexequant à la façon de les prendre en compte. Dans une certaine mesure, même lespolitiques environnementales qui réglementent les émissions de gaz à effet deserre peuvent avoir un impact sur la validité des modèles eux-mêmes. Dans cecontexte, l’ingénieur, habitué à utiliser des données météorologiques historiquespour la prédiction des événements hydrologiques ou climatiques futurs s’interrogesur la validité même de cette approche.

De plus en plus d’exemples sont donnés dans les colloques, congrès et conférencessur des événements climatiques extrêmes qui surviennent dans des régions ou

avec des récurrences inattendues. On en donne d’ailleurs quelques exemplesnotables dans la troisième partie de ce rapport. Les effets sur les infrastructurespubliques sont souvent catastrophiques, ce qui amène les ingénieurs às’interroger sur l’établissement des critères de conception à considérer ou encoresur les précautions additionnelles qui devraient être prises ou, inversement,sur les risques réels qu’on prend. Certains sont tentés d’envisager le pire caspossible mais les implications économiques étant ce qu’elles sont, des choixdoivent être faits. À qui reviennent ces choix ? À l’ingénieur ? Au gestionnaire ? À l’administration publique ? La réponse est probablement à toutes ces personnesdans la mesure de leurs spécialités et de leurs compétences respectives.

Face à cette problématique nouvelle, l’ingénieur n’est pas tout à fait démuni.

Plusieurs groupes de recherche tentent aujourd’hui d’établir des modèlesrégionaux de changements climatiques qui peuvent être utilisés par l’ingénieur,conjointement avec le gestionnaire, pour établir des critères de conception quicorrespondent mieux au niveau de risque que l’administration publique est prêteà accepter.

La problématique associée aux changements climatiques est aussi celle d’uncontexte politique et environnemental en constante évolution. Il n’existe parconséquent aucune règle précise sur les mesures à prendre mais plutôt uneattitude à adopter pour rendre les ouvrages adaptables aux conditions climatiques


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notion of “adaptability” of the infrastructure should always be kept in mind whileselecting the design criteria. It is not always reasonable to consider the worst casescenario but it is certainly not more to ignore it. The real question is to figure outwhat could be done, for example, in ten or fifteen years if we realize that one ormore of the original design criteria does not represent the new reality and thatit could be exceeded many times in the remaining life of the infrastructure. Inthis context, each work elements can no longer be considered individually butshould rather be looked at with a broad view of the environment in which the

infrastructure will be built and operated.

The two models presented here were elaborated by research groups dealing with asingle region of the world. It is therefore the engineer’s responsibility to make surethat the model he is using for the selection of the design criteria was establishedspecifically for the region in which the project is going to be built. He shouldalso consider all the other models that were established for the specified region inorder to have a better and more representative global appreciation.

The second part of this report presents the most common demonstrations of the

foreseeable climate changes, their consequences on the construction of earthworks,the problems which can result from it and, finally, preventive measures whichcould be applied. Earthworks, due to their nature and their constituent material- natural grounds - are more vulnerable to climatic changes than other civil worksmade of steel or concrete for example.

1.2. REPORT ON THE WORLD CLIMATE EVOLUTION

The information given here has been taken from the Fourth Assessment Reportof Working Group 1 of the International Panel on Climate Change – IPCC(http://www.ipcc.ch ).

The IPCC was set up in 1988 by the World Meteorological Organization (WMO)and the United Nations Environment Programme (UNEP). “The panel’s role is toassess on a comprehensive, objective, open and transparent basis the best availablescientific, technical and socioeconomic information on the climate change fromaround the world”.

Temperatures• increase in temperatures over 100 years: 1901-2000: 0.6° C; 1906-2005: 0.74° C;




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changeantes. La notion « d’adaptabilité » des ouvrages devrait être toujoursgardée à l’esprit lors de la sélection des critères de conception. Il n’est pastoujours raisonnable de concevoir les ouvrages pour le pire cas mais il ne l’estcertainement pas plus de l’ignorer. La vraie question est de savoir ce que l’onpourra faire par exemple dans dix ou quinze ans si on s’aperçoit qu’un critèreimportant considéré lors de la conception ne correspond plus à la nouvelle réalitéet qu’il puisse désormais être majoré plusieurs fois au cours de la durée de vierestante de l’ouvrage. On voit donc qu’il ne s’agit plus uniquement de considérer

chaque ouvrage individuellement mais plutôt d’avoir une vue d’ensemble del’environnement dans lequel cet ouvrage sera construit.

Les deux modèles présentés ci-après ont été élaborés par des groupes dechercheurs dont le mandat ne concernaient qu’une région en particulier. Ilrevient évidemment à l’ingénieur de s’assurer que le modèle qu’il considère dansl’établissement de ses critères de conception a été développé spécifiquementpour la région dans laquelle le projet doit être réalisé. Il devra aussi considérerles autres modèles existant pour la même région afin de se faire une idée globalela plus juste et représentative possible.

La seconde partie de ce rapport présente les principales manifestations des

changements climatiques appréhendés, leurs conséquences sur la constructiondes ouvrages géotechniques, les problèmes qui peuvent en résulter et, finalement,des mesures préventives qui pourraient être appliquées pour y pallier. Lesouvrages géotechniques, de par leur nature et leur matière constituante – dessols naturels – sont, sans doute, plus vulnérables aux changements climatiquesque d’autres ouvrages en acier ou en béton par exemple.

1.2. CONSTAT SUR L’ÉVOLUTION DU CLIMAT MONDIAL

Les éléments présentés sont issus du quatrième rapport d’évaluation du groupede travail I du GIEC- Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Evolution duClimat (http://www.ipcc.ch).

Le GIEC a été créé en 1988 par l’Organisation Météorologique Mondiale (OMM)et le Programme des Nations Unies pour l’Environnement (PNUE). « Ce groupe apour mandat d’évaluer, sans parti pris et de façon méthodique, claire et objective,les meilleures informations d’ordre scientifique, technique et socio-économique àce sujet dont on peut disposer à l’échelle du globe ».

Les températures• augmentation de la valeur du réchauffement sur 100 ans : période 1901-2000 : 0,6° C; période 1906-2005 : 0,74° C

http://www.ipcc.ch/http://www.ipcc.ch/http://www.ipcc.ch/http://www.ipcc.ch/http://www.ipcc.ch/http://www.ipcc.ch/http://www.ipcc.ch/


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• the average temperature of the oceans has increased up to depths of 3,000 metres.This has led to an expansion of the water in the sea which plays a role inincreasing sea level;

• mountain glaciers and snow cover have diminished in both hemispheres. Waterfrom this source is also contributing to rising sea levels;

• the average level of the sea has therefore risen by approximately 1.8 mm peryear between 1961 and 2003. This phenomenon has increased since with an

increase of approximately 3.1 mm per year;• the arctic icecap has shrunk on average by 2.7% every ten years. The seasonal

surface area of frozen land has diminished by 7% in the northern hemispheresince 1900.

Precipitations• precipitations have increased in eastern North and South America, in Northern

Europe, in Northern and Central Asia;• drying of soils has been observed in Sahel, the Mediterranean, Southern Africa

and Southern Asia;• droughts have become more severe and last longer, particularly in tropical and

sub-tropical zones.

Winds and storms• the westerly winds in middle latitude have become stronger;• the frequency of high rainfall events has increased in most terrestrial zones;

• tropical cyclone activity has increased in the North Atlantic since 1970.

1.3. EXAMPLES OF REGIONALS SCENARIOS

There is no single scenario, but local scenarios may exist. Quebec and Switzerlandhave thus developed local scenarios for their own region.

1.3.1. The case of Quebec

In Quebec, the OURANOS consortium studies possible changes in the climateand their consequences in order to help the region to adapt.

The OURANOS consortium was created in 2001 from the initiative of theGovernment of Québec, Hydro-Québec, the Meteorological Service of Canada,and Valorisation- Recherche Québec.




ON ROAD EARTHWORKS

• la température moyenne des océans a augmenté jusqu’à des profondeurs de3 000 mètres. Ceci provoque une dilation de l’eau de mer et contribue àl’augmentation du niveau des mers.

• les glaciers de montagne et la couverture neigeuse ont diminué dans les deuxhémisphères. L’apport en eau résultant de ce phénomène contribue aussi àl’élévation du niveau des mers.

• le niveau moyen des mers s’est donc élevé d’environ 1,8 mm par an de 1961 à2003. Ce phénomène s’est accéléré depuis avec une augmentation d’environ

3,1 mm par an ;• la surface de la calotte glacière arctique a rétréci de 2,7 % en moyenne tous

les dix ans. La surface saisonnière des terres gelées a diminué de 7 % dansl’hémisphère nord depuis 1900.

Les précipitations• les précipitations se sont accrues à l’est de l’Amérique du Nord et de l’Amérique

du Sud, dans le nord de l’Europe, en Asie du nord et en Asie centrale ;• un assèchement des sols a été constaté dans le Sahel en Méditerranée, au sud

de l’Afrique et dans le sud de l’Asie ;• les sécheresses sont plus sévères et plus longues, surtout dans les zones

tropicales et subtropicales.

Les vents et les tempêtes• les vents d’ouest de moyenne latitude se sont renforcés ;• la fréquence des évènements de fortes précipitations a augmenté sur la plupart

des zones terrestres ;• l’activité des cyclones tropicaux a augmenté dans l’Atlantique Nord depuis

1970.

1.3. EXEMPLES DE SCÉNARIOS RÉGIONAUX

Il n’existe pas de scénario unique. Mais il peut exister des scénarios admisrégionalement. Ainsi le Québec et la Suisse ont établi et admis des scénarios

pour leur propre région.

1.3.1. Cas du Québec

Au Québec, le consortium OURANOS (http://www.ouranos.ca) étudie lesévolutions possibles du climat et leur conséquences afin de favoriser l’adaptationde la région.

Ce consortium a été créé en 2001 à l’initiative du gouvernement du Québec, d’Hydro-Québec, du Service météorologique du Canada et de Valorisation-Recherche Québec.

http://www.gouv.qc.ca/http://www.hydroquebec.com/http://weatheroffice.ec.gc.ca/http://www.gouv.qc.ca/http://www.hydroquebec.com/http://weatheroffice.ec.gc.ca/http://weatheroffice.ec.gc.ca/http://www.hydroquebec.com/http://www.gouv.qc.ca/http://weatheroffice.ec.gc.ca/http://www.hydroquebec.com/http://www.gouv.qc.ca/


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“The mission of Ouranos is to acquire and develop knowledge on regionalclimate change, on related socioeconomic and environmental vulnerabilities andon potential impacts, in order to inform decision makers of the probable evolutionof the climate and advise them in identifying, promoting, implementing andevaluating local and regional adaptation strategies.”

On the basis of the results of the studies the following changes have been estimated.

TemperaturesIn winter, between now and 2020, temperatures will increase by 2.5 to 3.5°C inthe North of Quebec and by 1 to 2.5° in the South. In 2050 this increase couldattain 4 to 7° in the North and 2 to 5°C in the South. In summer the estimated increases are slightly smaller. By 2020 temperaturescould increase by 1 to 2.5°C in the North and by 1 to 2°C in the South. By 2050these increases could attain 1.5 to 4°C in the North of Quebec and 2.5 to 4°C inthe South.

PrecipitationIn winter the increase in precipitation in the North of Quebec is estimated at

between 1 and 18% in 2020, by which time the precipitations in the South could be reduced by 5 to 19%.

By 2050 precipitation could increase by between 2 and 32% in the North with areduction of between 0 and 32% in the South.

In summer, by 2020, the rise in precipitation is estimated as between 1 and 12%in the North with a fall of between 5 and 10% in the South.

By 2050, it is expected to increase by between 3 and 19% in the North and fall by between 7 and 13% in the South of Quebec.

Outlook The estimates show that we can no longer ignore these changes.

The OURANOS consortium studies the impacts in the Quebec province on thesecurity of the population and infrastructures, water and energy resources and themarine and river environments

1.3.2. The case of Switzerland

The Advisory Body on Climate Change (OcCC) was appointed in 1996 bythe Federal Department of Home Affairs and the Federal Department of the




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« Ouranos a pour mission l’acquisition et le développement de connaissancessur les changements climatiques et leur impacts ainsi que sur les vulnérabilitéssocio-économiques et environnementales, de façon à informer les décideurssur l’évolution du climat et à les conseiller pour identifier, évaluer, promouvoir etmettre en oeuvre des stratégies d’adaptation locales et régionales. »

Les résultats des études ont permis d’estimer les évolutions suivantes.

TempératuresEn hiver, d’ici à 2020, les températures augmenteront de 2,5 à 3,5°C dans lenord du Québec et de 1 à 2,5°C dans le sud. En 2050, cette augmentation pourraatteindre 4 à 7°C dans le nord et 2 à 5 °C dans le sud.

L’été, les augmentations estimées sont un peu plus faibles. A l’horizon 2020, ellespourraient être de 1 à 2,5°C dans le nord et de 1 à 2°C dans le sud. En 2050, cesaugmentations pourraient atteindre 1,5 à 4°C dans le nord et 2,5 à 4°C dans lesud du Québec.

PrécipitationsEn hiver, l’augmentation des précipitations du nord du Québec est estimée de 1 à

18 % en 2020 et pour la même échéance, les précipitations pourront être réduitesdans le sud avec une variation possible de - 5 à 19 %.

En 2050, les précipitations pourront augmenter de 2 à 32 % au nord et de 0 à32 % dans le sud.

En été, l’estimation d’évolution des précipitations est évaluée à 1 à 12 % au nordet - 5 à 10 % dans sud pour 2020.

En 2050, elle évolue vers une majoration de 3 à 19 % au nord et de - 7 à 13 %dans le sud du Québec.

PerspectivesCes estimations montrent que les changements ne peuvent plus être ignorés.

Pour la province de Québec, le consortium OURANOS étudie les impacts surla sécurité des populations et des infrastructures, les ressources hydriques eténergétiques, l’environnement maritime et fluvial.

1.3.2. Cas de la Suisse

En Suisse, l’OcCC (Organe consultatif sur les changements climatiques, http://www.occc.ch) a été créé fin 1996 par le Département Fédéral de l’Intérieur

http://www.edi.admin.ch/e/index.htmhttp://www.uvek.admin.ch/gs_uvek/en/index.htmlhttp://www.occc.ch/http://www.occc.ch/http://www.edi.admin.ch/f/index.htmhttp://www.occc.ch/http://www.edi.admin.ch/f/index.htmhttp://www.uvek.admin.ch/gs_uvek/en/index.htmlhttp://www.edi.admin.ch/e/index.htm


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Environment, Transport, Energy and Communication (ETEC). Its role is toformulate recommendations on questions regarding climate and global changefor politicians and the federal administration.

In Switzerland, the results of the model have been used to develop the followingscenario.

TemperatureUntil 2050 all regions of Switzerland will experience warming during all theseasons.

North of the Alps, the warming will be of the order of 1.8°C in winter (a range between 0.9 and +3.4 °C). In summer it will be of the order of 2.7 °C (a range between 1.4 and 4.7 °C).

South of the Alps, warming is expected to be very slightly greater; in winter it will be of the order of 1.8 °C (a range between 0.9 and 3.1 °C). In summer it will beof the order of 2.8 °C (a range between 1.5 and 4.9 °C).

PrecipitationUntil 2050, precipitation should increase in all parts of the country in winter anddiminish in summer.

North of the Alps, the increase is expected to be of the order of 8% in winter (arange of between -1% and +21%) with a decrease of 17% in summer (a range of

between 7% and 31%).

South of the Alps, the change in precipitation is more or less identical. An 11%increase is expected in winter (a range of between 1% and 26%), with a 19%reduction in winter (a range of between 6% and 36%).

Outlook The climate scenario for Switzerland provides the basis for the new OcCC projectentitled “Switzerland in 2050”. This project will identify the socioeconomic andecological consequences of climate change in Switzerland up to 2050.

1.4. THE PROBLEMS ENGINEERS WILL FACE

The first difficulty involves the estimation of the form which climate change willtake.




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(DFI) et le Département Fédéral de l’Environnement, des Transports, de l’Energie et de la Communication (DETEC). Le mandat contient des recommandationsquant aux questions relatives au climat et aux changements climatiques pour lapolitique et l’administration.

En Suisse, les résultats des modèles ont permis d’établir le scénario suivant.

TempératuresJusqu’en 2050, toutes les régions de la Suisse vont connaître un réchauffementet pour toutes les saisons.

Au Nord des Alpes, le réchauffement sera de l’ordre de +1.8 °C en hiver (fourchetteentre +0.9 et +3.4 °C). En été, il sera de l’ordre de +2.7 °C (fourchette entre + 1.4et + 4.7 °C).

Au Sud des Alpes, le réchauffement est à peine plus élevé. En hiver, il sera del’ordre de +1.8 °C (fourchette entre +0.9 et +3.1 °C). En été, il sera de l’ordre de+ 2.8 °C (fourchette entre + 1.5 et + 4.9 °C).

PrécipitationsD’ici à 2050, les précipitations devraient augmenter dans l’ensemble du pays enhiver et diminuer en été.

Au Nord des Alpes, les précipitations devraient augmenter de 8 % en hiver(fourchette entre -1 % et +21 %) et diminuer de 17 % en été (fourchette entre- 7 % et - 31 %).

Au Sud des Alpes, l’évolution des précipitations est plus ou moins identique. Uneaugmentation de 11 % est attendue en hiver (fourchette entre + 1 % et + 26 %), tandisqu’une diminution de 19 % est attendue en été (fourchette entre - 6 % et - 36 %).

PerspectivesLe scénario climatique pour la Suisse est la base du nouveau projet de l’OcCC« La Suisse en 2050 ». Dans le cadre de ce projet, les conséquences deschangements climatiques sur les secteurs socio-économiques et écologiques dela Suisse seront appréhendées pour 2050.

1.4. LES PROBLÈMES AUXQUELS VONT ÊTRE CONFRONTÉS LES INGÉNIEURS

La première difficulté se situe au niveau de l’estimation de ce que sera l’évolutionclimatique.

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We therefore need one or more scenarios, drawn up by experts. If the scenarioincludes large variations it is necessary to estimate the risk of each extremeclimatic event occurring. This is only possible with the help of a climate expert.

With regard to new projects, it is no longer sufficient to consider bad weatherevents with a certain return period. We no longer have the comfort of clear and

precise data. We now must estimate the risk, while assessing the consequencesand evaluate what “we”, as construction financing authorities, private users,

professional users, freight transport undertakings, but also tax payers, are readyto accept in terms of costs, traffic disruption or even the complete severance ofthe network.

Furthermore, extreme climatic events will not only be used to design the drainagesystem. They will also be taken into account even when designing earthworks.

The stakes are high, the difficulty lies in the lack of precise and certain data.

For each structure in a given project it is necessary to understand what the mostharmful extreme climatic event will be. Once this analysis has been performed, the

criterion must be taken into consideration when deciding which project to choose.

With regard to existing structures and their maintenance, the problem is different.The issue is to decide the structure must be strengthened or if we should wait fordamage to occur.

The difficulty is deciding if it is better to strengthen a structure now or wait fordamage to appear.

After having listed the structures, they must be classified by priority. For this, thecriteria are as follows:

• the traffic carried by the structure. Is it acceptable to wait for failure which willcertainly lead to an interruption of traffic?• the cost of strengthening or repairs. It is sometimes difficult to estimate the

correct level of strengthening and therefore the cost may become very high. Itmay be justified to wait for failure;

• the availability of funds in relation to the volume and the number of structuresinvolved.

The major difficulty involves the uncertainty with regard to the climatic changeswhich might occur. In spite of these unknowns, decisions must be taken.




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Il faut donc avoir le ou les scénarios établis par des spécialistes. Si le scénario présentedes variations importantes, il faut estimer pour chaque aléa climatique possible, lerisque qu’il survienne. Ce qui ne peut se faire qu’avec le spécialiste du climat.

Concernant les projets neufs, il ne suffit plus de prendre l’intempérie avec unepériode de retour donnée. Le confort des données claires et précises n’existeplus. Il faut maintenant estimer le risque, en mesurer les conséquences et évaluerce que « nous », maîtres d’ouvrages, usagers dans le cadre privé, usagers dans

le cadre professionnel, transporteur de marchandises, mais aussi contribuables,sommes prêts à accepter en terme de coûts, de perturbation du trafic, voire mêmede coupure complète du réseau.

De plus, les aléas climatiques ne serviront plus seulement à dimensionner lesystème de drainage et d’assainissement. Ils devront être pris en compte dans laconception même des terrassements.

L’enjeu est important, la difficulté réside dans l’inexistence de données précises et sûres.

Il faut, pour chaque ouvrage du projet, rechercher quel sera l’aléa le pluspréjudiciable. Une fois cette analyse faite, il faut que ce critère rentre en compte

dans la décision qui est prise pour le choix du projet.

Concernant les ouvrages existants et leur entretien, la problématique estdifférente. Il s’agit de décider si l’ouvrage doit être renforcé ou s’il faut attendreque des désordres apparaissent.

Il faut donc, tout d’abord, avoir une idée assez précise de scénario d’évolutionclimatique, et en estimer les conséquences sur les ouvrages en exploitation.

Après avoir listé les ouvrages, il faut les classer par priorité. Les critères à prendrealors en compte sont :

• compte tenu du trafic que l’ouvrage supporte, est-il acceptable d’attendre larupture qui entraînera sûrement une coupure de trafic ?

• coût du renforcement - coût de la réparation. Il est parfois difficile d’estimer lebon niveau de renforcement dont le coût peut devenir très important. Il peut êtreparfois plus rentable d’attendre la rupture ;

• disponibilité des crédits par rapport au volume et au nombre d’ouvragesconcernés.

La plus grande difficulté réside dans l’incertitude qui existe vis à vis deschangements climatiques qui peuvent se produire. Malgré toutes ces inconnues,des décisions doivent cependant être prises.


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2. TAKING ACCOUNT OF FORESEEABLE EFFECTS

2.1. THE VULNERABILITY OF STRUCTURES

2.1.1. New structures, existing structures, monitoring

The approach cannot be the same for a new construction project and a structurethat is in service.

In the case of a new structure, the engineer must identify and prevent as faras possible the adverse consequences of observed climate change that areforeseeable at the present time. This task breaks down essentially into threeseparate objectives:

• achieving all the conditions which are judged necessary to ensure risk-freeconstruction in the event of adverse weather during the period on construction.For example, the use of fill materials which cannot be done in a satisfactorymanner during a period of drought with excessively dry soils;

• specifying dimensions for the structure which are compatible with the

meteorological conditions in the reference scenario;• putting in place a system to monitor the characteristics of the structure whichare likely to deteriorate gradually as a result of climatic change and also becausesafe solutions could not be adopted (either due to a lack of awareness of suchsolutions or, more simply, because of a lack of resources). In any case, it alreadyseems necessary to allow for the drawing up of structure files after constructionwhich identify the construction methods used for the different parts of thestructure, the parts of the structure which are considered to remain vulnerableto climatic change and any measures which are proposed by the designer in theevent of subsequent damage.

In the case of an existing structure it is possible to delay action until damageoccurs if the consequences of this potential damage are considered acceptable (forexample, a gradual deterioration in evenness). However, it could be appropriateto conduct diagnostic studies on structures where it is considered that suddendamage could have severe impacts on the safety of persons and goods or on thelevel of service provided by the road. The design of the strengthening solutions toguarantee safety and/or set up a monitoring system comparable with that describedabove for new structures could thus be based either on an expert appraisal of theobserved damage or a diagnostic study.




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2. PRISE EN COMPTE DES EFFETS PRÉVISIBLES

2.1. LA VULNÉRABILITÉ DES OUVRAGES

2.1.1. Ouvrages neufs, ouvrages anciens, surveillance

La démarche ne peut être la même pour un ouvrage en projet à construire et pourun ouvrage en service.

Dans le cas d’un ouvrage neuf, il appartiendra à l’ingénieur de repérer et deprévenir dans toute la mesure du possible les conséquences néfastes etprévisibles à ce jour de l’évolution climatique constatée. Ce travail se décomposeessentiellement en trois objectifs distincts :

• réunir les conditions estimées nécessaires pour assurer une constructionexempte de risque au cas où la météorologie serait défavorable durant lapériode de construction. On peut penser en particulier à la mise en œuvredes matériaux en remblai qui ne peut se faire convenablement en période desécheresse avec des sols excessivement secs ;

• définir des dimensionnements de l’ouvrage compatibles avec les conditions

météorologiques du scénario de référence ;• mettre en place un système de surveillance éventuel des caractéristiques del’ouvrage susceptibles de se dégrader progressivement du fait des changementsclimatiques et aussi du fait que l’on n’ait pas pu retenir de solutions sûres(soit par méconnaissance de telles solutions, soit plus simplement faute demoyens). De toutes façons, il apparaît d’ores et déjà nécessaire de prévoirl’élaboration de dossiers d’ouvrage à l’issue de la construction repérant lesméthodes de construction retenues pour les différentes parties d’ouvrage, lesparties d’ouvrage estimées demeurer vulnérables aux changements climatiqueset les éventuelles dispositions proposées par le concepteur en cas de désordreultérieur.

Dans le cas d’un ouvrage ancien, on peut attendre que des désordres se produisentpour réagir, si les conséquences de ces désordres potentiels sont jugéesacceptables (par exemple une dégradation progressive de l’uni). Par contre, ilpourrait être opportun de prévoir des études de diagnostic sur des ouvrages où l’onestime que des désordres brutaux pourraient avoir de graves conséquences pourla sécurité des personnes et des biens, ou pour le niveau de service de la route.L’expertise des désordres constatés, ou une étude de diagnostic des ouvragesen service pourront amener à concevoir des solutions de confortation pour miseen sécurité et/ou mise en place d’un système de surveillance comparable à cequi a été évoqué plus haut pour les ouvrages neufs.


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2.1.2. Assessment of the vulnerability of structures

We shall list below the categories of risk that must be considered as is already donefor road sections where various risks must be evaluated and if need be treated inorder for their operation to be accepted.

In the case of climate change, we propose for each evaluated risk to:

• estimate whether the likely damage is instantaneous in nature (such as forexample a mudflow) or gradual (for example a deterioration of evenness). Themeasures which will be adopted largely depend on this factor;

• consider the effect of the reference scenario for the risk considered, but alsothe effect of the most unfavourable meteorological conditions that can beenvisaged in particular with regard to the safety of persons and, to a lesserextent, property;

The risks to be considered may be classified as follows:

• collateral damage to the structure. These risks relate to the environment of thestructure, in theory outside the land reservation, and relate to the safety of persons

and property. The most important aspects of these risks are without doubt theinvestigation of slope stability upstream and downstream of the structure, andthe study of the conservation of hydraulic flows through the structure;

• prejudice to users. This primarily relates to the safety of persons and to a lesserextent the loss of level of service (evenness, slowing, road closure, etc.);

• damage to the structure as an asset. This includes interruptions of operation,the increase in maintenance costs and constraints, and the reduction in thestructure’s service life.

2.2. PREDICTABLE DISORDERS AND TRACKS OF SOLUTIONS

Climate change leads to changes in the weather conditions. Because the state ofsoils and the materials used in earthworks is modified, problems and damage mayoccur. In the case of new road construction, this change can be taken into accountfrom the design phase.

While it may be necessary to react to damage on existing highways, it is preferableto adopt a more proactive management maintenance strategy by determiningnew hazards associated with climate change, assessing the consequences for theroads network (based on an appropriate understanding of its composition and




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2.1.2. Evaluation de la vulnérabilité des ouvrages

Nous proposons ci-après des catégories de risque à prendre en compte comme onle fait déjà actuellement pour des sections routières où des risques divers doiventêtre évalués et éventuellement traités pour accepter l’exploitation de ces tronçons.

Dans le cas des changements climatiques, nous proposons pour chaque risque évalué :

• d’estimer si les désordres encourus sont de type instantané (comme par exempleune coulée de boue) ou de type progressif (par exemple une dégradation del’uni). Les dispositions qui seront retenues dépendent largement de ce constat ;

• envisager l’effet du scénario de référence pour le risque examiné, mais aussil’effet des conditions météorologiques les plus défavorables susceptibles d’êtreenvisagées en particulier pour ce qui concerne la sécurité des personnes et, àun moindre titre, des biens.

Les risques à envisager peuvent être ainsi classés :

• dommages collatéraux à l’ouvrage. Ces risques portent sur l’environnementde l’ouvrage, a priori hors emprise, et concernent la sécurité des personnes

ainsi que la sécurité des biens. L’étude de la stabilité des versants amont etaval de l’ouvrage, ainsi que celle du maintien des écoulements hydrauliquestransversaux à l’ouvrage sont sans doute les aspects les plus importants deces risques ;

• dommages aux usagers. Ils concernent au premier chef la sécurité des personneset à un moindre titre, la perte de niveau de service (uni, ralentissement, coupure,etc.) ;

• dommages à l’ouvrage en tant que patrimoine. On retrouve les interruptionsd’exploitation, l’accroissement du coût et des sujétions de maintenance, laréduction de la durée de vie de l’ouvrage.

2.2. DÉSORDRES PRÉVISIBLES ET PISTES DE SOLUTIONS

L’évolution du climat provoque des changements des conditions météorologiques.L’état des sols et des matériaux utilisés en terrassements étant modifié, desproblèmes et des désordres peuvent apparaître. Cette évolution peut être priseen compte dès la phase projet, pour les ouvrages neufs.

Bien qu’il soit nécessaire de réagir à l’apparition de désordres sur les routesexistantes, il est préférable de définir une stratégie de maintenance par anticipation,en déterminant les risques dus aux changements climatiques et en estimant lesconséquences pour le réseau routier (basé sur une bonne connaissance de la



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condition) and taking appropriate actions (strengthen the road or repair when thedamage occur).

The tables below set out possible responses to each problem, some of the responsesare still the subject of research.

Water is an essential component: a lack of water is harmful, and excessive amountsof water may be catastrophic, particularly in the case of clayey soils.

2.2.1. Lack of water: drought and its consequences

The effect of drought is already familiar in some tropical countries, but the problems are made more complex by the fact that these droughts will produce theirimpacts in soils and at sites which will frequently have to develop an equilibriumwith new climatic conditions very rapidly.

In schematic terms, the drier the soil the more compaction energy is required inorder to compensate for the lack of water and its “lubricating” role. (Except ifits water content is really almost zero, in which case recent research has shown

that satisfactory compaction can be achieved if some special measures are taken,without the addition of water and on condition they have a degree of plasticity – see the PIARC seminar of June 2002 at Ulaan-Baatar – Mongolia), When thesoil is too dry, which can easily be determined from Proctor and CBR tests, thethickness of the individual compacted layers must be reduced and the power ofcompactors must be increased, but the limits of the effectiveness of this methodis soon reached. If these fills are not considerably moistened subsequently thereis no danger of damage due to abnormal settlement. However, if a fill of this typeis moistened, it becomes “collapsible” and will exhibit damage in proportion toits thickness.

The classical solution is therefore to moisten the materials employed in order toattain the desired level of compaction, but this solution is confronted by at leastthree major constraints:

• in the case of dry soils, the adjacent wells and rivers are usually at a low levelthemselves and it is not realistic to imagine that the administrative authoritieswill accept a further lowering of the water level for the construction of earthstructures;

• when soils are dry, the meteorological conditions are frequently also responsiblefor high evaporation which makes attempts to moisten the soils by watering




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structure et des conditions) et prendre la bonne décision (renforcement de laroute ou bien réparation après apparition des désordres).

Les tableaux ci-après proposent pour chaque problème une ou des solutions, quandelles existent. Certaines réponses sont encore du domaine de la recherche.

En terrassement, un élément essentiel est l’eau : son absence est pénalisanteet sa présence en trop grande quantité peut être catastrophique surtout dans les

sols argileux.

2.2.1. Le manque d’eau : la sécheresse et ses conséquences

L’effet de la sécheresse est déjà bien connu dans certains pays tropicaux, maisles problèmes se compliqueront du fait que ces sécheresses produiront leurseffets sur des sols et des sites qui devront se mettre souvent assez brutalementen équilibre avec de nouvelles conditions climatiques.

Schématiquement, plus un sol est sec (sauf s’il est vraiment à une teneur eneau voisine de zéro auquel cas des recherches récentes ont montré qu’ils sontcompactables correctement avec certaines dispositions particulières, sans ajout

d’eau et à condition qu’ils soient peu plastiques – cf. : séminaire AIPCR de Juin2002 à Ulaan-Baatar – Mongolie), plus son compactage requiert une forte énergiede compactage pour compenser le manque d’eau et son rôle mécanique de« lubrifiant ». Lorsque le sol est trop sec, ce qui peut se juger simplement à partirdes essais Proctor et CBR, il faut diminuer l’épaisseur des couches élémentairescompactées et augmenter la puissance des compacteurs, mais on atteint rapidementla limite d’efficacité de cette méthode. S’il n’y a pas d’humidification ultérieureconséquente de ces remblais réalisés avec une insuffisance de compactage, il n’ya pas de désordre à craindre en matière de tassement anormal. Si par contre, untel remblai est humidifié, il devient « effondrable » et va connaître des désordresd’autant plus importants que sa hauteur est elle-même importante.

La solution classique préconisée est donc d’humidifier les matériaux mis enœuvre, pour atteindre le compactage recherché, mais cette solution se heurte àau moins trois contraintes majeures :

• quand les sols sont secs, le plus souvent les puits et rivières voisins sont eux-mêmes en étiage et il n’est pas très raisonnable de penser que les autoritésadministratives acceptent une aggravation de ces étiages pour la constructiond’ouvrages en terre ;

• quand les sols sont secs, la situation météorologique est souvent marquéepar une forte évaporation, qui rend peu ou pas efficace l’humidification par

ANTICIPER LES EFFETS DES CHANGEMENTS CLIMATIQUES ANTICIPATING THE IMPACT OF CLIMATE CHANGE


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ineffective (wind may be an additional factor that increases the effect ofevaporation);

• adding a large amount of water to the soil in order to make adequate compaction possible may transform the soil into mud if it is performed too suddenly. Itis, however, the case that by applying an appropriate and carefully controlledmixing technique a 10 point increase in the moisture content of excessively drysoils in a single pass has been achieved (for example in the rocky marls of theSettat motorway bypass in Morocco by the company ADM). A similar 10 point

increase in water content can also be achieved in a single pass with the use ofnew plant of the “sprinkler-buryer$ type, as has been demonstrated at a numberof worksites (for example the small hard areas$ on the A89-4 motorway inFrance by the company ASF).

In the case of the re-use of clayey soils, specifications differ quite markedly indifferent parts of the world. The level of plasticity that is allowable in a givencountry for the reuse of such soils in fills has been established on the basis of

past experience of climatic conditions and the available soils, and in some casesmeasures are taken to encourage re-use.

This level of plasticity is closely linked to the shrinking and swelling capacity of

the soils.

More severe droughts lead to the development of unusually wide and totallyunacceptable shrinkage cracks as well as the settlement of the parts of the structurethat are the most exposed to evapotranspiration.

If the composition of the earth structure is not uniform or if its geometry isasymmetrical (for example a fill on a cross-slope), differential deformationsmay occur which are incompatible with the use of the structure. Likewise, theconnections between the earth structure and structures which are not deformableor only slightly deformable (bridge abutment fills, retaining walls, etc.) may besubjected to severe damage which may pose a threat to users when the fill settlesexcessively.

In most countries, at least those in temperate regions, it is customary to considerthat the principal risks involved in the construction of fill on a clayey subgradeare, firstly, that the soil will be compressible (risk of excessive settlement or evenshear failure and risk of failure of the lateral slopes of the structure) and alsothat the subgrade will be unstable transversally (in the case of unstable naturalslopes).

Another risk is present in the case of a thin or moderately thick fill and very dry periods of weather: cracking in the subgrade. This occurs when the subgrade is




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arrosage dans ces conditions (le vent étant une donnée aggravante de l’effetde l’évaporation) ;

• l’introduction d’une forte quantité d’eau dans le sol pour un compactage adéquatrisque de transformer ce sol en boue si l’on ajoute trop d’eau brutalement. Ilest vrai que l’emploi d’une méthode de mélange adéquate et bien maîtriséea déjà permis d’augmenter la teneur en eau de sols trop secs de près de 10points (par exemple dans les marnes rocheuses du contournement autoroutierde Settat au Maroc – société ADM) ou grâce à l’emploi des nouveaux matériels

de type « arroseuse-enfouisseuse » un ajout de près de 10 points de teneur eneau en une seule passe, ainsi qu’il a été démontré sur quelques chantiers (parexemple dans des pélites indurées sur l’autoroute A89-4 en France – société ASF).

Dans le cas du réemploi des sols argileux, les spécifications sont assez différentesà travers le monde. La plasticité admise par chaque pays, pour pouvoir utiliserces sols en remblai, a été calée, par expérience, en fonction des conditionsclimatiques antérieures de ces différents pays et des sols disponibles, en prenantparfois des précautions pour en favoriser le réemploi.

Cette plasticité est en étroite relation avec la capacité de retrait-gonflement des

sols.

Si les sécheresses sont plus importantes, on assiste au développement de fissuresde retrait d’ouverture inhabituelle et rédhibitoire, ainsi qu’à des tassements desparties d’ouvrage les plus exposés à l’évapotranspiration.

Si la constitution de l’ouvrage en terre est hétérogène ou que sa géométrie estasymétrique (exemple des remblais sur pente transversale), il se produit desdéformations différentielles parfois incompatibles avec l’exploitation de l’ouvrage.De même, les raccordements de l’ouvrage en terre à des ouvrages peu ou pasdéformables (remblais de culée d’ouvrage, murs de soutènement, etc.) peuventsubir des dommages importants et dangereux pour l’usager lorsque le remblaitasse de façon excessive.

On a l’habitude de considérer, dans la plupart des pays au moins de régionstempérées, que les principaux risques de construire un remblai sur un sol supportargileux sont d’une part que le sol soit compressible (risque de tassement excessif,voire de poinçonnement et risque de rupture des talus latéraux de l’ouvrage) etd’autre part que ce sol support soit instable transversalement (cas des pentesnaturelles instables).

Un autre risque existe en cas de hauteur de remblai de hauteur faible à moyenneet d’épisodes météorologiques très secs : la création de fissures dans le sol



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sufficiently plastic and the watertable is considerably lower than normal. Thesecracks may reflect through the fill which has become (too) dry and appear on the

pavement surface.

Some countries encounter this problem repeatedly (for example Madagascar) andothers do so during exceptional droughts (it was observed in France in marshyzones during the exceptional drought of 1976). This risk, which is currently onlyconsidered in some countries, could ultimately become a new design constraint

for fills on clayey subgrades in countries affected by the corresponding type ofclimate change.

Stability design methods for earth structures can be seen to be rather pessimisticwith regard to severe drought situations. This is because design calculations are

based on the characteristics of saturated soils which are more unfavourable thanthe same soil in the dry state.

However, this is not the case if major shrinkage cracks develop.

In addition, it is already considered to be prudent and reasonable for the stabilitydesign of soil structures on compressible soils to ignore the cohesion of the soil because if cracking occurs it will eliminate the effect of cohesion.

It is obvious that if the network of cracks develops as a consequence of drought,damage will occur as a result of a loss of cohesion. One can also raise questionsabout the effect of shear on the subgrade when the compartments of earth structuresare separated by very wide cracks. The above considerations apply only to therisks of instability in the mass of structures.

“Skin effects” must also be considered. The soils which dry out the most are thosenearest the surface on slopes. If they are sandy-silty soils they become extremelyerodable and devoid of cohesion when dry. They are subject to rainwash due torainwater or runoff from the pavement, but may also undergo damage due todisplacement caused by high winds. The best way of stabilizing such soils is tocover them with a protective soil (granular material for example) or, preferably,establish plant cover. The last approach may, however, fail if the climate is too dryor the soil is too infertile.

It is therefore important to remember here that soil treatment with lime orcement is not appropriate if the soil is excessively dry as performance will be




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support. Ceci se produit si celui-ci est suffisamment plastique et que le niveaude la nappe habituelle s’abaisse beaucoup. Ces fissures peuvent alors remonterdans le remblai devenu très (trop) sec et apparaître en surface de chaussée.

Certains pays connaissent ce phénomène de façon récurrente (par exempleMadagascar) ou lors de sécheresse exceptionnelle (nous avons observé cecas en France sur des chaussées en remblai sur zone marécageuse lors dela sécheresse exceptionnelle de 1976). Ce risque, qui n’est actuellement pris

en compte que dans quelques pays, pourrait à terme constituer une nouvellecontrainte de dimensionnement des remblais sur sols support argileux dans lespays affectés par le type de changement climatique correspondant.

Concernant les méthodes de calcul de stabilité des ouvrages en terre, on peutconsidérer qu’elles sont plutôt pessimistes par rapport à des situations de fortesécheresse. En effet, les calculs se font habituellement en prenant les caractéristiquesdes sols saturés qui sont plus défavorables que celles du même sol à l’état sec.

Mais si des fissures de retrait importantes se développent, il n’en va plus demême.

Il est d’ailleurs d’ores et déjà considéré comme prudent et raisonnable pourle calcul de stabilité des ouvrages en terre sur sols compressibles, de ne pasprendre en compte la cohésion du sol, car l’existence de fissures possibles àtravers le remblai annulerait cette cohésion.

Il est évident que si le réseau de fissures se développe par l’effet de sécheresse,des désordres seront dus à la disparition de cette cohésion. On peut égalements’interroger sur l’effet de poinçonnement sur le sol support de compartimentsd’ouvrages en terre séparés par des fissures très ouvertes. Ces considérationsne portent que sur les risques d’instabilité dans la masse des ouvrages.

Il faut aussi s’intéresser aux « effets de peau ». Les sols qui se dessèchent le plussont situés au plus près de la surface, en talus. S’il s’agit de sols sablo-limoneux,ceux-ci deviennent très érodables lorsqu’ils sont très secs et dépourvus de cohésion.Ils sont exposés aux ravinements causés par les eaux de pluie, ou de ruissellementde la chaussée, mais aussi à des mouvements dommageables lorsque soumis àdes vents importants. Le meilleur moyen de stabiliser ces sols est soit de les couvriravec un sol protecteur (masque de matériaux granulaires par exemple), ou mieuxd’y établir une couverture végétalisée. Cette dernière solution peut être mise enéchec par des conditions climatiques trop extrêmes sur un sol trop stérile.

Il est important de rappeler ici que le traitement des sols à la chaux ou auciment ne s’accommode pas d’un état trop sec du sol qui développera alors des



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unsatisfactory and the soil will remain unstable if there is a subsequent rainy period (collapsibility).

HAZARDCONSEQUENCE - POSSIBLE

PROBLEMS AND DAMAGE

PROPOSED PREVENTIVE

MEASURES

SUGGESTED REMEDIES

Use of excessively dry

materials in the works

- Unavailability of water during

works (treatment of capping layers)

- Compaction of excessively dry

materials

Modify the design of the fill and

compaction

Drying of materials in fill

- Shrinkage problem

- No uniform deformations in the

case of fills on slopes

- Problem of connections with

engineering structures

- Surface drying (skin effect)

making the soil erodable

Moisten the materials

Obtain the optimum level of compaction

(to avoid any subsequent settlement)

We have no response in some situations

Cover with protective soil (granular

materials) or establish plant cover.

Drying of subgrade

- Transverse instability

- Development of cracks in the

subgrade that may reflect as far as

the pavement

Ignore soil cohesion in the structure

stability calculations

Lowering of watertable- Settlement of road subgrade

(compressible soils)

Use flexible pavement structures

We have no response in some situations.

Insufficient moisture to

sustain the vegetative

cover

- Erosion Granular protection

Forest and bush fires- Flows of mud, blocks and water

onto the carriageway (debris flow)

Reaforrestation, replanting

Take measures to reduce the number and

propagation of fires

Bio-engineering techniques to stabilize

slopes.

2.2.2. The presence of a large amount of water

Water may be present in excessive amounts for two reasons: heavy rain over ashort period (runoff water) or an increase in annual rainfall moduli leaving soilssaturated.

The climatic events involved may consist of torrential rainfall, violentthunderstorms, storms and high winds.

The consequences are not the same for fills and natural slopes.




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performances insuffisantes et demeurera instable en cas d’épisode pluvieuxultérieur (effondrabilité).

CONSÉQUENCES DES

CHANGEMENTS CLIMATIQUES

PROBLÈMES ET DÉSORDRES

QUI PEUVENT APPARAÎTRE

PROPOSITIONS DE MESURES

PRÉVENTIVES

Mise en place de matériaux trop

secs lors du chantier

- indisponibilité de l’eau pendant

les phases chantiers (traitement

des couche de forme)

- compactage matériaux trop secs

Adapter la conception du remblai et le

compactage

Assèchement des matériaux mis

en remblai

- problème de retrait

- déformations hétérogènes en

cas de remblais sur pentes

- problème de raccordements

avec les ouvrages d’art

- assèchement de surface

(effet de peau) qui rendent le sol

érodable

Humidifier les matériaux

Obtenir le taux de compactage

optimum (pour éviter tout tassement

ultérieur)

Dans certains cas, nous n’avons pas

de réponse

Couvrir avec un sol protecteur (maté-

riaux granulaires) ou une couverture

végétalisée

Assèchement du sol support

- instabilité transversale

- création de fissures dans le sol

support pouvant remonter jusqu’à

la chaussée

Ne pas prendre en compte la cohésion

du sol support dans le calcul de stabi-

lité de l’ouvrage

Abaissement du niveau de la

nappe

- tassements des sols supports

de la route (sols compressibles)

Avoir des structures souples enchaussée

Dans certains cas, nous n’avons pas

de réponse.

Disparition de la couverture

végétale existante- érosion Protection granulaire

Feux de forêts et de broussailles

- écoulement de boue, de blocs

et d’eau sur la chaussée (lave

torrentielle)

Reboiser, revégétaliser

Prendre des mesures pour limiter les

feux ou leur propagation

Bio-ingénierie pour stabiliser les

pentes

2.2.2. Présence importante d’eau

L’eau peut être présente en quantité trop importante pour deux raisons : unepluie forte sur un temps court, l’eau ruisselle, ou une augmentation des modulespluviométriques annuels, les sols sont alors saturés.

Les évènements climatiques peuvent être des pluies torrentielles, des oragesviolents, des tempêtes et des vents violents.

Les conséquences ne sont pas les mêmes pour des remblais ou des talusnaturels.



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In the case of fillsIn order to construct earth structures it is necessary to find periods with no or lowrainfall for the earthworking plant to be able to transport the required soils withoutexcessive rutting and for it to be possible to perform compaction. It neverthelessseems possible to state that fills constructed in accordance with the rules of good

practice in a wet period are more secure than those constructed during excessivelydry periods (see problems described above).

Exceptionally wet periods can nevertheless be responsible for some constraints.In order to encourage the re-use of less costly local soils, it has become common

practice to construct fill with soils of different qualities that are available as neara possible to the construction site.

This, some countries construct “zoned” fills, in which the core of the fill is madeup of doubtful soils (marginal, degradable or highly plastic materials, etc.) andenclosed in soils which are more acceptable but also more difficult to obtain(scarcity, distance, etc.).

We can fear that this increasingly common practice will lead to damage in thefuture if rainfall is too heavy or lasts for too long allowing water to seep into the

core of the fills where the vulnerable materials (degradable or soluble rocks or polluting materials for example) are located. This danger is particularly presentwhen the main body of the fill has been under designed.

As we have already seen above, the higher the soil plasticity, the greater thevolumetric shrinkage and swelling to which it is prone. Excessive moisture thusleads to substantial swelling, even if the soils are not strictly speaking “swellingsoils” (for example the “cotton soils” that exist in some parts of Africa). Swellingmay affect pavement evenness especially at the interface between these fillsand rigid structures such as concrete bridges where very costly damage maydevelop.

SUR LES OUVRAGES GÉOTECHNIQUES ROUTIERS ON ROAD EARTHWORKS

Dans le cas des remblaisLa construction d’ouvrages en terre nécessite de trouver des périodes non oupeu pluvieuses pour que les engins de terrassement puissent transporter lessols approvisionnés sans s’enliser et pour pouvoir effectuer le compactage. Ilsemble cependant possible d’affirmer que des remblais exécutés conformémentaux règles de l’art lors d’une période humide sont plus sûrs que ceux exécutés enpériode trop sèche (cf. : problèmes évoqués ci-dessus).

Quelques contraintes peuvent cependant découler d’épisodes exceptionnellementhumides. Afin de favoriser le réemploi des sols locaux au moindre coût, il estdevenu courant de structurer les remblais avec différentes qualités de solsdisponibles au plus près du projet.

Ainsi, certains pays réalisent des remblais « zonés » dans lesquels le cœurdu remblai est constitué de sols douteux (matériaux marginaux, évolutifs,très plastiques, etc.) et « emballé » dans des sols plus acceptables mais plusdifficilement disponibles (ressource, distance de transport, etc.).

On peut craindre que cette pratique qui s’est développée n’amène des désordresdans l’avenir si des épisodes pluvieux trop violents ou trop longs permettent à

l’eau de s’infiltrer au cœur de tels remblais où des matériaux vulnérables ont étémis en œuvre, par exemple des roches évolutives ou solubles ou des matériauxpolluants. Ce phénomène est d’autant plus à redouter que le cortex de telsremblais aura été trop faiblement dimensionné.

Ainsi qu’évoqué précédemment, les sols subissent des retraits et gonflementsvolumiques d’autant plus importants qu’ils sont plus plastiques. L’excès d’humiditéconduit ainsi à des gonflements substantiels, même s’il ne s’agit pas à proprementparler des sols dits « gonflants » (par exemple les « cotton soils » que l’on trouvedans certaines régions d’Afrique). Ces gonflements peuvent affecter l’uni deschaussées tout particulièrement au contact de ces remblais avec des ouvragesrigides tels les ouvrages d’art en béton où une pathologie onéreuse peut sedévelopper.



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HAZARDCONSEQUENCE - POSSIBLE

PROBLEMS AND DAMAGEPREVENTIVE MEASURES

More runoff water

Gully erosion

More severe floods

Water build-up

Overflow

Apply a safety factor

Consider a longer return period for

exceptional events when designing

hydraulic structures

consider storm water volumes over a

longer period

reduce the gradients of slopes and take

account of the materials used

Undermining at the base of fillProtect the base of fills and discharge

structures

Landslides and slips of the slopes

of fill

Surface drainage and its maintenance

Modify the frequency of checks

Raising of pavement

Penetration of water into fill

- Encl

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