Optimisation de la co-maintenance des réseaux enterrés et des structures de chaussées en milieu urbain - Constructibilité à l'interface entre route et réseaux enterrés

par Antonin Pavard

Projet de thèse en Sciences de l'ingénieur

Sous la direction de Bruno Tassin.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de SIE - Sciences, Ingénierie et Environnement , en partenariat avec Institut de Recherche en Constructibilité (laboratoire) depuis le 25-09-2017 .


  • Résumé

    Les réseaux enterrés en milieu urbain occupent une place de plus en plus importante. De nos jours, de nouveaux réseaux tels que la fibre optique, les réseaux de chaleur géothermique, viennent s'ajouter à d'autres réseaux parfois très anciens comme les réseaux d'eau et d'assainissement. L'intégration de ces réseaux modernes, et la réfection des plus vétustes conduisent à des interventions toujours plus nombreuses. On peut catégoriser en deux groupes les méthodes de gestion et de maintenance de ces réseaux : les méthodes par tranchées, et celles sans tranchées. Les premières, par leur nature plus invasive, peuvent engendrer des gênes à la fois pour les riverains, les usagers (piétons, véhiculés), les activités implantées à proximité ainsi que pour les gestionnaires de la voirie (espace de circulation regroupant chaussées et trottoirs) et des réseaux de distribution. Aussi, les conséquences peuvent être multiples : structurelles (fragilisation de la structure de la voirie, infiltration dans la voirie ou endommagement de canalisation), esthétiques (réfection de couche de roulement en « patchwork »), économiques et sociétales (coûts de réfection, gêne à l'usager, bruits, poussières). Si les méthodes sans tranchées réduisent considérablement les aspects négatifs liés à la maintenance des réseaux enterrés, dans les cas où elles sont applicables (selon la taille, la nature des réseaux, ainsi que leur environnement), elles ne permettent pas de s'abstenir d'une connaissance précise de la composition des sous-sols, et de l'organisation de l'ensemble des réseaux. Or, d'une part, l'ancienneté de certains réseaux s'accompagne souvent d'un manque d'information quant à leur architecture, et leur localisation ; d'autre part, les maintenances ou ajouts de réseaux ne sont pas toujours bien documentées (imprécision des récolements, manque de normalisation des plans, dispersion des données ou formats différents). Ces lacunes favorisent des erreurs pouvant se transformer en gouffres financiers ou accidents majeurs. Une gestion optimisée des travaux est un prérequis incontournable pour limiter les gènes, les accidents et leurs surcoûts. Pour cela, la mise en place d'une démarche de coordination et d'organisation des interventions, posant le principe d'une « co-maintenance », semble conceptuellement pouvoir apporter des éléments de solution. Cette thèse propose d'étudier les conditions de mise en œuvre et de faisabilité d'une telle approche. Il s'agira d'étudier le processus de maintenance de la voirie et des réseaux de distribution (structure, localisation, acteurs, mode de décision, etc.), puis de rapprocher les deux pour concevoir une gestion optimisée dans une démarche de constructibilité, soit d'optimisation du système de maintenance voiries-réseaux. Ce travail de recherche se réalisera en deux étapes. La première consistera en une synthèse de l'existant que ce soit pour la gestion de la voirie ou pour celle des réseaux de distribution (systèmes d'acteurs, éléments techniques sur les réseaux, modes d'interventions, etc.). En particulier, une étude approfondie des outils et des données utilisés pour la gestion de ces réseaux sera réalisée (système d'information géographique (SIG), gestion de maintenance assistée par ordinateur (GMAO), système de gestion de bases de données spatialisées (SGBD), conception et modélisation de bases de données). Ces outils qui gèrent et produisent les informations contribuant aux décisions de maintenance, doivent surtout être considérés ici, comme structurant les connaissances sur ces réseaux. La deuxième étape consistera à étudier les conditions de réalisation d'une co-maintenance. Il s'agira d'élaborer un processus de mise en œuvre en identifiant les freins techniques et sociologiques, et de concevoir un outil support (modèle implémenté dans un système d'information). Ce dernier s'appuiera sur l'expertise en gestion de données spatialisées des SIG pour faciliter l'intégration des données existantes sur les différents réseaux et permettre leur rapprochement géographique et thématique. L'utilisation des outils de gestion de données spatialisées permettra également de développer des éléments de modélisation spécifiques pour une co-maintenance des voiries-réseaux. Ces éléments seront enrichis par des caractéristiques complémentaires et des analyses pour optimiser la planification des interventions et les choix constructifs (choix des matériaux en fonction du nombre d'interventions prévisibles, type de canalisation pour des interventions simplifiées). En début de thèse, un terrain d'expérimentation principal sera retenu. Il servira tout au long de la thèse à valider les hypothèses, à tester les méthodes, à implémenter un modèle de données, puis à instancier un outil grâce à la mise à disposition d'un corpus de données réelles. D'autres terrains seront par ailleurs sélectionnés pour tester la démarche mise en place, et ouvrir sur des spécificités locales non prises en compte par le modèle initial.

  • Titre traduit

    The maintenance optimization on buried networks and pavement structures in urban environment - Constructibility at the interface between road and buried networks.


  • Résumé

    The buried networks in urban environments are taking an increasingly important place. Nowadays, new networks such as fiber optics, geothermal heat networks, etc., are added to other networks that are sometimes very old, such as water and sanitation systems. The integration of modern networks, and the rehabilitation of the most dilapidated ones, lead to more and more interventions. The methods of managing and maintaining these networks can be categorized into two groups: trenching and trenchless methods. The former, because of their more invasive nature, can create inconveniences for residents, users (pedestrians and other users), activities located nearby and for road managers (roads and sidewalks) as well as distribution networks. The consequences are manifold: structural (weakening the structure of roadways, infiltration in the road network or damage to pipelines), aesthetics (patchwork repair), economic and societal (cost of repairs, discomfort to the user, noise, dust). For their part, trenchless methods considerably reduce the negative aspects of underground network maintenance, where applicable (depending on the size, nature of the networks and their environment). They however require precise knowledge of the composition of the subsoil and the organization of all the networks. On the one hand, the old age of certain networks is often accompanied by a lack of information about their architecture and their location; On the other hand, the maintenance or additions of networks are not always well documented (inaccuracy of the recollections, lack of standardization of the plans, dispersion of the data or different formats). These gaps lead to errors that can turn into financial gaps or major accidents. An optimized management of the works is an essential prerequisite to limit these obstructions, accidents and their additional costs. To achieve this, the implementation of an approach of coordination and organization of interventions, positing the principle of "co-maintenance", seems to be able to bring elements of solution. This doctoral thesis proposes to study the conditions of implementation and feasibility of this approach. It will require to study the maintenance processes of roads and distribution networks (structure, location, actors, decision mode, etc.) in order to design optimized management in a constructibility approach, or to optimize the system maintenance of the road infrastructure and buried networks. This research work will be carried out in two steps. The first will consist of a synthesis of the existing scientific literature, for the management of the road network and distribution networks (systems of actors, technical elements on networks, modes of interventions, etc.). In particular, an in-depth study of the tools and data used for the management of these networks will be carried out (geographic information system (GIS), computer-aided maintenance management system (CMMS), spatialized database management system, Design and modeling of databases). These tools, which manage and produce the information that contributes to maintenance decisions, must above all be considered here as a structuring of knowledge about these networks. The second step will be to study the conditions for carrying out a co-maintenance. The aim is to develop an implementation process by identifying the technical and sociological constraints and to design a support tool (a model implemented in an information system). The latter will rely on spatial data management expertise of GIS to facilitate the integration of existing data on the various networks and allow them to be geographically and thematically linked. The use of spatialized data management tools will also enable the development of specific modeling elements for co-maintenance of road networks. These elements will be supplemented by complementary characteristics and analyzes to optimize intervention planning and constructive choices (choice of materials according to the number of predictable interventions, type of pipeline for simplified interventions). At the beginning of the thesis, a case study will be selected. It will be used to validate hypotheses, test methods, implement a data model and then instantiate a tool by providing a corpus of real data. Other cases studies will also be selected to test the approach, and to open on local specificities that might not be taken into account by the initial model.