Ponts bloqués, routes déformées : la chaleur extrême fait des ravages sur les infrastructures vieillissantes des États-Unis

Été 2024 record de chaleur crée des problèmes pour les infrastructures de transport, des routes aux rails.

Le pont de la Troisième Avenue de New York, ouvert au trafic maritime sur la rivière Harlem, a été coincé pendant des heures après que son métal se soit dilaté sous l’effet de la chaleur et qu’il ne puisse plus se fermer.Les routes se sont déformées lors des journées chaudes dans plusieurs États, notamment Washington et Wisconsin.Amtrak a averti les passagers de se préparer aux problèmes liés à la chaleur quelques heures avant une panne d'une journée entre New York et le New Jersey ;les risques pour les lignes électriques et les rails lors de températures élevées sont un source croissante de retards pour le système ferroviaire.

Le fait que la chaleur croissante frappe les États-Unis n’aide pas.système d’infrastructure déjà en difficulté.

L'American Society of Civil Engineers a donné aux États-Unisinfrastructure une note globale de C- dans son dernier rapport national sur les infrastructures, publié en 2021.Bien qu'il y ait eu une certaine amélioration – environ 7,5% des États-Unisdes ponts étaient en mauvais état, contre plus de 12 % dix ans plus tôt – de nombreux ponts vieillissent, ce qui les rend difficiles à entretenir.Quarante pourcent du système routier a été considéré dans un état mauvais ou médiocre, et les coûts de maintenance ont considérablement augmenté.

La vitesse à laquelle un pont ou une route se détériore dépend non seulement des matériaux et des méthodes de construction utilisés, mais également du climat au cours de la durée de vie de l’ouvrage.La chaleur extrême, en particulier, affecte considérablement les infrastructures de transport.À mesure que le changement climatique progresse, fréquence et intensité des vagues de chaleur devraient augmenter, exacerbant ces problèmes.

je mène le laboratoire d'infrastructure et de tests intelligents de l'université du Texas à Arlington, où mon équipe travaille sur des moyens pour mieux surveiller la santé structurelle des infrastructures.Voici pourquoi les infrastructures ont du mal à résister à la chaleur et comment les ingénieurs innovent pour prolonger leur durée de vie.

Les autoroutes déformées présentent un danger pour les conducteurs

Lorsqu'une route est construite, elle est découpée en segments pour créer un espace pour que le trottoir puisse s'étendre par forte chaleur ou pour se contracter par temps froid.Sans cet espace, la chaussée peut se déformer lorsque le matériau routier se réchauffe.Le flambage des chaussées en béton est devenu un problème sérieux dans plusieurs états.

La chaussée devient vulnérable au flambage pour plusieurs raisons.La conception de la route, les matériaux qui la composent, le climat au moment de sa construction et les conditions météorologiques au cours de sa durée de vie peuvent affecter sa durée de vie, tout comme les dommages à la route et les réparations inappropriées.

Les températures extrêmes et les fortes précipitations peuvent causer des dommages importants aux routes et mettre en péril l'intégrité structurelle des systèmes ferroviaires.De plus, l’élévation du niveau de la mer est accélération de l’érosion côtière qui peut saper les routes et les voies ferrées.La détérioration des chaussées entraîne des retards dans la circulation et des véhicules endommagés.Et surtout, cela peut provoquer des accidents de la route.

Les rails chauds peuvent se dilater et également se déformer

L’expansion des rails est une autre préoccupation importante, en particulier avec les rails soudés continus comme les lignes principales empruntées par les trains.

Lorsque les températures augmentent, les rails se dilatent à cause de la chaleur.Cette expansion peut créer une pression et une tension élevées au sein du matériau du rail.Combinée aux forces exercées par les trains en mouvement, cette pression peut faire déformer les voies sur le côté et devenir mal aligné.On l’appelle parfois «soleil pli.”

Le flambage des rails constitue un grave danger pour la sécurité et peut provoquer des déraillements.C'est une des raisons Amtrak ralentit sa vitesse en cas de chaleur extrême, ce qui entraîne souvent des retards dans les horaires.Le métro de Washington, D.C., réduit la vitesse de ses trains à un maximum de 35 mph une fois que les rails atteignent une température de 135 degrés Fahrenheit (57 degrés Celsius).

Prédire ces contraintes thermiques peut être difficile.Les mesures de température des rails ne suffisent pas à elles seules, car il existe de nombreuses inconnues liées à la structure de la voie et à son déplacement.Il est donc difficile de prévoir avec précision l’ampleur de la dilatation ou de la contraction des rails.

Les ingénieurs peuvent réduire le risque d'expansion des rails en utilisant des matériaux résistants à la chaleur, tels que acier de rail hypereutectoïde et de l'acier de rail martensite, ajustant la conception des voies et garantissant des réparations en temps opportun.

Pour empêcher les routes de se déformer, les ingénieurs ont également mis en place des mesures de protection, telles que l'utilisation de joints sciés en une seule coupe remplis de scellant pour offrir une flexibilité tout en empêchant l'eau de pénétrer.Ils peuvent également mettre en œuvre des pratiques de bétonnage par temps froid qui évitent de couler le béton à basse température ou sur des bases froides, et ils peuvent utiliser un béton plus solide et plus durable.Effectuer des réparations en temps opportun lorsque la chaussée se fissure et est endommagée peut également aider à éviter le flambage.

Maintenir les infrastructures en bonne santé

La santé des infrastructures est similaire à la santé humaine :Si les médecins ne détectent des problèmes tels que des tumeurs ou un cancer qu’à des stades ultérieurs, il est souvent trop tard.Tout comme le corps humain, l’infrastructure doit être entretenue dès le début afin de réduire les coûts et d’augmenter le potentiel d’une réhabilitation efficace.

Un domaine sur lequel mon département travaille est méthodes d'évaluation non destructives pour la surveillance des infrastructures sans causer de dégâts ni nécessiter de longues fermetures de routes.

Nous utilisons des systèmes de numérisation mobiles qui sont presque comme des appareils IRM portables rechercher des faiblesses ou des défauts dans les ponts, les routes et les pistes.Nous développons également des capteurs avancés qui utilisent les phénomènes de champ mécanique et magnétique pour évaluer l’état des infrastructures, et nous utilisons l’intelligence artificielle pour détecter les problèmes dans les matériaux.

Les infrastructures seront confrontées à des défis croissants à mesure que le climat change et que les routes, ponts et autres infrastructures vieillissent.Le grand nombre de déformations des routes et d’autres problèmes survenus cet été soulignent le besoin urgent d’infrastructures résilientes pour résister à l’avenir.