Le changement climatique finira par affecter nos ponts. Mais dans quelle mesure ?

C'est la question essentielle abordée par les chercheurs de l'Université Lehigh David Yang et Dan M. Frangopol dans un article récemment publié dans le Journal de l'ASCE sur l'ingénierie des ponts .

"Nous savons que le changement climatique augmentera la fréquence et l'intensité des risques naturels comme les ouragans, vagues de chaleur, feux de forêt, et des pluies extrêmes, " dit Yang, un chercheur associé postdoctoral en génie civil et environnemental au P.C. Collège Rossin d'ingénierie et de sciences appliquées. "Pour ce papier, nous examinons l'augmentation de la température ainsi que l'augmentation des précipitations et leur impact sur la sécurité des ponts. Le défi ici était que nous ne savions pas comment quantifier ces impacts pour prédire le risque d'affouillement. »

L'affouillement est la principale source de défaillance des ponts aux États-Unis. Il est créé lorsque les eaux de crue érodent les matériaux autour des fondations d'un pont, créant des trous d'affouillement qui compromettent l'intégrité de la structure.

Pour leur papier, Yang et Frangopol, professeur de génie civil et titulaire de la chaire Fazlur R. Khan d'ingénierie structurelle et d'architecture, devait combler l'écart entre les données climatiques et la quantification de la sécurité structurelle. Pour ce faire, ils ont utilisé la modélisation hydrologique pour convertir les données de simulation climatique en données de débit dans la rivière Lehigh. La rivière Lehigh est un affluent de 109 milles de la rivière Delaware qui traverse la ville de Bethléem, Pennsylvanie, où se trouve l'Université Lehigh.

"Nous avons adopté une approche holistique, " dit Yang. " Tout a commencé avec un modèle climatique mondial qui a été réduit à l'hydrologie régionale, Ensuite, nous avons utilisé l'ingénierie structurelle pour obtenir la probabilité de défaillance d'une structure lors d'une inondation future. À partir de ce, nous pourrions évaluer, cette défaillance de la structure présente-t-elle certains risques pour une communauté ? Notre modèle incluait donc ces quatre étapes de la climatologie, hydrologie, ingénierie structurelle, et l'évaluation des risques."

C'est le premier article à ce jour qui a combiné les quatre étapes pour examiner quantitativement l'effet du changement climatique sur les ponts, il dit.

En développant leur modèle, la paire a examiné différents futurs climatiques et modèles climatiques mondiaux fournis par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat. Pour estimer la profondeur des fondations des ponts plus anciens enjambant la rivière Lehigh, informations qui sont souvent indisponibles, ils ont développé une méthode pour recalculer la profondeur en fonction des cotes d'état de l'inventaire national des ponts. Ils ont également adopté une approche régionale et de cycle de vie pour leur analyse.

Frangopol est mondialement connu pour son travail de pionnier dans l'ingénierie du cycle de vie, qui utilise une analyse informatique pour déterminer la valeur et le risque à long terme associés aux investissements dans les infrastructures.

En adoptant une telle approche régionale et de cycle de vie, dit Yang, était une nouveauté pour cet article. "Les ponts ont beaucoup de microenvironnements, et si vous ne regardez qu'un pont, il est vraiment difficile de saisir la tendance et d'obtenir le risque accru du changement climatique, " dit-il. " Nous avons donc élargi cet horizon analytique à la fois spatialement et temporellement pour saisir les tendances à long terme. "

Sur les huit conclusions auxquelles Yang et Frangopol sont parvenus avec leur modèle, le plus surprenant était la mesure dans laquelle la fréquence des inondations peut changer.

"On s'est rendu compte qu'une crue de 20 ans peut maintenant devenir une crue de 13 ans à la fin du siècle, de sorte que la fréquence a presque doublé, " dit Yang. "C'est pourquoi le changement climatique peut induire un risque accru pour les infrastructures."

Leur conclusion la plus importante concerne peut-être la question de l'atténuation. Spécifiquement, quelles mesures d'ingénierie doivent être déployées pour réduire les risques, et dans quels ponts.

"La réalité est que les budgets sont limités, " dit Frangopol, qui est également affilié au Lehigh's Institute for Data, Systèmes intelligents, et calcul (I-DISC) et l'Institut pour l'infrastructure cyberphysique et l'énergie (I-CPIE). « Il est donc important de pouvoir déterminer, quelle est la priorité ici ? Vous devez connaître l'emplacement du pont. Pour certaines collectivités, la défaillance d'un pont pourrait être désastreuse. Pour les autres, un pont peut ne pas être aussi critique. Ce modèle vous aide à prendre ce genre de décisions car le risque n'est pas seulement basé sur la sécurité mais aussi sur les conséquences d'une défaillance. Vous pourriez avoir deux ponts avec la même probabilité de défaillance, mais les conséquences de cet échec pourraient être très différentes."

Se concentrer sur les ponts le long de la rivière Lehigh était un choix évident compte tenu de leur emplacement, mais Yang et Frangopol sont impatients de partager ce modèle, non seulement localement, mais avec toutes les communautés qui cherchent à évaluer leur infrastructure.

« Nous avons été inspirés pour faire cette recherche en partie parce que Bethléem a été historiquement touchée par de multiples inondations depuis 1902, et ils ont eu un impact significatif sur la communauté, les inondations sont donc un risque important dans tout le bassin versant de la rivière Lehigh, " dit Yang. "Nous voulions concevoir quelque chose que la communauté puisse utiliser pour s'adapter au futur changement climatique, " dit Frangopol.