État des infrastructures et innovation dans leur construction : une analyse économétrique du réseau québécois

Depuis quelques années, le gouvernement québécois prend le pas de la problématique du vieillissement de son réseau d'infrastructures en mettant en place de grandes politiques d'investissements. Le Plan Québécois des Infrastructures 2019-2029 prévoit ainsi un montant total d'investissements de près de 115,4 milliards de dollars (CAD) dont la grande majorité est réservée au maintien de l'offre de service (environ 80%). La priorité est mise sur l'accélération de la remise en état de ses infrastructures les plus vétustes (rétablissement de l'état de l'infrastructure ou remplacement dans le cas le plus extrême) mais prévoit également de plus simples rénovations ou améliorations des structures en mauvais état. Nous avons décidé de nous intéresser tout particulièrement aux 19,4 milliards qui concernent les remplacements des infrastructures au travers de l'étude d'une base des données des structures remplacées par le Ministère des Transports du Québec sur la période 1990-2019. Cet intérêt particulier pour les remplacements vient du cas d'étude idéal des passerelles Barr et Isabey-Darnley à Montréal qui sont à l'origine de la démarche de ce mémoire. Ces deux passerelles sont soumises aux mêmes contraintes extérieures et ont été remplacées à un an d'intervalle, la première par une nouvelle structure en béton armé, l'autre par une structure en Béton Fibré à Ultra Hautes Performances développé dans les laboratoires de l'École Polytechnique de Montréal. La situation de ces deux passerelles permettra à la Ville de Montréal d'étudier l'évolution de l'état des deux structures et de les comparer au fil du temps, la passerelle Barr jouant le rôle de structure de contrôle tandis que la passerelle Isabey-Darnley construite dans un matériau nouveau jouera le rôle de la structure test. C'est cette démarche de comparaison de structures similaires que nous avons essayé de reproduire dans ce mémoire. Nous nous efforcerons donc d'abord de dresser un portrait de l'état du parc d'infrastructures du Ministère des Transports du Québec et de le modéliser à l'aide de méthodes statistiques d'une part, de décrire le sous-groupe de structures remplacées ainsi que les structures qui les remplacent. Nous nous attarderons tout particulièrement sur les structures remplacées par des structures d'un type autre que leur type initial ainsi que sur les facteurs explicatifs de ces remplacements particuliers. Enfin, nous chercherons à étudier le lien entre cette décision de remplacer une structure par une structure d'un type différent et l'état de la structure qui sera caractérisé par l'Indice de Condition Générale (ICG). Le cas général sera abordé à l'aide de méthodes économétriques d'inférence causale et d'estimation d'effet de traitement en particulier via une méthode d'appariement par score de propension. Ces méthodes nous permettent de comparer des structures en contrôlant pour un vecteur de covariables défini et ainsi nous assurer de comparer des observations similaires ou réellement comparables entres-elles. Certains cas particuliers bien spécifiés seront discutés. Après constitution d'une base de données par association de plusieurs bases fournies, ou rendues disponibles, par le Ministère des Transport, les analyses descriptives de l'état du réseau sont effectuées sur 11 455 observations, parmi lesquelles nous traitons plus en détail 1636 observations de remplacement sur la période 1990-2019. Il apparaît alors que, pour le cas général, remplacer une structure par une structure d'un autre type a un effet positif sur l'état de la structure. Ce résultat est confirmé lorsque l'on s'intéresse uniquement aux remplacements des ponts acier-bois mais est opposé lorsque l'on considère uniquement les remplacements des ponts à poutres en béton armé. Ces différences de résultats entre une étude globale sur tout le réseau d'infrastructures et d'autres plus précises basées uniquement sur certains types particuliers rendent compte des difficultés que l'on peut avoir à remplacer l'expérience quasi-naturelle qui consiste à comparer les évolutions de deux structures soumises aux mêmes conditions environnementales mais qui diffèrent par leur type ou leur matériau. L'objectif de ce mémoire est donc de mettre en exergue la possibilité de mise en place de démarches d'analyse au travers de certaines méthodes économétriques et de dégager des tendances ou des pistes de réflexion au lecteur qui pourraient conduire à de futures études sur la gestion d'un parc d'infrastructures.