En régions froides, les chaussées flexibles sont constamment soumises aux effets combinés des charges dynamiques induites par le trafic et de l’action du gel. Le soulèvement au gel dû à la formation de lentilles de glace dans le sol d’infrastructure est l'un des principaux mécanismes de dégradation impliqués dans l’accroissement du taux d’endommagement des infrastructures de transport. La relation entre la durée de vie des chaussées et les différents mécanismes de dégradation tels que la variabilité de la gélivité des sols, les charges associées aux effets du trafic, la capacité structurale des chaussées et l'effet de la fissuration est complexe à établir en régions nordiques où le soulèvement au gel joue un rôle majeur dans la détérioration des chaussées. L'objectif principal de ce projet est de présenter le développement de modèles d’endommagement de chaussée flexibles, développés grâce à une analyse de régression linéaire multiple, associant la performance de l’uni à long terme au soulèvement au gel et aux divers mécanismes de dégradation. Ces modèles seront essentiels pour évaluer les avantages ou les conséquences d'un soulèvement du gel inférieur, égal ou supérieur aux seuils admissibles établis par le Ministère des Transports, de la Mobilité durable et de l'Électrification des Transports (MTMDET) du Québec selon les classes fonctionnelles routières. Le projet montre qu'une augmentation significative du taux de détérioration des chaussées flexibles, généralement causée par de grands soulèvements et d’importantes variations de la gélivité des sols, est susceptible de contribuer à accélérer la dégradation des chaussées. Ce qui se traduit par une réduction de la durée de vie et par des besoins de réhabilitation plus importants. Ce projet permettra aux administrations routières et aux entrepreneurs d'adapter les conceptions des infrastructures de transport soumises à l'action du gel en fonction de leurs besoins et leurs objectifs de conception et de mieux comprendre les effets du gel sur la détérioration des chaussées. / In cold regions, flexible pavements are constantly submitted to the effects of climate combined with the repeated traffic loads effect. The frost heave of the subgrade soils due to formation of ice lens is among the main mechanism involved in the high degradation rate of the flexible pavement. The relationship between pavement service life and the various pavement degradation mechanisms such as the soil variability, the effects of traffic, the pavement structural capacity and the effect of cracking, is complex to establish in cold regions where frost heave plays a major role in pavement deterioration. The main goal of this project is to present the development of flexible pavement damage models, developed through a multiple linear regression analysis, associating the long-term roughness performance to frost heave and several degradation mechanisms. At a design stage, those models would be essential to evaluate the benefits or consequences to have a frost heave lower, equal or higher than the allowable threshold values established by the Ministère des Transports, de la Mobilité Durable et de l’Électrification des Transports (MTMDET) du Québec according to the roads functional classification. The result illustrated that a significant increase in long-term IRI deterioration rate, usually caused by a more variable subgrade soil, is likely to contribute to the rehabilitation of the pavements before the end of the initial pavement service life. This project will allow the road administrations and contractors to adapt the designs of road infrastructure subjected to frost action according to their needs and design objectives, and to better understand to effect of frost heave on pavement deterioration.

Dans un contexte climatique rigoureux comme celui du Québec, l’interaction entre la charge et le climat a une grande influence sur la performance des structures de chaussées flexibles (Doré et Zubeck, 2009). Pendant le dégel printanier, avec la fonte de la glace, la chaussée s’affaiblit et cet affaiblissement la rend vulnérable à la sollicitation par le trafic lourd ce qui accélère divers phénomènes de dégradation, notamment l’endommagement par fatigue et l’orniérage structural (Farcette, 2010). Afin de minimiser les effets des charges lourdes sur une chaussée affaiblie lors du printemps, les administrations routières choisissent souvent de limiter les charges par essieu ou par véhicule lors du dégel. L’objectif de ce projet est de développer un outil d’aide pour la gestion des restrictions de charge en période de dégel en fonction des données recueillies par les stations de météo routière. Deux sections expérimentales composées des mêmes matériaux mais avec des épaisseurs d’enrobés bitumineux différentes situées au Site Expérimental Routier de l’Université Laval (SERUL) ont été utilisées pour ce projet. Pour bien interpréter le comportement des structures, des jauges de déformations verticales et horizontales, des jauges de contraintes, des jauges de teneur en eau et des thermistances ont été installées dans chaque couche. Pour solliciter mécaniquement la chaussée, un déflectomètre à masse tombante (FWD) a été utilisé. Les résultats obtenus ont permis de de bien comprendre les mécanismes d’affaiblissement de la chaussée durant la période de dégel. Ils ont aussi montré que l’application d’une période de restriction de charge pendant la période de dégel permettait d’avoir un gain sur la durée de vie de la chaussée, cette période de restriction est donc justifiée et efficace. Néanmoins, pour une meilleure gestion du réseau routier, de nouveaux critères pour mieux déterminer la période de restriction de charges sont proposés. / In strict climatic conditions such as in Quebec, the interaction between load and climate has a great influence on the performance of flexible pavement structures (Doré and Zubeck, 2009). During the spring thaw, when ice melts, the weakening of the pavement makes it vulnerable to solicitation by heavy traffic, speeding various phenomena of degradation, including fatigue damage and structural rutting (Farcette, 2010). In order to minimize the effects of heavy loads on a pavement weakened by the spring, road authorities often choose to limit axle loads or vehicle upon thawing. The purpose of this project is to develop a tool for load restrictions management in thaw period based on data gathered by the road weather stations. Two experimental sections built with the same material but with different thicknesses of asphalt concrete located at Laval University Experimental Road Site (SERUL) were used for this project. Each layer of the tested sections was instrumented with strain, stress, moisture, and temperature sensors. A falling weight deflectometer (FWD) was used to simulate heavy loads. The results obtained made it possible to understand the mechanisms of pavement weakening during the thaw. They also showed that the application of a load restriction period during the thaw allowed to have a gain on the life cycle, thus a load restriction period is justified and effective. Nevertheless, for better management of the road network, new criteria to better determine the load restriction period are proposed.

Les changements climatiques attendus pour les prochaines décennies auront des impacts non négligeables sur la performance à long terme des réseaux routiers québécois, notamment durant la période hivernale. Cette étude a pour objectif de quantifier l’effet des changements climatiques attendus en hiver, c’est-à-dire les effets d’une diminution de l’indice de gel et d’une hausse du nombre d’épisodes de redoux hivernaux. Tout d’abord, un adoucissement des températures hivernales aura un impact positif en réduisant l’endommagement des chaussées causé par les phénomènes de soulèvement au gel. Une augmentation de durée de vie relative de 6 à 17 % est attendue pour l’horizon climatique [2011-2040]. De plus, une méthode d’ajustement de l’indice de gel utilisé en conception a également été établie pour adapter les futures chaussées à des hivers moins rigoureux. Par la suite, l’effet d’une augmentation du nombre de redoux hivernaux aura des effets négatifs sur les chaussées en occasionnant une augmentation de l’endommagement par déformation permanente dans la couche de fondation granulaire et par fatigue dans la couche de béton bitumineux. Des essais triaxiaux ont été réalisés pour évaluer la performance en déformation permanente de différents types de MG-20 soumis à une répétition de redoux hivernaux. Ces essais ont ensuite été validés par des essais effectués à l’aide d’un simulateur de charge roulante. Il a été possible de conclure que, pour l’horizon climatique [2011-2040], les chaussées flexibles au Québec subiront une perte de durée de vie relative variant de 7 à 13 % en déformations permanentes. Concernant l’endommagement par fatigue, la perte de durée de vie relative attendue varie de 5 à 8 %. Finalement, certaines méthodes de mitigation sont proposées afin d’adapter les réseaux routiers aux changements climatiques. / In the coming decades climate change will have significant impacts on the long-term performance of the road network of Quebec, particularly during winter period. This study quantifies the effect of climate change expected in winter, precisely the effect of a decrease in the freezing index and an increase in the number of episodes of winter thaws. Firstly milder winter temperatures will have a positive impact by reducing pavement damage caused by frost heaves. Increased duration of life of about 6-17% is expected for climate horizon [2011-2040]. In addition, an adjustment of the freezing index has also been established to adapt construction of future pavement structure to less severe winters. Thereafter, the effect of an increase in the number of winter thaws events will have a negative impact on pavements increasing damages by permanent deformation in the granular base and by fatigue in the asphalt concrete layer. Triaxial tests were conducted to evaluate the performance on permanent deformation of different types of MG-20 subjected to repeated winter thaws. These tests were then validated using a small-scale heavy vehicle simulator. It was possible to conclude that, for the climate horizon [2011-2040], flexible pavements in Quebec will suffer a loss of lifetime ranging from 7 to 13% in permanent deformation. Regarding the fatigue damage, we expect a reduction of lifetime from 5 to 8%. Finally, some mitigation methods are proposed to adapt road networks to climate change.

L’objectif de la thèse est de développer un modèle de prédiction de l’uni des chaussées flexibles. La réalisation de cet objectif a impliqué quatre principales étapes. Premièrement, une revue de connaissance relative à la thématique a été faite. Il ressort de cette étude que l’Indice de Rugosité Internationale (IRI) est l’indice qui représente le mieux le phénomène d’uni. Cependant, la prédiction de celui-ci est encore essentiellement faite par des modèles empiriques. Deuxièmement, les deux principales dégradations des chaussées qui peuvent être les sources de problème d’uni pendant leur durée de vie utile sont notamment la déformation permanente différentielle (ornière) et le soulèvement différentiel. Ils ont été analysés et la nécessité de leur prédiction a été établie. Les modèles de prédiction recherchés doivent intégrer dans leur structure mathématique les paramètres géotechniques de sol qui sont les sources de la variabilité le long d’un tracé. Pour le soulèvement au gel, le modèle de Konrad (1981 et 2005) a été jugé approprié pour être intégré dans le modèle de prédiction de l’uni. Cependant, pour la déformation permanente, un nouveau modèle a été développé pour les besoins du projet. Troisièmement, un modèle mathématique de prédiction de l’uni des chaussées flexibles en termes d’IRI a été dérivé. Il a été bâti sur les hypothèses rigoureuses et comporte les paramètres complexes suivants : la déformation permanente ( ε p ), le soulèvement au gel (S), la fissuration transversale ( Ft ) et le coefficient représentant l’effet d’amplification ou d’atténuation des longueurs d’onde (K). Quatrièmement, le modèle dérivé a été étalonné et validé avec de données obtenues sur des chaussées réelles. Pour l’étalonnage, les données des bases de données du LTTP et du MTQ, d’une part, et, d’autre part, les données de la cueillette des paramètres géotechniques issus des essais de caractérisations des échantillons prélevés à chaque 5 m le long de 5 différents sites au Québec, ont été utilisées. Les coefficients d’étalonnage requis ont été déterminés avec succès. Pour la validation du modèle, par manque de paramètres géotechniques à chaque 5 m le long des sections identifiées pour réaliser cet objectif, le principe de niveau d’utilisation du modèle d’uni a été développé. Trois niveaux d’utilisation du modèle ont été développés et le modèle a été validé au troisième niveau d’utilisation avec un niveau de succès acceptable. / The objective of the thesis is to develop a model of prediction of the flexible pavements roughness. This goal was achieved through a rigorous process that involved four steps. First, a review of knowledge was made. It appears from this study that the International Roughness Index (IRI) is the index that better represents the roughness phenomenon, but the prediction is still empirical. Second, the two main pavement degradations that could cause roughness problems during the useful life are the permanent deformation and frost heave. After analysis of the existing models the need of the prediction model was established. The desired prediction models should have in their mathematical structure the geotechnical parameters of soil, which are the origin of variability along a road. For frost heave, the Konrad model (1981 and 2005) was found to be appropriate. However, for permanent deformation there was no adequate model. Thus, a permanent deformation model was developed. Third, a mathematical model for the prediction of pavements roughness in terms of IRI was derived. It has been built on rigorous assumptions and includes the following parameters: permanent deformation ( ε p ), frost heave (S), transverse crack ( Ft ) and coefficient representing the effect of amplification or attenuation of wavelengths (K). Fourth, the derived model was calibrated and validated with data obtained on actual pavements. For calibration, data from the LTTP and MTQ databases and the geotechnical parameters resulting from the characterization tests of the samples, taken at every 5 m along 5 different sites in Quebec Province were used. The required calibration coefficients have been determined successfully. For the validation of the model, due to lack of geotechnical parameters at every 5 m along the identified sections to achieve this objective, the principle of the model use level has been developed. Three levels of the model use were developed and the model was validated at the third level with an acceptable level of success.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Dans les régions froides, le gel saisonnier induit une augmentation significative de la capacité portante des chaussées flexibles. Cet accroissement est généré par la réponse viscoélastique de l’enrobé bitumineux et le gel de l’eau interstitielle présente dans les matériaux non liés et les sols. L’augmentation de la rigidité des chaussées incite certaines administrations à adopter leurs législations afin d’octroyer des primes de charge en période hivernale (OPCH). À l’heure actuelle, la problématique principale liée à l’OPCH est la variabilité importante des législations causée, en partie, par l’absence d’un critère décisionnel rationnel et par le peu de documentation technique et précise sur ce phénomène. L’objectif de ce projet est de documenter le comportement mécanique d’une chaussée flexible durant le gel et de définir un critère rationnel pour la mise en application de l’OPCH. Une approche expérimentale avec l’utilisation du simulateur de véhicules lourds et la fosse expérimentale de l’Université Laval a été considérée pour suivre le comportement d’une structure de chaussée construite au-dessus d’un sol argileux. La chaussée a été instrumentée de plusieurs capteurs permettant de mesurer les profils de température, les teneurs en eau, la déflexion de surface et les contraintes et déformations dans chacune des couches. Le simulateur a été utilisé pour appliquer une température de -10 °C à la surface de la chaussée et pour induire des charges périodiques (4550 à 6250 kg). Les mesures ont permis de documenter la variation de la réponse mécanique de la chaussée selon le gel, la température et la charge. Les mesures ont ensuite été comparées à celles d’un projet similaire réalisé entre 2013 et 2016 sur une structure de chaussée bien différente. L’analyse de ces deux projets a démontré qu’il est adéquat d’approximer le comportement mécanique des chaussées durant le gel à l’aide d’analyses élastiques. Puis, une analyse d’endommagement de la chaussée selon la loi de Miner a permis d’établir le lien entre le gain de portance et l’endommagement. Finalement, il a été démontré que le comportement mécanique des chaussées est directement associé à la profondeur de gel. / In cold regions, seasonal freezing induces an important increase in the bearing capacity of flexible pavements. This variation is due to the viscoelastic response of asphalt concrete and to the freezing of pore water in granular materials and soils. The pavement strengthening with frost penetration has led some transportation agencies to allow winter weight premiums (WWP). Currently, the main issue related to WWP programs is the variety of legislation for both among and within jurisdictions. This variety is caused, in part, by the lack of a rational decision criterion for the application of WWP and for the little technical documentation available on this subject. The objective of this project was to document the mechanical behavior of freezing pavements and to develop a rational criterion for the onset of winter load premiums. An experimental approach with the use of Laval University full-scale heavy vehicle simulator was considered to monitor the response of a flexible pavement built in an indoor test pit over a low plasticity clay subgrade soil. The pavement was instrumented to monitor temperature profiles, surface deflection, as well as stress, strain and moisture content in each layer. The simulator was used to apply the air freezing temperature (-10 °C) and to periodically load the pavement surface using a standard dual-wheel set (half axle) varying in the range of 4500 to 6250 kg. The results collected allowed documenting how the response of the pavement changes with respect to frost penetration, temperature and the load magnitude. The results were then compared to a similar project realized between 2013 and 2016 on a different pavement structure. This analysis was able to demonstrate that the pavement behaviour during frost can be predicted by elastic analysis. Subsequently, a damage analysis was performed under Miner’s law to establish a link between the load increase and pavement damage during frost. Finally, it has been demonstrated that the flexible pavements mechanical behaviour is directly link to the frost depth.

Divers types de pneus sont utilisés par les véhicules pendant la période hivernale, et le choix et l'usage de ceux-ci dépendent de plusieurs facteurs. Parmi ces variétés figurent les pneus à crampons (PAC), réputés pour leur capacité à améliorer l'adhérence, la qualité de conduite et à réduire la distance de freinage pendant l'hiver. Ces pneus ont gagné en popularité auprès de nombreux conducteurs. Cependant, l'utilisation de ces pneus présente des inconvénients majeurs comme la formation accélérée d'ornières d'usure sur les chaussées en enrobés, suscitant ainsi un débat sur la nécessité d'une réglementation plus stricte pour ce type de pneus et sur l'impact qu'ils ont sur les chaussées. La littérature met en lumière des avancées significatives dans la compréhension des mécanismes d'interaction entre l'enrobé et les PAC. Ces recherches ont permis d'identifier des paramètres clés influençant le phénomène d'usure, notamment la vitesse des véhicules, les conditions climatiques, le volume du trafic, la fréquence de passages des PAC, ainsi que les matériaux employés dans la conception et la construction des chaussées. De plus, les études examinent en détail les cadres normatifs internationaux de l'utilisation des PAC, les propriétés techniques des crampons et les performances mesurées dans des configurations variées d'enrobés, selon leurs formulations spécifiques et leurs caractéristiques mécaniques. Cette étude implique l'analyse des données du Ministère des Transports et de la Mobilité Durable du Québec (MTMD) sur une sélection (30) de tronçons d'autoroutes et de routes nationales en enrobés touchées par les ornières d'usure dans différentes régions du Québec. Six de ces tronçons ont été sélectionnés pour le prélèvement par carottage d'éprouvettes dans les ornières d'usure et entre celles-ci. Une procédure de caractérisation visuelle de ces carottes a d'abord été développée pour déterminer l'épaisseur de l'ornière d'usure affectant les tronçons étudiés, de même que la texture de surface du revêtement. Les carottes ont ensuite subi une batterie d'essais de laboratoire, incluant la détermination de la densité brute, maximale et du pourcentage de vides, ce dernier étant confirmé par tomodensitométrie. Une nouvelle base de données a été développée à partir des informations historiques accumulées par le MTMD entre 2000 et 2021 sur les 30 tronçons sélectionnés. Ces données ont permis d'identifier plusieurs paramètres tels que la localisation, le type d'enrobé, la profondeur des ornières, les réhabilitations effectuées, le débit de circulation, le pourcentage de véhicules équipés de PAC par région, la masse des véhicules moyenne régionale, ainsi que le taux annuel d'orniérage en fonction du nombre de passages de PAC. Cette base de données permettra de valider un modèle de prédiction de la durée de vie des chaussées flexibles face au phénomène d'orniérage causé par l'utilisation des PAC. / Various types of tires are used by vehicles during the winter season, and their choice and use depend on a number of parameters. Among these types are studded tires (ST), renowned for their ability to improve grip, ride quality and reduce braking distance during winter. These tires have gained in popularity with many drivers. However, the use of these tires has major drawbacks such as the accelerated formation of wear ruts on asphalt pavements, creating a debate on the need for stricter regulations for this type of tire and the impact they have on pavements. This study involves the analysis of data from the Ministère des Transports et de la Mobilité Durable du Québec (MTMD) on a selection (30) of sections of asphalt highways and national roads affected by wear ruts in different regions of Quebec. Six of these sections were selected for core sampling in and between wear ruts. A visual characterization procedure for these cores was first developed to determine the thickness of the wear rut affecting the sections studied, as well as the surface texture of the pavement. The cores were then subjected to a series of laboratory tests, including determination of bulk and maximum density, and percentage of voids, the latter confirmed by computed tomography. A new database has been developed based on historical information accumulated by MTMD between 2000 and 2021 on the 30 selected sections. This database has made it possible to identify a number of parameters, such as location, asphalt type, rut depth, rehabilitations carried out, traffic flow, percentage of ST-equipped vehicles per region, average regional vehicle mass, and annual rutting rate as a function of the number of ST passes. This database will be used to validate a model for predicting the service life of flexible pavements in the face of rutting caused by the use of ST.

L’infiltration de l’eau dans la structure de chaussée peut engendrer des variations importantes dans son comportement mécanique. Cette eau, si en excès, peut engendrer une diminution dans la capacité portante des différentes couches composant la structure de chaussée. Cette diminution dans les propriétés mécaniques de l’infrastructure, se reflèteront à travers l’apparition prématurée de différents mécanismes tels la fissuration de fatigue, l’orniérage, les nids de poules, etc. Il est donc important de prendre les mesures nécessaires afin d’éviter l’accumulation d’eau en excès dans les matériaux granulaires afin d’éviter d’entraîner une diminution dans la durée de vie de l’ouvrage routier. Afin de prévenir ce phénomène, plusieurs techniques de mitigation ont été intégrées aux conceptions routières. L’intégration de technologies drainantes de type géocomposite est l’une de celles-ci. Malgré toutes les recherches qui se sont déroulées au cours des dernières années sur les technologies géocomposites, les décideurs ainsi que la communauté scientifique restent sceptiques face aux gains réels engendrés par l’implantation d’une technologie drainante dans la structure de chaussée. Le but de cette étude était donc de démontrer que l’investissement supplémentaire lié à l’ajout d’une technologie drainante dans la structure de chaussée était reflété par une récupération plus rapide des propriétés mécaniques et ainsi une augmentation dans la durée de vie de l’ouvrage. Pour ce faire, une section de route expérimentale en laboratoire de format réduit et une route expérimentale en format réel ont été produites. Les essais en laboratoire se sont déroulés sur quatre sections présentant des configurations de drainage différentes qui ont aussi été reproduites pour les essais de terrain, en y ajoutant une cinquième configuration. Les résultats des essais de laboratoire ont permis d’observer des améliorations dans le taux de récupération des modules globaux relatifs enregistrés pour les 4 différentes configurations. Les essais de terrain ont aussi permis d’observer des tendances à l’amélioration plus rapide des propriétés mécaniques des chaussées dans les sections présentant des technologies drainantes, mais moins marquées qu’en laboratoire. L’analyse a montré des gains en durée de vie (ÉCAS) de 0,92 à 1,29 % basés sur les données obtenues sur le terrain. Toutefois, l’analyse économique a dévoilé que les gains enregistrés lors d’une seule période de drainage suivant le cycle de dégel n’étaient pas suffisants pour justifier les coûts supplémentaires d’une telle technologie. Néanmoins, il reste plusieurs facteurs qui n’ont pu être considérés dans cette étude et qui pourraient potentiellement contribuer aux gains enregistrés par l’ajout d’une technologie de drainage. / Water infiltration in road structures can lead to important changes in its mechanical response. If in excess, the water can induce bearing capacity loss in the different aggregate layers composing the road structure. The diminution in the mechanical properties is likely to reflect itself prematurely through different mechanisms like fatigue cracking, rutting, pot hole, etc.. In order to prevent the loss of service life, it is important to take measures to prevent excess water infiltration in the granular layers of the infrastructure. Many mitigation techniques have been incorporated to road conceptions in order to prevent this phenomenon. Geocomposite drainage systems are among those. Despite all the research that has been conducted on this matter in the last years, decision maker and the scientific community are skeptical as for the actual earnings generated by the installation of a drainage technology in the pavement structure. The purpose of this study is thus to demonstrate that the additional cost generated by the addition of drainage technologies in road structures is reflected by a faster recuperation of the mechanical properties of the infrastructure and an increase of its service life. In order to validate this hypothesis, a small scale experimental road was constructed in laboratory and a full scale experimental road was constructed in the Laval University experimental site. Laboratory tests were conducted on four different drainage configuration that were reproduced in the field were a fifth section was added. Laboratory trails enabled to record noticeable amelioration between the four tested sections in terms of the recuperation rate of normalised modulus. Although the field results were not as pronounced as in laboratory, they enabled to note trend to faster recovery of the mechanical properties. Damage calculations showed gains in service life (ECAS) from 0.92 to 1.29%. However, the economical analysis showed that gains recorded during one drainage period following a thaw cycle was not sufficient to justify the extra costs. Nevertheless, there still are many factors that have not been considered in this analysis that could potentially contribute to the increase in the calculated gains.

L'apparition récente de nouveaux matériaux dans les structures de chaussée associée à une diminution de l'épaisseur des couches de surface et une augmentation du chargement des poids lourds et de leur fréquence de passage a entrainé de nouvelles pathologies de dégradation. Outre les problèmes d'orniérage bien connus, apparaissent désormais des fissures descendantes (top down cracking) ainsi que des problèmes de décohésion aux interfaces. Ces nouvelles pathologies entrainent des dépenses considérables sur l'ensemble du réseau (environ 15 milliards d'euros par an), particulièrement en zones urbanisées plus sujettes aux dégradations de surface et ne permettent pas d'estimer convenablement les durées de vie de la chaussée, le plus souvent surestimée dans les méthodes de dimensionnement actuelles. Ce travail de doctorat propose une nouvelle approche du contact pneu-chaussée permettant de mieux appréhender les contraintes principales et résiduelles dans une structure de chaussée bitumineuse. A l'aide d'un outil numérique rapide de calcul basé sur une approche semi-analytique (« Semi-Analytical Methods » (SAM)), la géométrie précise du pneumatique est intégrée afin d'obtenir une répartition de pression de contact ainsi qu'un cisaillement surfacique réelle sur la chaussée. Dans un premier temps, un modèle de contact roulant tractif élastique est implémenté pour des cas théoriques simples et validé par des résultats analytiques et numériques de la littérature. Ensuite, ce modèle est étendu pour prendre en compte le comportement élasto-plastique des corps en contact. Ce dernier est comparé à un résultat numérique basé sur la méthode des éléments finis issu de la littérature. Les résultats, pour une application contact pneu-chaussée, montrent une répartition non homogène des contraintes dans la structure et principalement dans les premiers centimètres sous la surface avec des niveaux beaucoup plus importants que peuvent le prédire les modèles actuels qui utilisent une charge uniformément répartie. La pression de contact est comparée aux mesures effectuées par un système nommé TekScan et les champs mécaniques en sous couches sont comparés à ceux d'Alizé-LCPC dans le cas d'une structure simple. Les cisaillements surfaciques sont déterminés dans le cas du roulement tractif. Une application est effectuée sur la modélisation des dégradations des chaussées en surface. Dans un premier temps, des analyses sur le comportement de la chaussée en surface sont effectuées pour une couche de béton bitumineux semi grenu (BBSG) semi-infinie supposée élastique, homogène sous conditions d'accélération, de freinage et de virage. Pour des études sur le top down cracking, des déformations et directions principales sont déterminées et analysées. Ensuite, le modèle de contact élasto-plastique est appliqué sur une couche semi-infinie de grave bitume GB3. Des déformations et contraintes résiduelles générées dans la structure sont déterminées en vue d'une analyse sur les ornières d'instabilité. Une fois validés, ces résultats permettront d'estimer plus fidèlement la durée de vie résiduelle des chaussées mais également de comprendre et d'éviter les mécanismes de dégradation en surface ou proche de la surface. / The recent appearance of new materials in road structures associated with surface layers thickness decreasing and the increasing of trucks loading and their passage frequency has led to new pathologies of degradation. In addition to the well-known rutting problems, top down cracking is now appearing as well as problems of decohesion at the interfaces. These new pathologies led to considerable expenditure on the entire network (around 15 billion euros per year), particularly in urbanized areas that are more prone to surface damage and do not make it possible to adequately estimate the lifetimes of the roadway, most often overestimated in current design methods. This doctoral work proposes a new approach of the tire-road contact allowing for better apprehend of the main and residual stresses in a bituminous pavement structure. Using a fast numerical tool based on a semi-analytical approach ("Semi-Analytical Methods" (SAM)), the precise geometry of the tire is integrated in order to obtain a real contact pressure distribution as well as surface shear on the pavement surface. Initially, an elastic tractive rolling contact model is implemented for simple theoretical cases and validated by analytical and numerical results from the literature.Then, this model is extended to take into account the elastoplastic behavior of the bodies in contact. This is compared to a numerical result based on the nite element method from the literature. The application for tire-pavement contact results, show a non-uniform distribution of stresses in the structure and mainly in the rst centimeters below the surface with much higher levels than can be predicted by current models that use a uniformly distributed load. The contact pressure is compared to the measurements made by a system called TekScan and the mechanical elds in sublayers are compared to those of Alizé-LCPC in the case of a simple structure. The surface shears are determined in the case of tractive rolling. An application is carried out on the modeling of surface pavement damage. Firstly, analyzes of the behavior of the surface pavement are carried out for a semi-innite semi-grit asphalt concrete layer supposed to be elastic, homogeneous under conditions of acceleration, braking and turning. For studies on top down cracking, principals deformations and directions are determined and analyzed. Then, the elastoplastic contact model is applied on a semi-innite asphalt agragate layer. Deformations and residuals stresses generated in the structure are determined for an analysis on the instability ruts. Once validated, these results will make it possible to more accurately estimate the residual life of pavements but also to understand and avoid surface or near surfacedegradation mechanisms.