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Considérations relatives au coût et à la durée de vie : l’aluminium représente un matériau de choix pour les projets d’ingénierie civile en raison de sa durabilité et du peu d’entretien qu’il nécessite

Revision 5

L’objectif du document est de fournir une analyse quantitative sur le coût total de possession (CTP) entre une structure d’aluminium et d’acier. Le document a été préparé par Deloitte inc. avec l’aide de MAADI Group inc et de l’Association de l’aluminium du Canada (AAC). Toutes les informations contenues dans le document ont été fournies par MAADI Group ou un tiers [7] (Étude réalisée grâce à l’appui financier du CQRDA). La modélisation financière a été réalisée par Deloitte sur la base des données fournies.

Durée de vie de projets : Analyse du coût total de possession

Les décisions concernant les projets coûteux s’appuient davantage sur des pratiques existantes qu’elles n’explorent de nouvelles solutions d’économies de coûts à long terme. Souvent, le processus menant à des prises de décisions d’investissements n’est pas mis à jour lorsque de nouveaux processus, matériaux ou avantages sont disponibles sur le marché. Les critères d’évaluation ne tiennent souvent pas compte d’une période qui correspond à la durée de vie réelle du projet. Cet aspect met en veille l’utilisation d’autres choix de processus ou de matériaux qui peuvent supposer des économies de coûts à long terme considérables sur la durée de vie d’un projet. Ces facteurs sont manifestes lorsque vient le temps de choisir le juste matériau pour la construction de ponts. L’acier a longtemps été le choix de prédilection sans que les avantages d’autres matériaux et processus soient pris en considération en ce qui a trait au coût total et à la durée de vie d’une structure.

Le présent document présente aux décideurs une analyse du CTP entre l’aluminium et l’acier pour la durée de vie totale d’un projet. Tout projet présente des défis uniques. Cependant, la méthode et le projet choisis prouvent l’importance d’adopter une vision à long terme d’établissement des coûts. Une approche intégrée prouve qu’en tenant compte de la durée de vie d’un projet, l’aluminium représente une solution de rechange valable et économique par rapport à l’acier.

Analyse du coût réel d’un projet

Bien que la méthode du CTP date du premier quart du vingtième siècle, le Gartner Group a grandement contribué à sa popularisation au milieu des années 80[1]. La méthode du CTP a rapidement été adoptée par les industries du matériel informatique, des logiciels et du transport lorsqu’elles doivent évaluer diverses solutions, qui diffèrent souvent grandement l’une de l’autre en matière d’avantages et de structure des coûts. Aussi, la méthode du CTP fournit une évaluation durable en tenant compte des coûts totaux de la durée de vie totale d’un projet.

Par exemple, lors de l’achat d’un nouvel autobus, le coût d’acquisition peut être attrayant. Cependant, le véhicule peut s’avérer peu fiable et nécessiter des réparations dispendieuses. Ce n’est qu’en prenant en considération la totalité de la durée de vie de l’autobus qu’il est possible d’évaluer toutes les solutions de rechange qui existent. Cette méthode de CTP peut aussi s’appliquer aux grands projets d’ingénierie civile.

Figure 1. La structure d’acier rouillée de ce pont suppose des frais d’entretien élevés en comparaison avec une structure de pont en aluminium exempt de corrosion.

Le CTP dans les projets d’ingénierie civile

Lors de l’évaluation d’un projet d’ingénierie civile, quatre catégories de coût doivent être prises en compte :

Acquisition Le coût initial est souvent le coût le plus important d’un projet. Le coût d’acquisition peut comprendre le matériel, les pièces, le terrain, etc. Le coût d’acquisition est souvent déboursé longtemps avant que la structure ne soit fonctionnelle.
Installation Faisant parfois partie du coût d’acquisition, les coûts d’installation représentent tous les frais (dont le transport) nécessaires pour rendre la structure fonctionnelle. Les coûts d’installation varient beaucoup en fonction de l’emplacement, de la réglementation, de l’échéancier du projet, du climat et d’autres contraintes propres à chaque projet.
Entretien et exploitation Les coûts d’entretien sont les dépenses annuelles requises pour s’assurer que la structure demeure sécuritaire et fonctionnelle tout au long de sa durée de vie.
Élimination Trop souvent négligée, l’élimination comprend tous les coûts et revenus liés à la déconstruction, à l’enlèvement, au recyclage et à la récupération de matériel, ainsi qu’à la restauration du site.

Tableau 1. Catégories de coût pour les projets d’ingénierie civile.

En comparaison avec d’autres industries, de nombreux projets d’ingénierie civile ont un coût d’acquisition relativement élevé. Toutefois, l’entretien et l’exploitation d’une structure doivent être pris en considération lorsqu’un investissement est réalisé dans un projet d’ingénierie civile. La méthode du CTP évalue des solutions de rechange en tenant compte de tous les coûts attribuables à un projet au cours de sa durée de vie. C’est souvent la méthode que les organismes publics privilégient pour évaluer les options qui s’offrent à elles.

Les avantages de l’aluminium

L’acier et le béton sont les matériaux choisis pour de nombreux projets d’ingénierie civile. Cependant, pour certains projets, d’autres matériaux, comme l’aluminium, offrent des avantages dont il faut tenir compte. Lorsque vient le temps de trouver une solution de rechange à l’acier, l’aluminium offre les mêmes avantages que l’acier, mais à un CTP moindre.

Figure 2. Ce pont en aluminium conserve sa résistance structurelle et sa résistance à la corrosion, même dans des conditions climatiques extrêmes.

Voici quelques-uns des avantages de l’aluminium[2]:

- Légèreté—Le poids par volume de l’aluminium est moins élevé que la plupart des autres métaux. Il représente environ le tiers du poids de l’acier, du fer, du cuivre et du laiton. La légèreté de l’aluminium réduit les frais de transport et de manutention, et lorsqu’il remplace l’acier, il prolonge la durée de vie des ponts et maximise la charge vive[3][4].

- Résistance —Les éléments de structure d’aluminium peuvent posséder la résistance mécanique que requièrent la plupart des applications. L’aluminium sert particulièrement bien les applications installées dans des environnements froids, car plus la température baisse, plus l’aluminium devient résistant.

- Protection contre la corrosion— L’aluminium génère naturellement une couche protectrice d’oxyde et résiste très bien à la corrosion, ce qui réduit les coûts d’entretien et permet aux structures de conserver une apparence esthétique plaisante et exempte de rouille.

- Conductivité (chaleur et électricité) —– En fonction de son poids et des coûts généraux qui y sont associés, l’aluminium conduit mieux la chaleur (et le froid) que d’autres métaux communs. De plus, livre par livre, il conduit deux fois mieux l’électricité que le cuivre.

- Résilience—L’aluminium combine résistance et flexibilité. Il peut plier sous des charges et retrouver sa forme initiale après avoir absorbé le choc d’un impact.

- Recyclabilité—L’aluminium conserve une valeur de revente élevée et peut être réutilisé ou recyclé indéfiniment sans perdre ses caractéristiques physiques, ce qui fait de son élimination une possibilité de production de recettes. La refonte de l’aluminium requiert peu d’énergie : le processus de recyclage utilise seulement cinq pour cent de l’énergie requise pour produire le métal de première fusion.

- Finis—Un fini permanent peut être appliqué facilement sur l’aluminium en ayant recours à un éventail de techniques communes : peinture liquide, peinture en poudre, anodisation et électroplacage.

- Formes sur mesure—Des formes complexes peuvent être produites grâce à l’extrusions.

Aluminium et acier : Comparaison des caractéristiques et des coûts

Nombreux sont les projets d’ingénierie civile pour lesquels l’aluminium et l’acier sont des choix de matériau valables. La présente étude compare l’aluminium et l’acier, ce dernier avec trois types de revêtement protecteur essentiel pour prévenir la corrosion. Le tableau suivant présente un survol des types d’acier et d’aluminium utilisés lors de l’étude.

Materiau Caractéristiques
Acier – 2 couches CSA G40.21 grade 350W (ASTM 50W), SSPC-SP-6 : Grenaillage commercial; 2 couches de 125 µm d’époxy haute performance
Acier – 3 couches CSA G40.21 grade 350W (ASTM 50W), SSPC-SP-10 : Grenaillage presque blanc; 1 couche de 65 µm d’époxy riche en zinc; 1 couche de 125 µm d’époxy haute performance; 1 couche de 50 µm de polyuréthane
Acier – Galvanisé à chaud CSA G40.21 grade 350W (ASTM 50W), Normes CSA G-164 et ASTM-123, épaisseur de 87 µm
Aluminium – Fini naturel Fini naturel de l’aluminium, alliage 6xxx ou 5xxx

Tableau 2. Caractéristiques des revêtements de l’acier et du fini de l’aluminium

Pour des fins de comparaison d’un projet type, un pont piétonnier a été choisi. Voici les caractéristiques de ce projet[5] :

Modèle Pony Truss Warren
Longueur totale (une travée) 21,3 m (70 pieds)
Largeur libre 1,8 m (6 pieds)
Poids Aluminium : 3112 kg (6846 lb) Acier : 5000 kg (11 000 lb)
Rapport de poids Aluminium/acier 62%
Tablier du pont Pin des marais (SYP) 38 mm
Code applicable S6 – 06(Supplément No.2)

Tableau 3. Description des ponts piétonniers.

Figure 3. Ce pont en aluminium représente un exemple type de pont piétonnier en aluminium dans un milieu urbain.

Notre analyse a été menée dans deux milieux : urbain et maritime. Le milieu urbain représente l’environnement le plus fréquent pour ce type de projet, alors que l’environnement maritime démontre clairement les avantages de l’aluminium en matière de résistance à la corrosion.

Les coûts associés au projet sont les suivants[6]:

 Matériau Acier – 2 couches Acier – 3 couches Acier – Galvanisé à chaud Aluminium – Fini naturel
Installation Les coûts d’installation ne sont pas abordés dans cette étude en raison de leur variation selon l’emplacement, le climat, la proximité des fournisseurs et la conception. Cependant, la légèreté de l’aluminium suppose d’importantes économies de transport et de manipulation par rapport à l’acier, comme le montre l’exemple ci-dessous.
Acquisition[5] $26 875 $29 690 $26 938 $30 979
Entretien[7] Consultez l’annexe pour le programme d’entretien dans des milieux urbain et maritime. Aucun
Élimination Valeur de revente après 50 ans basée sur un taux d’inflation de 2% $997 $997 $997 $15 793

Tableau 4. Coûts associés au projet de pont.

Installation

Comme nous l’avons mentionné plus haut, les coûts d’installation n’ont pas été spécifiquement pris en compte dans la présente étude puisqu’ils varieront selon l’emplacement, le climat, la proximité des fournisseurs et la conception. Cependant, l’aluminium, compte tenu de sa légèreté, suppose d’importantes économies de transport et de manipulation durant l’installation par rapport à l’acier. L’avantage de l’aluminium par rapport à l’acier prend encore plus d’importance lorsque la taille et le poids du pont augmentent. Un projet récent [8] où deux ponts aux dimensions identiques étaient examinés met cette corrélation en évidence : le poids de la structure d’acier était de 60 pour cent supérieur à celui de la structure en aluminium, ce qui exigeait l’utilisation d’une grue de plus grande capacité, faisant ainsi gonfler les frais de manipulation de plus de 200 pour cent.

Méthodologie

La méthodologie utilisée pour évaluer le CTP est la valeur actualisée des flux de trésorerie. La valeur actualisée des flux de trésorerie comporte de nombreux avantages, dont les suivants [9]:

- méthode d’évaluation la plus judicieuse;

- méthode prévisionnelle : permet d’évaluer le coût de la durée de vie d’un projet;

- intègre la valeur temps de l’argent pour évaluer de façon égale l’acquisition, l’entretien et l’élimination;

- méthode centrée vers l’interne, se fiant aux attentes fondamentales de l’entreprise ou du projet; cette méthode comporte des facteurs volatiles externes de moindre importance;

- méthode s’appuyant sur les flux de trésorerie, moins touchée par les pratiques comptables et les hypothèses;

- permet d’évaluer séparément différents éléments ou synergies (coûts) d’une entreprise.

Dans certains cas, la fiscalité, les subventions et les pratiques comptables peuvent profiter au coût d’acquisition par rapport aux dépenses liées à l’entretien pour les raisons suivantes : (1) de nombreux projets d’ingénierie civile sont financés par des organismes gouvernementaux et (2) les impôts et les subventions peuvent grandement varier au fil du temps et selon l’emplacement géographique. Voilà pourquoi les flux de trésorerie et les débours demeurent la meilleure manière d’évaluer un projet.

En ce qui concerne la valeur actualisée des flux de trésorerie, les hypothèses suivantes ont été utilisées :

Taux d’inflation 2.0% Le taux d’inflation se fonde sur les objectifs des taux d’inflation cibles de banques centrales. Les prix de l’acier et de l’aluminium pourraient grandement varier à l’avenir selon les demandes des pays en développement et la multiplication des défis d’approvisionnement, mais il est incertain que l’inflation des prix moyens diminuera.
Taux d’actualisation 3.0% 6.0% Deux taux d’actualisation sont évalués. Le taux d’actualisation de 3 % correspond au taux d’intérêt créditeur s’appliquant à la plupart des projets d’ingénierie civile financés par des organismes gouvernementaux. Le taux d’actualisation de 6 % représente un taux d’intérêt créditeur avec un montant supplémentaire lié aux possibilités de coûts et risques (3,0 %) s’appliquant à l’achèvement d’un tel projet. Le taux d’actualisation nécessaire pour que la VAN de l’acier et de l’aluminium soit la même est calculé.
Durée de vie 50 years Certaines structures d’ingénierie civile peuvent durer plus de 50 ans, mais compte tenu de la valeur temps de l’argent, tout montant au-delà de 50 ans sera presque certainement négligeable dans la prise de décision.

Tableau 5. Hypothèses relatives à la valeur actualisée des flux de trésorerie.

Résultats (en dollars des États-Unis)

Les tableaux suivants montrent la Valeur actualisée (VA) et le Coût total de possession (CTP) actuels de chaque option :

Matériau Acier – 2 couches Acier – 3 couches Acier – Galvanisé à chaud Acier – Galvanisé à chaud Aluminium – Fini naturel
Milieu Urbain et maritime Urbain et maritime Urbain Maritime Urbain et maritime
VA : Acquisition $26 875 $29 690 $26 938 $26 938 $30 979
VA : Entretien $46 040 $18 875 $8 209 $16 747 $0
VA : Élimination (valeur de revente)* - $234 - $234 - $234 - $234 - $3 711
CTP $72 681 $48 331 $34 913 $43 451 $27 268

* Étant donné que tous les calculs sont basés sur le coût, la valeur d’élimination est considérée comme une valeur négative.

Tableau 6 : VA et CTP dans des milieux urbain et maritime avec un taux d’actualisation de 3 %.

Graphique 1. VA et CTP dans des milieux urbain et maritime sur une période de 50 ans en ayant recours à un taux d’actualisation de 3 %.

Graphique 2. Comparaison des frais d’entretien sur une période de 50 ans en ayant recours à un taux d’actualisation de 3 %.

En utilisant un taux d’actualisation de trois pour cent, le CTP de l’aluminium est plus avantageux que toutes les autres options relatives à l’acier. Cet avantage est de plus de 7000 $ dans un milieu urbain et de plus de 16 000 $ dans un milieu maritime. Le Graphique 2 montre clairement que le CTP de l’aluminium équivaut à celui de l’acier galvanisé à chaud après trente-trois ans dans un milieu urbain et après 21 ans dans un milieu maritime.

Matériau Acier – 2 couches Acier – 3 couches Acier – Galvanisé à chaud Acier – Galvanisé à chaud Aluminium – Fini naturel
Milieu Urbain et maritime Urbain et maritime Urbain Maritime Urbain et maritime
VA : Acquisition $26 875 $29 690 $26 938 $26 938 $30 979
VA : Entretien $25 435 $8 894 $3 276 $7 514 $0
VA : Élimination (recyclage)* - $57 - $57 - $57 - $57 - $909
CTP $52 253 $38 527 $30 156 $34 395 $30 070

* Étant donné que tous les calculs sont basés sur le coût, la valeur d’élimination est considérée comme une valeur négative.

Tableau 7 : VA et CTP dans des milieux urbain et maritime avec un taux d’actualisation de 6 %.

Graphique 3. VA et CTP dans des milieux urbain et maritime sur une période de 50 ans en ayant recours à un taux d’actualisation de 6 %.

Graphique 4. Comparaison des frais d’entretien pour l’aluminium et l’acier sur une période de 50 ans en ayant recours à un taux d’actualisation de 6 %.

Lorsqu’on a recours à un taux d’actualisation de six pour cent, le CTP de l’aluminium est plus avantageux que toutes les autres options relatives à l’acier. Cet avantage est de plus de 4000 $ dans les milieux urbain et maritime, sauf pour l’acier galvanisé à chaud dans un milieu urbain. Dans ce cas, l’acier et l’aluminium ont un CTP semblable après 50 ans. Le Graphique 4 montre clairement que le CTP de l’aluminium équivaut à celui de l’acier galvanisé à chaud après 50 ans dans un milieu urbain et après 21 ans dans un milieu maritime. Le tableau 8 présente un sommaire du délai de récupération pour des structures en acier par rapport à des structures en aluminium.

Matériau Acier – 2 couches Acier – 3 couches Acier – Galvanisé à chaud Acier – Galvanisé à chaud
Milieu Urbain et maritime Urbain et maritime Urbain Maritime
Délai de récupération (années)
Taux d’actualisation de 3 % 5 ans 15 ans 33 ans 21 ans
Taux d’actualisation de 6 % 5 ans 15 ans 33 ans 21 ans

Tableau 8. Délai de récupération (en années) lorsque le CTP est le même que l’aluminium.

Matériau Acier – 2 couches Acier – 3 couches Acier – Galvanisé à chaud Acier – Galvanisé à chaud
Milieu Urbain et maritime Urbain et maritime Urbain Maritime
Taux d’actualisation 24.3% 15.9% 6.1% 8.8%

Tableau 9. Taux d’actualisation requis pour que le CTP de l’aluminium équivaille à celui de l’acier.

Tout taux d’actualisation inférieur à six pour cent fait de l’aluminium une meilleure option que l’acier dans tous les milieux. Compte tenu du financement public des structures d’ingénierie civile comme les ponts, il est plus probable que le taux d’actualisation soit inférieur. Il est conservateur d’avoir recours à un taux d’actualisation de six pour cent, car des investissements de cette nature ont souvent lieu et les organismes gouvernementaux qui les commandent ne génèrent pas de revenus ou de profits.

Un article[4] publié récemment confirme nos résultats et met en évidence le coût et les avantages techniques d’une structure comme à Arvida, Québec, dont la structure est en aluminium. L’utilisation d’un tablier en aluminium pourrait permettre d’augmenter la capacité portante du pont tout en réduisant ses coûts de possession à long terme. De plus, l’article met en évidence la modification des calculs de l’Association canadienne de normalisation pour les structures de pont routier en aluminium, ce qui permet aux ingénieurs de développer des concepts qui utilisent l’aluminium tout en respectant les normes les plus rigoureuses de l’association.

Conclusion

Les décideurs ne devraient pas partir du principe que l’acier représente toujours la meilleure option économique lors d’investissements dans des structures d’ingénierie civile. La présente analyse, en utilisant un exemple de pont piétonnier, prouve que l’aluminium peut rivaliser favorablement avec l’acier lorsque l’on tient compte du Coût total de possession (CTP). L’avantage de l’aluminium devient encore plus évident lorsqu’un projet a lieu dans un milieu corrosif. Par conséquent, bien que chaque projet soit unique, l’aluminium doit prendre sa place dans le processus d’appel d’offres et être pris en considération comme une solution économique pour les projets d’ingénierie civile puisque tout au long de son cycle de vie, les coûts d’installation, d’entretien, d’exploitation et d’élimination d’une structure en aluminium peuvent être plus avantageux.

Références

1. About Gartner TCO

2. http://www.futuraind.com/benefits-of-aluminum

3. Cost effective rehabilitation of teo aluminum bridges on Long Island, Osman Hag-Elsafi, Sreenivas Alampali, août 2002.

4. “À long terme l’aluminium moins cher pour construire les ponts”, Le Quotidien, 1er janvier 2012.

5. MAADI Group Inc.

6. Tous les coûts sont en dollars des États-Unis ($).

7. “Analyse du cout d’entretien d’un pont piétonnier en acier construit selon le code canadien sur les calculs des ponts routiers (CSA S6-05)”. L’étude a été réalisée grâce à l’appui financier du Centre québécois de recherche et de développement de l’aluminium (CQRDA). L’analyse a été produite par monsieur, Frank Ajersch, Service FABMATEK Inc., Avril, 2010.

8. Étude de MAADI Group Inc.

9. http://macabacus.com/valuation/dcf/overview

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Last modified: June, 2015

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