FR2941461A1 - Obtention d'enrobe et de beton bitumeux a module eleve (eme et bbme) - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un enrobé bitumineux ou béton bitumineux à module élevé pour la réalisation de couches et/ou de revêtements de construction routière et/ou de génie civil caractérisé en ce qu'il comprend : - un liant bitumineux comprenant en poids par rapport au poids total du liant bitumineux : (a) 70 à 98 % d'au moins un bitume choisi dans les classes 20/30 à 160/220, de préférence un bitume 35/50, (b) 2 à 30% d'au moins une résine naturelle ou synthétique ayant un point de ramollissement mesuré selon la norme EN 1427 compris entre 90°C et 160°C, - un granulat. La présente invention concerne également les couches et/ou revêtements de construction routière et/ou de génie civil constitué(e) dudit enrobé ou béton.

Description

La présente invention concerne un enrobé bitumineux ou un béton bitumineux à module élevé pour la réalisation de couches et/ou de revêtements de construction routière et/ou de génie civil formulé à partir d'un liant bitumineux comprenant un bitume routier classique.

La classification des liants bitumineux repose sur deux essais physiques normalisés, la mesure de la pénétrabilité et de la température bille et anneau (TBA). La mesure de la pénétrabilité est un indicateur de la consistance aux températures ambiantes et permet de déterminer la dureté d'un bitume. Cette mesure fait l'objet de la norme EN 1426. L'essai consiste à enfoncer une aiguille dans un prélèvement de bitume à 25°C. La profondeur mesurée est exprimée en dixièmes de millimètres et détermine la classe d'un bitume. La mesure de la température bille et anneau permet de déterminer la température de ramollissement du bitume. Elle consiste à placer une bille en acier sur un anneau de bitume (placé dans un bêcher rempli d'eau) et à effectuer une montée en température à vitesse constante. Sous le poids de la bille, le bitume se déforme et la température dite de ramollissement est enregistrée lorsque l'abaissement de la bille atteint 25 mm. Les bitumes peuvent être classés suivant leur classe de pénétrabilité.

Chaque classe ou grade correspond à un intervalle de mesures de pénétrabilité. Les bitumes durs ont des valeurs de pénétrabilité faibles, les bitumes mous ont des valeurs de pénétrabilité relativement élevées. Selon l'invention, on distingue les bitumes ou liants bitumineux dits durs qui présentent une pénétrabilité inférieure à 35 (1/10 mm) et les bitumes dits classiques dont la pénétrabilité est supérieure à 35 (1/10 mm), c'est à dire les bitumes appartenant aux classes 35/50 à 160/220 tels que les bitumes 35/50, 50/70, 70/100, et 160/220. Les bitumes durs présentant intrinsèquement un module de rigidité élevé, sont utilisés pour accroître les performances mécaniques des matériaux en vue d'une mise en oeuvre sur une chaussée devant résister à des sollicitations lourdes du trafic. On parle alors de bétons bitumineux à module élevé (en couche de roulement) ou d'enrobés à module élevé (en couche de base).

Dans le cas de la couche de base, l'utilisation d'enrobé à module élevé (EME) en remplacement de grave-bitume (GB) permet, pour un même niveau de performances et une même durabilité, de diminuer notablement l'épaisseur appliquée, voire d'économiser la mise en oeuvre d'une couche de liaison avant l'application de la couche de roulement. L'intérêt économique et environnemental est évident. On limite grâce à l'utilisation de ces matériaux la consommation de matières premières ainsi que la dépense énergétique car on diminue également les quantités de matériaux devant être chauffées, manipulées et transportées.

Dans le cas de la couche de roulement, un béton bitumineux à module élevé (BBME) utilisé en remplacement d'un béton bitumineux semi-grenu (BBSG), présente des performances supérieures en terme de résistance en fatigue et de module de rigidité. Il participe plus activement au pouvoir structurant en réduisant notablement l'endommagement par fatigue des couches liées de la chaussée. En conséquence, il est possible de réduire les épaisseurs de renforcement lors du calcul du dimensionnement. L'intérêt économique et environnemental de cette structure de chaussée est également largement avéré. Pour ces diverses raisons, les chantiers comportant des BBME ou des EME sont de plus en plus couramment réalisés. Les performances de ces enrobés, notamment en termes de résistance mécanique (module de rigidité) font l'objet de spécifications qui s'inscrivent dans un cadre normalisé. Le module de rigidité de l'enrobé ou du béton bitumineux dépend de plusieurs facteurs, parmi lesquels, figure le module de rigidité appelé également module complexe du liant bitumineux lui-même. En conséquence, l'augmentation de la fréquence de mise en oeuvre de BBME ou d'EME se traduit par un accroissement de la demande en bitumes durs (10/20, 15/25, 20/30) présentant de préférence eux-mêmes un module de rigidité élevé. Les liants à base de bitume dur traditionnellement utilisés sont soit élaborés par les pétroliers selon des procédés très spécifiques et en quantités limitées ou produits par mélange à haute température d'un bitume classique avec des additifs bien particuliers tels que la gilsonite.

Cependant, cette demande devient critique par la conjonction de plusieurs facteurs. D'une part, la disponibilité des bitumes de grade pur auprès des pétroliers diminue car l'élaboration de ces bitumes génère des contraintes au niveau du choix des bruts et des procédés (soufflage, désasphaltage...).

D'autre part, la fabrication de ces bitumes, réalisée très souvent en aval de l'unité de distillation, n'est pas techniquement possible dans tous les sites de production. En outre, la fabrication de ces produits pénalise la production d'autres produits pétroliers, car elle s'accompagne d'une réduction des débits de traitement et mobilise une logistique propre jusqu'à l'expédition. De plus, les bitumes durs obtenus par soufflage présentent en général un module de rigidité assez faible, incompatible avec une utilisation de liant en EME. La raréfaction des bitumes durs de bonne qualité nuit à la réalisation de grands chantiers à forte cadence journalière et implique des contraintes supplémentaires concernant l'anticipation des commandes de bitume.

Plusieurs solutions ont été proposées pour remplacer les bitumes durs à module élevé proposés par les pétroliers. Une des solutions envisagées consiste à additiver un bitume de classe 35/50 ou 50/70 avec un bitume naturel très dur tel que la Gilsonite (TBA 160-175°C, pen = 0 (1/10 mm)), le SELENIZZA HM 120 ou le bitume de Trinidad.

Une autre solution consiste à utiliser comme additif des granulés de bitumes très durs fournis par les pétroliers, qui présentent des caractéristiques proches de celles de la gilsonite. Dans ces deux cas, la disponibilité des additifs est réduite et la solution est coûteuse du fait que la teneur en additif s'élève à plus de 10% (voire 20% dans certains cas) pour obtenir les propriétés de dureté et de rigidité requises. Par ailleurs, le mélange est réalisé à une température au moins égale au point de ramollissement de l'additif, température qui peut atteindre 175°C dans le cas de la gilsonite. Le liant obtenu présente une viscosité équivalente à celle d'un bitume de classe 10/20. Les températures de fabrication et d'application des enrobés doivent donc être maintenues à un niveau aussi élevé que lors de l'utilisation d'un bitume dur proposé par les pétroliers.

Ces solutions alternatives, si elles permettent de pallier un manque de disponibilité des bitumes durs à modules élevés, ne permettent absolument pas de diminuer les coûts énergétiques associés à la mise en oeuvre des techniques de BBME et d'EME.

Il existe donc un besoin croissant de développer à partir d'un bitume classique, un liant bitumineux permettant d'obtenir des matériaux aux performances mécaniques accrues, c'est-à-dire des enrobés à module élevé et des bétons bitumineux à module élevé. De manière surprenante, le demandeur a découvert qu'il pouvait obtenir des enrobés ou des bétons bitumineux à module élevé à partir d'un liant bitumineux comprenant un bitume de grade routier classique par exemple de classe 35/50, ledit liant bitumineux présentant les caractéristiques mécaniques avantageuses d'un bitume de grade dur en terme de pénétrabilité et de module de rigidité. Le liant bitumineux présente en outre l'avantage de pouvoir être fabriqué en utilisant le matériel de mélange habituellement disponible dans toute usine de fabrication de liants modifiés ou toute centrale d'enrobage. L'invention concerne donc un enrobé bitumineux ou béton bitumineux à module élevé pour la réalisation de couches et/ou de revêtements de construction routière et/ou de génie civil caractérisé en ce qu'il comprend : - un liant bitumineux comprenant en poids par rapport au poids total du liant bitumineux : (a) 70 à 98 % d'au moins un bitume choisi dans les classes 20/30 à 160/220, de préférence un bitume 35/50, (b) 2 à 30% d'au moins une résine naturelle ou synthétique ayant un point de ramollissement mesuré selon la norme EN 1427 compris entre 90°C et 160°C, - un granulat. L'invention concerne également les couches ou revêtement de construction constitué(e) de ces matériaux.

L'invention concerne également l'utilisation d'au moins une résine naturelle ou synthétique dans un liant bitumineux comprenant un bitume choisi dans les classes 20/30 à 160/220, de préférence un bitume 35/50 pour obtenir un bitume classe 10/20. Enfin, l'invention concerne l'utilisation d'un liant bitumineux comprenant un bitume choisi dans les classes 20/30 à 160/220 et au moins une résine naturelle ou synthétique pour obtenir un enrobé ou un béton bitumineux à module élevé. Selon l'utilisation de l'invention, on peut donc remplacer les bitumes 10/20 dans les enrobés à module élevé. Les modules de rigidité ou module complexe mesurés à 15°C et 10 Hz (abréviation : G*(15°C/10 Hz)) des bitumes de classe 35/50 sont généralement compris entre 20 et 40 MPa. Le liant bitumineux utilisé pour préparer les enrobés ou béton bitumineux de l'invention, obtenu à partir de bitume de classe 35/50, présente un module de rigidité supérieur à 40 MPa, voire supérieur à 50 MPa. En fonction du niveau de module obtenu, le liant devient alors apte à être utilisé soit en béton bitumineux à module élevé, BBME, soit, pour les niveaux encore supérieurs, en enrobé à module élevé, EME. En outre, les enrobés ou bétons bitumineux comprenant ces liants bitumineux présentent un certain nombre d'autres avantages non négligeables tant économiques qu'écologiques.

Les liants présentent notamment l'avantage surprenant d'acquérir les performances mécaniques améliorées des bitumes durs tout en conservant la maniabilité des bitumes classiques. La viscosité à température élevée des liants de l'invention correspond à celle d'un bitume de même classe que le bitume ou le mélange de bitumes de base, les températures de fabrication et de stockage du liant, de fabrication et d'application de l'enrobé, sont donc considérablement diminuées par rapport à celles d'un enrobé à module élevé fabriqué conformément à l'art antérieur. De plus, il semble que la maniabilité soit également améliorée grâce à l'effet lubrifiant de l'additif qui contribue également à abaisser la température d'enrobage ainsi que la température d'application de l'enrobé. Par conséquent, la maniabilité de l'enrobé élaboré sur la base du mélange de l'invention est améliorée par rapport à celle d'un enrobé élaboré sur la base d'un bitume dur (type 10/20), en particulier dans des procédés d'enrobage à chaud. Un enrobé fabriqué avec le liant de l'invention sera plus facile à appliquer notamment lors de la réalisation de reprises manuelles. Selon la résine utilisée, il pourra être appliqué à une température moindre que la température usuelle, typiquement 130 - 140°C à la place de 170°C. Ceci constitue donc un avantage considérable par rapport aux bitumes durs fournis par les pétroliers qui présentent une viscosité plus élevée que les bitumes usuels tels que le 35/50, ce qui oblige à augmenter de 10°C au minimum les températures de fabrication et d'application des enrobés afin de leur conférer une maniabilité suffisante. Cette contrainte va à l'encontre des objectifs de diminution des températures de mise en oeuvre des enrobés. Les liants utilisés pour préparer les enrobés et bétons bitumineux présentent intrinsèquement des performances, en termes de caractéristiques mécaniques et de résistance au vieillissement, égales voire supérieures à celles des liants durs auxquels il se substitue (10/20 ou 20/30 purs, mélange de bitume 35/50 + gilsonite). Contrairement au cas des bitumes durs fournis par les pétroliers pour lesquels les commandes doivent être anticipées et peuvent être assujetties à un volume minimum de livraison ou à la livraison d'un nombre entier de porteurs, le liant de l'invention peut être préparé extemporanément et en quantité strictement adaptée aux exigences du chantier. Enfin, un autre avantage de l'invention découle du fait que les résines utilisées engendrent peu d'inconvénients liés à leur manipulation. Ces résines peuvent donc en-dehors des périodes de production être conservées à température ambiante, dans les zones de stockage habituellement disponibles dans toute installation industrielle. Les résines sont alors solides et inertes chimiquement. Leur stockage ne nécessite donc pas de zone de rétention, ni d'installation strictement dédiée. Ces résines peuvent de préférence être disponibles sous formes de paillettes non pulvérulentes, et peut donc être manipulées sans risque de formation d'atmosphère déflagrante. Dans un mode de réalisation avantageux, l'enrobé bitumineux ou béton bitumineux à module élevé possède en outre les caractéristiques suivantes seules ou en combinaison : - le liant bitumineux représente 3% à 7% en poids du poids total de l'enrobé ou du béton bitumineux, - le liant bitumineux a une pénétrabilité à 25°C, mesurée selon la norme NF EN 1426, de 0 à 35 (1/10 mm), de préférence de 10 à 30 (1/10 mm), de préférence 5 de 10 à 20 (1/10 mm), - l'enrobé à modulé élevé (EME) possède un module de rigidité selon la norme EN 12697-26 supérieure à 14000 MPa et une profondeur d'ornière selon la norme EN 12697-22 inférieure à 7,5 %, de préférence inférieure à 5 % à 30 000 cycles et 60°C, 10 - le béton bitumineux à modulé élevé (BBME) possède un module de rigidité selon la norme EN 12697-26 supérieure à 9 000 MPa, de préférence supérieur à 12 000 et une profondeur d'ornière selon la norme EN 12697-22 inférieure à 10 %, de préférence inférieure à 7,5 % à 30 000 cycles et 60°C, - la résine est choisie parmi les résines d'hydrocarbures et les résines issues 15 des ressources végétales, - la température à laquelle le liant bitumineux présente une viscosité de 1,5 Pa.s, correspondant à la limite de pompabilité, est inférieure à 130°C, - la température à laquelle le liant bitumineux présente une viscosité de 0,2 Pa.s, correspondant à la température d'enrobage, est inférieure à 170°C. 20 - le liant a une pénétrabilité à 25°C, mesurée selon la norme NF EN 1426, de 0 à 35 (1/10 mm), de préférence de 10 à 30 (1/10 mm), - le liant bitumineux a un module de rigidité ou un module complexe (mesuré selon EN 14770) supérieur à 40 Mpa, de préférence supérieur à 50 MPa. 25 L'invention concerne également des couches et/ou revêtements de construction routière et/ou de génie civil comprenant un enrobé ou un béton bitumineux respectivement utilisé pour fabriquer de préférence, des couches de base ou de roulement. Ainsi, l'enrobé et le béton bitumineux de l'invention peuvent être utilisés 30 pour lier des granulats entre eux et éventuellement les coller sur le support sur lequel ils sont répandus.

Par module élevé , on entend un enrobé ou un béton bitumineux présentant un module de rigidité selon la norme EN 12697-26 supérieure à 9 000 MPa, de préférence supérieur à 12 000 MPa et mieux supérieur à 14000 MPa et/ou une profondeur d'ornière selon la norme EN 12697-22 inférieure à 10 %, de préférence inférieure à 7,5 % et mieux inférieure à 5 % à 30 000 cycles et 60°C. Les liants bitumineux sont avantageusement utilisés sous forme anhydre mais peuvent également être utilisés sous forme d'émulsion et notamment dans tous les domaines d'utilisation habituels des émulsions de bitume tels que les enrobés à l'émulsion de bitume, les couches d'accrochage propres , nécessitant l'émulsification d'un bitume dur et les émulsions de bitume pour applications autres que routières. Les matériaux du type enrobés ou bétons bitumineux comprennent, de préférence, par rapport au poids total dudit matériau : - au moins 85 %, de préférence entre 93 et 97 %, de préférence entre 94 et 96 %, de manière encore plus préférée au moins 95 % en poids d'un granulat ; et - au plus 15 %, de préférence entre 3 et 7%, de préférence entre 4 et 6 %, de manière encore plus préférée au plus 5 % en poids d'un liant bitumineux. Le liant peut être mélangé aux granulats avant application pour former des enrobés (technique d'enrobage). Pris au sens général, les enrobés englobent les graves bitumes et les bétons bitumineux. Dans tous les cas, il s'agit d'un mélange de liant hydrocarboné et de granulats comprenant éventuellement des dopes et/ou additifs. Ils se distinguent par leur teneur en liant et leur domaine d'utilisation.

Le béton bitumineux à module élevé est un cas particulier de béton bitumineux. Il est destiné préférentiellement à la couche de roulement ou de liaison d'une chaussée. L'enrobé à module élevé peut être utilisé à la place d'une grave bitume pour améliorer les performances mécaniques des chaussées.

Pour le terme granulat , il est fait référence aux matériaux et agrégats décrits dans les normes XP-P 18 545 et NF EN 13808-8.

Pour caractériser les enrobés, on utilise en particulier la description de leur formule granulaire, c'est-à-dire la répartition de la masse des granulats qui entrent dans la composition de l'enrobé en fonction de la classe granulaire. Par performances, au sens de l'invention, on entend les propriétés des enrobés telles qu'on peut les caractériser à l'aide des essais suivants : - module complexe traduisant la capacité à supporter les efforts, - résistance au vieillissement. La quantité de liant selon l'invention utilisée pour former les enrobés correspond à celle de bitume classiquement utilisée pour réaliser des enrobés bitumineux ou du béton bitumineux. Ainsi, le liant bitumineux de l'invention représentera généralement de 3 à 7% en poids du poids total de l'enrobé ou du béton bitumineux. Selon l'invention, les résines hydrocarbonées présentant un point de fusion ou de ramollissement compris entre 90 et 160°C peuvent être choisies parmi les résines d'hydrocarbures et les résines végétales ou végétales modifiées telle que les résines synthétisées sur la base de ressources végétales ou les résines issues de la pétrochimie ou synthétisées à partir de matières premières végétales. On peut citer à titre de résine hydrocarbures convenant à l'invention, les résines commercialisées par la société GRAY VALLEY telles que les résines NORSOLENE, par la société EASTMAN telles que les résines PICO ou par la société NEVILLE telles que les résines NECIRES et NEVBIT. Cette liste de fournisseurs et de résines n'est pas exhaustive. Les résines végétales convenant pour la présente invention sont des substances exsudées par certains végétaux. Elles peuvent être d'origine fossile ou dite de récolte. Elles peuvent être utilisées telles quelles (résines naturelles) ou être transformées chimiquement (résines naturelles modifiées). Lorsqu'elles sont produites par des végétaux existants actuellement, elles constituent des matières premières renouvelables.

Parmi les résines naturelles et naturelles modifiées de récolte, on peut citer les résines accroïdes, le dammar, les colophanes naturelles et naturelles modifiées, les esters de colophanes, les savons de colophanes et les résinates métalliques. Parmi les colophanes naturelles, on peut citer les colophanes de gemme et de bois et de tall ail, comme la poix de la tall ail. Parmi les colophanes naturelles modifiées, on peut citer les colophanes hydrogénées, dismutées, polymérisées et maléisées. Parmi les esters de colophanes, on peut citer les esters du glycérol et de colophanes naturelles, hydrogénées, dismutées, polymérisées et maléisées, et les esters du pentaérythritol et de colophanes naturelles et hydrogénées.

On peut également utiliser pour la formulation du liant selon l'invention des résines naturelles végétales d'origine fossile. Parmi ces résines fossiles, on peut citer les copals. Pour plus d'informations quant aux résines naturelles et naturelles modifiées, on peut se reporter à l'article de Bernard DELMOND, Résines naturelles , Techniques de l'Ingénieur, traité Constantes physico-chimiques û K340-1 à 12, mai 2002. De préférence, on utilise à titre de résines synthétisées sur la base de ressources végétales, les résines dérivées du pin telles que les résines terpènes phénoliques ou les résines de colophane.

Pour entrer utilement dans la formulation du liant selon l'invention, la résine doit avoir une température de ramollissement compris entre 90 et 160°C, mieux de 100 à 160°C et mieux encore de 110 à 160°C. Bien évidemment, on peut utiliser selon l'invention des mélanges de deux ou plusieurs résines.

Les exemples suivants illustrent la présente invention

Exemples

1. Essai sur les liants bitumineux Les caractéristiques du liant bitumineux sont comparées à celles d'un bitume classique 35/50 et à celles des bitumes durs témoins de classe 10/20 et 20/30. .1. Fabrication des liants

Les résines sont chimiquement compatibles avec le bitume et se mélangent très facilement avec celui-ci. Le malaxage peut être assuré par un outil de mélange standard , tant en usine de liants modifiés qu'en centrale d'enrobage ; le temps nécessaire à l'obtention d'un liant homogène n'excède pas celui qui est habituellement requis lors de la fabrication d'un mélange bitume + gilsonite. Il est préférable de chauffer le bitume à une température supérieure au point de ramollissement de la résine pour accélérer l'obtention d'un mélange homogène. Le mélange est chauffé à une température choisie supérieure d'environ 20 à 50°C, typiquement de l'ordre de 20°C à la température de ramollissement de la résine retenue pour entrer dans la composition du liant bitumineux. Par exemple, dans le cas 2, la résine présente un point de ramollissement de 125°C, le mélangea été réalisé aisément à 150°C. Au niveau d'une centrale d'enrobage, le mélange peut donc être effectué à la température à laquelle le bitume 35/50 est approvisionné (150°C). L'invention constitue donc une nette amélioration du point de vue des procédés de fabrication par rapport à l'art antérieur. A titre comparatif, un mélange bitume + gilsonite est réalisé à une température de 175°C. On observe donc une diminution de 20 à 25°C de la température de fabrication du liant de l'invention. 11 .2. Composition des liants Bitume 35/50 Résines Shell PC@ Type Proportions Type Nature Pt de ramollissement Proportions Cas 1 X 95 % A Résine d'hydrocarbures 155°C 5 % Cas 2 X 93 % B Résine d'hydrocarbures 125°C 7 0/0 Cas 3 Y 91 % C Résine de colophane 130°C 9 % transformée Cas 4 Y 90,5 % D Résine de colophane 120°C 9,5 % transformée Les proportions sont exprimées en poids par rapport au poids total de liant bitumineux. 1.3. Résultats et performances

Pour évaluer les performances des liants bitumineux, les caractéristiques suivantes ont été mesurées : la pénétrabilité, le point de ramollissement, le 10 module complexe, les températures pour lesquelles le liant a une viscosité de 1,5 et 0,2 Pa.s correspondant respectivement aux températures de pompage et d'enrobage, la stabilité au stockage, et la résistance du liant au vieillissement.

Pénétrabilité (EN 1426) : permet de déterminer la dureté d'un bitume. L'essai 15 consiste à enfoncer une aiguille dans un prélèvement de bitume à 25°C. La profondeur mesurée est exprimée en dixièmes de millimètres et détermine la classe d'un bitume.

Température bille et anneaux ou TBA (EN 1427) : cette méthode permet de 20 déterminer la température de ramollissement du bitume. Elle consiste à placer une bille en acier sur un anneau de bitume (placé dans un bêcher rempli d'eau) 125 et à effectuer une montée en température à vitesse constante. Sous le poids de la bille, le bitume se déforme et la température dite de ramollissement est enregistrée lorsque l'abaissement de la bille atteint 25 mm.

Module complexe G* (15°C, 10 Hz) (EN 14770) : il est déterminé au moyen d'un rhéomètre à cisaillement dynamique. Pour cela, une déformation sinusoïdale de fréquence définie (10Hz) est appliquée à l'échantillon maintenu à une température de 15°C. Le bitume est placé entre deux plans parallèles, l'un fixe, l'autre mobile. Le montant supérieur impose la déformation de cisaillement, la déformation résultante est relevée. Le module complexe G* est défini comme le rapport de l'amplitude de la contrainte sur l'amplitude de la déformation, en oscillation sinusoïdale harmonique. Le module complexe correspond au module de rigidité du liant bitumineux ou du bitume.

Point de fragilité Fraass (EN 12593) : Cet essai permet d'évaluer la résistance du bitume à la fissuration à basse température. Le liant est étalé en film mince sur une plaque d'acier. L'ensemble est ensuite placé dans une enceinte dont la température est abaissée à vitesse constante. La lame d'acier recouverte de bitume subit des flexions au cours de ce refroidissement. La température à laquelle la première fissure apparaît sur le bitume est appelée Point de Fraass.

Viscosité Brookfield (EN 13302) : il s'agit d'une mesure de viscosité par viscosimètre à cylindres coaxiaux. Cet essai permet de déterminer les températures auxquelles le liant devra être chauffé lors de son utilisation. On admet empiriquement que la viscosité du liant doit être inférieure à 1.5 Pa.s pour permettre le pompage et inférieure à 0.2 Pas pour permettre l'enrobage.

Stabilité au stockage (EN 13399) : cet essai, habituellement pratiqué sur les liants modifiés par des polymères, est utilisé ici pour évaluer la stabilité des mélanges bitume - résine. Le liant est introduit dans un tube d'aluminium qui est ensuite conservé verticalement pendant 3 jours à une température donnée. Après refroidissement, ce tube est ensuite coupé en trois parties égales et le point de ramollissement est déterminé sur la partie inférieure et sur la partie supérieure. Une faible différence entre les deux valeurs obtenues est révélatrice d'un mélange stable au stockage et, par extension, de la compatibilité de ses composants. Témoin Témoin Bitume de Bitume de Cas 1 Cas 2 Cas 3 Cas 4 bitume bitume base base 10/20 20/30 35/50 (X) 35/50 (Y) Shell PC Shell PC Shell PC Shell PC Pénétrabilité 25°C 14 23 39 37 22 25 20 16 (1/10 mm) Pt. de ramollissement 67,5 59,6 53 51,8 57,6 55,4 56,8 58,6 TBA (°C) G*(15°C,10Hz), MPa 94 56 40 30 75 74 73 75 Point de Fraass (°C) -7 nm nm nm -7 -7 -5 -4 Température pour 145 120 120 125 120 125 125 viscosité 1,5 Pa.s Température pour 185 160 160 165 160 160 160 viscosité 0,2 Pa.s Stabilité au stockage 3 Sans objet Sans objet Sans objet Sans objet 0,4 -0,2 -1,0 0,2 jours :160°C (0 TBA en °C) On constate que les mélanges élaborés à partir d'un bitume de classe 35/50, correspondent du point de vue de leur pénétrabilité et de leur point de ramollissement, à des liants de classe 20/30. Le cas 4 correspond à un bitume de classe 10/20 par sa pénétrabilité et à un bitume de classe 20/30 par son 10 point de ramollissement. Leurs propriétés sont au moins équivalentes sinon améliorées. En effet, on constate par exemple que leur module est amélioré par rapport au bitume de classe 20/30. Les liants bitumineux de l'invention atteignent l'objectif recherché de 75 MPa, qui caractérise plutôt les bitumes de classe 10/20. 15 Les liants bitumineux présentent d'autre part une excellente stabilité au stockage, puisque dans les deux cas l'écart de TBA entre haut et bas du tube ne dépasse pas 1 °C (en valeur absolue) après 3 jours à 160°C. Ils conservent par ailleurs une résistance à basse température équivalente à celle d'un bitume 10/20, comme le montrent leurs valeurs de point 20 de Fraass. Les températures correspondant à des viscosités de 1,5 Pa.s et 0,2 Pa.s (respectivement températures de pompabilité et d'enrobage) sont équivalentes,5 à quelques degrés près, à celles d'un bitume 35/50. Elles sont donc nettement inférieures à celles d'un bitume 10/20. En outre, l'addition de résine au liant confère un effet lubrifiant qui semble améliorer la maniabilité du mélange et donc de permettre une diminution supplémentaire de la température d'enrobage. Par conséquent, les liants bitumineux ainsi obtenus réunissent les avantages de bitumes durs et des bitumes classiques. En effet, ils présentent les propriétés mécaniques des bitumes durs tout en conservant les caractéristiques de maniabilité des bitumes classiques. 1.4. Résistance au vieillissement

Le vieillissement est simulé en laboratoire par les essais suivants : - RTFOT : simulation vieillissement à l'enrobage - PAV : simulation vieillissement long terme in situ.

L'étape de RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test) (EN 12607-1) permet de simuler le vieillissement subi par le liant lors de l'étape d'enrobage (vieillissement de construction ). Il s'effectue sous flux d'air dont le débit est contrôlé, à 163°C pendant 75 minutes. Les caractéristiques du bitume sont ensuite déterminées sur le liant vieilli : pénétrabilité, température de ramollissement bille anneau, module complexe. Ces valeurs sont alors comparées aux valeurs initiales.

L'étape de PAV (Pressure Ageing Vessel) (EN 14769) permet de simuler le vieillissement subi par le liant après plusieurs années in situ (vieillissement en service ). Le bitume préalablement vieilli par l'essai RTFOT est chauffé et versé dans des plateaux métalliques qui sont conservés à 100°C sous une pression de 2,1 MPa pendant 20 heures. Le liant ainsi vieilli est récupéré après avoir été chauffé pour être fluide. Les caractéristiques du liant sont alors déterminées. Ces valeurs, dites après RTFOT + PAV, sont alors comparées aux valeurs initiales et aux valeurs obtenues après RTFOT.

La résistance de ces mélanges au vieillissement a donc été vérifiée en déterminant les valeurs de pénétrabilité, point de ramollissement TBA et module complexe G*(15°C, 10 Hz) sur les liants frais, après RTFOT, et après RTFOT + PAV. A titre comparatif, la première colonne du tableau ci-dessous montre les caractéristiques d'un bitume 10/20, qui présente, à l'état frais, des caractéristiques de pénétrabilité, point de ramollissement et module complexe du même ordre de grandeur que les liants de l'invention. Bitume 10/20 Cas 1 Cas 2 Cas 3 Cas 4 Nynas Liant frais Pénétrabiltié 19 22 25 20 16 TBA °C 61,2 57,6 55,4 56,8 58,6 G"(15°C,10Hz), MPa 82 75 74 73 75 Liant après RTFOT 0/0 pénétrabilité résiduelle 74 % 73 % 76 % 65 % 75 0/0 Ecart TBA 5 4,4 5,6 5,8 3,6 G"(15°C,10Hz), MPa 93 90 95 85 89 Liant après RTFOT + PAV 0/0 pénétrabilité résiduelle 47 % 55 % 48 % 45% 50% Ecart TBA (°C) 13 11,4 11,4 12,4 11,6 G"(15°C,10Hz), MPa 117 118 124 118 114 Les valeurs de pénétrabilité résiduelle, d'écart de TBA et de module complexe après RTFOT et après RTFOT + PAV traduisent, sur les cas envisagés pour le liant de l'invention, une résistance au vieillissement au moins 15 équivalente à celle d'un bitume 10/20 classique. L'utilisation d'au moins une résine naturelle ou synthétique dans un liant bitumineux comprenant un bitume 35/50 permet bien d'obtenir un bitume de classe 10/20.

II. Essai sur les enrobés 11.1. Préparation des enrobés 20 Des enrobés 0/14 ont été formulés à partir du liant correspondant au cas 1 et du liant correspondant au cas 4. Ses caractéristiques ont été comparées aux spécifications de la norme EN 13108-1. Les enrobés ont été fabriqués en malaxeur de laboratoire, la durée du mélange est de 240 s. La teneur en liant, la formule granulaire, les conditions de fabrication, sont strictement équivalentes à celles d'un EME standard . L'enrobé comprenant le liant du cas 1 a été fabriqué a la température de 170°C. L'enrobé s'est avéré plus maniable qu'il ne l'est habituellement, ce qui a mis en évidence la possibilité d'abaisser sensiblement les températures de fabrication et d'application de l'enrobé. Un enrobé comprenant le liant du cas 4 a été fabriqué à une température de 140°C, soit un gain de 30°C par rapport à la température habituelle. Ces deux enrobés contiennent 5,75% de bitume et 94,25% de granulats 0/14 reconstitués dont la courbe granulométrique est présentée sur la figure 1.

11.2. Résultats et performances

Les performances des enrobés obtenus à partir du liant de l'invention ont été évaluées par plusieurs essais :

Essai à la Presse à cisaillement giratoire (PCG) selon EN 12697-31 : L'objectif de cet essai est d'évaluer l'aptitude de l'enrobé au compactage. Dans cette optique, la presse à cisaillement giratoire (PCG), qui produit une action combinée de compression, d'attrition, de broyage et de trituration, est utilisée pour simuler les contraintes induites en chantier lors de la construction de la chaussée et de sa mise en service. Il s'agit de suivre l'évolution de la hauteur de l'éprouvette (donc de sa compacité) en fonction du nombre de girations.

Module de rigidité : L'essai est réalisé conformément à la norme EN 12697-26. Des corps d'épreuve d'une forme adaptée sont soumis à déformation dans le domaine linéaire, par des chargements répétés ou à des vitesses de déformation contrôlées. Les amplitudes de contrainte et de déformation sont mesurées, simultanément avec le déphasage entre la contrainte et la déformation. L'éprouvette peut être soit trapézoïdale (essai en flexion 2 points), soit cylindrique (essai par traction indirecte).

Sensibilité à l'eau (essai Duriez NF P 98-251-1) : Cet essai permet d'évaluer la sensibilité à l'eau d'un enrobé au travers de la mesure de la chute de sa résistance en compression après une période d'immersion de 7 jours. Dans cette optique, deux séries d'éprouvettes cylindriques sont fabriquées. La première série est conservée dans l'air à 18°C et dans des conditions d'hygrométrie contrôlées (40 ù 70%), la deuxième série est conservée dans l'eau à 18°C. Après 7 jours, on mesure la résistance en compression de la série d'éprouvettes conservées dans l'air et de la série d'éprouvettes conservées dans l'eau (notées respectivement R et r). Le rapport r/R constitue un indicateur de la tenue à l'eau de l'enrobé.

Résistance à l'orniérage (EN 12697-22) : L'objectif de l'essai est de caractériser l'enrobé hydrocarboné du point de vue de sa résistance à l'orniérage, dans des conditions comparables aux sollicitations sur route. Une plaque d'enrobé, de dimensions normalisées, est exposée aux sollicitations d'un pneumatique sous une pression de 6 bars, la charge roulante étant ajustée à 5000 N. L'essai est réalisé à une température de 60°C. La profondeur de l'ornière (hors bourrelet) est mesurée à 1000, 3000, 10 000 cycles, et éventuellement à 30 000 et 100 000 cycles. Elle est exprimée en % de l'épaisseur de la plaque.

Résultats obtenus sur Résultats obtenus sur Spécifications EN un enrobé 0/14 un enrobé 0/14 13108-1 pour EME Cimescaut / Cimescaut / liant du 0/14 de classe 2 liant du cas 1 cas 4 Aptitude au compactage : 5,1 % (170°C) 5,1 % (140°C) <_ 6 % PCG : % de vides à 100 girations Module de rigidité à 15°C, 10 Hz 14 900 MPa 16 600 MPa >_ 14 000 MPa Sensibilité à l'eau : essai Duriez 88 % 93% 70 0/0 Rapport r/R Résistance à l'orniérage : 4,6 % 5,6% 3 à 6% 0/0 de vide des plaques 4,0 % 3,7% < 7,5% Profondeur d'ornière à 30000 cycles et 60°C Lors de l'utilisation du liant du cas 1 la température de malaxage ainsi que celle de l'évaluation de l'aptitude au compactage par la presse à cisaillement giratoire ont été maintenues à 170°C, soit 15°C au-dessus du point de ramollissement de la résine, et l'enrobé s'est avéré nettement plus maniable qu'un enrobé fabriqué à partir d'un bitume 10/20 classique . Ceci permet de mettre en évidence l'influence de la résine, et confirme qu'il est possible de diminuer la température de fabrication et d'application des enrobés grâce à l'utilisation du liant de l'invention. L'utilisation d'au moins une résine naturelle ou synthétique dans un liant bitumineux comprenant un bitume choisi dans les classes 20/30 à 160/220, de préférence un bitume 35/50 permet bien d'obtenir un enrobé à module élevé.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Enrobé bitumineux ou béton bitumineux à module élevé pour la réalisation de couches et/ou de revêtements de construction routière et/ou de génie civil caractérisé en ce qu'il comprend : - un liant bitumineux comprenant en poids par rapport au poids total du liant bitumineux : (a) 70 à 98 % d'au moins un bitume choisi dans les classes 20/30 à 160/220, de préférence un bitume 35/50, (b) 2 à 30% d'au moins une résine naturelle ou synthétique ayant un point de ramollissement mesuré selon la norme EN 1427 compris entre 90°C et 160°C, - un granulat.
2. 2. Enrobé bitumineux ou béton bitumineux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liant bitumineux représente 3% à 7% en poids du poids total de l'enrobé ou du béton bitumineux.
3. 3. Enrobé bitumineux ou béton bitumineux selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le liant bitumineux a une pénétrabilité à 25°C, mesurée selon la norme NF EN 1426, de 0 à 35 (1/10 mm), de préférence de 10 à 30 (1/10 mm), de préférence de 10 à 20 (1/10 mm).
4. 4. Enrobé bitumineux ou béton bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que : - l'enrobé à modulé élevé possède un module de rigidité selon la norme EN 12697-26 supérieure à 14000 MPa et une profondeur d'ornière selon la norme EN 12697-22 inférieure à 7,5 %, de préférence inférieure à 5 % à 30 000 cycles et 60°C, et - le béton bitumineux possède un module de rigidité selon la norme EN 12697-26 supérieure à 9 000 MPa, de préférence supérieur à 12 000 et une profondeur d'ornière selon la norme EN 12697-22 inférieure à 10 %, de préférence inférieure à 7,5 % à 30 000 cycles et 60°C.
5. 5. Enrobé bitumineux ou béton bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la résine est choisie parmi les résines d'hydrocarbures et les résines issues des ressources végétales.
6. 6. Enrobé bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le liant bitumineux a une viscosité de 1,5 Pa.s à une température inférieure à 130°C.
7. 7. Enrobé bitumineux ou béton bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le liant bitumineux a une viscosité de 0,2 Pa.s à une température inférieure à 170°C.
8. 8. Couche ou revêtement de construction, caractérisé(e) en ce qu'elle (il) est constitué(e) d'un enrobé ou d'un béton bitumineux selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
9. 9. Utilisation d'au moins une résine naturelle ou synthétique dans un liant bitumineux comprenant un bitume choisi dans les classes 20/30 à 160/220, de préférence un bitume 35/50 pour obtenir un bitume de classe 10/20.
10. 10. Utilisation d'un liant bitumineux comprenant un bitume choisi dans les classes 20/30 à 160/220 et au moins une résine naturelle ou synthétique pour obtenir un enrobé ou un béton bitumineux à module élevé.