Brevet FR2695725A1 — publié le 19940318

DISPOSITIF POUR LA DETERMINATION DE LA PERMEABILITE D'UN REVETEMENT ROUTIER A DIFFERENTES TEMPERATURES. La présente invention concerne un dispositif pour la détermination en laboratoire de la perméabilité ou "drainabilité" d'un enrobé pour le revêtement de chaussées, avant ou après sa mise en place sur un support quelconque, et pour l'évaluation du comportement des produits de déverglaçage (solides, liquides ou un mélange de ces deux formes) dans ces enrobés, à différentes températures. Depuis 1984, de nombreux type de revêtements routiers (tels que les enrobés drainants, les bétons bitumineux très minces, etc...) connaissent, sur autoroutes, voies rapides urbaines etc..., un fort développement, car ils permettent de résoudre un certain nombre de problèmes de sécurité routière sur route mouillée (aquaplanage, projections d'eau, reflets des phares, etc) et de réduire les bruits de roulement. En ce qui concerne les études en laboratoire des formulations d'enrobés drainant, notamment, il est indispensable d'élaborer une technologie et une méthodologie qui permettent 1) une évaluation systématique de la drainabilité (ou perméabilité) des enrobés drainants, avant leur application, qui soit cohérente avec les essais réalisés à posteriori 2) une étude des phénomènes qui se produisent lors des traitements de viabilité hivernale d'une chaussée drainante à différentes températures. On sait que, pour mesurer la perméabilité des enrobés, il existe actuellement deux types d'appareils - les perméamètres de chantier, qui mesurent un débit ou un temps d'écoulement au travers d'une surface de mesure délimitée. Ces appareils fiables et d'utilisation simple présentent cependant l'inconvénient de ne pouvoir effectuer des mesures que sur le site, avec toutes les contraintes, notamment climatiques, que cela suppose - le perméamètre du Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées d'AUTUN, dont le principe repose sur la mesure d'un débit au travers d'une éprouvette cylindrique d'enrobé, étanchéifiée latéralement et soumise à une différence de pression (dite pression motrice) entre ses deux faces. Ce dernier appareil a été conçu pour être utilisé avec des enrobés classiques à de fortes pression motrices, compte tenu de la faible perméabilité des matériaux testés. Or, les enrobés drainants étant perméables, l'application de fortes pressions motrices engendre un débit important dans l'éprouvette, qui fait que le régime laminaire n'est plus respecté et que les mesures de débit n'ont plus aucune signification. Du fait de sa conception même, cet appareil n'est donc pas adapté aux spécificités des enrobés drainants. Pour pallier ces inconvénients, les Demanderesses ont conçu et réalisé un dispositif adapté aux mesures en laboratoire de la drainabilité des enrobés, convenant plus particulièrement aux enrobés drainants, dans une vaste gamme de températures (-200C,+200C), intégrable dans le processus d'élaboration et de contrôle de ces enrobés. Dans son principe, le dispositif conforme à l'invention vise à imposer soit une différence de charge constante, tout au long de l'essai, entre les deux faces d'une éprouvette étanchéifiée latéralement, soit un débit de fluide constant au travers de ladite éprouvette. Le coefficient de perméabilité K est alors déterminé par la loi de DARCY, caractérisant l'écoulement d'un fluide en régime laminaire et permanent, dans un milieu poreux, saturé, isotrope, qui s'énonce par l'équation K = Q.h/S.6H où: K désigne le coefficient de perméabilité en (cm/s), Q est le débit de fluide dans l'éprouvette (en cm3/s), h est la hauteur de l'éprouvette (en cm), S est la section de l'éprouvette (en cm2), bH est la différence de charge hydraulique entre les faces de l'éprouvette (en cm). L'invention a donc pour objet un dispositif pour la détermination de la perméabilité d'un enrobé, notamment du type dit "drainant", ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend - une chambre de mesure apte à recevoir en une position prédéterminée une éprouvette cylindrique de l'enrobé à tester - des moyens d'étanchéification latérale de l'éprouvette - un moyen d'alimentation de la chambre en fluide, ce fluide s'écoulant dans la chambre sensiblement suivant l'axe de l'éprouvette et le moyen d'alimentation étant apte à maintenir une différence de charge constante entre l'extrémité amont et l'extrémité aval de l'éprouvette, dans le sens de l'écoulement du fluide, ou un débit constant au travers de la dite éprouvette - un moyen apte à maintenir l'éprouvette, la chambre de mesure et le fluide, à une température identique constante tout au long de la mesure - un capteur de pression différentielle, apte à mesurer la différence de charge entre l'extrémité amont et l'extrémité aval de l'éprouvette. De préférence, l'axe de l'éprouvette d'enrobé à tester sera disposé verticalement dans la chambre de mesure et celle-ci sera alimentée de bas en haut en fluide, de manière à assurer une saturation complète de l'éprouvette en ce fluide. Une des caractéristique essentielles de ce dispositif réside dans le choix des moyens d'étanchéification latérale de l'éprouvette. Les Demanderesses ont, en effet, établi qu'un moyen préféré comprend une membrane imperméable, déformable élastiquement gainant l'éprouvette, cette membrane étant appliquée contre la face latérale de l'éprouvette à l'aide d'un fluide sous pression, liquide ou gazeux. En réglant les pressions relatives du liquide traversant l'éprouvette et du fluide appliquant la membrane imperméable contre l'éprouvette, il sera ainsi possible d'éviter toute fuite du liquide et toute perturbation des mesures. Dans une forme de réalisation avantageuse, la chambre dans laquelle s'écoule le liquide sous pression pourra comprendre deux demi-chambres écartées l'une de l'autre, l'une comportant un orifice d'alimentation du fluide à tester et l'autre un orifice d'évacuation de ce fluide, l'éprouvette d'enrobé étant interposée entre ces deux demi-chambres de manière à les réunir de façon étanche, sans que sa face latérale soit logée dans cellesci, l'ensemble étant lui-même logé dans une enceinte étanche alimentée en fluide sous pression, de façon telle que ce fluide vienne en contact avec la face latérale externe de la membrane souple gainant l'éprouvette. Cette membrane pourra avantageusement être pincée entre la face latérale de l'éprouvette et un fourreau coaxial à celle-ci, présentant des perforations livrant passage au fluide sous pression. Les deux demi-chambres auront de préférence des sections axiales en forme de cônes inversés ayant le même axe de symétrie que l'éprouvette, en vue d'éliminer les pertes de charge dues à ces chambres et de favoriser l'évacuation de l'air contenu dans l'éprouvette à tester, lors de sa saturation en liquide sous pression. Leur section transversale la plus large sera contiguë à l'éprouvette d'enrobé à tester. Le fluide à tester sera injecté dans la chambre de mesure avec un débit très faible, de l'ordre de 20 à 250 ml/mm, à l'aide, par exemple, d'une pompe péristaltique, à partir d'un réservoir de ce liquide, avec éventuellement un retour du liquide au réservoir. Le moyen apte à maintenir à une température constante l'éprouvette, le fluide à tester et la chambre de mesure, pourra comprendre de façon simple un serpentin entourant la chambre de mesure, alimenté en fluide caloporteur, régulé en température par un cryostat. On pourra avantageusement prévoir dans le cryostat une sonde de mesure de température, connectée au moyen de commande de la température du cryostat, en vue de réguler la température du liquide. Le capteur de pression différentielle devra naturellement être adapté aux conditions d'utilisation et, en particulier, être résistant à la corrosion. De préférence, il permettra la mesure de la différence de charge entre l'amont et l'aval de l'éprouvette, dans le sens de l'écoulement du fluide à tester, avec une précision de 0,05.102 Pascals (0,05 millibar). Les éprouvettes cylindriques d'enrobé à tester pourront aussi bien être réalisées par carottage de chaussées que sur des plaques issues d'un compacteur de plaques. Elles pourront aussi être issues d'un essai à la Presse à Cisaillement Giratoire (P.C.G.) ou être produits directement par compactage double effet dans un moule cylindrique. Les Demanderesses ont établi qu'avec le dispositif conforme à l'invention, l'écoulement du fluide à tester s'effectue exclusivement à travers la masse de l'éprouvette, sans passage à l'extérieur de celle-ci, entre sa paroi latérale et la membrane souple qui la gaine. En outre, il a été vérifié que ce dispositif assure un écoulement homogène du fluide à tester à travers l'éprouvette, sans que celui-ci emprunte des passages préférentiels, et ses caractéristiques sont telles que l'on peut négliger les pertes de charge dues à la structure de la chambre d'écoulement. Les dessins schématiques annexés, qui n'ont pas de caractère limitatif, illustrent 1 invention. Sur ces dessins La figure 1 représente, sous la forme d'un schémabloc, l'ensemble du dispositif La figure 2 est une vue en coupe axiale d'une forme de réalisation préférée de la chambre de mesure. Sur ces dessins, les lignes épaisses correspondant au circuit du fluide à tester, tandis que les lignes minces correspondant aux circuits de circulation des fluides auxiliaires. Sur la figure 1, cette chambre est désignée par la référence 1. Elle est alimentée en fluide à tester, par la ligne 2, à l'aide d'une pompe péristaltique 3, à partir d'un réservoir 4. Une ligne 5 assure le retour au réservoir 4 du fluide, après passage au travers de l'éprouvette d'enrobé contenue dans la chambre 1, et une vanne 6, disposée sur la ligne 5, permet d'évacuer librement le liquide par la ligne 7, si on le désire. Un capteur de pression différentielle 8 est placé en dérivation entre les lignes 2 et 5 et un dispositif 9 connecté à une sonde thermique permet de contrôler la température de la chambre 1 de mesure. Un débitmètre 10 est prévu sur la pompe péristaltique 3. La chambre 1 est maintenue à une température constante à l'aide d'un circuit distinct de refroidissement, passant par le cryostat 11. La régulation du cryostat à une température constante est effectuée par des moyens appropriés à partir de la température mesurée dans le réservoir 4 par une sonde de température et transmise au cryostat 11 par une ligne 12. Une forme préférée de réalisation de la chambre de mesure 1 est représentée sur la figure 2. Cette chambre est constituée de deux demi-chambres 15 et 16, disposées coaxialement à l'éprouvette cylindrique 17 de l'enrobé à tester, dont l'axe est luimême disposé verticalement. Les deux demi-chambres ont une section axiale conique et elles sont séparées l'une de l'autre et réunies de façon étanche par l'éprouvette 17. Celle-ci est gainée sur sa surface cylindrique par une membrane élastiquement déformable 18, qui est interposée entre un fourreau rigide 19, percé d'ouvertures, qui dépasse au-dessus et au-dessous de l'éprouvette 17, les parties saillantes de ce fourreau étant revêtues de la membrane 18, laquelle est rabattue à l'extérieur de ce fourreau. Les parties saillantes du fourreau sont engagées de façon étanche dans des évidements circulaires 20 et 21 des parois des demichambres 15 et 16. Les demi-chambres 15 et 16 sont logées dans une enceinte 21, coiffée de manière étanche par un couvercle 22. La demi-chambre 15 est munie, à son extrémité contiguë à la base de l'enceinte 21, d'un orifice d'alimentation 23, communiquant de façon étanche avec un orifice 24 de l'enceinte 21, lui-même connecté avec la pompe péristaltique 3 de la figure 1, en vue de l'alimentation de l'éprouvette 17 en fluide à tester. De façon analogue, l'extrémité supérieure de la demie-chambre 16 communique de façon étanche, par un orifice 25, avec un orifice 26 du couvercle 22, l'orifice 25 étant connecté à la vanne 6 de la figure 1, en vue de l'évacuation du liquide ayant traversé l'éprouvette 17. Un orifice 27 est prévu dans le couvercle 22 pour permettre un raccordement avec un circuit d'air comprimé, pour mettre ainsi sous pression la partie de l'enceinte 21 extérieure aux demi-chambres 15 et 16 et appliquer fermement, de façon étanche, la membrane 18 contre la face latérale cylindrique de l'éprouvette 17. On pourra éviter ainsi toute fuite du liquide traversant cette éprouvette. Un autre orifice 28 peut être prévu à la base de l'enceinte 21 pour tout autre raccordement éventuel. Une sonde thermique 29, plongeant dans la demichambre 16, est connectée au dispositif 9 de la figure 1 et permet de mesurer la température à l'intérieur du dispositif. Cette température est maintenue constante dans l'ensemble de l'enceinte 21 et identique à celle du fluide à tester traversant l'éprouvette 17 à l'aide d'un serpentin 30, entourant les demi-chambres 15 et 16 et alimenté à partir du cryostat 11. Le dispositif conforme à l'invention est donc d'une conception extrêmement simple et d'une grande facilité d'utilisation, pour l'étude de la perméabilité des enrobés de revêtement de chaussées ou similaires. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la détermination de la perméabilité d'un enrobé, notamment du type dit "drainant", ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend - une chambre de mesure (1) apte à recevoir en une position prédéterminée une éprouvette cylindrique (17) de l'enrobé à tester - des moyens (18) d'étanchéification latérale de l'éprouvette - un moyen (3, 4) d'alimentation de la chambre en fluide à tester, ce liquide s'écoulant dans la chambre sensiblement suivant l'axe de l'éprouvette et le moyen d'alimentation étant apte à maintenir une différence de charge constante entre l'extrémité amont et l'extrémité aval de l'éprouvette (17), dans le sens de l'écoulement du fluide, ou un débit constant - un moyen (4, 11) apte à maintenir l'éprouvette, la chambre de mesure et le fluide, à une température identique constante tout au long de la mesure - un capteur (8) de pression différentielle, apte à mesurer la différence de charge entre l'extrémité amont et l'extrémité aval de l'éprouvette (17). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de l'éprouvette (17) dans le chambre (1) est maintenu en position verticale et en ce que la chambre (1) est alimentée de bas en haut en liquide sous pression. 3. Dispositif selon l'une des revendication 1 et 2, caractérisé en ce que le moyen d'étanchéification latérale de l'éprouvette (17) comprend une membrane (18) imperméable, déformable élastiquement, gainant l'éprouvette (17), cette membrane étant appliquée contre la face latérale de l'éprouvette à l'aide d'un fluide sous pression, liquide ou gazeux. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la chambre (1) dans laquelle s'écoule le fluide à tester comprend deux demi-chambres (15, 16) écartées l'une de l'autre, l'une (vis) comportant un orifice (23) d'alimentation du fluide et l'autre (16) un orifice (25) d'évacuation de ce fluide, l'éprouvette (17) d'enrobé étant interposée entre ces deux demi-chambres (15, 16) de manière à les réunir de façon étanche, sans que sa face latérale soit logée dans celles-ci, l'ensemble étant luimême logé dans une enceinte étanche (21, 22) alimentée en fluide sous pression, de façon telle que ce fluide vienne en contact avec la face latérale externe de la membrane souple (18) gainant l'éprouvette. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la membrane (18) est pincée entre la face latérale de l'éprouvette (17) et un fourreau coaxial à celle-ci, présentant des perforations pour le passage du fluide sous pression. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les deux demi-chambres (15, 16) ont une section axiale en forme de cône, les deux cônes étant disposés en sens inverse l'un de l'autre et leur plus grande section transversale étant contiguë à l'éprouvette (17). 7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le moyen apte à maintenir à une température constante l'éprouvette (17) à tester, le fluide à tester et la chambre de mesure (1), comprend un serpentin (30) entourant la chambre (1) de mesure, régulé en température par un cryostat (11). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le cryostat (11) est asservi à un moyen de mesure de la température régnant à l'intérieur du réservoir (4).