Brevet FR2770850A1 — publié le 19990514

L'invention a trait à une composition bitumineuse renfermant un bitume et un adjuvant dérivé d'une huile végétale. Elle se rapporte encore à l'application de ladite composition pour la production de liants bitumineux, qui sont utilisables pour la réalisation de revêtements et en particulier de revêtements superficiels routiers, d'enrobés ou encore de revêtements d'étanchéité. Il est bien connu de produire des compositions bitumineuses, utilisables comme liants bitumineux, en incorporant une huile végétale ou un produit obtenu par transestérification de cette huile à un bitume et d'utiliser les liants bitumineux obtenus pour la réalisation de revêtements et en particulier de revêtements superficiels routiers, d'enrobés ou encore de revêtements d'étanchéité. Ainsi la citation EP-A-0568757 décrit un liant bitumineux à appliquer à chaud pour la réalisation de revêtements routiers asphaltiques, ledit liant consistant en une composition bitumineuse renfermant une proportion majeure d'un bitume et au moins 3%, en poids, d'un adjuvant consistant notamment en une huile végétale telle que l'huile de lin ou l'huile de colza. La citation CH-A-641822 enseigne l'addition d'une huile végétale, notamment huile de colza, à une composition bitumineuse du type bitume/polymère, utilisable comme liant bitumineux pour revêtement de chaussée, dans le but d'améliorer l'homogénéisation des ingrédients formant la composition, la quantité d'huile représentant 1% à 5% du poids total desdits ingrédients incluant l'huile. La citation GB-A-2045260 concerne une composition bitumineuse pour l'imperméabilisation de substrats, notamment en mousse de polyuréthane, ladite composition renfermant, en poids, 70% à 90% de bitume, 1% à 3% d'un vernis d'huile de lin, 2% à 10% de paraffine, 3% à 20% de stéarine, 0% à 2% de polyisobutène de masse moléculaire inférieure à 10 000, 0% à 5% de résine de silicone, 0% à 4% d'huile à broches et 0,05% à 0,5% de -naphtol. La citation FR-A-2721043 a trait à des émulsions aqueuses de liants bitumineux pour la production d'enrobés à froid ou pour la réalisation de revêtements routiers, lesquels liants consistent en compositions bitumineuses renfermant un bitume et un agent fluxant, dans un rapport pondéral bitume : agent fluxant allant de 99 : 1 à 50 : 50 et éventuellement d'autres additifs, ledit agent fluxant consistant en une huile végétale, par exemple, huile de colza, ou encore, notamment, en un produit de transestérification de l'huile végétale, par exemple ester méthylique de l'huile de colza. Les compositions bitumineuses utilisables comme liants bitumineux, qui sont formées d'un mélange d'un bitume et d'un adjuvant consistant en une huile végétale ou en un produit de transestérification de cette huile par un alcool léger tel qu'un alcanol en C1 à C6 comme le méthanol, présentent certes des propriétés améliorées, notamment indice de pénétrabilité moins négatif, meilleure adhésivité sur calcaire et diorite et meilleur comportement à froid, par rapport à un bitume de consistance voisine, mais par contre leur teneur au vieillissement à température élevée est nettement moins bonne. On a trouvé que l'on pouvait remédier aux insuffisances des compositions bitumineuses du type précité en ce qui concerne la tenue au vieillissement à température élevée, sans perturber les autres propriétés de ces compositions, en utilisant un adjuvant particulier constitué d'un résidu spécifique de distillation d'huile végétale ou d'ester d'huile végétale. L'invention a pour objet une composition bitumineuse, utilisable notamment comme liant bitumineux, constituée d'un bitume et, comptés en poids du bitume, de 0,1 % à 30 % d'un adjuvant dérivé d'une huile végétale et elle se caractérise en ce que ledit adjuvant consiste en un résidu de distillation de cette huile ou d'un produit de transestérification de ladite huile par un alcanol en C1 à C6, lequel résidu possède une viscosité dynamique à 60"C ayant une valeur comprise entre 20 mPa.s et 50000 mPa.s. Plus particulièrement, l'adjuvant selon l'invention présente une viscosité dynamique à 60"C ayant une valeur comprise entre 25 mPa.s et 10000 mPa.s. De préférence, l'adjuvant est présent dans la composition bitumineuse en quantité représentant 0,5% à 15% en poids du bitume, ladite quantité étant tout spécialement comprise entre 1% et 10% en poids du bitume. Ledit adjuvant peut être en particulier le résidu de distillation d'une huile végétale telle que huile de colza, huile de soja, huile de tournesol ou encore huile de pin ou bien le résidu de distillation du produit de transestérification d'une telle huile par un alcanol ayant 1 à 6 atomes de carbone dans la molécule, notamment éthanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, pentanol, hexanol et surtout méthanol. Avantageusement, l'adjuvant selon l'invention ne renferme pas plus de 20% en poids de constituants distillant à 400"C à la pression atmosphérique. Dans la présente description et les revendications associées, le terme ''bitume'' désigne un bitume unique ou encore un mélange de bitumes. Le bitume, que l'on utilise pour la constitution de la composition bitumineuse, est choisi avantageusement parmi les divers bitumes qui possèdent une viscosité cinématique à 100"C comprise entre 0,5x10-4 m2/s et 3x10-2 m2/s et de préférence entre 1x10-4 m2/s et 2x10-2 m2/s. Ces bitumes peuvent être des bitumes de distillation directe ou de distillation sous pression réduite ou encore des bitumes soufflés ou semi-soufflés, des résidus de désasphaltage au propane ou au pentane, des résidus de viscoréduction, voire même certaines coupes pétrolières ou des mélanges de bitumes et de distillats sous vide ou encore des mélanges d'au moins deux des produits venant d'être énumérés. Avantageusement, le bitume utilisé selon l'invention, outre une viscosité cinématique comprise dans les intervalles précités, présente une pénétrabilité à 25"C, définie suivant la norme NF T 66004, comprise entre 5 et 800 et de préférence entre 10 et 400. La composition bitumineuse est préparée en mettant en contact l'adjuvant avec le bitume, dans des proportions choisies dans les intervalles définis précédemment, en opérant à des températures comprises entre 100"C et 230"C, plus particulièrement entre 120"C et 1900C, et sous agitation, pendant une durée suffisante, par exemple de 10 minutes à 8 heures et plus particulièrement de 10 minutes à 5 heures pour former une masse homogène constituant la composition bitumineuse. A un moment quelconque au cours de sa constitution, la composition bitumineuse peut être encore additionnée d'additifs conventionnellement utilisés dans les compositions bitumineuses à usage de liants bitumineux, notamment promoteurs d'adhésion du liant bitumineux aux surfaces minérales, ou encore de charges comme le talc, le noir de carbone, les pneus usagés réduits en poudrette. Les compositions bitumineuses selon l'invention, à tenue améliorée à température élevée, peuvent être utilisées telles quelles ou bien diluées avec des proportions variables d'un bitume ou d'une composition bitumineuse selon l'invention ayant des caractéristiques différentes pour constituer des liants bitumineux ayant une teneur choisie en adjuvant, qui peut être soit égale (composition non diluée) ou bien inférieure (composition diluée) à la teneur en adjuvant des compositions bitumineuses initiales correspondantes. La dilution des compositions bitumineuses selon l'invention avec le bitume ou avec une composition selon l'invention de caractéristiques différentes peut être réalisée soit directement à la suite de l'obtention desdites compositions, lorsqu'une utilisation quasi immédiate des liants bitumineux résultants est requise, ou bien encore après une durée de stockage plus ou moins prolongée des compositions bitumineuses, lorsqu'une utilisation différée des liants bitumineux résultants est envisagée. Le bitume utilisé pour la dilution d'une composition bitumineuse selon l'invention peut être choisi parmi les bitumes définis précédemment, comme convenant à la constitution des compositions bitumineuses. La dilution d'une composition bitumineuse par un bitume ou par une seconde composition selon l'invention à teneur plus faible en adjuvant, pour former un liant bitumineux à teneur choisie en adjuvant inférieure à celle de la composition bitumineuse à diluer, est généralement réalisée en mettant en contact, sous agitation et à des températures comprises entre 100"C et 2300C et plus particulièrement entre 120"C et 1900C, des proportions convenables de la composition bitumineuse à diluer et de bitume ou de seconde composition bitumineuse selon 1' invention. Les liants bitumineux consistant en les compositions bitumineuses selon l'invention ou résultant de la dilution desdites compositions par un bitume ou par une autre composition bitumineuse selon l'invention, jusqu'à la teneur désirée en adjuvant dans lesdits liants, sont applicables, directement ou après mise en émulsion aqueuse, à la réalisation de revêtements routiers du type enduit superficiel, à la production d'enrobés mis en place à chaud ou à froid, ou encore à la réalisation de revêtements d'étanchéité et tout particulièrement à la réalisation d'enduits superficiels et d'enrobés mis en place à chaud. L'invention est illustrée par les exemples suivants donnés à titre non limitatif et dans lesquels les quantités et pourcentages sont exprimés en poids sauf indication contraire. Dans ces exemples, on fait référence, entre autres, à trois caractéristiques rhéologiques et mécaniques des bitumes ou des compositions bitumineuses, qui sont - la pénétrabilité (en abrégé ''peu''), exprimée en 1/10 de mm et déterminée selon les modalités de la norme NF T 66004, - la température de ramollissement Bille et Anneau (en abrégé ''TBA''), exprimée en "C et déterminée par l'essai Bille et Anneau défini par la norme NF T 66008, et - l'indice de PFEIFFER donnant une indication de la susceptibilité thermique d'un produit bitumineux et calculé par la relation 20 - 500 A IP = ~~~~~~~~~~~~~~~ 1 + 50 A avec, dans cette relation, A désignant la quantité représentée par l'équation log1o 800 - log1o pen A TBA - 25 La susceptibilité thermique du produit bitumineux est d'autant plus faible que la valeur de l'indice de PFEIFFER est plus grande ou, ce qui revient au même, que la valeur de la grandeur A est plus faible. EXEMPLES 1 ET 2: On préparait une composition bitumineuse selon l'invention (exemple 1) et une composition bitumineuse témoin (exemple 2) renfermant, chacune, 93,5% d'un bitume ayant une pénétrabilité (norme NF T 66004) dans l'intervalle 10/20 et 6,5t d'un adjuvant dérivé d'une huile végétale. L'adjuvant de l'exemple 1 (en abrégé ''REMC'') consistait en un résidu de distillation d'ester méthylique d'huile de colza, tandis que l'adjuvant de l'exemple 2 (en abrégé ''EMC'') était constitué de l'ester méthylique d'huile de colza, dont la distillation fournissait l'adjuvant de l'exemple 1. Le tableau I ci-après donne les caractéristiques principales des adjuvants REMC et EMC utilisés respectivement dans les exemples 1 et 2. TABLEAU I EXEMPLE 1 2 ADJUVANT REMC EMC - Masse volumique à 25 C (kg/m )..... : 894 838 - Température pour 20% de distillat.. : 448 C 369 C - Température pour 40% de distillat.. : 570 C 371 C - Température pour 90% de distillat.. : > > 570 C 374 C - Indice d'iode (mg/g) : 40-45 115 - Indice de saponification (mg/g) : 130-140 190 - Indice d'acide (mg/g) : 1-8 0 - Viscosité dynamique (mPa.s) à 20 C................... 255/290 7 à 40 C................... 85/95 5 à 60 C .................. 40 3 à 80 C .................. 20 2 - Point d'écoulement ( C) : -3 -12 Les compositions bitumineuses étaient préparées comme suit Dans un réacteur opérant à une température comprise entre 1600C et 1700C et sous agitation, on introduisait 935 parties du bitume, de pénétrabilité comprise dans l'intervalle 10/20, ainsi que 65 parties de l'adjuvant choisi et l'on maintenait le contenu du réacteur à ladite température et sous agitation, jusqu'à l'obtention d'une masse homogène constituant la composition bitumineuse, cette opération durant environ 30 minutes. On comparait les caractéristiques de la composition bitumineuse obtenue dans chacun des exemples aux caractéristiques similaires d'un bitume pur ayant une valeur de pénétrabilité comparable à celle de la composition bitumineuse. En particulier, la comparaison portait sur la pénétrabilité et la température de ramollissement Bille et Anneau avant et après avoir soumis la composition bitumineuse et le bitume pur comparable à l'essai de vieillissement défini dans la norme ASTM D 2872 et intitulé "Rolling Thin Film Oven Test'' (en abrégé essai RTFOT). De plus, on appréciait l'adhésivité des compositions bitumineuses des exemples 1 et 2 et celle des bitumes purs comparables, en faisant appel à un essai d'évaluation empirique de l'affinité réciproque ,en présence d'eau, d'un liant bitumineux (composition bitumineuse ou bitume pur) pour des granulats. Cet essai est un essai d'adhésion passive, c'est-à-dire qu'il permet de s' assurer que l'eau ne déplacera pas le liant bitumineux de la surface des enrobés. - Exécution de l'essai d'adhésion passive Cet essai, qui consiste à immerger dans l'eau, dans des conditions déterminées, des granulats enrobés d'un liant bitumineux et à évaluer le pourcentage de surface recouverte de liant, après un certain temps d'immersion, est mis en oeuvre comme suit On verse 100g de granulats 4/6,3 mm dans une capsule, maintenue sur une plaque chauffante et renfermant 5g du liant bitumineux, et mélange intimement ces deux produits dans la capsule au moyen d'un agitateur, puis on introduit le mélange obtenu dans un bécher que l'on recouvre d'un verre de montre et laisse reposer une demi-heure. On verse ensuite dans le bécher 300 ml d'eau déminéralisée à 60"C, puis on recouvre le bécher d'un verre de montre et maintient l'ensemble à 60"C, pendant 16 heures, en atmosphère ambiante. On apprécie visuellement les surfaces recouvertes d'un film du liant bitumineux en donnant une note correspondant à la cotation suivante 100 : aucune surface découverte 90 : plus de 90% des surfaces sont recouvertes 75 : 75 à 90% environ des surfaces sont recouvertes 50 : 50 à 75% environ des surfaces sont recouvertes 0 : le liant est séparé des granulats En outre, à partir d'enrobés produits en utilisant comme liant bitumineux, soit la composition bitumineuse de l'exemple 1 ou 2 ou le bitume pur comparable correspondant, on réalisait des éprouvettes parallélépipédiques pour des essais d'orniérage exécutés selon les modalités de la norme NF P 982531. - Essai d'orniérage Dans cet essai, on détermine la profondeur d'une ornière créée par fluage au moyen de la simulation d'une charge de 500 kN roulant sur l'enrobé à une fréquence de 1 Hz, ladite détermination ayant lieu après un certain nombre de cycles de sollicitation de l'enrobé. Les éprouvettes, qui ont la forme d'un parallélépipède ayant une longueur de 50 cm, une largeur de 18 cm et une hauteur de 10 cm, sont préparées par moulage, comme décrit dans la norme précitée, à partir de l'enrobé chaud. D'autre part, sur les compositions bitumineuses et les bitumes purs comparables, on déterminait également, après vieillissement RTFOT,la valeur du module de rigidité G*/sin 6 à 60"C. Enfin, on appréciait encore le comportement à froid des compositions bitumineuses et des bitumes purs comparables correspondants, en déterminant, à l'aide d'un rhéomètre à flexion de barreau (en anglais Bending Beam Rheometer'', abrégé en ''BBR''), la température de rigidité limite à froid (TRF), c'est-à-dire la température à laquelle la rigidité S au fluage atteint 300 MPa, et la température de pente m limite (TmL), c'est-à-dire la température à laquelle la pente de la courbe de fluage à 60 s de temps de charge (valeur m) est égale à 0,3. Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau II ci-après. TABLEAU II EXEMPLE 1 2 Bitume Bitume Bitume Bitume Composition 10/20 + 35/50 pur 10/20 + 70/100 REMC EMC pur - Pénétrabilité à 25 C (1/10 mm) 38 39 111 99 - TBA ( C) 58 54 45,5 46 - Indice Pfeiffer -0,01 -0,80 -0,29 -0,50 ESSAI RTFOT : - Pénétrabilité résiduelle (%) 68 64 37 66 - Variation de TBA ( C) +7 +6 +11,5 +5,5 ADHESIVITE .Calcaire (%) 90 50 90 75 .Quartzite (%) .Silex (%) 50 .Diorite (%) 75 50 90 50 RHEOLOGIE APRES RTFOT - G*/sin 6 à 60 C (Pa) 17620 12150 ORNIERAGE - après 1000 cycles (%) 3,1 5,5 COMPORTEMENT A FROID (BBR) : - Température pour S=300 MPa ( C) -17 -15 -22 -18 - Température pour pente=0,3 ( C) -19,5 -17 -26 -21 i)- La pénétrabilité résiduelle est le rapport de la valeur de pénétrabilité après l'essai RTFOT à la valeur de pénétrabilité avant l'essai RTFOT. ii)- La variation de TBA est la différence des valeur de TBA après et avant l'essai RTFOT. iii)- Le résultat de essai d'orniérage représente la profondeur de l'ornière, exprimée en pourcentage de la hauteur de l'éprouvette. La comparaison des résultats figurant au tableau II permet de mettre en évidence les points suivants a) Par rapport au bitume de comparaison (bitume 35/50), la composition bitumineuse selon l'invention (exemple 1) présente des propriétés améliorées et notamment . un indice de PFEIFFER moins négatif et donc une susceptibilité thermique plus réduite une meilleure adhésivité sur calcaire et sur diorite des propriétés rhéologiques à chaud améliorées, qui permettent d'obtenir des enrobés bitumineux moins sensibles à la déformation permanente (orniérage) sous l'effet du trafic . un comportement à froid amélioré se traduisant par des résultats meilleurs de près de 2"C, d'après les critères développés par l'organisme américain SHRP (Strategic Highway Research Program). b) Par rapport au bitume de comparaison (bitume 70/100), la composition bitumineuse témoin (exemple 2) présente également des propriétés améliorées et notamment . un indice de PFEIFFER moins négatif (mais plus négatif que celui de la composition bitumineuse selon l'invention) ; une meilleure adhésivité sur calcaire et sur diorite . un comportement à froid amélioré comparable à celui de la composition selon l'invention. c) La composition bitumineuse selon l'invention présente une bonne tenue au vieillissement à haute température, comme il ressort des variations relativement faibles de la pénétrabilité et de la température Bille et Anneau après l'essai de vieillissement RTFOT, ce qui rend ladite composition apte aux applications à haute température. d) La composition bitumineuse témoin, contrairement à la composition bitumineuse selon l'invention, n'a qu'une tenue médiocre au vieillissement à haute température, comme il ressort des variations importantes de la pénétrabilité et de la température Bille et Anneau après l'essai de vieillissement RTFOT, ce qui rend rédhibitoire son utilisation pour les applications à haute température. REVENDICATIONS 1 - Composition bitumineuse, à tenue améliorée à température élevée, constituée d'un bitume et, comptés en poids du bitume, de 0,1 % à 30 % d'un adjuvant dérivé d'une huile végétale et caractérisée en ce que ledit adjuvant consiste en un résidu de distillation de cette huile ou d'un produit de transestérification de ladite huile par un alcanol en C1 à C6, lequel résidu possède une viscosité dynamique à 60"C ayant une valeur comprise entre 20 mPa.s et 50000 mPa.s. 2 - Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que sa teneur en adjuvant représente 0,5 % à 15 % du poids du bitume. 3 - Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que sa teneur en adjuvant représente 1 % à 10 % du poids du bitume. 4 - Composition selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'adjuvant est un résidu de distillation d'une huile végétale choisie parmi huile de colza, huile de soja, huile de tournesol et huile de pin. 5 - Composition selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'adjuvant est un résidu de distillation d'un produit de transestérification d'une huile végétale choisie parmi huile de colza, huile de soja, huile de tournesol et huile de pin, par un alcanol ayant 1 à 6 atomes de carbone dans la molécule. 6 - Composition selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit alcanol est le méthanol. 7 - Composition selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'adjuvant est un résidu de transestérification d'une huile de colza par le méthanol. 8 - Composition selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'adjuvant ne renferme pas plus de 20% en poids de constituants distillant à 400"C à la pression atmosphérique. 9 - Composition selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'adjuvant présente une viscosité dynamique à 60"C comprise entre 25 mPa.s et 10000 mPa.s 10 - Composition selon l'une des revendications 1 à 9,caractérisée en ce que le bitume est choisi parmi les bitumes ayant une viscosité cinématique à 100"C comprise entre 0,5x10-4 m2/s et 3x10-2 m2/s et de préférence entre 1x10-4 m2/s et 2x10-2 m2/s. 11 - Composition selon la revendication 10, caractérisée en ce que le bitume présente une pénétrabilité à 25"C, définie selon la norme NF T 66004, comprise entre 5 et 800 et de préférence entre 10 et 400. 12 - Composition selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle est obtenue en mettant en contact l'adjuvant avec le bitume, dans les proportions choisies, en opérant à des températures comprises entre 100"C et 230"C, plus particulièrement entre 1200C et 1900C, et sous agitation, pendant une durée de 10 minutes à 8 heures et plus particulièrement de 10 minutes à 5 heures, pour former une masse homogène constituant la composition bitumineuse. 13 - Application de la composition bitumineuse selon l'une des revendications 1 à 12, à la production de liants bitumineux, lesdits liants consistant en ladite composition utilisée telle quelle ou bien étant formés par dilution de ladite composition bitumineuse par un bitume ou par une composition bitumineuse selon l'une des revendications 1 à 12 à teneur plus faible en adjuvant, lesquels liants bitumineux sont notamment utilisables, directement ou après mise en émulsion aqueuse, à la réalisation de revêtements, notamment revêtements routiers du type enduit superficiel, à la production d'enrobés mis en place à chaud ou à froid, ou encore à la réalisation de revêtements d'étanchéité.