Brevet FR2791997A1 — publié le 20001013

La présente invention concerne un procédé et une installation pour la fabrication d'une émulsion de bitume, en particulier de bitume routier, qui consiste à fractionner mécaniquement un mélange composé d'au moins deux constituants majeurs, à savoir du bitume fluide et une composition émulsifiante, et éventuellement de constituants mineurs formant auxiliaires de traitement. Par composition émulsifiante, on entend, généralement, de l'eau acidulée additionnée d'amines et/ou d'autres produits chimiques. Selon la technique courante, pour réduire la viscosité naturelle du bitume et faciliter ainsi l'émulsionnage, on ajoute au bitume, outre une composition émulsifiante, un ou des fluxants, tels que de l'huile de houille ou de pétrole, après quoi on fait passer le mélange, à la pression ambiante, dans un moulin colloïdal. La technique connue présente un double inconvénient: - d'une part, la nocivité des fluxants ajoutés et qui sont libérés lorsque le bitume se solidifie; non seulement ces fluxants affectent l'environnement mais, de plus, certains, comme l'huile de pétrole, sont cancérigènes; - d'autre part, le moulin colloïdal, dans les conditions o il est employé, ne fractionne pas nécessairement le bitume autant qu'il serait nécessaire pour restituer au bitume une viscosité suffisamment élevée pour l'épandage. L'invention a pour but de proposer un procédé et une installation qui permettent d'éviter le recours à l'adjonction de produits chimiques pour faciliter l'émulsionnage tout en obtenant à la sortie du moulin colloïdal une émulsion de bitume ayant une viscosité satisfaisante. Ce but est atteint en ce sens que, selon l'invention, le fractionnement est effectué dans une zone o les constituants se trouvent à une pression comprise entre 1,5 et 10 bars. Plus précisément, le procédé consiste à acheminer séparément lesdits constituants jusqu'à la zone de fractionnement et à les y faire pénétrer alors que ledit bitume fluide est à une pression comprise entre 2 et 2,5 bars et que la composition émulsifiante est à une pression de l'ordre de 2 bars. Il en résulte un fractionnement beaucoup plus poussé du bitume, ce qui se traduit par une augmentation de la viscosité et de la stabilité de l'émulsion. Comme on le sait, le bitume est traité alors qu'il est fluide, en l'occurrence, fondu à une température de l'ordre de 180 C. La courbe de dilatation du bitume traduit une grande sensibilité aux variations de température et il s'ensuit que, lorsque l'on dose la proportion entre bitume et composition émulsifiante en utilisant des compteurs volumiques, le dosage effectif varie avec les variations de température, et la composition de l'émulsion résultante (donc sa viscosité) fluctue en conséquence. Pour assurer l'obtention d'une émulsion de composition et de viscosité constantes en dépit des variations de température, dans un mode d'exécution préféré du procédé selon l'invention, les constituants de l'émulsion sont dosés au moyen de compteurs massiques. En pratique, le procédé selon l'invention consiste à porter chacun desdits constituants à la pression voulue en amont dudit compteur massique et à maintenir la zone de fractionnement à une pression comprise entre 1,5 et bars. L'invention porte également sur une installation convenant à la mise en oeuvre du procédé énoncé ci-dessus. Cette installation comprend: - pour chacun des constituants: un réservoir de constituant, un compteur massique, 35. une pompe à débit constant reliée audit réservoir et, par une conduite, dite "amont", au côté amont dudit compteur massique, une conduite de recyclage dont l'extrémité amont est branchée sur ladite conduite amont et dont l'extrémité aval débouche dans ledit réservoir, À un manomètre et une vanne interposés sur ladite conduite de recyclage, À un circuit d'asservissement agissant sur ladite vanne en fonction de la pression constatée par ledit manomètre; À une conduite dite "aval", en aval du compteur massique; et - pour l'ensemble des constituants: un moulin colloïdal sur lequel sont branchées, côté amont, lesdites conduites aval et, côté aval, une conduite de distribution d'émulsion conduisant vers la sortie de l'installation, un manomètre et une vanne interposées sur ladite conduite de distribution entre le moulin colloïdal et la sortie de l'installation, et un circuit d'asservissement agissant sur ladite vanne en fonction de la pression constatée par ledit manomètre. De préférence, le moulin colloïdal est à entrefer variable, ce qui permet de soumettre le mélange de constituants à un plus ou moins grand cisaillement. L'émulsion résultante a une pseudo-viscosité S.T.V. comprise entre 14 secondes et 120 secondes à 25 C et un indice de rupture de l'émulsion cationique compris entre 54 et 84. La pseuso-viscosité S.T.V. est mesurée selon la norme NF T66-020 à l'aide d'un viscosimètre à écoulement par un orifice de 4 mm de diamètre et l'indice de rupture de l'émulsion cationique est mesuré selon la norme NF T66-017. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après faite en référence à la figure unique du dessin annexé qui représente schématiquement une forme d'exécution de l'installation selon l'invention. Comme on le voit, l'installation comporte un circuit d'alimentation en composition émulsifiante désigné dans son ensemble par E, un circuit d'alimentation en bitume fondu désigné dans son ensemble par B et, facultativement, un circuit d'alimentation en additif(s) désigné dans son ensemble par A, les trois circuits ayant la même structure, de sorte que seul l'un d'entre eux (le circuit E) sera décrit en détail; les mêmes références seront utilisées d'un circuit à l'autre pour désigner les mêmes composants, la distinction entre circuits se faisant par l'adjonction, selon le cas, de la lettre e, b et a aux références en question. Si l'on examine le circuit E, on constate qu'il comporte un réservoir le contenant une composition émulsifiante, lequel réservoir le est relié par une conduite 2e au côté amont d'une pompe à débit constant 3e. Le côté aval de la pompe à débit constant 3e est relié par une conduite 4e, dite conduite amont, au côté amont d'un compteur massique 5e. Une conduite de recyclage 6e relie la conduite amont 4e au réservoir le de composition émulsifiante, avec interposition d'une prise pour un manomètre 7e et d'une vanne 8e. Un circuit d'asservissement 9e relie le manomètre 7e à la vanne 8e. Côté aval, le compteur massique 5e est relié à une conduite, dite aval, 10e elle-même reliée à un moulin colloïdal 11. Entre le compteur massique 5e et le moulin colloïdal 11 sont interposés, sur la conduite aval 10e, une vanne 12e et un clapet anti-retour 13e. Un circuit d'asservissement 14e relie le compteur massique 5e à la vanne 12e. Au moulin colloïdal 11 aboutissent également la conduite aval 0lb du circuit d'alimentation en bitume B et la conduite aval lOa du circuit facultatif d'alimentation en additif(s) A. Comme additif(s), on peut, par exemple, prévoir, d'une manière connue en soi, des polymères ayant pour rôle d'améliorer la tenue du bitume lorsqu'il est exposé à de grands froids ou de fortes chaleurs. La sortie du moulin colloïdal 11 est reliée à une conduite de distribution 15 conduisant à la sortie de l'installation et sur laquelle sont interposées une prise de manomètre 16 et une vanne 17. Un circuit d'asservissement 18 relie le manomètre 16 et la vanne 17. Le fonctionnement de l'installation sera décrit ci-après en admettant qu'elle comporte un circuit A. Les réservoirs le, lb et la sont respectivement chargés de composition émulsifiante, de bitume à 180 C et d'additifs. Les pompes à débit constant 3e, 3b et 3a assurent respectivement un débit massique de Qe, Qb et Qa respectivement sous une pression de Pe, Pb et Pa. Les compteurs massiques 5e, 5b et 5a sont respectivement réglés de telle sorte qu'ils assurent un débit massique de qe additifs, ces chiffres seront revus en conséquence. Pour assurer les débits qe, qb et qa précités, les compteurs massiques 5e, 5b et 5a commandent respectivement les vannes 12e, 12b et 12a via les circuits 14e, 14b et 14a. Par ailleurs, les vannes 8e, 8b et 8a sont asservies respectivement aux manomètres 7e, 7b et 7a de telle sorte que soient entretenues, respectivement, dans les conduites 4e, 4b et 4a, une pression pe Si, par exemple, le compteur massique 5e provoque la fermeture de la vanne 12e pour réduire la quantité de composition émulsifiante envoyée vers le moulin colloïdal 11 de manière à respecter le dosage fixé, il s'ensuit une élévation de pression dans la conduite 4e et la partie de la conduite de dérivation 6e en amont de la vanne 8e puisque la pompe 3e est à débit constant. Lorsque la pression excède le seuil pe fixé au départ, le circuit d'asservissement 9e entre le manomètre 7e et la vanne 8e commande l'ouverture de ladite vanne 8e et la composition émulsifiante est recyclée vers le réservoir le jusqu'à ce que la pression régnant dans la conduite 4e et dans le tronçon de la conduite 6e en amont de la vanne 8e retombe à la valeur pe, entraînant la fermeture de ladite vanne. Le fonctionnement du circuit B est identique à celui du circuit A, étant entendu toutefois que le circuit d'asservissement 9b est réglé de telle manière que la vanne 8b_ s'ouvre lorsque la pression régnant dans la conduite 4b et le tronçon de conduite 6b en amont de la vanne 7b excède pb et se ferme lorsque cette pression est inférieure ou égale à pb. Il en va de même du circuit facultatif A qui a son propre réglage du compteur massique, fonction de la concentration souhaitée en additif(s) dans l'émulsion, et son propre réglage du circuit d'asservissement 9a reposant sur une pression seuil pa. Les composants du mélange à émulsionner alimentent le moulin colloïdal 11 via les conduites 10e, 10b et 10a. Le moulin colloidal peut être un dispositif du commerce, tel qu'une turbine Type PF 200, disponible auprès de la société Pierre GUERIN (France). Il comporte, comme pièces actives, d'une part, un rotor conique cannelé tournant à 2950 tours/minute et auquel sont fixées quatre pales et, d'autre part, un stator conique cannelé, l'entrefer entre rotor et stator étant réglable. Des moyens de chauffage sont incorporés dans le boîtier de la turbine. Un tel dispositif est jusqu'ici utilisé pour émulsionner des compositions à la pression ambiante (abstraction faite de l'effet mécanique dû à la rotation). La pression régnant dans le moulin colloïdal 11 est contrôlée au moyen de la vanne 17 commandée par le circuit d'asservissement 18 en fonction des informations provenant du manomètre 16. Si la pression constatée par le manomètre 16 est inférieure à un seuil px, le circuit 18 commande la fermeture de la vanne 17 jusqu'à ce que la pression voulue soit rétablie, et inversement. EXEMPLES L'incidence du réglage des paramètres de débit et de pression, ainsi que du réglage de l'entrefer du moulin colloïdal ressort du tableau de la page suivante, pour deux concentrations en bitume de l'émulsion. La gamme de produits réalisés couvre les besoins allant de l'imprégnation des sols pour les plus faibles pseudo-viscosité à des enduits sur fortes pentes pour les plus fortes viscosités. Il ressort de la description qui précède qu'en réalisant une installation à partir de dispositifs du commerce et en procédant à des réglages adéquats de débit et de pression, et le cas échéant des forces de cisaillement, on peut modifier les caractéristiques de l'émulsion, notamment faire varier la finesse et la taille des particules de bitume dispersées dans la composition émulsifiante. VARIATION DE LA VISCOSITE ET DE L'INDICE DE RUPTURE DE L'EMULSION CATIONIQUE EN FONCTION DU REGLAGE DES PARAMETRES Concen- moulin colloïdal émulsion tration de résultante Exemple 1 émulsion en bitume réglage qb qe pb pe px pseudo- indice entreferen en en en en visco- de en t/h t/h bars bars bars sité rupture -2 cm S.T.V. en S 1 65 % 50 9,75 5,25 2,5 2 2 14 84 2 65 % 55 9,75 5,25 2,5 2 4 35 65 3 65 t 55 8,45 4,55 2,5 2 4,5 39 58 4 65 t 55 9,75 5,25 2,5 2 2 14 84 69 % 50 10,35 4,65 2 2 1,5 15 68 6 69 % 55 10,35 4,65 2,5 2 1,5 15 68 7 69 t 55 10,35 4,65 2,5 2 5 80 58 8 69 t 54 8,97 4,03 2,5 2 5 120 54 REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'une émulsion de bitume qui consiste à fractionner mécaniquement un mélange composé d'au moins deux constituants, à savoir du bitume fluide et une composition émulsifiante, caractérisé en ce que ledit fractionnement est effectué dans une zone o lesdits constituants se trouvent à une pression comprise entre 1,5 et 10 bars. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste faire pénétrer le bitume fluide dans ladite zone de fractionnement alors que ledit bitume est à une pression comprise entre 2 et 2,5 bars. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à faire pénétrer la composition émulsifiante dans ladite zone de fractionnement alors que ladite composition est à une pression de l'ordre de 2 bars. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à doser séparément chacun desdits constituants au moyen de compteurs massiques(5e, 5b). - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste à porter chacun desdits constituants à la pression voulue (pe, pb) en amont dudit compteur massique 5e, 5b). 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à faire varier les forces de cisaillement exercées sur le mélange dans la zone de fractionnement (11). 7 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend: - pour chacun des constituants: un réservoir de constituant (le, lb), À un compteur massique (5e, 5b), À une pompe à débit constant (3e, 3b) reliée audit réservoir (le, lb) et, par une conduite (4e, 4b), dite "amont", au côté amont dudit compteur massique (5e, 5b), une conduite de recyclage (6e, 6b) dont l'extrémité amont est branchée sur ladite conduite amont (4e, 4b) et dont l'extrémité aval débouche dans ledit réservoir (le, lb), À un manomètre (7e, 7b) et une vanne (8e, 8b) interposés sur ladite conduite de recyclage (6e, 6b), 10. un circuit d'asservissement (9e, 9b) agissant sur ladite vanne (8e, 8b)en fonction de la pression constatée par ledit manomètre (7e, 7b); À une conduite (10e, 0lb) dite "aval", en aval du compteur massique (5e, 5b); et - pour l'ensemble des constituants: À un moulin colloïdal (11) sur lequel sont branchées, côté amont, lesdites conduites aval (10e, 0lb) et, côté aval, une conduite de distribution d'émulsion (15) conduisant vers la sortie de l'installation, 20. un manomètre (16) et une vanne (17) interposées sur ladite conduite de distribution (15) entre le moulin colloïdal (11) et la sortie de l'installation, et un circuit d'asservissement (18) agissant sur ladite vanne (17) en fonction de la pression constatée par ledit manomètre (16). 8 - Installation selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moulin colloïdal (11) est à entrefer variable. 9 - Emulsion de bitume, caractérisée en ce qu'elle a une pseudo- viscosité S.T.V. comprise entre 14 et 120 secondes à 25 C et un indice de rupture de l'émulsion cationique compris entre 54 et 84.