Brevet FR2820428A1 — publié le 20020809

L'invention concerne une composition déverglaçante et un procédé de préparation d'une telle composition. La viabilité hivernale des chaussées pose pour les exploitants de réseaux routiers de nombreux problèmes, tels que la difficulté d'anticipation face aux phénomènes météorologiques, la fréquence des passages des saleuses, ce qui implique un coût d'exploitation parfois élevé, et la pollution de l'environnement par des quantités importantes de sel. Afin de pouvoir pallier les inconvénients causés par ces contraintes, il a été recherché une solution permettant de répandre du sel de déverglaçage de manière telle que, d'une part, le sel puisse être retenu sur la surface ou très proche de la surface d'une chaussée quelle qu'elle soit, et en particulier drainante, et qu'il ne soit pas emporté avant qu'il ne puisse agir et que, d'autre part, l'eau qui se forme lorsque le sel produit son effet déverglaçant, n'emporte pas le sel. Ainsi, on a essayé d'incorporer du sel dans une eau épaissie afin de pouvoir répandre une saumure épaissie ayant une bonne stabilité avant et après répandage. Toutefois, compte-tenu de la forte concentration du sel, il a été impossible de conserver le caractère épais de la solution saline au-delà de quelques minutes. Une étude détaillée des solutions salines épaissies contenant du sel de déverglaçage a montré que de nombreux épaississants ne parvenaient pas à conférer à une solution aqueuse fortement chargée en sel le comportement rhéologique recherché, car les ions de ces sels perturbent énormément la formation d'un réseau aqueux fortement structuré et conduisent à des systèmes peu visqueux et instables. Le but de l'invention est de produire une composition déverglaçante épaissie qui, outre le fait d'être efficace et de rendre possible une exploitation peu coûteuse, permette de conserver aux sels de déverglaçage usuels,-toutes leurs performances et de limiter en même temps leur infiltration dans les vides de chaussées drainantes. De préférence, la composition déverglaçante doit permettre une application de sels de déverglaçage et leur dosage par les moyens de mise en oeuvre habituels. Le but de l'invention est atteint par une composition déverglaçante destinée à être appliquée à une surface de circulation, telle qu'une chaussée, et comprenant une substance fondante. La substance fondante peut être choisie parmi des saumures de salage industrielles, des bouillies salines et des solutions aqueuses à base d'urées, d'acétates ou de formiates de sodium, de magnésium ou de potassium. Conformément à l'invention, cette composition déverglaçante comprend également une solution gélifiée comportant un agent gélifiant hydrosoluble. Les solutions aqueuses d'un agent déverglaçant et des compositions déverglaçantes telles que, par exemple, les saumures de chlorure de calcium ou de sodium, sans autre additif, s'écoulent facilement sans qu'aucune contrainte ne leur soit appliquée. Des compositions liquides de cette nature ont une seule caractéristique rhéologique, la viscosité. La viscosité de telles compositions varie entre 3 et 5 mPa. s à 20oC. Lorsque de telles compositions se présentent sous la forme d'un gel, elles possèdent alors un seuil de contrainte d'écoulement. En effet, les gels sont composés d'au moins deux constituants, à savoir un solvant, organique ou non, et un composé dont les molécules, organiques ou minérales, créent un maillage fin retenant le solvant. Alors que le solvant est fortement majoritaire, le second composé est présent en une petite quantité et forme un filet à trois dimensions, appelé aussi réseau, dans la quantité entière du solvant, le filet empêchant le solvant de s'écouler. Le gel ainsi constitué se comporte comme un solide mou, facile à déformer. Si la contrainte reste faible, la composition sous la forme d'un gel ne s'écoule pas. Si, au contraire, on applique une contrainte croissante, la composition ne s'écoulera pas pendant un premier temps, c'est-à-dire le temps que la contrainte appliquée ne dépasse pas un seuil de contrainte caractéristique de la composition. En revanche, lorsque la contrainte caractéristique appliquée dépasse ce niveau limite, qui est le seuil de contrainte caractéristique de la composition. elle s'écoule de manière continue comme un fluide. Cette caractéristique rhéologique complexe des gels appliqués à une composition déverglaçante comprenant une substance fondante, permet de véhiculer la composition par une pompe et de la répandre en la dosant finement. Une fois répandue sur la surface de circulation ou de tout autre sol à traiter, la composition retrouve son comportement de solide et ne s'écoule donc plus, ni sous l'effet d'une pente, ni du fait de la porosité des enrobés drainants de la surface de circulation. Pour conférer à la composition déverglaçante le comportement rhéologique d'un gel, tout en tenant compte de la forte concentration de la substance fondante, l'agent gélifiant est choisi parmi des substances susceptibles de s'associer avec de l'eau, telles que les polysaccharides hydrosolubles issus d'organismes vivants comme les champignons, les végétaux ou les bactéries ou les épaississants issus de la chimie comme les polyuréthanes éthoxylés, les dérivés de la cellulose, les gommes végétales naturelles ou modifiées, les polymères hydrosolubles non-ioniques. L'efficacité de l'agent gélifiant peut dépendre de la nature et de la concentration de la substance fondante. Dans ce cas, on privilégie les agents épaississants hydrosolubles de type nonioniques. En effet, il a été trouvé que certains gélifiants ou épaississants non-ioniques dits non associatifs sont moins sensibles aux ions et permettent d'obtenir un réseau aqueux structuré, à condition de respecter une procédure de fabrication particulière en deux étapes. La teneur en agent gélifiant de la composition déverglaçante selon l'invention est comprise entre 0,1 et 10% et de préférence entre 1 et 4% par rapport au poids de la substance fondante. Le but de l'invention est également atteint par un procédé de préparation d'une composition déverglaçante comprenant une substance fondante. Conformément à l'Invention, le procédé de préparation de cette composition déverglaçante comprend les étapes consistant à mélanger un agent gélifiant hydrosoluble avec de l'eau neutre ou de l'eau basique, de manière à obtenir un gel et à incorporer dans le gel obtenu la substance fondante. L'eau basique peut être préparée à partir d'une eau neutre par adjonction d'une faible quantité d'une base, telle que l'hydroxyde de sodium. Le pH est avantageusement compris entre 7 et 10. La quantité d'agent gélifiant mis en oeuvre est avantageusement comprise entre 0,1 et 10% par rapport au poids de la substance fondante. De préférence, elle est de l'ordre de 1 à 4%. Le procédé de préparation selon l'invention peut être mis en oeuvre directement avec des substances fondantes liquides (par exemple des solutions de sel de sodium ou de calcium) pour garantir une durée d'efficacité plus longue grâce à une réserve de viscosité. Le procédé peut également être utilisé avec des bouillies salines mélangeant des sels solides avec des saumures. On obtient ainsi une saumure gélifiée qui présente déjà un seuil de contrainte d'écoulement tout en conservant ses propriétés d'antigel. La présence d'eau gélifiée n'entraîne pas le passage en solution du sel solide et permet de conserver les bouillies en l'état. Le seuil de contrainte d'écoulement de la composition déverglaçante de l'invention est maximum au bout de quelques heures. Le procédé peut être mis en oeuvre avec des solutions aqueuses à base d'urées, d'acétates ou de formiates de sodium, de magnésium ou de potassium. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description de plusieurs exemples de formulation, à savoir la formulation d'une saumure témoin et des formulations de saumures et bouillies selon l'invention. Une saumure témoin a été obtenue en introduisant directement deux grammes d'un agent gélifiant dans ceux cents grammes de saumure saturée en chlorure de calcium. Alors que la viscosité de la solution saline a été modifiée, aucun seuil de contrainte d'écoulement n'a été obtenu. La viscosité de l'échantillon ne dépasse pas 20 mPa. s à 20 C au bout de 24 heures de repos. D'autre part, le système n'est pas stable, car il a été observé une décantation très importante de la saumure : alors qu'une solution saline concentrée se trouve au fond du récipient, une saumure parfaitement limpide se trouve en haut du récipient. Pour la confection d'une saumure selon l'invention, on ajoute à un litre de solution aqueuse contenant 1 g/l d'hydroxyde de sodium, dix grammes d'un produit appelé"XG"et vendu en poudre par la société ECOLIANT, située rue des Osiers 78310 COIGNIERES. Le produit"XG"est un polysaccharide non ionique. Après une agitation lente pendant quinze minutes, on obtient un gel dont la viscosité, mesurée à l'aide d'un viscosimètre Brookfield, est de 1500 mPa. s (viscosimètre Brookfield LV3 à 30 tours par minute, température d'essai : 20 C). Après 24 heures, la viscosité est de 3000 mPa. s dans les mêmes conditions opératoires. Cent parties du gel ainsi préparées sont mélangées avec 100 parties d'une solution saturée de chlorure de calcium sous agitation. Le mélange présente une viscosité immédiate de 125 mPa. s (viscosimètre Brookfield LV3,30 tours par minute, 20 C). Après 24 heures de repos, la viscosité est mesurée à 640 mPa. s tout en présentant un seuil de contrainte d'écoulement. La gélification ultérieure de la saumure gélifiée selon l'invention, au moyen d'un ajout de 1,5% du produit"XG"en poudre a permis d'obtenir une viscosité finale de 13 Pa. s pour une concentration finale en agent gélifiant de 2% par rapport au poids de la substance fondante saline. Selon une variante de préparation d'une saumure selon l'invention, 100 parties du gel préparé comme décrit ci-avant, sont mélangées avec 100 parties d'une saumure contenant 300 g/l de chlorure de sodium et 200 grammes de gros sel. La composition obtenue est stable durant plusieurs mois sans fusion apparente de cristaux de sel et peut être pompée. 1 Un deuxième exemple de réalisation de saumure gélifiée a été réalisé selon le protocole ci-après. On a pris de la gomme xanthane, commercialisée par Aldrich (Réf. catalogue : 28,602-8). Une solution contenant 60 g/litre de cette gomme a été préparée à 40 C pour accélérer le phénomène de gélification. 50 grammes de cette solution ont été mélangés à 150 grammes d'une saumure sursaturée en NaCI. On a ainsi obtenu 200g d'une saumure gélifiée dosée à 1,5% en poids de gomme xanthane. La viscosité Brookfield (LV3 à 12 tours par minute et à 200C) est supérieure à 8600 mPa. s. Disposée sur un tamis dont les mailles sont de 630 um, cette saumure ne coule pas. En vue d'une application de la composition déverglaçante de l'invention sur des enrobés drainants et dans des zones humides, il est possible de préparer une composition particulièrement visqueuse permettant de maintenir les substances fondantes en surface grâce à une réserve plus grande de viscosité. L'agent gélifiant sélectionné permet d'accepter des dilutions importantes par l'humidité ambiante, tout en conservant sensiblement la même viscosité. Lors d'une pluie, une telle composition visqueuse est plus résistante au lessivage sur les substances fondantes ordinaires. L'utilisation de ces compositions visqueuses est possible sous deux formes différentes, à savoir sous la forme d'une saumure et sous la forme d'une bouillie. Pour obtenir une saumure gélifiée, on introduit, sous agitation, 100 g du produit"XG"par litre d'eau. Après formation du gel, on incorpore immédiatement 400 parties de solution saturée de chlorure de sodium à 100 parties de solution gélifiée. La viscosité de la composition déverglaçante gélifiée à 2% d'agent gélifiant est de 5300 mPa. s (viscosimètre Brookfield LV4, 30 tours par minute, température d'essai : 20 C). Cette composition peut être répandue en traitement préventif sur tout type de revêtement ou en entretien préventif et correctif sur les enrobés drainants à raison de 25 à 50 grammes de composition par m2. Une composition chargée à 3, 5% d'agent gélifiant présente une viscosité de 15,6 Pa. s dans les mêmes conditions de mesure. Pour une bouillie, on fabrique une solution aqueuse à 20 grammes du produit"XG". Après une période de gonflement de deux heures, cette solution est introduite dans une citerne prévue pour la saumure. Cette bouillie est mise en contact avec du sel lors de l'épandage de la composition de déverglaçage. Elle permet de maintenir la substance fondante sur la chaussée et de limiter les rejets vers des accotements. Les saumures gélifiées contenant 0,5 à 1,5% du produit"XG" se présentent sous la forme de liquides visqueux, stables et pompables et utilisables par des matériels de salage existants. Les saumures gélifiées contenant 1,5 à 4% du produit"XG" se présentent sous la forme de gels parfaitement stables et présentant un seuil de contrainte d'écoulement très marqué, sa valeur étant de l'ordre de 35 Pa. s. D'autres exemples, identiques en composition et en résultat, ont été réalisés avec la gomme xanthane. REVENDICATIONS 1. Composition déverglaçante destinée à être appliquée à une surface de circulation et comprenant une substance fondante, caractérisée en ce qu'elle comprend également une solution gélifiée comportant un agent gélifiant hydrosoluble. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'agent gélifiant est choisi parmi des substances telles que les polysaccharides hydrosolubles issus d'organismes vivants comme les champignons, les végétaux ou les bactéries ou les épaississants issus de la chimie comme les polyuréthanes éthoxylés, les dérivés de la cellulose, les gommes végétales naturelles ou modifiées. 3. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'agent gélifiant est un polymère hydrosoluble non ionique. 4. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la teneur en agent gélifiant est comprise entre 0,1 et 10% par rapport au poids de la substance fondante. 5. Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce que la teneur en agent gélifiant est comprise entre 1 et 4% par rapport au poids de la substance fondante. 6. Procédé de préparation d'une composition déverglaçante comprenant une substance fondante, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : * mélanger un agent gélifiant hydrosoluble avec de l'eau neutre ou de l'eau basique de manière à obtenir un gel, et 'incorporer dans le gel obtenu ci-avant la substance fondante.