Brevet FR2818273A1 — publié le 20020621

L'invention concerne un procédé pour améliorer la résistance aux agressions chimiques d'un enrobé bitumineux destiné à la réalisation des différentes couches d'une chaussée, notamment la couche de roulement, en particulier les chaussées aéronautiques ou toute autre chaussée sujette à des agressions chimiques. Sous l'action agressive du trafic et des intempéries, la surface et le corps des chaussées sont susceptibles de se dégrader. En outre, des conditions d'environnement autres que le trafic et les conditions climatiques peuvent également nuire à l'état de la chaussée. Il s'agit notamment des conditions d'environnement liées à la pollution. En particulier, des fuites, voire même des déversements de liquides pétroliers sur la chaussée peuvent dégrader la chaussée par dissolution du bitume. Les produits chimiques de type fluxant ou solvant pétrochimique sont connus pour être particulièrement agressifs vis à vis de ce type de matériau. Une amélioration a été obtenue en utilisant pour la fabrication de ces chaussées, des enrobés à base de goudron connus pour leur capacité à résister aux agressions chimiques. Cependant, de tels enrobés présentent les inconvénients d'être non seulement toxiques, mais aussi de contenir des substances cancérigènes. La présente invention a donc pour objet un procédé pour améliorer la résistance aux agressions chimiques des enrobés bitumineux pour la fabrication de chaussées et qui remédie aux inconvénients de l'art antérieur. Plus particulièrement, la présente invention a pour objet un procédé pour accroître la résistance aux agressions chimiques des enrobés bitumineux, en particulier celles liées à des fuites ou des déversements de liquides pétroliers, et qui conduit à des enrobés qui ne sont ni toxiques, ni susceptibles de contenir des substances cancérigènes. L'homme de l'art connaît l'utilisation d'additifs de type polymère pour l'amélioration des propriétés mécaniques des liants bitumineux ou des enrobés bitumineux. Ainsi, la demande de brevet français FR-2753210 décrit un enrobé bitumineux pour revêtement routier à base de bitume modifié par des polymères et dans lequel on a ajouté du polyéthylène. Grâce à un tel enrobé, on a pu améliorer la tenue à l'eau et au gel, la résistance au poinçonnement et à l'orniérage, la rigidité et la résistance à la fatigue. Par ailleurs, le brevet européen EP-0605377 décrit des compositions asphaltiques pour la préparation d'enrobés drainants, comprenant un premier modifiant choisi parmi les copolymères styrène-butadiène ou styrène-isoprène, leurs mélanges et les pneus recyclés, et un deuxième modifiant choisi parmi les polyoléfines, le polyéthylène téréphtalate et leurs mélanges. Ces additifs permettent d'augmenter la résistance à la fatigue, la résistance à la déformation permanente, ainsi que les propriétés adhésives et cohésives. A titre de documents illustratifs de la technique antérieure, on peut également citer la norme NF EN 12591 et le document "Guide Technique : emploi des liants modifiés, des bitumes spéciaux et des bitumes avec additifs en techniques routières", publié par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées LCPC (ISSN 1151-1516 ISBN 2-7208-7140-4), ci-après désigné par référence 1. D'après ce document, ces bitumes peuvent être modifiés par des terpolymères, comme par exemple le composé d'une chaîne éthylénique avec des groupements fonctionnels d'acrylate de butyle et de glycidyl acrylate de méthyle qui assure une bonne stabilité au mélange bitume/polymère, ainsi que des élastomères et des plastomères permettant une amélioration importante des résistances à la fissuration et à l'ornièrage. En complément des polymères présentés précédemment et d'après la référence 1 Guide Technique : emploi des liants modifiés, des bitumes spéciaux et des bitumes avec additifs en techniques routières cité précédemment, on peut également modifier les bitumes par le chlorure de polyvinyl (PVC), d'autres copolymères à base de styrène et de butadiène, ou d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA). On a maintenant trouvé qu'il était possible d'améliorer la résistance aux agressions chimiques des enrobés bitumineux, sans risque de pollution, en ajoutant à des enrobés bitumineux une quantité déterminée de polyoléfines. Le but de l'invention concerne donc un procédé pour améliorer la résistance aux agressions chimiques d'un enrobé bitumineux pour revêtement routier comprenant un liant bitumineux et des granulats, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter à l'enrobé bitumineux 1 à 5 % d'au moins une polyoléfine et de préférence 1 à 2 % en poids par rapport au poids des granulats, pour obtenir un enrobé bitumineux modifié ayant un taux de compacité supérieur ou égal à 97%. De préférence, les produits chimiques de type fluxant ou solvant pétrochimique sont particulièrement agressifs vis à vis des enrobés bitumineux. On appelle anti-kérosène ou anti-K, la capacité de l'enrobé à résister à ces agressions. Le caractère antiK sera plus ou moins marqué suivant la composition de l'enrobé. Généralement, le bitume de la composition selon l'invention est un bitume modifié par des polymères, les bitumes modifiés par des polymères étant définis au sens du document"Guide Technique : emploi des liants modifiés, des bitumes spéciaux et des bitumes avec additifs en techniques routières"cité précédemment. Les polymères sont avantageusement choisis parmi les copolymères styrène-butadiène ou styrène-isoprène et leurs mélanges ou les terpolymères. De façon avantageuse, l'enrobé bitumineux comprend 3 à 11, de préférence 5 à 11 % en poids de liant bitumineux par rapport au poids des granulats. Selon autre caractéristique, la granulométrie des granulats est choisie dans la gamme O/Dmax, Dmax étant le diamètre maximal du granulat tel que défini selon la norme XP P 18-540, et allant de 4 à 25 mm. La polyoléfine est avantageusement un polyéthylène, un polypropylène ou un mélange des deux. La polyoléfine peut être vierge, c'est-à-dire venant directement de la fabrication industrielle, ou de récupération, c'est-à-dire obtenu par recyclage d'objets usagés ou de rebuts de fabrication comprenant des polyoléfines. Dans une forme de réalisation particulière, la polyoléfine, le liant bitumineux et les granulats sont malaxés pour former l'enrobé bitumineux modifié. De manière avantageuse, le malaxage s'effectue à une température de 140 à 190OC, et de préférence de 160 à 190OC. Les enrobés bitumineux obtenus selon la présente invention ont un rapport Rchydrocarbure18oc/Rcair18oc supérieur ou égal à 0,70, où Rchydrocarbure, 8. c est la résistance à la compression à 18 C après immersion pendant une semaine dans un bain d'hydrocarbure à 18 C et Rcair, 8. c la résistance à la compression à 18 C dans l'air. En outre, le taux de compacité des enrobés bitumineux selon l'invention, ou encore enrobés bitumineux modifiés, mesuré selon la norme NF P 98 250-6 est supérieur ou égal à 97%. L'enrobé bitumineux, fabriqué en utilisant le procédé selon l'invention, peut être utilisé sur des chaussées avec un fort potentiel de recevoir un déversement accidentel d'hydrocarbures, des chaussées routières, des chaussées aéronautiques, des pistes de chars et des voiries militaires, ainsi que sur des plates-formes et voiries industrielles et aussi sur des voies de bus et voies de tramways sur pneumatiques. Son principal avantage est une meilleure résistance aux agressions chimiques, notamment celles créées par des liquides pétroliers (de type fluxant ou solvant pétrochimique). Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. 1. Matières premières Préparation des échantillons Liants des enrobés bitumineux - bitume 50/70, ou - bitume 70/100, ou - bitume 180/220 Liants des enrobés à base de goudron de houille (liant de l'art antérieur) - goudron de houille STAVOJET&commat; Granulats - granulats en provenance de La Noubleau sélectionnés pour obtenir la reconstitution granulométrique suivante : - classe 0/2 : de 40 à 46 parties - classe 2/4 : de 10 à 15 parties - classe 4/6 : de 15 à 25 parties - classe 6/10 : de 15 à 25 parties - filler calcaire : de 1 à 3 parties Polyoléfine : polyéthylène de basse densité, présenté sous forme de lentilles 0/4 mm Bain d'hydrocarbure . Pétrole Exxsol D80 de la société EXXON 2. Méthodes de mesure Résistance à la compression dans l'air La résistance à la compression à l'air, est déterminée en réalisant des essais de compression suivant la norme DURIEZ NF P 98-251-1 : - dans l'air après sept jours à 18 C et 50% d'hygrométrie : Rcair, 8. c - dans l'air à 50 C après sept jours à 50 C à 50% d'hygrométrie : Rcair5o. c Résistance à la compression après immersion dans un bain d'hydrocarbure à 18 C La résistance à la compression après immersion dans le bain de pétrole Exxsol D80 à 18OC, notée Rchydrocarburei.'c, est également déterminée en réalisant des essais de compression suivant la norme NF P 98-251-1. Pour cette détermination, les éprouvettes DURIEZ sont préalablement à l'essai de caractérisation mécanique, immergées complètement pendant une semaine dans un bain de pétrole à une température de 18OC. A partir des valeurs de résistances à la compression Rcair18'c et Rchydrocarbureig8 c mesurées, on calcule le rapport Rckérosène18 C/Rcairig. c afin d'estimer le degré de conservation de la résistance à la compression d'un enrobé bitumineux après immersion complète dans un agent agressif tel que le pétrole Exxsol D80. Le rapport Rchydrocarbure18 C/Rcair18 C est représentatif du caractère anti-K de l'enrobé bitumineux. Plus la valeur de ce rapport se rapproche de 1, plus le caractère anti-K de l'enrobé sera marqué, ou encore plus la résistance à l'agression chimique causée par le pétrole sera élevée. Compacité La compacité est mesurée selon la norme NF P 98 250-6. Il s'agit d'une mesure de la masse volumique apparente d'une éprouvette par pesée hydrostatique. Dans les exemples, sauf indication contraire, toutes les quantités sont exprimées en parties en poids pour 100 parties en poids de granulats. Exemples On a préparé un premier enrobé bitumineux selon l'invention (EB1), en mélangeant, à 100 parties de granulats, 6 parties d'un bitume 70/100 pendant 4 minutes à 180OC. Puis, on ajoute à l'enrobé obtenu 1,5 parties d'un polyéthylène et on malaxe le tout pendant 8 minutes pour bien homogénéiser. On a préparé un deuxième enrobé bitumineux selon l'invention (EB2), en mélangeant, à 100 parties de granulats, 6 parties d'un bitume 180/220 pendant 4 minutes à 150OC. Puis, on ajoute à l'enrobé obtenu 1,2 parties d'un polyéthylène et on malaxe le tout pendant 8 minutes pour bien homogénéiser. On a préparé un troisième enrobé bitumineux selon l'invention (EB3), en mélangeant, à 100 parties de granulats, 6 parties d'un bitume modifié 50/70 à base de polymères ou de terpolymères, et 1, 5 parties d'un polyéthylène en forme de cire, et on malaxe le tout pendant 4 minutes à 180OC pour bien homogénéiser. On a également préparé à titre de témoins, des enrobés bitumineux T1 et T2, ne comportant ni polyéthylène, ni polymères : - l'enrobé bitumineux T1 a été obtenu, en ajoutant 6 parties en poids d'un bitume 50/70 à 100 parties en poids de granulats, puis en malaxant le tout pendant 4 minutes à 150OC, - l'enrobé bitumineux T2 a été obtenu, en ajoutant 7,5 parties du goudron de houille STAVOJET&commat; à 100 parties de granulats, puis en malaxant le tout pendant 4 minutes à 150OC. Pour chaque béton bitumineux, T1 et T2 d'une part, et EB1 à EB3 d'autre part, on mesure : - la résistance à la compression à l'air à 18 C Rcair, 8. c sur une partie des échantillons, - la résistance à la compression à l'air à 50 C Rcairgo. c sur une seconde partie des échantillons, - la résistance à la compression après immersion dans un bain de pétrole Exxsol D80 Rchydrocarbureig. c sur) a partie restante des échantillons, - la compacité hydrostatique mesurée par la méthode hydrostatique décrite dans les normes NF P 98-251-1 et NF P 98-250-6. Les résultats sont présentés ci-après dans le tableau 1. TABLEAU 1 T1 T2 EB1 EB2 EB3 Teneur en liant (%) 6 7,5 6 6 6 Rcair18'C [MPa] 10,6 33,8 16, 9 8, 3 9, 3 Rcair50 C [MPa] 1, 7 1,7 4, 4 rchydrocarbure18 C[MPa] 1, 9 30,3 13,1 6,2 7,2 Rchydrocarbure18-c/Rcairig. c 0,18 0, 9 0,78 0,75 0, 77 Compacité hydrostatique [%] 94, 1-98, 3 97, 6 98,3 Les performances mécaniques des enrobés bitumineux, fabriqués en utilisant le procédé selon l'invention (EB1, EB2 et EB3) et ayant subi une agression chimique, sont meilleures que celles de l'enrobé T1 ne contenant ni polyéthylène, ni polymères. En effet, les enrobés bitumineux EB1, EB2 et EB3 conservent plus de 75 % de leur résistance mécanique en compression après une immersion complète d'une semaine dans un bain de pétrole (Exxsol D80&commat;), tandis que l'enrobé bitumineux T1 n'en conserve que 18 %. Les performances mécaniques Rcairig. c et Rchydrocarbure18 C des enrobés EB1 à EB3 sont inférieures à celles de l'enrobé T2, pour lequel le liant est un goudron de houille mais du même ordre de grandeur que le témoin T1. Les valeurs de Rchydrocarbure18 C/Rcair18 C montrent que les enrobés bitumineux EB1, EB2 et EB3 ont un caractère anti-K relativement proche de celui de l'enrobé T2, avec une amélioration très sensible de la résistance à 50 C dans l'air. REVENDICATIONS 1. Procédé pour améliorer la résistance aux agressions chimiques d'un enrobé bitumineux pour revêtement routier, comprenant un liant bitumineux et des granulats, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter à l'enrobé bitumineux 1 à 5 % d'au moins une polyoléfine, de préférence 1 à 2 % en poids par rapport au poids des granulats pour obtenir un enrobé bitumineux modifié ayant un taux de compacité supérieur ou égal à 97%. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la polyoléfine est un polyéthylène, un polypropylène ou un mélange des deux, vierges ou de recyclage. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liant bitumineux est un bitume modifié par des polymères, tels que définis selon la norme NF EN 12491 et le "Guide Technique : emploi des liants modifiés, des bitumes spéciaux et des bitumes avec additifs en techniques routières", publié par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées LCPC (ISSN 1151-1516 ISBN 2-7208-7140-4). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les polymères sont choisis parmi les copolymères styrènebutadiène ou styrène-isoprène, les terpolymères et leurs mélanges. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enrobé bitumineux comprend 3 à 11%, de préférence 5 à 11 % en poids de liant bitumineux par rapport au poids des granulats. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le malaxage s'effectue à une température comprise entre 140 et 190OC, et de préférence comprise entre 160 et 190 C. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enrobé bitumineux modifié a un rapport Rchydrocarbure1soc/Rcair1soc supérieur ou égal à 0,70, où Rchydrocarbure1s'c est la résistance à la compression à 18 C après immersion pendant une semaine dans un bain d'hydrocarbure à 18 C et Rcair18 C la résistance à la compression à 18 C dans l'air.