Brevet FR2829487A1 — publié le 20030314

La présente invention concerne le domaine des matériaux utilisés dans le bâtiment et les travaux publics, et qui présentent des caractéristiques spécifiques innovantes. Plus précisément, l'invention a pour objet de fournir un matériau aggloméré comprenant notamment des granulats, au moins un liant hydraulique tel que du ciment, les granulats étant à base de caoutchouc. On connaît actuellement des matériaux de ce type dans lesquels les granulats, proportionnellement peu nombreux, sont liés par des résines onéreuses, ce qui en fait des matériaux chers et peu développés. Ces matériaux sont utilisés notamment pour réaliser des revêtements pour pistes d'athlétisme, aires de jeux.... Ce sont des revêtements minces, souples, absorbant les chocs mais de mise en oeuvre délicate. En outre, le prix de tels matériaux tant au niveau de leurs constituants, que de leur fabrication, constitue un frein à leur développement. La présente invention vise notamment à remédier aux inconvénients précités, en proposant un matériau dont les granulats comprennent du caoutchouc. Ces granulats peuvent avantageusement, mais non exclusivement, être issus du recyclage de pneumatiques. De façon surprenante, l'invention propose d'utiliser un liant minéral pour agglomérer des granulats à base d'un matériau organique tel que des granulats de caoutchouc en contradiction avec le préjugé technique qui considère cet alliage comme impossible à réaliser. Cette incompatibilité connue entre un matériau organique et un liant inorganique a pu être surmontée conformément à l'invention grâce au procédé mis en oeuvre pour la fabrication du matériau aggloméré selon l'invention. Par ailleurs, la présente invention permet d'utiliser au maximum les propriétés spécifiques de granulats à base de caoutchouc, notamment par la quantité, la taille des granulats entrant dans la composition du matériau finalement obtenu. Avantageusement, on obtient selon l'invention un matériau dont les propriétés acoustiques sont proches de celles du caoutchouc lui-même à cause du volume prépondérant de caoutchouc présent dans le matériau. De même, l'absorption des ondes mécaniques et thermiques du matériau conforme à l'invention n'est pas éloignée de l'absorption de ces ondes par le caoutchouc lui-même. On obtient selon l'invention un matériau aggloméré, poreux et ayant des propriétés mécaniques et physiques spécifiques, liées aux propriétés du caoutchouc lui-même. En fait, l'absorption d'ondes mécaniques, acoustiques et thermiques est directement liée à la porosité, à la nature physico-chimique et à la densité du matériau en question. Par ailleurs, le matériau selon l'invention est peu sensible au feu et aux phénomènes de lixiviation des éventuels polluants contenus dans les granulats. Il présente des capacités d'inertage importantes. Autrement dit, le matériau selon l'invention permet de réduire les relargages de "polluants" contenus intrinsèquement dans les granulats ; ces polluants entrent dans la composition du mélange caoutchouteux qui est fragmenté afin d'obtenir les granulats ; ce sont par exemple du soufre, des huiles minérales, des agents stabilisants. Un autre aspect intéressant de l'invention est d'ordre économique. En effet, le recyclage des pneumatiques usagés reste actuellement insuffisant. En effet, les pneumatiques usagés peuvent être utilisés dans des filières énergétiques comme combustibles pour produire des calories. Les pneumatiques usagés peuvent aussi être réutilisés dans le génie civil où ils peuvent être broyés puis associés avec des résines comme expliqué ci-avant pour réaliser des revêtement minces, souples, absorbant les chocs... mais onéreux. Les pneumatiques usagés peuvent aussi être utilisés pour former des remblais. Le taux de recyclage de pneumatiques usagés est donc loin de couvrir l'ensemble des besoins. La présente invention constitue une solution efficace à ce problème puisqu'elle permet de valoriser au mieux un important volume de granulats de caoutchouc recyclés. Autrement dit, le matériau selon l'invention offre des débouchés très intéressants aux granulats issus du recyclage des pneumatiques ce qui représente un intérêt majeur de l'invention. Cependant, sans sortir du cadre de l'invention, le granulat à base de caoutchouc peut être fabriqué directement à partir de caoutchouc naturel pour cette utilisation dans le matériau de l'invention. La présente invention représente alors un débouché économique pour la filière caoutchouc ellemême. Ainsi, l'invention a pour objet un matériau aggloméré comprenant notamment des granulats et au moins un liant hydraulique. Selon l'invention, les granulats sont à base de caoutchouc et ils sont enrobés par le liant hydraulique en délimitant entre eux des cavités. Avantageusement, les granulats comportent en volume majoritairement du caoutchouc. Selon une caractéristique intéressante de l'invention, le volume cumulé des cavités communicantes est supérieur ou égal à 15 % du volume total du matériau, et ledit volume est proche du volume total de cavités comprises dans le matériau. A titre préféré, la taille des granulats est comprise entre environ 0,1 mm et environ 50 mm, préférentiellement inférieure à 25 mm. Par ailleurs, la densité apparente du matériau selon l'invention est comprise entre environ 0,5 et environ 1,5 et de préférence 1,2. Ces caractéristiques permettent d'obtenir un matériau qui absorbe efficacement les vibrations mécaniques, les ondes acoustiques et l'énergie thermique. En d'autres termes, la présente invention a pour objet un matériau dont les propriétés sont essentiellement celles du granulat caoutchouteux qui en constitue le squelette. Concernant le liant hydraulique, le pourcentage pondéral de liant hydraulique est compris entre environ 12 % et environ 60 %, préférentiellement entre 23 et 30 % du poids total du matériau. Une autre caractéristique intéressante de l'invention a trait au pourcentage pondéral de granulats : ainsi, le pourcentage pondéral de granulats en caoutchouc est compris entre 35 % et 80 %, préférentiellement entre 50 et 65 % du poids total du matériau. Selon un mode de réalisation de l'invention, les granulats comprennent plus de 95 % de caoutchouc. Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, les granulats comprennent environ 30 % de métal et/ou environ 3 % de textile. En outre, la taille D du plus gros granulat est au plus égale à huit fois la taille d du plus petit granulat. L'invention concerne en outre l'utilisation du matériau ayant les caractéristiques définies ci-avant, pour réaliser des plaques dont l'épaisseur est préférentiellement supérieure ou égale à dix fois la taille du plus gros granulat qu'elle contient. A titre illustratif, des pistes d'athlétisme peuvent être réalisées dans un matériau selon l'invention. Une autre utilisation possible de l'invention concerne la réalisation d'ouvrages pourvus d'armatures. L'invention vise en outre un procédé de fabrication d'un matériau tel que défini ci-dessus, et qui comprend les étapes suivantes : - dosage et introduction des granulats dans des moyens de malaxage ; - dosage et introduction d'une solution aqueuse dans les moyens de malaxage ; - malaxage des granulats ; - dosage et introduction d'un liant hydraulique dans les moyens de malaxage ; - malaxage du mélange jusqu'à obtention d'un mélange homogène ; - ajout d'un complément d'eau et malaxage jusqu'à l'obtention d'un enrobage uniforme des granulats dans le mélange ; - moulage et/ou coulée et/ou compression puis séchage du mélange. Préférentiellement, le procédé selon l'invention comprend en outre l'introduction d'au moins un adjuvant dans le mélange homogène, avant l'ajout du complément d'eau, l'adjuvant pouvant comprendre des solutions de silicates de sodium ou de potassium, des ignifugeants, des liants hydrocarbonés, des fibres métalliques et/ou de synthèse, des charges minérales. Le pourcentage de liants hydrocarbonés ou de charges minérales peut être compris entre environ 1 et 10 %. Sans sortir du cadre de l'invention, l'adjuvant peut comprendre des tensioactifs, des plastifiants, des durcisseurs ou des retardateurs de prise du matériau, des entraîneurs d'air. Une particularité de l'invention consiste donc à réaliser un matériau ayant un squelette de type organique dont les constituants sont liés par combinaison avec un liant de type minéral. D'autres caractéristiques, détails, avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture des la description qui va suivre faite à titre illustratif et nullement limitatif, en référence aux planches annexées sur lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe agrandie et simplifiée d'un matériau selon l'invention ; - la figure 2 montre des courbes A, B d'analyse granulométrique. Sur la figure 1 apparaissent les principaux éléments constituant le matériau selon l'invention : on trouve des granulats 1 à base de caoutchouc, enrobés par un liant hydraulique 2 à base d'éléments minéraux tel que du ciment. Des contacts ponctuels, linéaires ou surfaciques entre les enrobages 2 sont avantageusement obtenus, de sorte que des cavités 3 sont formées entre les granulats enrobés 1 au sein de la structure du matériau. Les granulats 1 sont soit issus de caoutchouc recyclé, soit de caoutchouc naturel. Dans le cas de caoutchouc recyclé, les granulats peuvent provenir par exemple de pneumatiques usagés qui sont préalablement broyés. Selon les traitements opérés sur les pneumatiques usagés, on peut obtenir des granulats plus ou moins exempts d'éléments hétérogènes. Plus précisément, une première technique de recyclage des pneumatiques consiste uniquement à fragmenter, broyer les pneumatiques usagés. Les fragments obtenus après broyage contiennent alors un certain pourcentage d'éléments non caoutchouteux comme du métal et/ou du textile, matériaux entrant dans la composition des pneumatiques. A titre d'exemple, les granulats obtenus par cette technique comprennent environ 30 % de métal et/ou environ 3 % de textile, le reste étant du caoutchouc. Une autre technique de recyclage des pneumatiques consiste d'abord à trier les différents types de matériaux qui les constituent (essentiellement caoutchouc, textile et métal) puis à traiter séparément chacun de ces matériaux. On obtient par cette méthode un caoutchouc relativement homogène, c'est-à-dire exempt d'éléments non élastomères. On comprend alors aisément que les granulats obtenus à partir de cette séparation sont euxmêmes exempts de corps étrangers. A titre indicatif, les granulats couramment obtenus par cette technique comprennent plus de 95 % de caoutchouc. Dans tous les cas, les granulats comporteront en volume majoritairement du caoutchouc. C'est pourquoi on parlera parfois dans la suite de ce texte de "granulats en caoutchouc". L'objectif final est en effet que le matériau selon l'invention présente des propriétés physiques proches de celles du caoutchouc. Les granulats en caoutchouc constituent ainsi le squelette du matériau selon l'invention. Leur taille peut être comprise entre environ 0,1 mm et environ 50 mm, préférentiellement inférieure à 25 mm. Par ailleurs, il est souhaitable que la taille D du plus gros granulat et celle d du plus petit granulat présent dans le matériau soient relativement proches c'est-à-dire que leur rapport est compris dans une plage proche de 1,2 à 3,5. Les tailles d et D sont généralement déterminées par une analyse granulométrique réalisée à l'aide de tamis ayant différentes dimensions de mailles. La figure 2 montre les résultats d'une telle analyse, illustrés par deux courbes A et B obtenues respectivement pour un sable et pour un granulat selon l'invention. L'analyse consiste à faire passer successivement le produit à analyser à travers des tamis ayant des dimensions de maille décroissantes. Pour chaque tamis, on relève le pourcentage massique de granulats qui ne passe pas : cette valeur est reportée sur un graphe tel que celui de la figure 2 ayant en abscisse la dimension m des mailles du tamis, et en ordonnée le pourcentage massique de granulats ; en ordonnée droite, le pourcentage massique de granulats R dont la taille est supérieure à la dimensions m ; en ordonnée gauche, le pourcentage massique de granulats complémentaires T qui correspond à une taille inférieure à m. On obtient ainsi des courbes telles que A ou B. Ainsi, pour la courbe A (correspondant à une analyse granulométrique d'un sable), la taille d est de quelques microns et D est d'environ 5 mm. Pour la courbe B, correspondant à un exemple de granulats selon l'invention, d est d'environ 2,5 mm, tandis que D est environ 8 mm. En fonction de l'application envisagée, on choisira des valeurs appropriées pour d et D sachant par ailleurs que la valeur de d et/ou celle de D conditionne les dimensions des cavités 3. Les paramètres d et D seront choisis afin d'optimiser l'arrangement spatial des granulats au sein du matériau selon l'application envisagée c'est-à-dire afin soit d'augmenter le volume des granulats, soit au contraire d'augmenter le volume des cavités formées dans le matériau. D'une façon générale, on cherchera à créer un volume important de cavités 3, pour améliorer les capacités d'absorption mécanique et les propriétés acoustiques du matériau. Plus spécifiquement, le volume cumulé des cavités 3 communicantes est supérieur à 15 % du volume total du matériau. Des cavités communicantes peuvent être définies comme des cavités reliées par des voies libres. Cette structure permet une percolation du matériau par un liquide. Cette propriété peut notamment être intéressante pour la réalisation de revêtements routiers qui peuvent ainsi drainer les liquides. Comme il a été énoncé ci-avant, les granulats en caoutchouc formant le squelette du matériau sont enrobés par un liant hydraulique à base d'éléments minéraux, de type ciment par exemple. Le choix du liant hydraulique dépend de l'utilisation finale recherchée pour le matériau. A titre illustratif, peuvent être cités : certains liants spéciaux routiers, des laitiers, d'autres déchets industriels à base d'éléments minéraux. Préférentiellement, le pourcentage pondéral de liant hydraulique est compris entre environ 12 % et environ 60 % du poids total du matériau. En outre, les liants hydrauliques présentent des coûts faibles relativement aux liants organiques. Par ailleurs, le fait d'enrober les granulats à base de caoutchouc avec un tel liant confère au matériau final une meilleure résistance au feu. Des essais ont été réalisés avec un chalumeau à gaz dont la flamme a été mise au contact du matériau selon l'invention. Il a été constaté, non seulement une combustion localisée à la zone de contact mais encore une extinction de la combustion dans les secondes qui suivent l'arrêt de la flamme. Ces essais mettent donc en évidence l'efficacité de la protection au feu résultant de l'enrobage des granulats de caoutchouc par le liant hydraulique. L'enrobage des granulats par un liant à base d'éléments minéraux accroît les capacités d'inertage du matériau, c'est-à-dire qu'il permet de réduire le relargage des polluants susceptibles d'être contenus dans les granulats : ainsi, le soufre, les huiles et les stabilisants chimiques restent dans les granulats caoutchouteux de base. Cette propriété est très importante vis-à-vis de la pollution et des normes y afférentes. En outre, l'enrobage des granulats permet une cohésion générale du matériau final. Dans le cas de formation de plaques dont l'épaisseur peut être par exemple de l'ordre de dix fois la taille D du plus gros granulat, l'enrobage joue alors un rôle de rigidification de la plaque. Dans tous les cas de formation de plaques, les matériaux et/ou leurs caractéristiques physiques seront choisis de telle sorte que les plaques soient auto-portantes, c'est-à-dire qu'elles se tiennent par elles-mêmes, sous leur propre poids. Il a par ailleurs été constaté que le matériau aggloméré selon l'invention est peu sensible au gel, aux rayonnements ultraviolets et au vieillissement. Un autre aspect de l'invention concerne le procédé d'obtention du matériau qui vient d'être décrit. Les principales étapes du procédé conforme à l'invention sont les suivantes : - dosage et introduction des granulats dans des moyens de malaxage ; - dosage et introduction d'une solution aqueuse dans des moyens de malaxage ; - malaxage des granulats ; - dosage et introduction d'un liant hydraulique dans les moyens de malaxage ; - malaxage du mélange jusqu'à obtention d'un mélange homogène ; - ajout d'un complément d'eau et malaxage jusqu'à l'obtention d'un enrobage uniforme des granulats dans le mélange ; - moulage et/ou coulée et/ou compression puis séchage du mélange. Le mouillage de la surface des granulats peut être réalisé avec une solution aqueuse additionnée ou non d'agents tensioactifs. Cette étape constitue une préparation de la surface extérieure des granulats, qui améliore l'accrochage ultérieur du liant sur ladite surface. Le dosage des granulats est réalisé soit en fonction du volume final de matériau à fabriquer, soit en fonction de la capacité totale des moyens de malaxage. Le mouillage des granulats est tel que l'on apporte environ 5 % de volume liquide par rapport au volume total des granulats présents dans le moyen de malaxage. Le malaxage des granulats est réalisé pendant environ 15 à 30 s. L'objectif de cette étape est d'obtenir un mouillage complet de la surface des granulats par le liquide aqueux. Le dosage du liant hydraulique est tel que l'on aboutit à un ratio eau/liant compris entre 0,2 et 0, 5. Des adjuvants peuvent être ajoutés avant ou au plus tard pendant l'introduction du liant hydraulique afin d'améliorer certaines propriétés du matériau. On distingue les adjuvants dits de formulation qui influent principalement sur les propriétés à court terme du matériau ; se sont par exemple des plastifiants, des entraîneurs d'air, des durcisseurs ou des retardateurs de prise du mélange. Peuvent également être ajoutés au mélange des adjuvants dits de composition qui agissent plutôt sur les propriétés à long terme du matériau. Ce sont des produits comme la fumée de silice (qui améliore la résistance en traction), les produits ignifugeants pour améliorer la résistance au feu, les liants hydrocarbonés, ou encore des fibres métalliques ou de synthèse destinées à améliorer la résistance à la flexion. Les liants hydrocarbonés peuvent faire partie du liant hydraulique lui-même ou bien être ajoutés dans le mélange. Les adjuvants agissent essentiellement à l'interface granulat/liant afin d'améliorer les liaisons à ce niveau. Ils permettent finalement d'optimiser l'un ou plusieurs des paramètres suivants : - le comportement rhéologique du mélange - les résistances mécaniques - la cinétique de durcissement - le taux de cavités. En fonction de l'application finale souhaitée, le mélange peut être moulé, vibré ou coulé. Ce type de mise en oeuvre est le même que celui qui est pratiqué couramment pour le béton. La densité est comprise entre 0,5 et 1,5. Le matériau final présente un module d'élasticité compris entre 50 et 1 000 MPa. La résistance en compression à 7 jours varie entre 0,2 et 2 MPa, tandis que la résistance en compression à 27 jours est comprise entre 0,3 et 3 Mpa. A titre comparatif, le béton présente des résistances en compression environ cent fois plus élevées. Par ailleurs, il est possible de modifier les caractéristiques mécaniques du matériau final en lui appliquant une charge de compression avant la prise (de même que l'on ajoute des armatures métalliques précontraintes dans un béton). Ceci permet d'améliorer sa tenue aux efforts cycliques. Il peut également être prévu sans sortir du cadre de l'invention, de combiner une plaque ou une dalle de matériau selon l'invention avec une dalle de béton par exemple afin de former un ensemble multicomposants. Des couches antisismiques interposées entre des dalles rigides peuvent aussi être envisagées. Les utilisations envisagées sont multiples : Il est ainsi possible de réaliser des couches horizontales ou des tranchées verticales anti-vibrations, des écrans acoustiques des éléments préfabriqués destinés à absorber des chocs, des dalles d'isolation acoustique et thermique pour les bâtiments, des pistes cyclables, d'athlétisme, des revêtements pour gymnases, terrains de jeux pour enfants.... REVENDICATIONS 1. Matériau aggloméré comprenant notamment des granulats (1) et au moins un liant hydraulique (2), caractérisé en ce que les granulats (1) sont à base de caoutchouc et sont enrobés par ledit liant (2) en délimitant entre eux des cavités (3). 2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les granulats (1) comportent en volume majoritairement du caoutchouc. 3. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume cumulé des cavités (3) communicantes est supérieur ou égal à 15 % du volume total du matériau, et en ce que ledit volume est proche du volume total des cavités (3) comprises dans le matériau. 4. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédente, caractérisé en ce que la taille des granulats (1) est comprise entre environ 0,1 mm et environ 50 mm, préférentiellement inférieure à 25 mm. 5. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que sa densité apparente est comprise entre environ 0,5 et environ 1,5. 6. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pourcentage pondéral de liant hydraulique est compris entre environ 20 % et environ 60 %, préférentiellement entre 23 % et 30 % du poids total du matériau. 7. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pourcentage pondéral de granulats en caoutchouc est compris entre 40 % et 80 %, préférentiellement entre 50 et 65 % du poids total du matériau. 8. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les granulats (1) comprennent plus de 95 % de caoutchouc. 9. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les granulats comprennent environ 30 % de métal et/ou environ 3 % de textile. 10. Matériau selon l'une quelconque des revendications, caractérisé en ce que la taille D du plus gros granulat est au plus égale à huit fois la taille d du plus petit granulat. 11. Utilisation du matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes pour la fabrication de plaques dont l'épaisseur est supérieure ou égale à dix fois la taille du plus gros granulat qu'elle contient. 12. Utilisation du matériau selon l'une des revendications 1 à 10 pour la réalisation d'ouvrages pourvus d'armatures. 13. Procédé de fabrication d'un matériau selon l'une quelconque des revendication 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : dosage et introduction des granulats dans des moyens de malaxage ; dosage et introduction d'une solution aqueuse dans les moyens de malaxage ; - malaxage des granulats ; dosage et introduction d'un liant hydraulique dans les moyens de malaxage ; - malaxage du mélange jusqu'à obtention d'un mélange homogène ; - ajout d'un complément d'eau et malaxage jusqu'à l'obtention d'un enrobage uniforme des granulats dans le mélange ; - moulage et/ou coulée et/ou compression puis séchage du mélange ; 14. Procédé de fabrication selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dosage du liant est tel que le ratio eau/liant est compris entre 0,2 et 0,5. 15. Procédé de fabrication selon les revendications 13 ou 14, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'introduction d'au moins un adjuvant dans le mélange homogène, avant l'ajout du complément d'eau, l'adjuvant pouvant comprendre des solutions de silicates de sodium ou de potassium, des ignifugeants, des liants hydrocarbonés, des fibres métalliques et/ou de synthèse. 16. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que l'adjuvant comprend des plastifiants, des durcisseurs ou des retardateurs de prise du matériau, des entraîneurs d'air. 17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le pourcentage de liants hydrocarbonés ou de charge minérale est compris entre environ 1 et 10 %.