Brevet FR2853919A1 — publié le 20041022

Procédé de fabrication d'un enrobé bitumineux. La présente invention est relative aux procédés de fabrication d'enrobés bitumineux. Plus particulièrement, l'invention concerne un 5 procédé de fabrication d'un enrobé bitumineux comprenant des granulats enrobés de bitume, ce procédé comprenant au moins les étapes suivantes: (a) on sèche par chauffage au moins certains des granulats, (b) on réalise un mélange intermédiaire en enrobant avec du bitume chaud une première partie des granulats, sensiblement dépourvue de fines, (c) on mélange une deuxième partie des granulats, comprenant des sables et des fines, avec le mélange 15 intermédiaire obtenu à l'étape (b). Le document US-A-3 868 262 décrit un exemple d'un tel procédé, dans lequel on chauffe la totalité des granulats au cours de l'étape (a), ce qui nécessite une dépense d'énergie importante compte tenu du fait que le 20 mélange initial de granulats contient une quantité d'eau importante. De plus, le séchage et l'élévation de température entraînent un dégagement important de fumées contenant de la vapeur d'eau chargée en poussières: compte tenu de leur grande quantité, ces fumées sont difficiles à 25 traiter et la mise en oeuvre des procédés de ce type entraîne donc une pollution non négligeable pour l'environnement. La présente invention a notamment pour but de pallier ces inconvénients. A cet effet, selon l'invention, un procédé du genre en question est caractérisé en ce qu'au cours de l'étape (a), on chauffe uniquement ladite première partie des granulats, et en ce qu'au cours de l'étape (c), la deuxième partie des 35 granulats qui est mélangée avec le mélange intermédiaire, est constituée de granulats humides. Grâce à ces dispositions, il n'est plus nécessaire de sécher les granulats contenant des fines, compris dans la deuxième partie des granulats. Au contraire, on ne sèche que des gravillons et le cas échéant des sables sans fines, peu chargés en eau (la première partie des granulats est généralement 2 à 3 fois moins chargée en eau que la deuxième partie), plus faciles à sécher que des granulats contenant des fines et peu 10 producteurs de poussières, de sorte qu'on limite fortement la consommation d'énergie et les émanations de fumées lors du chauffage. De plus, le relativement faible volume de fumées produites lors du séchage permet de traiter plus 15 efficacement ces fumées, d'o un gain très net pour l'environnement. Enfin, le procédé selon l'invention permet également d'utiliser des installations plus petites et moins coûteuses que dans l'art antérieur. En effet, le 20 sécheur qui chauffe les granulats peut être beaucoup moins important que dans l'art antérieur, de même que l'installation de dépoussiérage des fumées issues du sécheur. Dans des modes de réalisation préférés de 25 l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - au cours de l'étape (a), on chauffe la première partie des granulats à une température au moins égale à 1000C - au cours de l'étape (c), la deuxième partie des granulats qui est mélangée avec le mélange intermédiaire, est constituée de granulats à température ambiante; - la première partie des granulats comprend des gravillons (granulats de dimension comprise généralement 35 entre 4 et 20 mm), tandis que la deuxième partie des granulats comprend uniquement des sables (granulats de dimension généralement de dimension inférieure à 4 mm) et des fines; - la première partie des granulats comporte en outre des sables de dimension supérieure à 2 mm; - la deuxième partie des granulats représente 15 à % en masse des granulats; - la deuxième partie des granulats présente une teneur en eau comprise entre 2 et 5 % en masse, 10 préférentiellement de l'ordre de 3,5 %, avant d'être mélangée avec ledit mélange intermédiaire; - au cours de l'étape (a), on chauffe la première partie des granulats à une température comprise entre 100 et 160'C, préférentiellement entre 110 et 1300C, et ladite 15 température est telle qu'à l'issue de l'étape (c) (dans ces conditions, on peut obtenir une auto-expansion du bitume grâce à l'eau contenue dans le sable), l'enrobé soit à une température comprise entre 60 et 1000C, ce qui permet d'obtenir un enrobé tiède ou semi tiède aisé à mettre en 20 oeuvre, et ce sans avoir recours aux installations complexes nécessitées dans l'art antérieur pour obtenir de la mousse de bitume. De plus, dans ce mode de réalisation, du fait de la relativement basse température de l'enrobé obtenu, on limite considérablement les émanations de produits 25 organiques volatils, nocifs pour l'environnement; - lors de l'étape (c), on introduit dans le mélange une quantité d'eau suffisante pour que ladite eau se vaporise partiellement et provoque une expansion du bitume; - lors de l'étape (c), on introduit dans le mélange une quantité d'eau (il s'agit de l'eau contenue dans la deuxième partie des granulats, plus éventuellement de l'eau ajoutée au cours du malaxage) suffisante pour que de l'eau subsiste dans l'enrobé bitumineux à l'issue de 35 l'étape (c) : cette eau forme une émulsion eau dans huile avec le bitume permettant d'améliorer la maniabilité de l'enrobé à basse température; - au cours de l'étape (a), on chauffe la première partie des granulats à une température comprise entre 180 5 et 220'C, préférentiellement de l'ordre de 200'C, et ladite température de la première partie des granulats est telle qu'à l'issue de l'étape (c), l'enrobé soit à une température comprise entre 100 et 1500C, préférentiellement de l'ordre de 130'C; - tout le bitume entrant dans la composition de l'enrobé bitumineux est ajouté au mélange au cours de l'étape (b). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description 15 suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin joint. Sur le dessin, la figure 1 est un schéma de principe illustrant un dispositif adapté pour mettre en oeuvre un procédé selon l'invention. Le procédé selon l'invention a pour but de fabriquer un enrobé bitumineux comprenant des granulats enrobés de bitume. Ces granulats, qui forment le squelette minéral de l'enrobé, comprennent eux-mêmes: - des fines, présentant par exemple une dimension inférieure ou égale à 80 pm, - des sables, présentant par exemple une dimension inférieure à 4 mm, et contenant une quantité d'éléments de dimension inférieure à 63 pm, - et des gravillons, ayant une granulométrie par exemple comprise entre 4 et 20 mm. Tous ces granulats peuvent être obtenus à partir soit de minéraux naturels soit de matériaux de récupération (contenant des granulats et des liants naturels ou 35 artificiels, par exemple des enrobés bitumineux recyclés). Pour réaliser une masse donnée E d'enrobé bitumineux, on utilise une masse G de gravillons, une masse S de sables et fines, et une masse B de bitume, o E est sensiblement égal à G + S + B. Comme représenté très schématiquement sur la figure 1, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre dans une centrale d'enrobage 1 fixe ou mobile, en position stationnaire éloignée du chantier de répandage ou se déplaçant sur le chantier de répandage, qui peut par 10 exemple être de type discontinu comme dans l'exemple représenté, ou encore de type continu (non représenté). Cette centrale d'enrobage 1 peut comporter par exemple des trémies 2 de stockage de granulats, dans lesquelles est stockée une première partie des granulats 15 entrant dans la composition de l'enrobé bitumineux. Cette première partie des granulats est exempte de fines et comprend par exemple tous les gravillons G et le cas échéant une partie des sables entrant dans la composition de l'enrobé à réaliser (notamment des sables grossiers 20 exempts de fines, de dimension comprise par exemple 2 et 4 mm). Ladite première partie des granulats peut représenter par exemple de 25 à 80 %, avantageusement de 50 à 75 %, de la masse totale des granulats G + S. La première partie des granulats présente par 25 exemple une teneur massique en eau inférieure à 2,5 % (la première partie des granulats étant généralement constituée d'un mélange de granulats ayant des granulométrie différentes et stockés dans des trémies différentes, il s'agit de la teneur massique moyenne de ce mélange). Un dispositif de transport 3 recueille les granulats de ladite première partie des granulats en sortie des trémies 2 (il peut s'agir par exemple d'un ou plusieurs tapis roulants et/ou élévateurs à godets et/ou autres dispositifs de transport), et les amène dans un sécheur 4. 35 Pour éliminer sensiblement toute l'eau contenue dans la première partie des granulats, le sécheur 4 chauffe ladite première partie des granulats à une température qui, dans tous les modes de réalisation de l'invention, est supérieure à 1000C et généralement comprise entre 110 et 5 220 OC, avantageusement entre 120 et 200 OC. Compte tenu du fait que la première partie des granulats est exempte de fines, cette opération de séchage est aisée à mettre en oeuvre et ne requiert qu'un sécheur de relativement faible puissance, peu consommateur d'énergie. Les fumées émises par le sécheur 4, en relativement faible quantité et assez peu chargées en poussières du fait de l'absence de fines dans la première partie des granulats, sont collectées par une conduite 6 qui les amène dans un ensemble dépoussiéreur et/ou condenseur 5. Cet 15 ensemble 5 peut éventuellement comporter une réserve de fines 5a dans laquelle sont collectées les poussières séparées de ces fumées. Après séchage dans le sécheur 4, les granulats de la première partie des granulats arrivent par exemple dans 20 un élévateur 7 (de type à godets ou autre) qui monte ces granulats au sommet d'une trémie de stockage intermédiaire 8. Par ailleurs, des fines peuvent être stockées dans un silo de stockage de fines 9. Les fines stockées dans la 25 silo 9 peuvent comprendre notamment les poussières rassemblées dans le réservoir de fines 5a de l'ensemble condenseur/dépoussiéreur 5, ainsi que d'autres fines. De plus, une deuxième partie des granulats, représentant par exemple entre 15 et 75 %, avantageusement 30 25 à 50 % de la masse totale des granulats, est stockée dans une trémie de stockage intermédiaire 10. Cette deuxième partie des granulats comprend des sables humides et des fines (ou encore un enrobé recyclé, concassé) à température ambiante, et ladite deuxième partie des 35 granulats est reçue par la trémie 10 depuis des trémies de stockage de sable humide 11, par l'intermédiaire d'un dispositif de transport 12 comprenant par exemple des tapis roulants et/ou des élévateurs à godets ou autres. La deuxième partie des granulats peut présenter par exemple 5 une teneur en eau comprise entre 2 et 5% en masse, avantageusement de l'ordre de 3,5% en masse. Les trémies 8, 9, 10 alimentent un malaxeur 13 ou autre dispositif de mélange, servant à réaliser l'enrobé bitumineux. Ce malaxeur 13 peut par exemple être de type à double paroi, de façon à être chauffé par circulation de vapeur d'eau dans la double paroi. A cet effet, une conduite 14 peut être prévue pour conduire la vapeur d'eau de l'ensemble condenseur/dépoussiéreur 5 vers la double 15 paroi du malaxeur 13, laquelle vapeur d'eau est ensuite renvoyée vers l'ensemble condenseur/dépoussiéreur 5 par une autre conduite 15. Le malaxeur 13 est par ailleurs relié à un stockage 16 de bitume chaud, associé à un système de dosage, de 20 façon à pouvoir ajouter du bitume chaud sous forme fluide dans le malaxeur. Le bitume est maintenu de préférence à sa température d'utilisation (dépendante du grade du bitume et comprise par exemple entre 140 et 1800C environ) dans le stockage 16. Le bitume en question peut être dopé ou non 25 par des adjuvants, tels que des produits tensioactifs pour faciliter, à la fois, la cohabitation avec l'eau, l'expansion du liant, et améliorer l'adhésivité de celui-ci sur le squelette minéral. Des additifs hygroscopiques peuvent être, en outre, finement dispersés dans le bitume 30 afin de favoriser l'introduction et la répartition régulière de l'eau au sein du bitume lors des opérations d'enrobage explicitées ci-dessous. Enfin, le malaxeur 13 peut également être relié - le cas échéant, à un stockage d'eau 17, 35 associée à un système de dosage de façon à pouvoir éventuellement ajouter de l'eau (éventuellement additionnée de tensioactif ou d'un autre adjuvant) dans ledit malaxeur, par exemple au moyen d'une rampe d'aspersion (non représentée), - éventuellement, à des moyens (non représentés) pour ajouter des adjuvants divers dans l'enrobé en cours de préparation. Pour réaliser l'enrobé bitumineux voulu, on commence par réaliser dans le malaxeur 13 un mélange 10 intermédiaire comprenant la première partie des granulats (provenant de la trémie 9) et la masse totale de bitume B (provenant du stockage 16) entrant dans la composition de la masse E d'enrobé à obtenir. Au cours de ce mélange initial, on peut introduire d'abord dans le malaxeur, soit 15 le bitume (avec éventuellement et simultanément de l'eau), soit la première partie des granulats (suivie alors par le bitume plus éventuellement de l'eau). Au cours de ce mélange, les granulats chauds et secs de la première partie des granulats sont complètement 20 enrobés d'un film épais de bitume, qui est bien accroché à ces granulats. Ce mélange initial est poursuivi pendant un temps suffisant (par exemple inférieur à 2 mn) pour obtenir un enrobage complet des gravillons et sables constituant la 25 première partie des granulats. On ajoute ensuite la deuxième partie des granulats, provenant de la trémie 10, au mélange intermédiaire ainsi obtenu, puis on mélange le tout pendant quelques minutes, par exemple environ 2 mn. Au début de ce malaxage final, la deuxième partie des granulats est brutalement chauffée par transfert thermique avec le mélange intermédiaire, transfert thermique qui est facilité par le pont thermique que constitue le bitume enrobant la première partie des 35 granulats. Il en résulte une vaporisation d'au moins une partie de l'eau contenue dans la deuxième partie des granulats, et un équilibrage des températures des granulats, qui aboutit à une température homogène du mélange. Des adjuvants peuvent le cas échéant être ajoutés également dans le malaxeur 5, par exemple de la chaux, ou encore des fines supplémentaires provenant de la trémie 9. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, 10 la température initiale de la première partie des granulats peut être comprise entre 100 et 160'C, préférentiellement entre 110 et 130'C en sortie du le sécheur 4, et cette température est choisie pour que l'enrobé bitumineux obtenu après mélange dans le malaxeur 5 soit à une température 15 comprise entre 50 et 1000C, préférentiellement 50 à 100 OC. A titre d'exemple, pour un mélange contenant 66 % de gravillons et 33 % de sables et fines, en chauffant les gravillons seuls à 150 0C dans le sécheur, on obtient une température finale d'enrobé de 95 - 100 OC après une minute 20 de malaxage. Dans ce premier mode de réalisation, une partie de l'eau contenue dans la deuxième partie des granulats n'est pas évaporée lors du contact initial entre les première et deuxième parties des granulats (le cas échéant, il peut 25 être nécessaire d'ajouter de l'eau dans le malaxeur 13 au cours du mélange final, si la teneur en eau de la deuxième partie des granulats est insuffisante), ce qui permet une expansion du bitume. On génère ainsi une auto-expansion du bitume, sans devoir utiliser aucun moyen spécifique, 30 contrairement aux procédés de moussage de l'art antérieur. Du fait de cette expansion, les sables et fines de la deuxième partie des granulats sont parfaitement enrobés dans le bitume. L'enrobé tiède ou semi tiède obtenu peut aisément 35 être mis en oeuvre malgré sa température relativement faible. Ce mode de réalisation présente l'avantage de limiter fortement les émanations de produits organiques, notamment de composés organiques volatiles (COV) et d'éléments polycycliques aromatiques hydrogénés (HAP), nuisibles pour la santé humaine. Des adjuvants peuvent le cas échéant être ajoutés également dans le malaxeur 5, par exemple de la chaux (vive ou hydratée), ou encore des fines supplémentaires provenant de la trémie 9. De plus, une quantité d'eau supplémentaire, le cas échéant additionnée de tensioactifs, peut éventuellement être ajoutée au mélange vers la fin du malaxage. Cette eau forme une émulsion au sein du bitume, et améliore la maniabilité ultérieure de l'enrobé. En effet, on crée ainsi 15 une émulsion de type eau - huile, et cette émulsion d'eau dans le bitume assure une bonne maniabilité malgré une température très basse de l'enrobé. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, la première partie des granulats chauffés dans 20 le sécheur 4 est portée à une température comprise entre et 220'C, préférentiellement de l'ordre de 200'C, et cette température est choisie de sorte que la température finale de l'enrobé après mélange dans le malaxeur 5 soit comprise entre 100 et 150'C, avantageusement de l'ordre de 25 1300C. Dans ce deuxième mode de réalisation, la température élevée de la première partie des granulats entraîne une élimination brutale de l'eau, qui ne permet pas l'auto expansion du bitume, et on obtient ainsi un 30 enrobé classique, à une température modérée, ce qui limite également les émanations de composés organiques. Dans ce deuxième mode de réalisation, il peut être avantageux d'ajouter de l'eau, éventuellement additionnée de tensioactifs, dans le malaxeur 5, à la fin du malaxage de 35 l'enrobé : on facilite ainsi la mise en oeuvre ultérieure de l'enrobé, en le rendant plus malléable. Dans tous les modes de réalisation de l'invention, on notera qu'un seul liant bitumineux est utilisé dans l'enrobé. De plus, on notera également que l'enrobé réalisé 5 présente dès sa mise en oeuvre, ses caractéristiques mécaniques nominales, sans qu'il soit nécessaire d'attendre pendant une période de cure avant que ces performances ne soient atteintes. Dans les deux modes de réalisation de l'invention, 10 une fois le malaxage terminé, la masse E d'enrobé bitumineux est transférée par un dispositif de transport 18 vers une trémie de stockage d'enrobé 19, laquelle est adaptée pour charger l'enrobé bitumineux dans des camions ou d'autres engins. Les caractéristiques finales de quelques exemples d'enrobés bitumineux réalisés par le procédé selon le premier mode de réalisation de l'invention, sont données ci-après. Exemple 1 Granulats de granulométrie 0-10 mm (porphyre) Passant à 4 mm: 40 % Passant à 0,08 mm: 9 % Grade de bitume: 70/100 dopé à 0,5 % d'un mélange "L200/240P" (CECA@) Teneur en liant: 5,37 p.p.c. % de vides duriez= 8,2 R= 5,6 Mpa r/R = 0,9 Teneur en eau résiduelle: Exemple 2 Granulats de granulométrie 0-10 mm (porphyre). Passant à 4 mm: 40 % Passant à 0,08 mm: 9 % Grade de bitume: 50/70 dopé à 0,2 % de "Wetfix" (AKZO ) Teneur en liant: 5,42 p.p.c. % de vides Duriez: 9,2 R = 6,6 Mpa r/R = 0,8 Exemple 3: Granulats de granulométrie 0-10 mm, contenant 40 % d'enrobés de récupération (recyclat) : Passant à 4 mm: 35 % Passant à 0,08 mm: 8,5 % Grade de bitume: 50/70 dopé à 0,8 % de "Wetfix" 15 (AKZO ) Teneur en liant total: 5,3 p.p.c. R = 6,2 Mpa % de vides Duriez: 10,3 %. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un enrobé bitumineux comprenant des granulats enrobés de bitume, lesdits 5 granulats comprenant eux-mêmes des éléments fins et des gravillons, ce procédé comprenant au moins les étapes suivantes: (a) on sèche par chauffage au moins certains des granulats, (b) on réalise un mélange intermédiaire en enrobant avec du bitume chaud une première partie des granulats, sensiblement dépourvue de fines, (c) on malaxe une deuxième partie des granulats, comprenant des sables et des fines, avec le mélange 15 intermédiaire obtenu à l'étape (b), caractérisé en ce qu'au cours de l'étape (a), on chauffe uniquement ladite première partie des granulats, et en ce qu'au cours de l'étape (c), la deuxième partie des granulats qui est mélangée avec le mélange intermédiaire, 20 est constituée de granulats humides. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, au cours de l'étape (a), on chauffe la première partie des granulats à une température au moins égale à 100OC. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la 25 revendication 2, dans lequel au cours de l'étape (c), la deuxième partie des granulats, qui est mélangée avec le mélange intermédiaire, est constituée de granulats à température ambiante. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première partie des granulats comprend des gravillons, tandis que la deuxième partie des granulats comprend uniquement des sables et des fines. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première partie des granulats comporte en outre des sables de dimension supérieure à 2 mm. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième partie des granulats représente 15 à 75 % en masse des granulats. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième partie des granulats présente une teneur en eau comprise entre 2 et 5 % en masse, préférentiellement de l'ordre de 3,5 %, 10 avant d'être mélangée avec ledit mélange intermédiaire. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au cours de l'étape (a), on chauffe la première partie des granulats à une température comprise entre 100 et 1600C, préférentiellement 15 entre 110 et 130'C, et ladite température est telle qu'à l'issue de l'étape (c), l'enrobé soit à une température comprise entre 60 et 1000C. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel lors de l'étape (c), on introduit dans le mélange une 20 quantité d'eau suffisante pour que ladite eau se vaporise partiellement et provoque une expansion du bitume. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lors de l'étape (c), on introduit dans le mélange une quantité d'eau 25 suffisante pour que de l'eau subsiste dans l'enrobé bitumineux à l'issue de l'étape (c). 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel au cours de l'étape (a), on chauffe la première partie des granulats à une 30 température comprise entre 180 et 220'C, préférentiellement de l'ordre de 2000C, et ladite température de la première partie des granulats est telle qu'à l'issue de l'étape (c), l'enrobé soit à une température comprise entre 100 et 150'C, préférentiellement de l'ordre de 130'C. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel tout le bitume entrant dans la composition de l'enrobé bitumineux est ajouté au mélange au cours de l'étape (b).