Brevet FR2862653A1 — publié le 20050527

L'invention concerne un procédé de préparation de mousses de bitume et une installation permettant la préparation de mousses de bitume. Par bitume, il doit être entendu pour toute la suite, qu'il s'agit de tous types d'hydrocarbures. En fait, la texture du bitume sous forme de mousse, qui constitue un produit intermédiaire, permet une utilisation beaucoup plus aisée du bitume, et se fige alors généralement après l'application de la mousse. En effet, la viscosité du bitume étant importante à température ambiante, il est préférable de le transformer en mousse pour le disperser. En particulier, la fabrication des enrobés bitumineux qui consiste à mélanger des granulats, des sables, etc. avec du bitume, est facilitée lorsque ce dernier se trouve sous forme de mousse. Les mousses de bitume sont utilisées dans le domaine de travaux publics pour la réalisation des chaussées bitumineuses en permettant l'enduction et/ou la liaison d'agrégats, mais aussi en tant que revêtement d'étanchéité appliqué sur tout type de surface comme le carton, le papier, les toitures, etc. On connaît de tels procédés qui permettent de transformer le bitume en mousse, par exemple comme celui décrit dans FR 2 077 238 où on obtient une mousse en dispersant sous pression de l'eau dans du bitume chaud. Cependant, dans ce cas pour qu'il y ait formation de mousse, il est nécessaire d'injecter l'eau sous une pression supérieure à 1 atmosphère et le mélange est ensuite éjecté dans une ambiance à pression inférieure. La quantité de chaleur contenue dans le mélange bitume-eau est telle qu'elle provoque une vaporisation rapide de l'eau ayant pour conséquence la formation d'une mousse. Cependant, de tels procédés ne permettent pas de contrôler la taille des gouttes d'eau, ni celle des cavités de vapeur apparaissant dans la 30 mousse. 2862653 2 La présente invention a pour but d'améliorer la fabrication de mousses de bitume, tout en améliorant les propriétés de ces dernières et tout en remplissant des conditions de sécurité supplémentaires. Un premier objet de la présente invention est de fournir un procédé qui permette d'atteindre ce but par le fait que les étapes suivantes sont réalisées dans le procédé : - on fournit une émulsion inverse de bitume à une première température, - on fournit un bitume à une deuxième température, - on mélange une quantité d'émulsion inverse de bitume avec une quantité de bitume pour obtenir une mousse de bitume. Une émulsion inverse de bitume est une fine dispersion métastable d'une phase aqueuse dans un bitume sous forme de gouttelettes de 1 pm à 20 pm. En général, cette dispersion est stabilisée par les composants du bitume, mais peut nécessiter d'être stabilisée par un tensioactif. Un tel procédé permet l'obtention d'une mousse de bitume de manière plus sécurisée, puisque les produits en présence (eau, bitume) n'ont pas besoin d'être en surpression. Bien au contraire, l'émulsion inverse n'étant pas destinée à la formation directe de la mousse de bitume, mais étant destinée à être injectée dans du bitume chaud pour la transformation en mousse, aucune surpression n'est nécessaire. Par ailleurs, le fait de mélanger l'émulsion inverse dont on contrôle la dispersion dans le bitume permet de mieux contrôler la formation de la mousse de bitume et donc son homogénéité, grâce à la maîtrise de la taille de gouttes d'eau et des cavités. Avantageusement, on réalise ladite émulsion inverse préalablement au mélange en effectuant les étapes suivantes: - on fournit de l'eau à une troisième température, - on fournit un bitume à une quatrième température, 2862653 3 - on mélange une quantité d'eau avec une quantité de bitume pour obtenir une émulsion inverse de bitume à une cinquième température. L'émulsion inverse n'étant pas destinée à la formation directe de la 5 mousse de bitume, on comprend que l'émulsion inverse correspond au mélange qui est obtenu par dispersion d'eau dans du bitume. Avantageusement, les première et cinquième températures sont inférieures ou égales à 100 C, préférentiellement sensiblement comprises entre 85 C et 100 C. Dans ces conditions de température, l'émulsion inverse peut être facilement pompée sans pour autant qu'elle ne se transforme en mousse, non désirée à ce stade. En outre, l'émulsion inverse présente alors une bonne miscibilité dans un bitume ayant une deuxième température avantageusement sensiblement comprise entre 150 C et 170 C, préférentiellement de l'ordre de 160 C. Avantageusement, les troisième, quatrième et cinquième températures sont sensiblement égales et sont inférieures ou égales à 100 C, préférentiellement sensiblement comprises entre 85 C et 100 C. Plus la température de l'eau est élevée plus l'obtention de l'émulsion inverse est aisée; cependant, a contrario, au-dessus de 95 C, l'eau commence à vaporiser sous une pression atmosphérique, ce qui entraînerait la formation de la mousse de bitume au sein même de l'émulsion inverse, ce que l'on veut éviter. Un premier objet de la présente invention est de fournir une installation de préparation de mousses de bitume qui permette d'atteindre le but de l'invention, en proposant en particulier une installation qui permet la fabrication de mousses de bitume dans des conditions sécurisées. Dans les installations connues, les mousses de bitume sont obtenues 30 en réalisant des dispersions qui nécessitent la manipulation des produits 2862653 4 en présence en surpression, ce qui entraîne des risques accidentels. Ces dangers sont d'autant plus importants qu'il s'agit d'utiliser un système chaud sous pression. Cette installation se caractérise en ce qu'elle comporte: - un premier réservoir contenant une émulsion inverse de bitume à une première température, - un deuxième réservoir contenant un bitume à une deuxième température, - des moyens d'amenée d'une quantité d'émulsion inverse de 10 bitume et des moyens d'amenée d'une quantité de bitume, - un mélangeur apte à mélanger ladite quantité d'émulsion inverse de bitume avec ladite quantité de bitume pour obtenir une mousse de bitume. L'installation de la présente invention est ainsi sécurisée par l'absence de produits en surpression et peut en outre être de taille réduite, afin d'être transportée sur le lieu même du chantier, par exemple sur une toiture. En effet, tous les produits en présence étant sous pression atmosphérique, ils peuvent être stockés dans des réservoirs sans pression, à même le dos de l'utilisateur. Ainsi, avantageusement, pour permettre la fabrication de l'émulsion inverse directement sur le chantier, au moment où son mélange dans le bitume est prévu, l'installation comporte en outre un troisième réservoir contenant de l'eau à une troisième température et un quatrième réservoir contenant un bitume à une quatrième température, des moyens d'amenée d'une quantité d'eau et des moyens d'amenée d'une quantité de bitume qui permettent d'amener une quantité d'eau et une quantité de bitume des troisième et quatrième réservoirs respectifs, vers le premier réservoir et des moyens d'amenée de bitume permettant d'amener du bitume du deuxième réservoir vers le quatrième réservoir. 2862653 5 Dans un souci d'économie d'énergie, il peut être avantageux que l'installation comporte en outre un échangeur thermique permettant de transférer de la chaleur du quatrième réservoir vers le troisième réservoir. Ainsi, il n'est pas nécessaire que l'installation comporte des moyens de chauffage, puisque la chaleur du bitume, préférentiellement livrée sur le chantier à une température de l'ordre de 160 C, permet de chauffer l'eau destinée à la fabrication de l'émulsion inverse. Le premier réservoir est avantageusement équipé de moyens qui permettent de fragmenter le mélange contenu dans le réservoir, de sorte que l'émulsion inverse puisse être préparée sensiblement avant d'être mélangée avec le bitume et éventuellement conservée sans aucun risque de transformation en mousse de bitume. Ces moyens de fragmentation sont de type connu et comportent par exemple un agitateur. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation de l'invention représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère à la figure unique annexée qui représente schématiquement le procédé et l'installation selon l'invention. La figure unique représente schématiquement une installation 20 permettant de fabriquer des mousses de bitume selon le procédé de l'invention. L'installation comporte un premier réservoir 10 contenant une émulsion inverse 12. Le premier réservoir 10 est pourvu de moyens de fragmentation, en l'espèce d'un agitateur 14, du type moulin colloïdal, hélice, etc., qui est entraîné en rotation par des moyens moteur 16, afin de mélanger l'émulsion inverse et ainsi garantir une bonne homogénéité de cette dernière. L'émulsion inverse 12 est à une première température Ai, comprise entre 80 C et 100 C, préférentiellement de l'ordre de 95 C pour garantir un bon maintien de l'émulsion inverse 12. 2862653 6 L'installation comporte un deuxième réservoir 18 contenant du bitume 20 à une deuxième température 02, de l'ordre de 160 C. Cette deuxième température 02 correspond à la température à laquelle le bitume est généralement transporté et amené sur le chantier. L'installation comporte en outre des moyens d'amenée d'une quantité d'émulsion inverse Q1 et des moyens d'amenée d'une quantité de bitume Q2. En l'espèce, les moyens d'amenée d'émulsion inverse 12 et de bitume 20, comportent respectivement un conduit d'amenée 221, 222 et une pompe 241, 242 qui permet de pomper l'émulsion inverse 12, respectivement le bitume 20, de leur réservoir respectif 10, 18, vers un mélangeur 26. Ce dernier est apte à mélanger la quantité d'émulsion inverse Q1 et la quantité de bitume Q2, afin d'obtenir une mousse de bitume 28 par réaction entre l'émulsion inverse 12 et le bitume 20. L'installation peut aussi comporter des moyens permettant de fabriquer de l'émulsion inverse 12 directement sur le chantier à une cinquième température Os. Lorsque l'émulsion inverse 12 est employée directement après sa fabrication, cette cinquième température Os est sensiblement égale à la première température 01 et le premier réservoir 10 contenant l'émulsion inverse stockée qui est destinée à la fabrication de la mousse de bitume 28 correspond à celui dans lequel l'émulsion inverse est fabriquée. Dans le cas d'un stockage plus long de l'émulsion inverse 12, par exemple en fin d'utilisation de la mousse de bitume 28, l'émulsion inverse 12 peut être conservée en la maintenant à une température de l'ordre de 95 C. Il est souhaitable de ne pas porter l'émulsion à une température supérieure à 100 C lors de son stockage, afin d'éviter la formation de mousses indésirables à ce stade du procédé et de stopper l'agitation pour éviter la destruction de la dispersion et l'obtention de deux phases (aqueuse et bitumineuse). 2862653 7 Afin de permettre la fabrication in situ de l'émulsion inverse 12, l'installation comporte un troisième réservoir 30 contenant de l'eau 32 à une troisième température 03, et un quatrième réservoir 34 contenant du bitume 36 à une quatrième température 04, qui sont disposés en amont du premier réservoir 12 contenant l'émulsion inverse. Afin de fabriquer l'émulsion inverse 12 et la déverser dans le premier réservoir 10, l'installation comporte en outre des moyens d'amenée d'une quantité d'eau Q3 et des moyens d'amenée d'une quantité de bitume Q4. En l'espèce, comme illustré sur la figure unique, les moyens d'amenée de l'eau 32 et de bitume 36, comportent respectivement un conduit d'amenée 223, 224 qui permet d'amener la quantité d'eau Q3 et la quantité de bitume Q4, de leur réservoir respectif 30, 34, vers le premier réservoir 10. Les moyens d'amenée comportent en outre des moyens de régulation de débit, en l'espèce, respectivement une vanne réglable 383, 384 qui permet de réguler le débit de l'eau 32, respectivement le débit du bitume 36, qui alimente chacun le premier réservoir 10. Le bitume 36 destiné à la fabrication de l'émulsion inverse 12 est préférentiellement de composition identique à celle du bitume 20 destiné à la formation de la mousse 28. En conséquence, le bitume 36 destiné à la fabrication de l'émulsion inverse 12 peut être directement prélevé dans le deuxième réservoir 18 contenant le bitume 20 destiné à la formation de la mousse 28. A cet effet, un conduit d'amenée 225 est prévu entre le deuxième réservoir 18 et le quatrième réservoir 34. Une vanne réglable 385 disposée sur ce conduit d'amenée 225 permet de réguler le débit de bitume déversé entre le deuxième 18 et le quatrième réservoir 34 de sorte que ce dernier soit régulièrement alimenté. Une pompe (non représentée) de type connu peut être prévue sur ce conduit d'amenée 225 pour assurer une bonne alimentation du quatrième réservoir 34 en bitume. 2862653 8 La vanne réglable 385 peut être commandée en fonction des vannes réglables 383, 384 ou en fonction du niveau de bitume 36 relevé dans le quatrième réservoir 34. Afin d'obtenir une émulsion inverse 12 à une première température 01 de l'ordre de 95 C, il est préférable que l'eau 32 et le bitume 36 apportés dans le premier réservoir 10, soient chacun à une température sensiblement égale à la température 01 de l'émulsion inverse, à savoir de l'ordre de 95 C. Un bilan thermique a montré que pour obtenir une émulsion inverse 12 à une température de l'ordre de 95 C, en mélangeant de l'eau 32 à une troisième température 03 de l'ordre de 95 C, et du bitume 36 à une quatrième température 04 de l'ordre de 95 C, il était préférable que la fraction massique d'eau 12 soit comprise entre 25% et 60%, préférentiellement autour de 30%. Un échangeur thermique 40 peut être prévu dans l'installation de manière à permettre un échange de chaleur entre le bitume 36 contenu dans le quatrième réservoir 34 et l'eau 32 contenue dans le troisième réservoir 30. En effet, le bitume 36 contenu dans le quatrième réservoir 34 provient du bitume 20 contenu dans le deuxième réservoir 18; or, la deuxième température 02 de ce dernier bitume 20 est de l'ordre de 160 C, tandis que celle du bitume 36 destiné à la formation de l'émulsion inverse 12 n'est que de 95 C. Ainsi, l'échangeur thermique 40 prélève de la chaleur dans le quatrième réservoir 34 au sein du bitume 36 pour la transférer dans le troisième réservoir 30 au sein de l'eau 32. Un bilan thermique du système lors du mélange de l'émulsion inverse 12 avec le bitume 20 montre qu'il est souhaitable que la fraction massique d'émulsion inverse 12 soit préférentiellement comprise entre 5% et 15%, pour garantir bonne une évaporation de l'eau et donc une mousse de bitume homogène. 2862653 9 On s'intéresse à présent aux étapes du procédé selon l'invention qui permettent de fabriquer une mousse de bitume 28 avec une installation de type de celui décrit précédemment. De l'eau 32 est apportée à une troisième température 03 de l'ordre de 95 C, par petites quantités Q3 dans le premier réservoir 10 où elle est mélangée avec une quantité de bitume Q4 à une quatrième température 84 de l'ordre de 95 C. Les quantités d'eau Q3 et de bitume Q4 sont judicieusement choisies et régulées à l'aide des vannes réglables 223 et 224, pour que la fraction massique d'eau, correspondant au rapport de la quantité d'eau Q3 sur la quantité de bitume Q4, soit sensiblement égale à 30%. Le mélange obtenu par agitation, correspond à une émulsion inverse de bitume 12 à une cinquième température 8s sensiblement égale à 95 C. Une quantité Qi. de cette émulsion inverse 12 à une première température 81 est directement mélangée à une quantité Q2 de bitume 20 stockée à une deuxième température 02 de l'ordre de 160 C. Le mélange s'effectuant en suivant la fabrication préalable d'émulsion inverse, fabrication préférentiellement continue, la cinquième température 8s est identique à la première température 01. Les quantités d'émulsion inverse Qi et de bitume Q2 sont judicieusement choisies et régulées à l'aide des pompes 221 et 222, pour que la fraction massique d'émulsion inverse, correspondant au rapport de la quantité d'émulsion inverse Q1 sur la quantité de bitume Q2, soit de l'ordre de 5%. A titre d'exemple, on peut ajouter de l'eau 32 à 95 C à raison de 10 ml/min pour une quantité de bitume Q4 de 200 g à 95 C, jusqu'à atteindre une quantité d'eau dispersée dans le bitume de l'ordre de 30% massique permettant d'obtenir une émulsion inverse à 95 C. Une quantité d'émulsion inverse Q1 de l'ordre de 3 à 6 g est alors mélangée à une quantité de bitume Q2 de l'ordre de 30 g, de manière à 30 former dans les secondes qui suivent une mousse de bitume 28. 2862653 10 Cette mousse de bitume 28 peut entre autres se caractériser par le temps de demi-vie de la mousse mesuré entre l'instant où la mousse atteint son expansion maximale et l'instant où le volume d'expansion de la mousse a diminué de moitié. Le ratio d'expansion d'une telle mousse, correspondant au rapport du volume d'expansion maximal sur le volume total de bitume en présence dans la mousse est de l'ordre de 10 à 12. Avec les quantités précitées, le temps de demi-vie est compris entre 15 à 18 secondes, ce qui correspond aux temps généralement obtenus par les techniques de l'art antérieur. En outre, la taille des gouttes d'eau se situe entre 1 pm et 20 pm, ce qui permet d'obtenir une mousse de bitume homogène. 11 REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de mousses de bitume, caractérisé en 5 ce que les étapes suivantes sont réalisées: - on fournit une émulsion inverse de bitume (12) à une première température (01), - on fournit un bitume (20) à une deuxième température (02), - on mélange une quantité d'émulsion inverse de bitume (Qi) avec une quantité de bitume (Q2) pour obtenir une mousse de bitume (28). 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on réalise ladite émulsion inverse (12) préalablement au mélange en 15 effectuant les étapes suivantes: - on fournit de l'eau (32) à une troisième température (03), - on fournit un bitume (36) à une quatrième température (04), - on mélange une quantité d'eau (Q3) avec une quantité de 20 bitume (Q4) pour obtenir une émulsion inverse de bitume (28) à une cinquième température (05). 3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le mélange est réalisé en apportant l'eau (32) en petites quantités (Q3) et en ce que le mélange est réalisé par fragmentation. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le rapport massique de la quantité d'eau (Q3) sur la quantité de bitume (Q4) est sensiblement compris entre 25% et 60%. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les troisième (03), quatrième (04) et cinquième (05) 30 températures sont sensiblement égales. 2862653 12 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les première (01) et cinquième (05) températures sont sensiblement égales. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, 5 caractérisé en ce que les première (01) et cinquième (05) températures sont inférieures ou égales à 100 C. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les première (01) et cinquième (05) températures sont sensiblement comprises entre 85 C et 100 C. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième température (02) est sensiblement comprise entre 150 C et 170 C. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que le bitume (36) destiné à la formation de l'émulsion inverse (12) et le bitume (20) destiné à la formation de la mousse (28) sont de compositions identiques. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport massique de la quantité d'émulsion inverse de bitume (QI) sur la quantité de bitume (Q2) est sensiblement compris entre 5% et 15%. 12. Installation de préparation de mousses de bitume, caractérisée en ce qu'elle comporte: - un premier réservoir (10) contenant une émulsion inverse de bitume (12) à une première température (01), - un deuxième réservoir (18) contenant un bitume (20) à une deuxième température (02), des moyens d'amenée (221, 241,) d'une quantité d'émulsion inverse de bitume (Q1) et des moyens d'amenée (222, 242) d'une quantité de bitume (Q2), 2862653 13 un mélangeur (26) apte à mélanger ladite quantité d'émulsion inverse de bitume (QI) avec ladite quantité de bitume (Q2) pour obtenir une mousse de bitume (28). 13. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un troisième réservoir (30) contenant de l'eau (32) à une troisième température (03) et un quatrième réservoir (34) contenant un bitume (36) à une quatrième température (04). 14. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens d'amenée d'une quantité d'eau (223, 383) et des moyens d'amenée d'une quantité de bitume (224, 384) qui permettent d'amener une quantité d'eau (Q3) et une quantité de bitume (Q4) des troisième (30) et quatrième (34) réservoirs respectifs, vers le premier réservoir (10). 15. Installation selon la revendication 13 ou 14, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens d'amenée de bitume (225, 385) permettant d'amener du bitume du deuxième réservoir (18) vers le quatrième réservoir (34). 16. Installation selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un échangeur thermique (40) permettant de transférer de la chaleur du quatrième réservoir (34) vers le troisième réservoir (30). 17. Installation selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisée en ce que le premier réservoir (10) est pourvu d'un agitateur (14).