Brevet FR2878856A1 — publié le 20060609

La présente invention concerne un enrobé bitumineux, du type comprenant: des granulats minéraux comportant des fines, du sable, et éventuellement des gravillons; et - un liant à base d'un produit de base constitué de bitume naturel ou de bitume de l'industrie pétrolière pur ou modifié. L'invention s'applique aux enrobés bitumineux, réalisés par enrobage de granulats par le liant. Les granulats minéraux ou charges utilisés comprennent des fines, à savoir des particules de dimensions inférieures à 0,063 mm, des granulats naturels, artificiels ou recyclés, à savoir du sable, c'est-à- dire des particules de dimensions comprises entre 0,063 mm et 2 mm, et éventuellement des gravillons, c'est-à-dire des particules de dimensions supérieures à 2 mm. Un liant thermofusible de type bitumineux pour l'enrobé peut être du bitume naturel ou du bitume de l'industrie pétrolière pur ou modifié. Le liant peut contenir en outre divers additifs tels que des polymères et des élastomères. La préparation d'un enrobé bitumineux du type précité comprend le mélange du liant et des charges à une température dite de fabrication , puis l'épandage de ce mélange à une température de mise en oeuvre, le compactage du mélange répandu, et enfin le refroidissement du mélange compacté. En général, la température de fabrication est comprise entre 160 C et 180 C selon les compositions. Cette température élevée présente l'inconvénient de dégrader les liants et d'entraîner la production de fumées qui contiennent des composés organiques volatils. Pour pallier ce problème, des liants connus (FR-A- 2 721 936) contiennent une cire d'hydrocarbure dont le point de fusion est supérieur à 85 C. On appelle cire d'hydrocarbure , des hydrocarbures polymères saturés de bas poids moléculaire, d'aspect caractéristique, solides à la température ambiante, à point de fusion assez net et de faible viscosité. Leur apparence est translucide à opaque mais jamais vitreuse. Ces polymères diffèrent ainsi dans leurs propriétés de polymères et d'élastomères couramment employés, qui présentent une zone de ramollissement assez large et va graduellement de l'état solide à l'état liquide lorsque la température s'élève. Par ailleurs, ces cires d'hydrocarbures sont insolubles dans le bitume à la température ambiante. Par bas poids moléculaire , on entend un poids moléculaire inférieur à environ 6 000 g/mol, et compris généralement entre 500 et 6 000 g/mol. De telles cires permettent d'abaisser notablement la viscosité du produit lors de sa mise en oeuvre. Ainsi, la température de fabrication de l'enrobé bitumineux avec un liant du type précité est diminuée de 30 à 50 C par rapport à des enrobés bitumineux traditionnels. Par ailleurs, si ces cires d'hydrocarbures sont solubles dans le bitume à la température de fabrication, elles précipitent néanmoins lors du refroidissement et forment un réseau de fibres de façon à armer le revêtement coulé. Ainsi, le mélange réalisé à base d'un liant du type précité présente des propriétés mécaniques améliorées, notamment en terme de résistance aux charges statiques et de tenue au fluage sous élévation de température. Cependant, les liants du type précité ne donnent plus entière satisfaction, et en particulier, compte-tenu des contraintes environnementales, l'évolution des réglementations exigera de diminuer fortement les émissions de fumées lors de l'élaboration ou de la mise en oeuvre des enrobés bitumineux contenant des liants hydrocarbonés. Dans les liants décrits dans FR-A- 2 721 936, la teneur massique en cire d'hydrocarbure dans le liant est inférieure à 15% de la masse totale du liant. Si cette teneur est augmentée, la température de fabrication de l'enrobé diminue dans une certaine mesure, mais cette diminution de température s'accompagne d'une dégradation notable des propriétés mécaniques de l'enrobé bitumineux après refroidissement. L'invention a donc pour but de fournir un liant permettant d'élaborer des enrobés bitumineux à plus basse température, tout en préservant les propriétés mécaniques des produits obtenus. A cet effet, l'invention a pour objet un enrobé bitumineux du type précité, caractérisé en ce que le liant comprend, outre ledit produit de base, un premier additif constitué par une cire d'hydrocarbure qui est sensiblement insoluble aux températures ambiantes dans le bitume de base du liant et dont le point de fusion, mesuré suivant les normes ASTM D3945 et D3418, est supérieur à 85 C, et qui abaisse la température de fabrication de l'enrobé bitumineux par rapport à celle du produit de base, en ce que le liant comprend en outre un second additif constitué par une cire d'ester d'acide gras, cette cire étant d'origine synthétique, végétale ou végétale fossile et ayant un point de fusion, mesuré suivant lesdites normes, inférieur à 85 C, et en ce que la pénétrabilité du produit de base, mesurée selon la norme ASTM D1321, est supérieure à 70 dixièmes de mm et inférieure ou égale à 220 dixièmes de mm. On appelle ester d'acide gras des esters de monoacides organiques carboxyliques à longues chaînes carbonées, notamment à chaînes carbonées linéaires. Les molécules de ces cires d'esters comprennent un nombre de carbone supérieur à 20 et préférentiellement supérieur à 40. Ces produits peuvent être d'origine végétale, par exemple issus des huiles végétales de palmier, d'origine végétale fossile, comme par exemple issus des cires fossiles de lignite ou d'origine synthétique. Ces cires d'ester d'acide gras présentent un point de fusion franc et ont une faible viscosité dès leur point de fusion atteint. Des exemples d'esters d'acides gras sont des esters d'acide montanique (ou esters d'acide octasonoïque), acide de formule C28H56 - 02 ou des esters d'acide lignocérique (ou ester d'acide tétracosanoïque), acide de 2 0 formule C24H48 - 02. Selon d'autres caractéristiques de l'enrobé bitumineux selon l'invention: - la pénétrabilité du produit de base, mesurée selon la norme ASTM D1321, est supérieure à 70 dixièmes de mm et inférieure ou égale à 100 dixièmes de mm, de préférence supérieure à 75 dixièmes de mm et inférieure ou égale à 100 dixièmes de mm; - l'indice d'acide dudit ester d'acide gras est compris entre 10 mg KOH/g et 70 mg KOH/g, notamment compris entre 20 mg KOH/g et 40 mg KOH/g; - ledit indice d'acide est sensiblement 28 mg KOH/g; - le poids moléculaire dudit ester d'acide gras est compris entre 500 g/mol et 3 000 g/mol, notamment compris entre 600 g/mol et 1 000 g/mol; ledit poids moléculaire est sensiblement 816 g/mol; - le point de fusion de la cire d'hydrocarbure est compris entre environ 110 C et environ 140 C; - ladite cire d'hydrocarbure est une cire de polyméthylène ou de polyoléfine, notamment de polyéthylène, de polypropylène ou de copolymère éthylène-propylène; - ladite cire d'hydrocarbure a une pénétrabilité mesurée à 25 C selon la norme ASTM D1321 inférieure à 15 dixièmes de mm; le liant contient de l'ordre de 2% à 15% en masse de l'ensemble formé par les premier et second additifs par rapport à la masse totale du liant; le liant contient de l'ordre de 0,5% à 10% en masse du second additif par rapport à la masse totale du liant; - le liant contient en outre un élastomère, notamment un copolymère de styrène-butadiène-styrène, de styrène- butadiène, ou de styrène-isoprènestyrène; - l'ester d'acide gras est constitué par un ester de monoacide carboxylique à chaîne linéaire; et - il comprend des agrégats d'enrobés recyclés en fabrication. On appelle indice d'acide la masse en milligrammes d'hydroxyde de potassium nécessaire pour neutraliser les acides gras libres dans un gramme de cire d'ester d'acide. L'invention a également pour objet un procédé de préparation d'un enrobé bitumineux tel que défini ci-dessus, comprenant les étapes suivantes: (a) on mélange le liant avec les granulats minéraux, (b) on répand le mélange issu de l'étape (a), (c) on compacte le mélange répandu, et (d) on laisse refroidir le mélange compacté, caractérisé en ce que les étapes (a), (b) et (c) sont réalisées à une température comprise entre 80 C et 130' C. A cette température de fabrication, aucune fumée n'est visible lors de la mise en oeuvre de l'enrobé. En pratique, les émissions de fumées sont réduites de l'ordre d'un facteur 10 par rapport aux enrobés traditionnels. L'enrobé selon l'invention a une bonne résistance sous charge statique et/ou dynamique. Il manifeste également une bonne tenue au refroidissement ainsi qu'à l'échauffement. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, l'enrobé selon l'invention contient des agrégats d'enrobés recyclés en fabrication. Par agrégats d'enrobés recyclés en fabrication , on entend des matériaux tel que définis dans la norme AFNOR XP P 98-135 de décembre 2001. Ces agrégats peuvent être mélangés à chaud avec le liant lors du procédé de préparation des enrobés bitumineux du type défini ci-dessus, en remplacement d'une partie des charges minérales. Les enrobés bitumineux selon l'invention peuvent être utilisés comme revêtements de chaussées et de voiries et leur dépendances, dans les domaines routiers, aéroportuaires et urbains. L'exemple suivant illustre l'invention. Cet exemple concerne un enrobé bitumineux préparé à partir d'un liant par le procédé selon l'invention. Cet enrobé est soumis, après préparation, à différents tests destinés à caractériser ses propriétés. On réalise des essais classiques d'orniérage selon la norme NF P 98-253-1 par la mesure de l'ornière créée par le passage cyclique d'une charge roulante pour une température et un nombre de cycles donnés pour mesurer la résistance de l'enrobé bitumineux aux déformations permanentes. Dans les exemples qui suivent, les pourcentages indiqués sont des pourcentages pondéraux par rapport au poids total d'enrobé bitumineux. EXEMPLE 1 Dans cet exemple, on prépare un enrobé bitumineux de type BBSG selon la norme NFP98-130. On réalise également un enrobé selon l'invention qui contient une cire d'hydrocarbure et une cire d'ester d'acide montanique à raison de 0,45 % du poids total de l'enrobé. Le liant de base utilisé est un liant bitume de type 70/100, c'est-à-dire que sa pénétrabilité mesurée selon la norme ASTM D1321, est strictement supérieure à 70 dixièmes de mm et inférieure à 100 dixièmes de mm. Ces enrobés sont typiquement utilisés pour la réalisation des couches de surface des chaussées routières, aéroportuaires, urbaines et leurs dépendances. Les résultats figurant dans le tableau 1 illustrent l'effet de ces cires sur la température d'application de l'enrobé et les propriétés thermoplastiques de cet enrobé. TABLEAU 1 Liant Cire Température Ornière bitume d'hydrocarbure d'application 30000 70/100 + (%) Cire d'ester ( C) cycles d'acide à 60 C montanique (%) Enrobé 5.3 - 165 3.1 traditionnel Enrobé 5.3 0.45 125 3.0 selon l'invention Dans ce cas, l'enrobé qui contient selon l'invention le mélange de cires possède une résistance aux déformations permanentes identiques à celle des enrobés traditionnels, mais avec une température d'application inférieure de 40 C. Grâce à l'invention qui vient d'être décrite, il est possible de disposer d'un enrobé bitumineux qui peut être réalisé à des températures de fabrication suffisamment basses pour supprimer sensiblement totalement les émissions de fumée. A ces températures, les émissions de fumées sont diminuées de l'ordre d'un facteur 10 par rapport aux enrobés de l'état de la technique, tout en préservant les propriétés mécaniques des enrobés bitumineux obtenus. Ces enrobés sont fabriqués et transportés avec une consommation moindre d'énergie. Par ailleurs, compte-tenu des faibles températures d'élaboration, le matériel utilisé pour le mélange du liant et des charges présente une usure moindre et la mise en oeuvre des enrobés bitumineux selon l'invention est beaucoup plus confortable que pour les enrobés de l'état de la technique. 10 REVENDICATIONS 1. Enrobé bitumineux, du type comprenant: - des granulats minéraux comportant des fines, du sable, et éventuellement des gravillons; et - un liant à base d'un produit de base constitué de bitume naturel ou de bitume de l'industrie pétrolière pur ou modifié ; caractérisé en ce que le liant comprend, outre ledit produit de base, un premier additif constitué par une cire d'hydrocarbure qui est sensiblement insoluble aux températures ambiantes dans le bitume de base du liant et dont le point de fusion, mesuré suivant les normes ASTM D3945 et D3418, est supérieur à 85 C, et qui abaisse la température de fabrication de l'enrobé bitumineux par rapport à celle du produit de base, en ce que le liant comprend en outre un second additif constitué par une cire d'ester d'acide gras, cette cire étant d'origine synthétique, végétale ou végétale fossile et ayant un point de fusion, mesuré suivant lesdites normes, inférieur à 85 C, et en ce que la pénétrabilité du produit de base, mesurée selon la norme ASTM D1321, est supérieure à 70 dixièmes de mm et inférieure ou égale à 220 dixièmes de mm. 2. Enrobé bitumineux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pénétrabilité du produit de base, mesurée selon la norme ASTM D1321, est supérieure à 70 dixièmes de mm et inférieure ou égale à 100 dixièmes de mm. 3. Enrobé bitumineux selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'indice d'acide dudit ester d'acide gras est compris entre 10 mg KOH/g et 70 mg KOH/g, notamment compris entre 20 mg KOH/g et 40 mg KOH/g. 4. Enrobé bitumineux selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit indice d'acide est sensiblement 28 mg KOH/g. 5. Enrobé bitumineux selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le poids moléculaire dudit ester d'acide gras est compris entre 500 g/mol et 3 000 g/mol, notamment compris entre 600 g/mol et 1 000 g/mol. 6. Enrobé bitumineux selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit poids moléculaire est sensiblement 816 g/mol. 7. Enrobé bitumineux selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le point de fusion de la cire d'hydrocarbure est compris entre environ 110 C et environ 140 C. 8. Enrobé bitumineux selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite cire d'hydrocarbure est une cire de polyméthylène ou de polyoléfine, notamment de polyéthylène, de polypropylène ou de copolymère éthylène-propylène. 9. Enrobé bitumineux selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite cire d'hydrocarbure a une pénétrabilité mesurée à 25 C selon la norme ASTM D1321 inférieure à 15 dixièmes de mm. 10. Enrobé bitumineux selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le liant contient de l'ordre de 2% à 15% en masse de l'ensemble formé par les premier et second additifs par rapport à la masse totale du liant. 11. Enrobé bitumineux selon la revendication 10, caractérisé en ce que le liant contient de l'ordre de 0,5% à 10% en masse du second additif par rapport à la masse totale du liant. 12. Enrobé bitumineux selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le liant contient en outre un élastomère, notamment un copolymère de styrène-butadiène-styrène, de styrène- butadiène, ou de styrèneisoprène-styrène. 13. Enrobé bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ester d'acide gras est constitué par un ester de monoacide carboxylique à chaîne linéaire. 14. Enrobé bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des agrégats d'enrobés recyclés en fabrication. 15. Procédé de préparation d'un enrobé bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes: (a) on mélange le liant avec les granulats minéraux, (b) on répand le mélange issu de l'étape (a), (c) on compacte le mélange répandu, et (d) on laisse refroidir le mélange compacté, caractérisé en ce que les étapes (a), (b) et (c) sont réalisées à une température comprise entre 80 C et 130 C. 16. Utilisation d'un enrobé bitumineux selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 comme revêtement de chaussée et de voirie et leur dépendances dans les domaines routiers, aéroportuaires et urbains.