Brevet FR3039172A1 — publié le 20170127

ENROBE ACOUSTIQUE A MULTIPLES DISCONTINUITES ET POROSITES POUR VOIE DE CIRCULATION Domaine de l'invention L'invention appartient au domaine technique des travaux publics, et plus particulièrement de la construction de voies de circulation. Plus précisément, l'invention concerne un enrobé acoustique, destiné à être intégré dans la structure d'une voie de circulation. Un tel enrobé est du type de ceux comprenant un liant, de préférence bitumineux, et des granulats dont la répartition granulométrique permet de définir des porosités de dimensions différentes et ciblées au sein de l'enrobé, lui conférant une capacité d'absorption acoustique améliorée. L'invention vise également le procédé de fabrication de cet enrobé, ainsi que la voie de circulation le comprenant. Arrière-plan technologique de l'invention Les voies de circulation ici envisagées sont aussi bien des chaussées routières et autoroutières, que des voies ferroviaires ou des plateformes industrielles, portuaires ou aéroportuaires. Par chaussée, on entend une structure constituée par au moins une couche supérieure appelée revêtement routier (comprenant elle-même une couche de roulement et une couche de liaison), ainsi qu'au moins une couche inférieure. Les voies de circulation, et en particulier les revêtements routiers sont formés par des enrobés bitumineux dans lesquels les granulats sont liés entre eux généralement par du bitume. Les granulats sont un ensemble de grains minéraux appelés fillers, sablons, sables, gravillons, graves ou ballasts suivant leurs dimensions. Il existe six classes granulaires principales, notées chacune d'/D' avec d' 6,3 mm ; 3039172 2 - les gravillons d'/D' avec d' = 1 mm et D' = 125 mm ; - les ballasts d'/D' avec d' = 25 mm et D' = 50 mm. La structure et la composition des revêtements des chaussées routières sont 5 importantes du fait de leur impact sur le bruit généré par la circulation des véhicules sur la chaussée. Les nuisances sonores liées à la circulation sont plus ou moins importantes en fonction de la vitesse et du débit du trafic, ou de l'emplacement des chaussées par rapport aux zones habitées. Le bruit de roulement, qui est créé au niveau du contact pneu-chaussée, est 10 essentiellement occasionné par deux phénomènes : - l'impact des pneus sur la chaussée : lorsqu'un pneu roule sur une surface qui n'est pas parfaitement lisse, les irrégularités entrainent indirectement des vibrations des côtés du pneu. Toutefois, seules les irrégularités suffisamment profondes et larges (taille typiquement supérieure à 1,5-2 cm) causent des vibrations. La réduction du calibre des 15 granulats du revêtement routier permet de réduire la profondeur des irrégularités. Les processus vibratoires interviennent plus particulièrement dans le domaine des basses et moyennes fréquences (80 Hz à 120 Hz environ). - le phénomène de "pompage d'air" : un pneu qui roule sur une surface produit du bruit lié à la compression puis la détente soudaine de l'air piégé dans les alvéoles des 20 pneus, qui s'accompagne d'un "effet ventouse". Ce phénomène, dominant pour l'émission sonore dans le domaine des hautes fréquences (1 à 5 kHz environ), est d'autant plus important que la surface de contact entre le pneumatique et la chaussée est importante. Ce phénomène est largement atténué sur une surface qui présente des aspérités de petites dimensions (typiquement inférieures à 1 cm) ou une bonne porosité 25 liée à la présence de trous en surface communicants avec les vides présents dans la structure du revêtement, qui vont faciliter la circulation de l'air. Ces vides reliés absorbent non seulement le bruit de contact pneu-chaussée mais également le bruit de moteur ainsi que les autres bruits environnementaux. Ces vides sont générés par la distribution granulométrique des granulats, déterminée par analyse granulométrique par 30 tamisage selon la norme EN 933-1. A ce jour, plusieurs types de revêtements routiers acoustiques sont présents sur le marché : - Les bétons bitumineux drainants : 35 Il s'agit de bétons bitumineux dont la granulométrie présente une discontinuité, qui se caractérise par l'absence d'une fraction de granulats et un volume important de vides d'au moins 20%. 3039172 3 Dans ce cas, la réduction du bruit repose sur le fait que le revêtement comporte de nombreux vides. Leur épaisseur est en général supérieure à 4 cm. 5 - Les enrobés bitumineux à couche mince ou très mince : On constate une tendance marquée au développement de revêtements en couches minces, la quantité limitée de matériaux nécessaire à leur fabrication rendant ces revêtements à la fois financièrement attractifs et plus faciles à renouveler. Les enrobés à couche mince ont généralement un pourcentage de vide compris entre 6% et 13%, tandis que les enrobés à 10 couche très mince ont classiquement un pourcentage compris entre 12% et 25%. Il existe des sous familles d'enrobés minces dotées de qualités acoustiques spécifiques, comme le béton bitumineux mince discontinu. Il s'agit d'une couche de 2 à 3 cm caractérisée par un pourcentage assez élevé de gravillons (autour de 70 %). Ce béton bitumineux présente une discontinuité granulométrique, issue de l'absence d'une fraction granulométrique 15 permettant de favoriser la création d'interstices, pour améliorer ce faisant la porosité du revêtement, et donc ses performances en termes d'absorption acoustique. L'ajout dans le liant d'élastomères ou de fibres de cellulose permet de conserver de bonnes propriétés mécaniques, en dépit de la minceur de la couche. 20 - Les enduits contenant de la résine synthétique comme liant : Il s'agit d'enduits composés d'une couche de liant résineux, couverte d'agrégats de très petite granulométrie (2/4 typiquement), ne présentant donc aucune porosité. Leurs propriétés anti-bruit repose sur la diminution de l'émission de bruit, mais pas sur l'absorption, contrairement aux autres types d'enrobés acoustiques. Ce type de matériau 25 présente l'avantage d'être très résistant, et donc de pouvoir être utilisé aux endroits critiques (virages serrés, carrefours...), avec des qualités antidérapantes élevées et durables. Leur mise en oeuvre reste néanmoins coûteuse. La demande de brevet FR2900165A1 décrit une composition à propriétés anti30 bruit pour couches supérieures de chaussées comprenant un mélange granulaire et au moins un liant, caractérisée en ce que le mélange granulaire vérifie les conditions suivantes : a) 70 à 100 % en masse des constituants du mélange granulaire ont des dimensions inférieures à 3,15 mm ; 35 b) 45 à 100 % en masse des constituants du mélange granulaire ont des dimensions inférieures à 2 mm ; c) 3 à 20 % en masse des constituants du mélange granulaire ont des dimensions inférieures à 1 mm ; 3039172 4 d) 2 à 10 % en masse des constituants du mélange granulaire ont des dimensions inférieures à 0,063 mm. En particulier, cette demande décrit en exemple un mélange granulaire obtenu à partir de 48% de granulats de classe d'=2/D'=4, 48% de granulats d'un sable de classe d'=1/D'=2 5 et 4% de filler. Ce mélange granulaire, qui présente une discontinuité granulométrique entre 63 pm et 1 mm, manque de stabilité mécanique, du fait de la présence à parts égales dans le mélange de granulats de petits et de gros granulats. La demande de brevet FR2958302A1 décrit un enrobé hydrocarboné à hautes 10 performances pour chaussées de roulement. Cet enrobé a l'avantage d'être auto- compactable, donc de mise en oeuvre plus économique. Les granulats des enrobés divulgués dans FR2958302A1 ont une distribution granulométrique présentant deux discontinuités, comme cela ressort du tableau 1 ci-dessous. 15 Tableau 1. Exemples de composition et de résultat d'habilité au compactage d'enrobés à hautes performances avec double discontinuité granulaire Squelette HP6 Squelette HP7 Squelette Témoin 3 GB Classe 2 Taux de granulats recyclés 15 15 15 (%) Passant au Tamis (%) 25 100 100 100 20 99 99 100 16 82 84 91 14 69 71 87 12,5 63 66 78 10 57 61 70 8 47 51 64 6,3 36 40 57 4 32 36 41 3,15 31 35 36 2 28 32 27 1 20 23 18 0,5 15 17 13 0,25 12 13 10 0,125 10 11 8 0,063 8,3 8,9 6,7 Passant entre les tamis de 12 10 15 10 et 14mm (%) Passant entre les tamis de 2 et 6,3mm (%) 8 8 30 14/20 38,2 35,1 19,1 3039172 5 10/14 6/14 15 6/10 18,5 17,5 2/6 25 0/2 20,8 24,8 20 fluer 4 4 2 Teneur en liant d'apport 3,5 3,6 3,9 Nature du liant 'BO' 'BO' `BP' Teneur en liant total 4,0 4,1 4,4 (neuf + recyclé) Module de richesse `K' 2,5 2,6 2,9 Aptitude au compactage `PCG' (Taux de vide % à 100 girations) Avec Liant `BP' - - 6,8 Avec Liant 'BO' 3,8 2,8 - Avec Liant `BM' 3,8 2,8 - Avec Liant 'BE' - 8,5 - La première discontinuité des granulats "squelette HP6" et "squelette HP7" de l'enrobé selon FR2958302A1 est issue de l'absence dans les granulats d'une fraction granulaire d=2/D=6. La deuxième discontinuité des granulats "squelette HP6" et "squelette HP7" est 5 issue de l'absence dans les granulats d'une fraction granulaire d=6/D=14 et d'une fraction granulaire d=10/D=14. Cet enrobé a un pourcentage de vide très faible, et, de ce fait, ne présente aucune propriété anti-bruit. 10 Dans ce contexte, il est apparu utile de chercher à améliorer les enrobés existants, pour parvenir à une formulation d'enrobé qui soit peu coûteuse et facile à mettre en oeuvre, tout en présentant une capacité d'absorption acoustique élevée, et une tenue mécanique suffisante et pérenne. 15 Objectifs de l'invention Ainsi, l'invention vise à améliorer les performances acoustiques des enrobés de l'art antérieur, et en particulier à satisfaire au moins l'un des objectifs suivants : - Fournir de nouveaux enrobés acoustiques, permettant une absorption du bruit de roulement, c'est-à-dire présentant un coefficient d'absorption acoustique élevé, dans une 20 gamme de fréquences allant de 40 Hz à 4000 Hz; - Fournir de nouveaux enrobés acoustiques, qui laissent la possibilité à leur fabricant, de cibler une ou plusieurs fréquences particulières du bruit à absorber, en modulant à dessein la granulométrie des granulats ; 3039172 6 - Fournir de nouveaux enrobés acoustiques permettant de limiter l'émission de bruit au contact pneumatique-chaussée ; - Fournir de nouveaux enrobés acoustiques présentant des propriétés mécaniques idoines et pérennes, notamment en terme de résistance à l'orniérage (i.e. à l'accumulation de 5 déformations permanentes sous trafic), lui conférant une longue durée de vie ; - Fournir de nouveaux enrobés présentant des propriétés anti-bruit améliorées et durables, tout en conservant l'ensemble des performances habituellement attendues pour un enrobé, par exemple, de couche de roulement : tenue mécanique quel que soit le trafic, bonne adhérence pour les pneumatiques notamment par temps humide, éco-compatibilité, 10 aspect esthétique satisfaisant et facilité de mise en oeuvre ; - Proposer un procédé de fabrication de nouveaux enrobés acoustiques, qui soit facile à mettre en oeuvre, tant au niveau de la fabrication que de l'application, et peu coûteux ; - Fournir une voie de circulation dotée d'un enrobé acoustique, ladite voie étant facile à fabriquer, peu coûteuse, et offrant une capacité de réduction du bruit significatif, sans 15 préjudice à ses qualités mécaniques, à ses propriétés d'adhérence, à sa durabilité, ni à son éco-compatibilité. Brève description de l'invention 20 Ces objectifs, parmi d'autres, sont atteints par la présente invention qui concerne, selon un premier aspect, un enrobé acoustique pour voie de circulation comprenant au moins un liant, de préférence un liant bitumineux et des granulats comportant plusieurs fractions granulaires d/D, définie chacune par un calibre inférieur (d), un calibre supérieur (D) et par une médiane dm ; 25 caractérisé en ce que la distribution des fractions granulaires des granulats est telle que : i. pour au moins une partie des fractions granulaires, dites continues, d'une part, les médianes progressent de manière croissante depuis une fraction if/D de plus petite médiane de, suivie d'une fraction dP/DP, jusqu'à une fraction d°/D° de plus grande médiane de, et, d'autre part, les rapport massiques Rm de ces 30 fractions, définies par rapport au poids total des granulats, progressent également de manière croissante depuis la fraction if/D' de plus petite médiane de jusqu'à la fraction d°/D° de plus grande médiane de, le rapport Rrd/Rmi étant supérieur ou égal à 2, de préférence à 3, et plus préférentiellement encore à 4 ; ii. au moins deux autres fractions granulaires, dites de rupture, s'intercalent chacune 35 entre deux fractions granulaires continues, ces fractions granulaires de rupture étant respectivement da/Da de médiane dma et db/Db de médiane dmb supérieure à dma, le rapport massique de chacune des fractions de rupture étant inférieur au rapport massique de la fraction continue précédente, et la fraction granulaire 3039172 7 da/Da de médiane dma s'intercalant entre la fraction if/D et la deuxième fraction continue ce/IY présente un rapport massique Rma inférieur à Re. La présence d'au moins deux fractions granulaires de rupture au sein de l'enrobé 5 entraine la création de vide, d'au moins deux tailles différentes, étant donné que l'absence d'une fraction granulaire empêche de combler certains interstices laissés vides entre les grains en contact si le rapport Rne/Rml défini précédemment est respecté. De plus, le rapport Rn-C/Rmi supérieur ou égal à 2, signifie que l'on se trouve en présence dans les granulats d'une partie fortement prépondérante de grains de grandes 10 dimensions, entrainant un pourcentage de vide important, de préférence supérieur ou égal à 20% au sein de l'enrobé. La combinaison de ces deux caractéristiques confère à l'enrobé selon l'invention, des propriétés d'absorption acoustique améliorées. Il est du mérite des inventeurs d'avoir introduit au sein de l'enrobé la présence 15 d'au moins deux tailles de vides permettant d'absorber au moins deux bandes sonores centrées sur des fréquences d'absorption distinctes. Ainsi, en fonction des discontinuités que l'utilisateur choisit d'introduire dans le mélange granulaire avant fabrication de l'enrobé, il est possible grâce à la présente invention de cibler par avance la fréquence du son absorbé. Ceci peut représenter une caractéristique particulièrement avantageuse de la 20 présente invention, l'utilisateur pouvant choisir d'absorber des sons plutôt graves et/ou plutôt aigus, en fonction du bruit présent dans l'environnement de la voie de circulation destinée à être équipée de l'enrobé acoustique selon l'invention. Le fait que la fraction granulaire da/Da de médiane dma présente un rapport 25 massique Rma inférieur aux rapports massiques des fractions granulaires continues Rml (13 0,6), correspondant chacun à une discontinuité granulaire. Ainsi, en modulant à dessein la courbe granulométrique de l'enrobé, il est possible de cibler une ou plusieurs fréquences particulières du bruit à absorber, en fonction du type de bruit présent dans 30 l'environnement de I ' enrobé. REVENDICATIONS1. Enrobé acoustique pour voie de circulation comprenant au moins un liant, de préférence un liant bitumineux, et des granulats comportant plusieurs fractions granulaires d/D, définie chacune par un calibre inférieur (d), un calibre supérieur (D) et par une médiane dm ; caractérisé en ce que la distribution des fractions granulaires des granulats est telle que : i. pour au moins une partie des fractions granulaires, dites continues, d'une part, les médianes progressent de manière croissante depuis une fraction if/D de plus petite médiane de, suivie d'une fraction d/1Y, jusqu'à une fraction d°/D° de plus grande médiane de, et, d'autre part, les rapport massiques Rm de ces fractions, définies par rapport au poids total des granulats, progressent également de manière croissante depuis la fraction if/D' de plus petite médiane de, jusqu'à la fraction d°/D° de plus grande médiane de, le rapport Rrd/Rmi étant supérieur ou égal à 2, de préférence à 3, et plus préférentiellement encore à 4; ii. au moins deux autres fractions granulaires, dites de rupture, s'intercalent chacune entre deux fractions granulaires continues, ces fractions granulaires de rupture étant respectivement da/Da de médiane dma et db/Db de médiane dmb supérieure à dma, le rapport massique de chacune des fractions de rupture étant inférieur au rapport massique de la fraction continue précédente, et la fraction granulaire da/Da de médiane dma s'intercalant entre la fraction if/D' et la deuxième fraction continue ce/IY présente un rapport massique Rma inférieur à Re. 2. Enrobé acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calibre supérieur de la fraction continue if/D' est égal au calibre inférieur da de la fraction de rupture da/Da. 3. Enrobé acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ratio entre le rapport massique de chacune des fractions granulaires de rupture rapporté à sa largeur relative est tel que : Rrna 0 4 de préférence 0,3, et encore plus préférentiellement 0,2 ; (Da -da)I 0,5, de préférence 0,4, et encore plus préférentiellement 0,3. - ) I 4. Enrobé acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fraction continue if/D' présente un calibre supérieur déterminé selon la norme NF EN 933-1, inférieur ou égal à 4 mm, de préférence 2 mm, et encore plus préférentiellement 63 iam. et Rmb 3039172 22 5. Enrobé acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fraction de rupture da/Da présente d'une part un calibre inférieur da supérieur ou égal à 63 iam et d'autre part, un calibre supérieur Da supérieur ou égal à 4 mm, de préférence 2 5 mm, et encore plus préférentiellement 1 mm, tel que déterminés selon la norme NF EN 933-1. 6. Enrobé acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fraction continue d'il)" définie par la médiane de présente un calibre supérieur D' 10 inférieur ou égal à, selon un ordre croissant de préférence 25 mm, 14 mm, 10 mm, 6 mm. 7. Enrobé acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport massique de la fraction continue d'il)", est supérieur ou égal à 50% en poids, de préférence 60% en poids, encore plus préférentiellement 70% en poids par rapport au 15 total des granulats. 8. Enrobé acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente après compactage un pourcentage de vides supérieur ou égal à 20%, de préférence 25%, encore plus préférentiellement 30%, défini selon les normes EN 12697- 20 8 ou la norme EN 12697-31 à 25 girations. 9. Enrobé acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente un pourcentage de profondeur d'ornière à 10 000 cycles, mesuré selon la norme 12697-22 à 60°C, inférieur ou égal à 10%, de préférence 7,5%, et encore plus 25 préférentiellement 5%. 10. Enrobé acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente un coefficient d'absorption acoustique dont les valeurs comportent au moins deux maximums locaux (pics d'absorption) supérieurs à 0,6 voire 0,7, de préférence 0,8, 30 encore plus préférentiellement 0,9, sur une plage de fréquences comprise entre 40 et 4000 Hz, et mesuré selon la norme NF en ISO 10534-2/2003. 11. Enrobé acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en liant est inférieure ou égale à 5,5% en poids, de préférence 5%, encore plus 35 préférentiellement 4,7%, et plus particulièrement 4,5%. 12. Enrobé acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liant est un bitume modifié, de préférence par un agent choisi dans le groupe comprenant, -idéalement constitué par- : les caoutchoucs naturels, les polymères 3039172 23 synthétiques, les composés organo-métalliques, le soufre et les sulfures, les dopes d'adhésivité, et leurs mélanges. 13. Procédé de fabrication d'un enrobé acoustique selon l'une des revendications 1 à 12 5 comprenant les étapes suivantes : a- choisir les classes de granulats d/D de telle sorte que distribution des fractions granulaires après mélange soit telle que définie dans la revendication 1, b- éventuellement sélectionner au moins deux fréquences d'absorption acoustique cibles pour l'enrobé et choisir les classes de granulats d/D de telle sorte que les 10 fractions granulaires de rupture obtenues après mélange permettent la coïncidence des pics d'absorption (mesurée selon la norme NF EN ISO 10534- 2 de 2003) avec les fréquences d'absorption acoustique cibles en fonction de l'épaisseur de mise en oeuvre visée, c- mélanger les granulats afin d'obtenir un ensemble homogène, 15 d- ajouter un liant, de préférence un liant bitumineux, e- mélanger les granulats avec le liant. 14. Voie de circulation comprenant au moins une couche d'enrobé acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, ladite couche étant préférentiellement une couche 20 supérieure de chaussée, et encore plus préférentiellement une couche de roulement. 15. Voie de circulation selon la revendication 14, caractérisée en ce qu'elle comprend une couche de surface comportant au moins deux sous-couches superposées, dont une couche supérieure de roulement et une sous-couche inférieure de liaison, au moins l'une 25 desdites sous-couches étant à base d'au moins un enrobé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.