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"La vérité est sur la route"
Dübendorf, St. Gallen und Thun, 20.05.2021 - Les automobilistes suisses usent d'innombrables pneus de voiture. Au lieu de les brûler, ils pourraient être réutilisés localement : L'asphalte d'autres pays contient depuis longtemps du caoutchouc provenant de pneus usagés. L'Empa et ses partenaires du terrain examinent cette idée pour les conditions suisses.
Les automobilistes qui se plaignent du stress lié à la circulation peuvent baisser les yeux de temps en temps. Parce qu'il y en a un qui a plus de difficultés : L'asphalte supporte une chaleur torride, un stress dû au froid et une forte pression du haut. Il doit également être aussi silencieux que possible - et à l'avenir, bien sûr, plus respectueux de l'environnement.
Formé à partir d'un mélange de gravats chauds et d'un liant, le bitume, à une température d'environ 160 degrés, l'asphalte est à l'origine d'importantes émissions de CO2 - du fait de sa production, d'un long transport et la pose du revêtement. Afin d'améliorer son bilan environnemental, le vieil asphalte, qui peut déjà être recyclé aujourd'hui, sera à l'avenir utilisé à grande échelle sur les nouvelles chaussées. En outre, le béton recyclé ou d'autres matériaux résiduels peuvent y être "éliminés", comme les pneus de voiture usagés, qui sont nombreux en Suisse.
Un projet d'Innosuisse dirigé par le département "Béton et asphalte" de l'Empa a étudié les avantages potentiels de cette idée dans ce pays. Plus précisément, les particules de caoutchouc peuvent-elles remplacer les polymères dans le bitume modifié par des polymères pour l'asphalte à usage intensif ? Après tout, les composés tels que le styrène-butadiène-styrène, largement utilisé, confèrent à la chaussée une plus grande plasticité, un meilleur recouvrement et une plus longue durée de vie.
Le projet s'est concentré sur la pratique : après quelques essais préliminaires, les mélanges d'asphalte pour les expériences ont été produits par les fabricants FBB et Weibel AG. Les types suivants étaient adaptés à la réalité : " SDA 4-12 ", une couche de roulement " silencieuse " dans laquelle de nombreux vides d'air réduisent les émissions sonores. Et "AC B22 H", qui convient à ce que l'on appelle une couche de liaison inférieure - dans ce cas, actuellement avec 30 % d'asphalte recyclé. Les granulés de caoutchouc sélectionnés proviennent également de Suisse, du fabricant Tyre Recycling Solutions (TRS) à Préverenges dans le canton de Vaud.
Humide ou sec ?
L'asphalte caoutchouteux peut être produit selon deux méthodes. Dans la méthode "humide", le granulat de caoutchouc est ajouté au bitume chaud ; le mélange est ensuite mélangé avec le granulat défini - sable et pierres de différentes tailles, en fonction de la chaussée. Le problème est que le mélange bitume-caoutchouc devient moins visqueux avec le temps et que le caoutchouc commence à se décomposer ; il ne peut être travaillé que pendant environ 48 heures. Dans le procédé "à sec", en revanche, les particules de caoutchouc s'infiltrent d'abord dans le mélange de granulats chauffé. Le bitume est ajouté plus tard. Les fabricants suisses étant préparés à cette éventualité, ont choisi cette dernière méthode.
L'expérience de la production a été positive chez le fabricant de matériaux de construction FBB à Bauma. "Pas de problème", dit Christian Gubler, président de la direction, "c'était facile". Les particules ont été jetées par une trappe dans le mélange de roches - dans des sacs qui se dissolvent à la haute température. "Tout comme nous le faisons lorsque nous ajoutons des colorants, par exemple pour l'asphalte rouge", explique Christian Gubler. Il n'y a pas eu de difficultés non plus chez Berner Weibel AG. "La manutention s'est déroulée sans problème", déclare Samuel Probst, responsable des matériaux de construction bitumineux et des usines de chaussée.
Tests de résistance à l'eau, au froid et à la pression
An Empa team led by asphalt specialist Lily Poulikakos examined the final products from micro to large scale. In addition to standard tests for bitumen content and air voids, electron microscope images showed whether and how the rubber particles dissolve and distribute within the asphalt matrix.
Une équipe de l'Empa dirigée par la spécialiste des asphaltes Lily Poulikakos a examiné les produits finis de la petite à la grande échelle. En plus des tests standard pour la teneur en bitume et les vides d'air, des images au microscope électronique ont montré si et comment les particules de caoutchouc se dissolvent et se distribuent dans la matrice bitumineuse.
Dans l'essai de traction fractionnée, les échantillons sont éclatées sous pression par le haut - une humide et une sèche - pour déterminer leur sensibilité à l'eau. Des tests de déchirure à moins 12 degrés ont montré comment le matériau se comporte dans des conditions hivernales froides. Enfin, le facteur trafic : dans le cadre de l'essai " Hamburg Wheel Tracking ", les échantillons ont subi 10 000 passages d'une roue en acier pesant un bon 70 kilogrammes dans de l'eau chauffée à 50 degrés - un test difficile pour éviter les ornières. Le simulateur de l'Empa allait dans le même sens : il soumettait des plaquettes de 1,20 m de long à 60 000 passages lents de pneus à forte charge pendant huit heures.
Les analyses ont montré que les subtilités sont décisives. Par exemple, le délai optimal entre le mélange et la pose sur la route dépend fortement du type et de la quantité de granulés de caoutchouc choisis. Par rapport à l'enrobé bitumineux polymère bien connu, les enrobés pour couche de roulement contenant 0,7 ou 1 % de caoutchouc ont satisfait aux exigences dans la majorité des cas. La résistance à la fissuration due au froid était significativement plus importante avec 1 % de caoutchouc qu'avec l'asphalte de bitume polymère. En termes de sensibilité à l'eau, les matériaux de construction ont satisfait aux exigences suisses, à une exception près. Et dans le simulateur de charge des pneus de l'Empa, les enrobés en caoutchouc ont produit des traces plus petites mais plus profondes que le revêtement en bitume polymère.
Conclusion : malgré certains inconvénients, l'asphalte en caoutchouc a finalement satisfait aux exigences en toute sécurité. "Il est tout à fait approprié pour des essais supplémentaires en vue d'une utilisation dans la construction de routes", résume le chercheur de l'Empa Lily Poulikakos. Le fabricant TRS est également satisfait des résultats : "Nous avons reçu une confirmation professionnelle", déclare Sonia Megert, directrice de l'exploitation. "C'était une très bonne collaboration. L'Empa a également trouvé rapidement une solution lorsque des problèmes sont apparus."
Bien entendu, tous les partenaires sont conscients qu'il ne s'agit que d'une première étape. Malgré tous les efforts, le laboratoire ne correspond pas aux conditions réelles, explique Poulikakos. Les expériences donnent une impression détaillée, mais ce que seront les effets d'années d'exposition dans la réalité "est une autre question", dit le spécialiste. "La vérité se trouve finalement sur la route."
Trois pistes d'essai
C'est précisément dans ce domaine que de nouvelles mesures ont déjà été prises. Dans les cantons du Jura et de Vaud, Weibel AG a construit deux sections d'essai sur des routes cantonales en utilisant de l'asphalte granulé en caoutchouc. "Un asphalte rugueux sur une route à charge moyenne", explique Samuel Probst, "et un asphalte de surface sur une route à charge relativement élevée". Après tout, ils étaient censés être de vrais tests d'endurance."
Contrairement aux expériences précédentes avec la méthode de production "humide", la pose s'est déroulée "sans aucun problème", selon le responsable. Les employés sur place n'ont pas eu à supporter les odeurs causées par le caoutchouc chauffé. La consistance et la maniabilité de l'asphalte étaient comparables à celles d'un asphalte modifié par des polymères. Certes, il ne montrera son véritable caractère qu'après des années. La pose du revètement n'a eu lieu que l'été dernier, donc la chaussée n'en est encore qu'à ses débuts.
Tout comme un autre essai d'asphalte, qui a été posé comme couche supérieure à un carrefour très fréquenté de Zurich. Ses valeurs de laboratoire n'étaient pas irréprochables : Lorsque le bitume a été soumis à un test de dureté à l'aide d'une aiguille pénétrante, les résultats ont fluctué de façon importante et étaient parfois bien supérieurs aux valeurs cibles. "Cela suggère qu'il est peut-être trop mou", déclare le spécialiste des chaussées Martin Horat, du bureau d'ingénierie civile de Zurich. "Voyons s'il y a une déformation quand il fait chaud en été."
Hans-Peter Beyeler, directeur de l'association "Eurobitume" en Suisse, n'est pas particulièrement inquiet. "J'en ai déjà entendu parler. Je ne m'en préoccuperais pas pour l'instant", déclare l'expert, qui a travaillé pendant près de 13 ans comme spécialiste des chaussées à l'Office fédéral des routes (Astra). Lorsque le caoutchouc et le bitume sont mélangés, un nouveau matériau est créé, et son comportement ne correspond plus aux ingrédients d'origine. Son évaluation : "Le test de l'aiguille ne peut simplement pas fournir une déclaration utile."
Bien sûr, Hans-Peter Beyeler comprend, de par sa propre expérience, qu'il existe également une résistance dans l'industrie à l'égard de l'asphalte en tant que "vide-ordures" pour les matériaux recyclés et un certain scepticisme à l'égard du caoutchouc dans les routes. Il y a une quinzaine d'années, il a été témoin de la façon dont un essai sur l'A1 en Argovie avec du bitume modifié par du caoutchouc, ajouté sous forme de granulés, a mal tourné : Le matériau n'a pas été suffisamment dissous dans le mélange ; des grumeaux se sont formés dans l'asphalte. Ils se sont répandus sur la surface de la chaussée ; il a fallu les percer et les remplir d'asphalte coulé.
La vérité se trouve sur la route
Beaucoup de choses se sont passées depuis, alors pourquoi ne pas réessayer, pense Hans-Peter Beyeler. Après tout, dit-il, il y a aussi une bonne expérience - non seulement aux États-Unis, où la technologie est utilisée depuis longtemps, mais aussi en Bavière. Là-bas, les enrobés modifiés par du caoutchouc font déjà partie des règles de construction - en d'autres termes, c'est l'état de l'art. Les avantages, notamment pour les couches de surface poreuses : une meilleure résistance à l'abrasion, une oxydation plus lente du bitume dans les nombreux vides d'air et donc une fragilisation retardée. En bref : une durée de vie plus longue.
Dans tous les cas, il y aurait assez de matière première. Environ 70 000 tonnes de pneus usagés sont produites chaque année en Suisse. Une petite partie est recyclée, mais la majorité est utilisée thermiquement - dans les usines d'incinération des déchets et, en grande partie, dans les cimenteries, où les pneus remplacent le charbon comme combustible et améliorent ainsi le bilan de CO2.
Un avantage pour le climat ?
Dans le cadre de sa thèse, le chercheur de l'Empa Zhengyin Piao étudie l'impact environnemental de l'utilisation de vieux pneus dans les revêtements routiers, en collaboration avec l'Institut d'ingénierie environnementale de l'EPFZ. Zhengyin Piao a analysé l'ensemble du cycle de vie de deux revêtements routiers silencieux avec de l'asphalte en caoutchouc. Son calcul sur un modèle de tronçon de route d'un kilomètre montre que ces revêtements ont des performances similaires à celles de l'asphalte à bitume polymère en termes de consommation d'énergie. Mais ils produisent des émissions de CO2 nettement inférieures - principalement en raison des polymères contenus dans le produit de comparaison.
Les granulés de caoutchouc dans les routes contribueraient-ils donc à la protection du climat ? Réponse de Zhengyin Piao : Cela dépend de la situation. En Suisse, les cimenteries économisent tellement d'émissions de CO2 en brûlant de vieux pneus que, tout compte fait, l'asphalte avec le caoutchouc est pas plus avantageux que l'asphalte avec les polymères. Mais si les cimenteries parviennent, comme prévu, à réduire encore plus leurs émissions de CO2 dans les années à venir, voire à les neutraliser partiellement grâce aux technologies de "capture du carbone", y compris le stockage souterrain : Les cartes seraient redistribuées - éventuellement en faveur de l'équilibre climatique de l'asphalte caoutchouteux ...
Le succès de l'idée en Suisse dépend, bien sûr, du marché. Selon l'expert Samuel Probst, du fabricant Weibel AG, ils ont un avantage : ils sont, du moins pour l'instant, moins chers que les bitumes polymères. Sa conclusion est toutefois prudente : "Je pourrais imaginer qu'un marché émerge un jour, dit-il, si les pistes d'essai évoluent positivement à long terme."
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Focus sur les polluants
Afin d'évaluer les risques pour la santé que présentent les additifs en caoutchouc dans l'asphalte routier, les chimistes du département des technologies analytiques avancées de l'Empa ont examiné de près les composants présentant un potentiel de risque. Les résultats des tests de lixiviation simulant les effets d'une tempête de pluie ont montré que les niveaux d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont plus faibles dans le caoutchouc que dans l'asphalte. Cela s'applique également aux HAP, qui peuvent provoquer le cancer. Pour les métaux lourds, le zinc a servi d'élément principal ; il n'a été que très peu lessivé. Le plomb et d'autres métaux lourds dangereux n'étaient présents qu'à l'état de traces inoffensives.
Il a également été constaté que les benzothiazoles nocifs, qui accélèrent la vulcanisation dans la production de pneus, étaient libérés dans l'environnement rapidement et à des doses relativement élevées. Le conseil des experts : éliminez ces composés avant de poser les particules de caoutchouc, par exemple en les lavant à l'eau, qui sera ensuite éliminée de manière appropriée.
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