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Contents 1- les enrobés bitumineux.............................................

Contents 1- les enrobés bitumineux....................................................................................................................2 1- Définition.....................................................................................................................................2 2- Le bitume.........................................................................................................................................4 2.1 Définition...................................................................................................................................4 2.2 Origines du bitume.....................................................................................................................4 2.2.1 Origine naturelle..................................................................................................................4 2.2.1 Origine industrielle..............................................................................................................5 2.2.1.1 Distillation atmosphérique...........................................................................................5 2.2.1.2 Distillation sous –vide..................................................................................................5 2.2.1.3 Désasphaltage au solvant et le soufflage (3)................................................................6 2.3 Structures des bitumes................................................................................................................6 2.3.1 Composition chimique........................................................................................................6 2.3.2 Propriétés physico-chimiques des bitumes.........................................................................8 2.3.2.1 Asphaltènes..................................................................................................................9 2.3.2.2 Maltènes.......................................................................................................................9 2-4 Structure colloïdale du bitume.................................................................................................10 2.5 Différents types du bitumes utilisés couramment....................................................................12 2.5.1 Bitumes fluidifiés..............................................................................................................12 2.5.2 Emulsion de bitume...........................................................................................................13 2.5.3 Bitume modifié..................................................................................................................14 1- les enrobés bitumineux 1- Définition Il existe plusieurs types d'enrobé peuvent revêtir nos routes et allées : commençant par le béton bitumineux au grave bitume en passant par l'enrobé drainant, l'enrobé à froid ou encore l'enrobé rouge, chaque produit est spécifique à une technique de pose particulière. Le mélange d’un enrobé bitumineux est uniforme, il est composé de différents éléments  Gravillons,  Sable,  Filer,  Bitume utilisé comme liant. Figure 1 : Composition d’un enrobe bitumineux  Asphalte: roche calcaire imprégnée de bitume. Expression qui désigne le revêtement des routes.  Bitume: composé de carbone et d’hydrogène, d’où le nom d’hydrocarbure. Il peut être d’origine naturel ou provenir de la distillation du pétrole.  Goudron: Produit provenant de la distillation de diverses substances: charbon, bois, tourbe. Il est moins soluble que le bitume. 2- Le bitume 2.1 Définition Les bitumes sont des matériaux présentent naturellement dans l'environnement ou pouvant être fabriqué industriellement après distillation de certains pétroles bruts. Ils sont composés d'un mélange d'hydrocarbures (Un hydrocarbure (HC) est un composé organique constitué exclusivement d'atomes de carbone (C) et d'hydrogène (H)), peut se trouver à l'état liquide ou solide. Les bitumes sont des matériaux très visqueux à la température ambiante et de couleur noire. Ils présentent deux caractéristiques importantes : Fortes pouvoirs adhésifs sur tous les minéraux Imperméabilité à l’eau. On utilise le bitume dans des différents domaines et surtout : En construction routière, il sert de liant pour la fabrication des enrobés à chaud, tels que les bétons bitumineux ou les graves bitumes. Il entre également dans la fabrication d’enduits superficiels sous forme d’émulsion ou bien fluidifié par un solvant. Et dans l’industrie pour ses propriétés d’étanchéité et d’isolation (thermique et acoustique). Néanmoins, les applications routières sont les plus nombreuses puisque, en effet, 90% de la production de bitume est utilisée sous forme d’enrobés et d’enduits superficiels (3). 2.2 Origines du bitume Les bitumes sont des produits du pétrole brut où ils se trouvent en solution. Ils sont obtenus à partir de l'élimination des huiles servant de solvant par évaporation ou distillation du pétrole brut. En effet, la production des bitumes provient en conséquence de deux sources: naturelle ou industrielle. 2.2.1 Origine naturelle La production mondiale est très faible puisqu’elle ne dépasse pas 200 000t (2). 2.2.1 Origine industrielle L’origine industrielle du bitume est obtenue à partir de raffinage du pétrole qui se fait en trois étapes:  Distillation atmosphérique  Distillation sous -vide  Désasphaltage au solvant et le soufflage. 2.2.1.1 Distillation atmosphérique La première étape est la distillation atmosphérique qui permet de séparer les fractions légères du pétrole des fractions lourdes. Ce type de raffinage consiste à chauffer en continu par passage dans un four, le brut préalablement décanté et dessalé. Ce brut, porté à une température voisine de 340 °C, est envoyé dans une colonne de fractionnement maintenue à la pression atmosphérique. Le produit récupéré en fond de tour est le brut réduit. 2.2.1.2 Distillation sous –vide Dans cette étape et après un réchauffage aux alentours de 400°C, le brut réduit provenant de la distillation atmosphérique est envoyé dans une colonne où règne une pression réduite à quelques dizaines d’hecto Pascal. 2.2.1.3 Désasphaltage au solvant et le soufflage (3) a) Le désasphaltage au solvant Le désasphaltage au solvant est le plus souvent pratiqué sur le fond de distillation sous - vide, dont il est difficile de séparer complètement les fractions lubrifiantes dans les conditions normales d’utilisation des colonnes sous - vide opérant sur des bruts peu denses. b) Le soufflage Le soufflage consiste à oxyder les résidus sous vide par soufflage d’air chaud à 250°C. Figure 2 : Principe de raffinage (1) 2.3 Structures des bitumes 2.3.1 Composition chimique Comme on a mentionné déjà les bitumes routiers sont essentiellement obtenus par distillation sous vide du pétrole. La composition élémentaire d’un bitume dépend d’une part, de l’origine de son brut et d’ autre part des techniques de raffinage. Les bitumes sont composés essentiellement de carbone et d’hydrogène, d’où leur nom d’hydrocarbure et d’autres éléments de moindre importance font aussi partie de leur composition chimique. On trouve des hétéroatomes tels que le soufre, l'azote et l'oxygène et des traces de métaux tels que le vanadium ou le nickel (voir figure 2 et tableau 1). Figure 3 : Composition chimique du bitume (2) Tableau 1 : Composition chimique du bitume avec leurs proportions massiques respectives (3) Eléments Pourcentage massique [%] et ppm (pourcentage par millier) pour le Vanadium, Nickel CARBONE (C) 80 – 87 HYDROGENE (H) 8-12 SOUFRE (S) 1-9 AZOTE (N) 0-1,5 OXYGENE (O) 0,5-1,5 VANADIUM 10-2000 NICKEL (Ni) 20-200 Les éléments chimiques sont arrangés en molécules complexes différant par leur masse molaire qui varie typiquement entre 400 et 4000 /mol. Généralement, ces molécules sont séparées par leur caractère plutôt aliphatique ou aromatique, et la présence de groupements polaires. Les bitumes peuvent appartenir aux différents groupes suivants:  Aromatiques: hydrocarbures à structure cyclique et plane non saturée particulièrement stable comme le benzène.  Naphténiques: hydrocarbures cycliques saturés  Aliphatiques: hydrocarbures à chaîne carbonée ouverte (linéaire ou ramifiée) 2.3.2 Propriétés physico-chimiques des bitumes Le bitume routier se caractérise principalement par: - Sa couleur noire; - Son imperméabilité à l'eau; - Sa susceptibilité à la température; - Son inertie chimique - son pouvoir d'adhésion et de rétention La diversité et le grand nombre de molécules présentes dans les bitumes rendent la détermination exacte de leur composition délicate à déterminer. Aussi, pour décrire globalement les divers constituants des bitumes, une approche « réductionniste » fondée sur la caractérisation chimique des « fractions » de bitumes a été développée. La stratégie consiste à séparer (extraction par des solvants, séparations chromatographiques,…) les constituants du bitume en « fractions » plus ou moins irréductibles, puis à les étudier séparément pour ensuite remonter aux propriétés observées. En suivant ce concept de fractionnement, le bitume est constitué d’ une part une fraction soluble appelée maltènes ; qui a l’aspect d’une huile visqueuses de couleur foncé et d’autre part, une fraction non insolubles appelée asphaltènes qui est constituée par des corps de poids moléculaire très élevé se présentant sous la forme d’une substance solide et noirâtre. A l’aide de solvants (n-heptane,toluène,toluène/méthanol), le maltène peut être séparé en trois fractions appartenant principalement à trois familles : résines, huiles aromatiques et huiles saturées. Il représente 70 à 100% du bitume et ont une masse moléculaire d’environ 300 à 1500. Figure 4 : Caractérisation chimique du bitume (1) 2.3.2.1 Asphaltènes Les asphaltènes représentent généralement moins de 20 % d´un bitume routier de distillation directe. Ils contribuent largement à la couleur noire du bitume. Leur masse molaire est estimée à 800-4000 g/mol. Leur composition élémentaire est stable d´un bitume à l´autre et ils contiennent l ´essentiel des métaux de transition du bitume (jusqu´à quelques dixièmes de % de Ni, Va, Fe,...). 2.3.2.2 Maltènes Les maltènes sont des produit huileux (molécules moins gosses) dans lequel baignent les asphaltènes. Les molécules de maltène peuvent être encore séparées par chromatographie en d'autres hydrocarbures A. Huiles saturées D´une manière simplifiée, les saturés ont de faibles masses molaires, autour de 600g/mol et comportent un faible pourcentage d´alcanes linéaires pouvant cristalliser, qui se rapprochent des cires ou paraffines et généralement appelés « fractions cristallisables ». Ces fractions dépassent rarement les 5 % massiques du bitume. B. Huiles aromatiques Les aromatiques sont les fractions présentes en majorité (environ 60 %) et sont notamment les espèces impliquées dans la transition vitreuse du bitume, en conjonction avec les saturés non- cristallisés. Leur vitrification se produit ainsi pour des températures de l´ordre de –50 à –10ºC, suivant la nature du brut, ce qui correspond aux températures de transition vitreuse des bitumes. Leur masse moyenne est généralement autour de 800 g/mol et ils sont peu différents d´une huile minérale de forte viscosité. C. Résines Les résines, parfois appelées aromatiques polaires, sont peu nombreuses, mais ont un rôle essentiel vis-à-vis de la stabilité colloïdale du bitume. Elles se rapprochent des asphaltènes et en diffèrent surtout par leur plus faible masse, proche de 1100 g/mol [4]. Elles ont un rôle tensioactif qui permet de stabiliser la dispersion d´asphaltène dans la matrice maltène. Figure 5 : composition d’un bitume (2) 2-4 Structure colloïdale du bitume Un colloïde est une suspension (En chimie, l'Union internationale de chimie pure et appliquée définit une suspension comme une dispersion d'un solide dans un liquide (suspension liquide) ou d'un solide dans un solide (dispersion solide)) d'une ou plusieurs substances dispersées régulièrement dans un liquide, formant un système à deux phases séparées. Il s'agit d'une dispersion homogène (à grande échelle) de particules dont les uploads/Industriel/ 9-le-bitume.pdf