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Cours ETS : Enrobés Hiver 2013 Said Laldji 1 LES ENROBÉS BITUMINEUX 1- Définiti

Cours ETS : Enrobés Hiver 2013 Said Laldji 1 LES ENROBÉS BITUMINEUX 1- Définition Un enrobé bitumineux est un mélange uniforme de granulats enrobés de bitume. 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-bitume Dans l’antiquité, le bitume était utilisé pour usage d’étanchéité, sous le nom de « bitume de Judée ». Il avait de multiples emplois:  produits pharmaceutiques - servant notamment à la conservation des momies égyptiennes - et cosmétologiques;  mais surtout, et ce dans tout le bassin méditerranéen, au calfatage des navires.  C'est également grâce au bitume de Judée que Nicéphore Niépce inventera la photographie à Saint-Loup de Varennes en 1824 Cours ETS : Enrobés Hiver 2013 Said Laldji 2 La première route asphaltée au sens d'aujourd'hui fut construite en 1852 en France entre Paris et Perpignan. Dans les années 1870, l'asphalte est utilisé à New York et Washington. En 1888, Toronto met en place un revêtement bitumineux. Au Québec, en 1890, Chambly pave un tronçon de route. 2-1 ORIGINE DU BITUME Tous les bitumes sont des produits du pétrole brut où ils se trouvent en solution. Ils sont le résultat de l'élimination des huiles servant de solvant par évaporation ou distillation du pétrole brut. Sachant que de tels processus pourraient se produire dans la nature, au Cours ETS : Enrobés Hiver 2013 Said Laldji 3 niveau des couches souterraines, les bitumes proviennent en conséquence de deux sources: naturelle ou industrielle. A. Origine naturelle: La production mondiale est très faible puisqu’elle ne dépasse pas 200 000 t. B- Origine industrielle Cours ETS : Enrobés Hiver 2013 Said Laldji 4 2.2- Propriétés physico-chimiques des bitumes Contrairement au goudron qui est d'origine houillère, le bitume désigne tout mélange d'hydrocarbures extraits du pétrole par fractionnement qui, sous forme pâteuse ou solide est liquéfiable à chaud et adhère sur les supports sur lesquels on l'applique. Il est la forme la plus épaisse et la plus dense du pétrole. Les deux plus grandes réserves connues de bitume sont celle de l’Alberta et de Venezuela. La couleur du bitume varie du brun foncé au noir. A- Composition chimique Les bitumes sont surtout composés de carbone et d’hydrogène, d’où leur nom d’hydrocarbure. D’autres éléments de moindre importance font aussi partie de leur composition chimique. B- Propriétés physico-chimiques des bitumes On reconnaît le bitume routier par ses principales caractéristiques: - sa couleur noire; - son imperméabilité à l'eau; - sa susceptibilité à la température; - son inertie chimique - son pouvoir d'adhésion et de rétention Par précipitation avec du n-heptane, on peut séparer physiquement un bitume en deux constituants: Cours ETS : Enrobés Hiver 2013 Said Laldji 5 B1- les asphaltènes: produits solides apportant au bitume sa cohésion et sa dureté et constitue entre 5 et 20 % du bitume; B2- les maltènes: produit huileux (molécules moins gosses) dans lequel baignent les asphaltènes. Les molécules de maltène peuvent être encore séparées par chromatographie en d'autres hydrocarbures:  saturés (dont les paraffines): Ils sont incolores ou légèrement jaunâtre. Ils affectent la viscosité du bitume,  Les aromatiques: sont des huiles visqueuses de couleur rouge brun foncé. Ils affectent aussi la viscosité du bitume.  Les aromatiques polarisés (les résines): influencent son adhérence. Cours ETS : Enrobés Hiver 2013 Said Laldji 6 C- types de bitume (ciment asphaltique): Norme 4101 Un bitume est identifié par sa classe de performance PG H-L. PG désigne la classe de performance (Performance grade) H(°C) est la température au-dessus de laquelle il y a risque de déformation irréversible (orniérage). L(°C) est la température au-dessous de laquelle il y a risque de fissuration thermique. Les valeurs H et L sont déterminées par les essais de cisaillement dynamique et de flexion de poutre vus plus loin. Le MTQ utilise 9 classes de performance. Cours ETS : Enrobés Hiver 2013 Said Laldji 7 Le bitume est utilisé surtout pour fabriquer les mélanges préparés en usine et posés à chaud; dans le pavage des routes. Le bitume confère à l'enrobé sa flexibilité et sa capacité à résister aux dégradations causées par le trafic et le climat. À température de service élevée (été), le bitume doit demeurer suffisamment visqueux ou dur afin d'éviter le phénomène d'orniérage. À basse température (hiver), le bitume doit conserver une certaine élasticité pour éviter les fissurations par retrait thermique. Le choix du grade de bitume à employer (PG 52-34 ou autre) est généralement exigé au devis de pavage. L'ingénieur du Ministère fixe son choix du grade de performance avec l'objectif suivant: "le bitume utilisé doit présenter un comportement adéquat aux températures de service spécifiques au site dans des conditions de charge données". Par exemple un bitume PG52-34 est un bitume routier capable de permettre à l’enrobé de supporter une température maximale de 52 °C avant de se déformer et une température minimale de – 34 °C avant de se fissurer. Il y a trois éléments qui guident le choix d'un grade de bitume à utiliser: - le climat régional - le genre et le volume de trafic qu'aura à subir le pavage, - l'usage auquel est destiné le mélange. Le territoire du Québec est divisé en trois zones: Zone 1: Île de Montréal, Île Jésus (Laval), Montérégie Zone 2: Outaouais, Laurentides-Lanaudière, Mauricie-Bois-Francs, Québec, Chaudière-Appalaches, Estrie, Bas-Saint-Laurent-Gaspésie-Îles-de-la-Madeleine, Saguenay-Lac-Saint-Jean-Chibougamau (sud de la rivière Saguenay), Côte-Nord route 138. Zone 3: Abitibi-Témiscamingue-Nord-Du-Québec, Saguenay-Lac-Saint-Jean- Chibougamau, Saguenay-Lac-Saint-Jean-Chibougamau (nord de la rivière Saguenay), Côte-Nord à partir de 10 km du fleuve. Cours ETS : Enrobés Hiver 2013 Said Laldji 8 Exemple de choix de bitume utilisé sur nos routes. Cours ETS : Enrobés Hiver 2013 Said Laldji 9 2.3- Autres types de liants bitumineux Dans les chaussées, on emploie habituellement, en plus du bitume, deux autres sortes de liants bitumineux qui servent généralement de liant d’accrochage: les émulsions de bitume (émulsions bitumineuses) et les bitumes fluidifiés. A- Les émulsions bitumineuses (Norme 4105) Les émulsions bitumineuses sont un mélange de bitume et d'eau liés grâce à la présence d'un agent émulsifiant (savon). Lorsqu'elles sont exposées à l'air, l'eau s'évapore et laisse le bitume qui durcit et sèche en place. Selon la vitesse de séchage (appelée aussi rupture) de l'émulsion, on trouvera les appellations:  RS (Rapid Setting) pour rupture rapide;  MS (Medium " ) pour rupture moyenne;  SS (Slow " ) pour rupture lente. Les émulsions bitumeuses comprennent: les émulsions anioniques (charge des particules solubles dans l’eau est -), les émulsions cationiques (charge des particules solubles dans l’eau est +) identifié par la lettre C et les émulsions à flottabilité élevée (HF). Les émulsions bitumineuses sont utilisées pour les mélanges bitumineux préparés en usine et posés à froid c'est à dire à la température ambiante. Elles servent aussi pour les mélanges préparés sur place et pour le recyclage de vieux pavage, les amorces de revêtement, les traitements de surface et les couches de scellement et exclusivement comme liants d’accrochage. Cours ETS : Enrobés Hiver 2013 Said Laldji 10 Selon la norme 4105 du MTQ, la classification des émulsions comprend: – Émulsions anioniques :  à rupture rapide (RS);  à rupture moyenne (MS);  à rupture lente (SS). – Émulsions anioniques à flottabilité élevée (HF) :  à rupture rapide (HFRS);  à rupture moyenne (HFMS); – Émulsions cationiques :  à rupture rapide (CRS);  à rupture moyenne (CMS);  à rupture lente (CSS). B-Bitumes fluidifiés: Norme 4104 Les bitumes fluidifiés sont des produits constitués de bitume et de solvant hydrocarboné d'origine pétrolière. Ils sont à l'état liquide à la température ambiante. Lorsqu'ils sont exposés à l'air, le solvant s'évapore et laisse le bitume comme résidu. Ils se divisent en quatre (4) grandes catégories selon leur vitesse de séchage qui dépend du type de solvant employé. Cours ETS : Enrobés Hiver 2013 Said Laldji 11 Les bitumes fluidifiés sont surtout employés pour les mélanges bitumineux de réparation de pavage. On peut les fabriquer en usine ou sur place. On les pose à froid, c'est à dire à la température ambiante. Ils ont comme avantage de ne pas être affectés par le gel, on peut donc les utiliser en hiver ou en période de gel. Chacune de ces catégories se subdivise ensuite selon la proportion de solvant employé ou de la viscosité cinématique à 60°C en 5 sous classes. Cours ETS : Enrobés Hiver 2013 Said Laldji 12 3- Formulation des mélanges d’enrobés 3.1 Caractéristiques d’un enrobé La figure illustre le schéma de la relation entre les différents composants d’un enrobé bitumineux. où Mmb : Masse totale du mélange. Mg : Masse des granulats dans le mélange. Mb : Masse totale de bitume dans le mélange. Mbe : Masse de bitume effectif. Mba : Masse de bitume absorbé. Vmb : Volume brute du mélange compacté. Vgb : Volume apparent des granulats (pores compris) VAM : Volume occupé par l’espace uploads/Industriel/ cours-enrobes-ets.pdf