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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTER DE L’ENSEIGNEMENT SUPE

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTER DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEURE ET DE LA UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE TECHNOLOGIE D’ORAN FACULTE DES SCIENCES SOCIETE SONATRACH Du Diplôme de Master en Ingénierie Biomoléculaire Thème Présenter par Mlle. REIKI ZAHIA Mr. ADEL ALI OUTHMANE Mme. Mme. BOUKRAA YAMINA Mr. BELKADI MOHAMED Encadreur Optimisation De La Qualité De Bitume Oxydé Sur Les REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTER DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEURE ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE TECHNOLOGIE D’ORAN MOHAMED BOUDIAF FACULTE DES SCIENCES - DEPARTEMENT DE CHIMIE INDUSTRIELLE SOCIETE SONATRACH COMPLEXE RA1.Z Filière: Génie des procédés Mémoire de fin d’étude En vu de l’obtention Du Diplôme de Master en Ingénierie Biomoléculaire résenter par Mlle. REIKI ZAHIA Mlle. RABAH AMEL Devant le jury composé de: Mr. ADEL ALI OUTHMANE President BERKOK NADIA Examinateur Mme. BOUKRAA YAMINA Examinateur Mr. BELKADI MOHAMED Encadreur 2eme PROMOTION Optimisation De La Qualité De Bitume Oxydé Sur Les Etanchéités 2013/2014 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTER DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEURE ET DE LA UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE CHIMIE INDUSTRIELLE Du Diplôme de Master en Ingénierie Biomoléculaire Examinateur Examinateur Optimisation De La Qualité De Bitume Oxydé Sur Les Matières Remerciement 2014 REMERCIEMENTS Tout d'abord, nous tenons à rendre grâce à Dieu, de nous avoir donné la santé afin que nous puissions accomplir ce travail. Tous nos remerciements: à nos chers parents ; à notre Chef département de chimie organique et industrielle, Monsieur Belkadi mohamed ; à Monsieur Sadouk ahmed chef service d’exploitation de zone 10 de production de bitume de la Raffinerie d’Arzew. à Madame Oussadi karima notre enseignante de polymères; à l'ensemble du personnel de zone 10 de production de bitume; à l'ensemble du personnel du département chimie organique et industrielle; à l’ensemble du personnel du Spa Etanchal à nos chers frères, seurs et amis ; à mes camarades de promotion. .. Avant-propos 2014 AVANT-PROPOS Le département Chimie organique et industrielle de l’université des Sciences et Technologies « Mohamed Boudiaf » d’Oran, forme en cinq (5) ans des Masters (ingénieurs) de conception en Génie des procédés de déférentes options de chimie organique. Au Cours de la cinquième année, un projet de fin d'études doit obligatoirement être étudié par chaque élève ingénieur au sein d'une entreprise ou d'un laboratoire de recherche. Ce projet doit faire l'objet de la rédaction d'un mémoire de fin d'études qui sera soutenu publiquement devant un jury. C'est dans ce cadre qu'il nous a été donné l'opportunité d'effectuer ce projet. Tableau de matière 2014 Tableau de matières Liste d’abréviation Introduction Chapitre I : Etudes bibliographiques I.1. Généralité et notions sur le bitume……………………………………….1 I.1.1.Introduction………………………………………………………………..1 I.1.2.Fabrication des bitumes…………………………………………………....1 I.1.2.1.Distillation atmosphérique……………………………………………….2 I.1.2.2.Distillation sous-vide…………………………………………………….2 I.1.2.3.Désasphaltage au solvant………………………………………………...2 I.1.3.Le fractionnement SARA………………………………………………….3 I.1.4.Structure colloïdale de bitume……………………………………………..4 I.1.5.Constitution de bitume…………………………………………………….6 I.1.6.Relation entre les compositions chimiques et rhéologie…………………...7 I.1.7.Les types de bitume………………………………………………………...8 I.1.7.1.Les bitumes oxydés………………………………………………………8 I.1.7.2.Les bitumes spéciaux…………………………………………………….9 I.1.7.3.Les bitumes modifiés…………………………………………………….9 I.1.7.3.1.Les bitumes modifiés par des polymères………………………………9 I.1.8.Les produis bitumineux et leurs applications………………………………9 I.1.8.1.Bitume et produits bitumineux…………………………………………...9 I.1.8.1.1.Bitume pur……………………………………………………………...9 I.1.8.1.2.Bitume modifié par des polymères…………………………………..10 I.1.8.1.3.Bitumes spéciaux…………………………………………………….10 Tableau de matière 2014 I.1.8.1.4.Bitume fluidifie……………………………………………………....10 I.1.8.1.5.Bitume fluxés………………………………………………………...10 I.1.8.1.6.Bitume industrielle…………………………………………………...10 I.1.9.Application des produits bitumineuse……………………………………11 I.1.10.Qualité de bitume……………………………………………………….16 I.1.11.Carractéristiques d’essais de bitume……………………………………17 I.1.11.1.Pénétrabillité………………………………………………………….17 I.1.11.2.Point de ramollissement bille et anneaux……………………………..17 I.2.Bitume oxydé……………………………………………………………18 I.2.1.Pratique de l’oxydation…………………………………………………..18 I.2.2.Reaction mise en jeu……………………………………………………..19 I.2.2.1.Mécanisme de soufflage d’asphaltènes avec l’oxygène……………….20 I.2.3.Facteur concernant l’air soufflé………………………………………….22 I.3.les polymère…………………………………………………………….24 I.3.1.Intoduction……………………………………………………………....24 I.3.2.Définition de polymère………………………………………………….24 I.3.3.Utilisation des polymères………………………………………………..25 I.3.4.Polymères naturelles et polymères synthèses……………………………25 I.3.5.Leurs propriétés……………………………………………………….....25 I.3.5.1.Propriétés thermiques, les thermodurcissables et les thermoplastiques.25 I.3.5.2.Proproités mécaniques, transition vitreuses…………………………....26 I.3.5.3.Autres propriétés……………………………………………………….27 I.3.5.3.1.Leures propriétés optiques…………………………………………...27 I.3.5.3.2.Leures propriétés physiques et chimiques…………………………...27 Tableau de matière 2014 I.3.6.Les molécules des polymères……………………………………………28 I.3.7.Les microstructures des polymères seuls (homopolymères)……………29 I.3.7.1.Structure amorphe……………………………………………………..29 I.3.7.1.1. Polymères thermoplastiques………………………………………..29 I.3.7.1.2.Polymères thermodurcissables……………………………………....30 I.3.7.1.3.Elastiomères…………………………………………………………30 I.3.8.Les microstructures des polymères associés…………………………….30 I.3.8.1.Les additifs…………………………………………………………….31 I.3.8.2.Les mousses dz polymères…………………………………………….31 I.3.8.3.Les polymères renforcés……………………………………………….31 I.3.9.Les mélanges de polymères……………………………………………...32 I.3.9.1.Les copolymères……………………………………………………….33 I.3.9.1.1.Les élastomères thermoplastiques…………………………………...34 Chapitre II. Modification des bitumes II. Le bitume modifié……………………………………………………...35 II.1.Introduction……………………………………………………………….35 II.2.Procédure de la modification des bitumes aux polymères………………..36 II.2.1.Les mélanges physico-chimiques des bitumes-polymères……………...36 II.2.1.1Déffinition……………………………………………………………...36 II.2.1.1.1.Structure colloïdale des bitumes routiers……………………………37 II.2.2.Compatibilité……………………………………………………………37 II.2.2.1.Polymère compatible………………………………………………….38 II.2.2.1.1.Copolymère en butadiène et styrène(SB)…………………………...38 II.2.2.1.2.Copolymère polystyrène-polybutadiène-réticule(SBR)…………….39 Tableau de matière 2014 II.3.Principes de la modification des bitumes…………………………………40 II.3.1.Rhéologie des matériaux multi-phases…………………………………40 II.3.2.Cas de la suspension : Application au mastic bitumineux……………...40 II.3.3.Les bitumes modifiés par des polymères……………………………….42 II.4.Compatibilité bitume-polymère…………………………………………..44 II.5.Comment modifié les bitumes pour obtenir un meilleur feuillet bitumineux étanchéité colloïdale…………………………………………………………..46 II.5.1.Modifié chimiquement en grossissant les asphaltènes…………………47 II.5.2.Modifié avec des polymères……………………………………………48 II.5.3.Comment polymères sont incorporé en asphaltènes……………………48 II.5.3.1.Polymères-asphaltènes blendes……………………………………….49 II.5.3.2.Mécanisme réactionnelle SBS-Asphaltène…………………………...52 Chapitre III. Etude pratique III. Etude pratique.......................................................................................55 III.1.Introduction……………………………………………………………...55 III.2.Problématique…………………………………………………………...55 III.3.La structure de bitume…………………………………………………..56 III.4.Le styrène-butadiène-styrène SBS……………………………………...57 III.5.Asphaltènes……………………………………………………………..58 III.5.1.Composition chimique………………………………………………..58 III.5.2.Propriétés des asphaltènes…………………………………………….59 III.5.2.1.Propriétés acido-basiques…………………………………………..59 III.5.2.2.Les propriétés de surface…………………………………………...59 III.5.2.3.Propriétés colloïdales des asphaltènes……………………………...60 Tableau de matière 2014 III.5.3.Microstructure………………………………………………………..61 III.5.3.1.Le feuillet…………………………………………………………..61 III.5.3.2.La particule………………………………………………………...61 III.6.Etudes expérimentales…………………………………………………62 III.6.1.Identification de Styrène-butadiène-Styrène………………………...62 III.6.2.Identification du bitume routier……………………………………...62 III.7.Résultat obtenus……………………………………………………….64 III.7.1.Intèrpritation des graphes……………………………………………67 III.7.2.Discution et résultats…………………………………………………67 III.8.Conclusion……………………………………………………………..68 Conclusion générale Annexe Références Abréviation 2014 Liste d’abréviation API : américain pétrolier industrielles PPA : propane-précipite-asphalte SARA : saturé, aromatique, résines, asphaltes Q : diamètre des particules (molécules) K : constant d’augmentation de volume de la fraction solide XASPH : fraction massique des asphaltes EAC : enduit application à chaud TBA : température anneaux et bille RSV : réduit sous - vide P2O5 : oxyde de phosphore Fe Cl3 : chlorure de fer T2 : trafic EVA : éthylène d’acétal de vinyle SBR : styrène –butadiène-réticule SBS : styrène-butadiène-styrène SIS : styrène-isoprène-styrène SB : styrène-butadiène Ƞ : viscosité QȠȠ : fraction volumique de phase dispersée λ : rapport des viscosité у : pression capillaire GPA : groupe pétrolier américain PE : poly éthylène PP : poly propylène Abréviation 2014 BMP : bitume modifié polymère TR1101 : norme européen d’essais de bitume HLB : hydrophile lipophile balance BRI : brute réduit importé T525/T526 : les bacs de bitume pur 14FC1 : vanne automatique d’unité 14 14E : échangeur d’unité 14 14F: four unite 14 HVGO: high vapor gas oil PEHD : polymère éthylène à haute densité ASTM : américain société de traitement des matières 14G1A/B : pompe de charge T520/T521: backs stock de blown-stock 15F1: four unite 15 15C1 : colonne d’oxydation d’unité 15 PC3 : pression contrôle 15C1 : colonne récupération Introduction 2014 INTRODUCTION Le bitume est un liant hydrocarboné ou liant noir à base d'hydrocarbure. Sa consistance pâteuse ou dure à la température ordinaire et sa capacité à devenir liquide lorsqu'on le chauffe environ entre 120 et 170 0C lui permettent de se mélanger à chaud avec des granulats ou des polymères pour donner après refroidissement un mélange solide; ce qui fait tout son intérêt en technique routière. Cependant, le bitume est un liant qui est très difficile à utiliser correctement vu la grande complexité d'apprécier ses qualités techniques. En Algérie, les bitumes qui sont généralement importés, sont souvent de mauvaise qualité ou inadaptés; ce qui fait qu'ils se comportent mal lorsqu'ils sont utilisés dans les matières étanchéités. Depuis très longtemps, on utilisait le bitume (85/25) oxydé dans les matières étanchéités. Ce bitume, bien que résistant aux températures élevées, est supposé avoir un vieillissement rapide qui est l'une des principales causes de la dégradation des rouleaux étanchéités. Ainsi, ce bitume à cause de son vieillissement accéléré n'est presque plus utilisé On utilise maintenant, le bitume (85/25) modifié par polymère qui est supposé vieillir moins vite que le (85/25) oxydé. Dans ce projet, il s'agira donc de faire une étude du comportement des différents bitumes qu'on utilise en matières étanchéités afin d’expliquer, de trouver les déférents entre ces deux bitumes oxydé et modifié et enfin de connaître le bitume le plus adapté pour nos étanchéités. Ce projet s'articule autour de trois(03) principales parties : La première partie est une étude bibliographique portant sur : • les généralités sur les bitumes; • les bitumes oxydés Dans la deuxième partie, est études sur la modification de bitume routier (40/50). La troisième partie présente l'étude pratique menée en vue de la caractérisation et de la comparaison des bitumes utilisés en matières étanchéités. Ensuite, la conclusion va présenter un résumé des résultats obtenus et indiquer les directions vers lesquelles ce travail pourrait être poursuivi. Chapitre I: Etude bibliographique 2014 1 I.1.Généralités et notions sur le bitume I.1.1. Introduction : Le bitume est un mélange complexe d’hydrocarbures naturels non volatils de poids moléculaire élevé, appartenant en majorité aux groupes aliphatiques à chaînes linéaires ou ramifiées, naphténiques ou cycliques et saturés. Il contient en moyenne 80 à 85 % de carbone, 10 à 15 % d’hydrogène, 2 à 3 % d’oxygène et, en moindre quantité, du soufre et de l’azote ainsi que divers métaux à l’état de traces, mais liés chimiquement aux molécules les plus lourdes. A la température ambiante, il est très visqueux, presque solide, et présente deux caractéristiques importantes : c’est un agglomérant à fort pouvoir adhésif, en particulier sur les minéraux destinés aux ouvrages, et il est totalement imperméable à l’eau. Ces propriétés sont exploitées dans la construction routière, sa principale utilisation, où il fournit le liant pour les enrobés, et dans diverses applications pour les travaux publics et l’industrie qui mettent principalement à profit son étanchéité pour les toitures, les terrasses ou les uploads/Industriel/ reiki-zahi-a.pdf