Bitumes et bitumes modifiés Réalisé par: Binôme 10, 2GC 2 FAOUZI ZIZI Omar Manjra Mohammed Yassine

Plan Introduction : définitions et historique À l’état naturel Origine Préparation Caractérisation des bitumes purs Propriétés des bitumes Les émulsions de bitume Les bitumes modifiés Utilisations du bitume

Introduction Bitume : substance très visqueuse (voire solide) à la température ambiante couleur noire. composée d'un mélange d‘hydrocarbures Plus généralement :tout mélange d’hydrocarbures extraits du pétrole qui, sous forme pâteuse ou solide, est liquéfiable à chaud et adhère sur les supports sur lesquels on l'applique

Historique L'usage du bitume comme liant, pour cimenter les briques et pour assurer l'étanchéité, remonte à la plus haute antiquité: En Inde, dès le IIIe millénaire avant J.-C. En Mésopotamie En Palestine Les Romains lui donnèrent le nom de « bitumen »

À l'état naturel À l’air libre sous forme de suintements   États-Unis, Mexique, Venezuela gisements souterrains dans des roches poreuses « magasins » (grès, sable, schiste, calcaire)  Canada, Madagascar, France.

Origine Actuellement, l’essentiel du bitume employé pour répondre aux besoins des travaux publics et du bâtiment est extrait du pétrole brut. Sur les quelque 1 300 pétroles bruts recensés à ce jour, seuls à peu près 10 % sont exploitables pour fabriquer du bitume répondant aux spécifications des consommateurs actuels ! Le bitume n’est pas un résidu de pétrole dont l’industrie pétrolière souhaite se débarrasser à peu de frais. En réalité, pour fabriquer un bitume de qualité avec des propriétés constantes, les producteurs sélectionnent méticuleusement un ou des bruts à bitume, objets de procédures d’homologation internes très sévères. 

Fabrication La distillation directe des bruts est effectuée dans une unité particulière de raffinerie comportant une tour « atmosphérique » et une tour « sous-vide ». Le brut, préalablement décanté et dessalé, est chauffé à une température voisine de 370°C puis envoyé dans la première colonne de fractionnement maintenue à la pression atmosphérique, d’où le nom de cette tour. Le produit récupéré en fond de tour est le « brut réduit ». Le brut réduit, réchauffé à 400°C, est envoyé dans une colonne à la pression réduite (quelques dizaines d’hectopascals). Dans certains cas, en complément de cette première étape de raffinage, un dés-asphaltage au solvant est réalisé sur le fond de distillation sous vide, afin d’extraire les fractions lubrifiantes et donner un bitume dur à usage routier.  

Caractérisation du bitume La pénétrabilité à 25°C La caractéristique désignée sous le nom de pénétrabilité, exprimée en dixièmes de millimètres, représente la mesure de la pénétration dans un échantillon de bitume au bout d’un temps de 5 secondes, d’une aiguille dont le poids avec son support et éventuellement une charge additionnelle est de 100g. La pénétrabilité la plus souvent utilisée est mesurée à 25°C. Plus un bitume est dur, plus la valeur de sa pénétrabilité est faible.

Caractérisation du bitume Point de ramollissement : Température Bille et anneau TBA Les bitumes n’ont pas un point de fusion franc; leur consistance décroit progressivement lorsque la température s’élève. Pour cette raison, la détermination du point de ramollissement doit être faite suivant une méthode bien définie, si on veut obtenir des résultats comparables. Une bille d’acier est placée sur un petit disque de bitume contenu dans un anneau de métal. L’ensemble est chauffé à vitesse constante (5°C/min) Le point de ramollissement bille et anneau est la température à laquelle le poids de la bille imprime à léchantillon une déformation verticale définie.

Indice de pénétrabilité: La variation de la consistance des bitumes avec la température est généralement caractérisée par un nombre appelé INDICE DE PENETRABILITE ( IP) défini par : On peut également utiliser l’approximation de PFEIFFER en considérant : Péné (TBA)=800. On peut déterminer IP de deux façons: - soit à partir de Pen25 (pénétrabilité à 25°C) et de TBA en considérant que cette température correspond à une pénétrabilité de l'ordre de 800 (IP de Pfeiffer) soit en effectuant des mesures de pénétrabilité à différentes températures méthode formule !!

Indice de pénétrabilité Les bitumes très susceptibles : IP fortement négatif Les bitumes moyennement susceptibles : IP proche de 0 Les bitumes peu susceptibles : IP nettement positif.

Essai de durcissement simulé (RTFOT) L’essai RTFOT (Rolling Thin Film Over Test) permet de simuler l’évolution d’un bitume pendant la fabrication et la mise en place d’un enrobé routier.

RTFOT On soumet le bitume en film mince à une température de 163°C eb présence d’air pendant 75 min On mesure ensuite, sur le bitume récupéré, l’évolution de certaines caractéristiques (Pen25, TBA)

Point de fragilité de FRAASS Il s’agit de la température de fragilité, on dépose un film de bitume d’une épaisseur normalisée (0,5 mm) sur une petite lamelle d'acier on plie la lamelle à température décroissante( 1°C/min) jusqu'à rupture du film.

Propriétés du bitume Le bitume est un matériau viscoélastique. C’est-à-dire il combine deux comportements distincts : Le comportement élastique: assimilable à celui d’un ressort Le comportement visqueux : assimilable à celui d’un amortisseur conduisant, sous une contrainte donnée, à une déformation proportionnelle au temps A court temps de charge, un matériau viscoélastique se comporte comme un corps élastique et, au fur et a mesure que le tps d’application de la contrainte se prolonge, le bitume tend vers un comportement visqueux en passant par une zone de transition.

Comportement du bitume Charge bitume Élastique A court terme Visqueux A long terme

Module de rigidité Corps visqueux Corps élastique Module de rigidité : contrainte/déformation Pour corps élastique : constant = module de young Corps élastique

Module de rigidité pour corps viscoélastique

Autres propriétés Il possède un grand pouvoir agglomérant car il adhère à la majorité des matériaux usuels : pierre, béton, bois, métal, verre. C'est un excellent isolant thermique et diélectrique.

Les émulsions de bitume Émulsion: dispersion de 2 liquides, non miscibles, l’un dans l’autre, préparée généralement à l’aide d’un produit dénommé émulsif ou émulsifiant. On distingue donc deux phases: une phase dispersante et une phase dispersée.

Les émulsions de bitume Dans le cas des émulsions de bitume: Phase dispersée: Bitume Teneur : 50 à 69% (voire 80%) Se fait par : énergie mécanique de cisaillement Énergie physico-chimique émulsifiant : chlorhydrate d’amine grasse

Schéma de fabrication d’une émulsion de bitume Fluidifiant fluxant Emulsif Eau Acide Phase dispersée Phase dispersante Energie mécanique Turbine Emulsion

Utilisation des émulsions de bitumes Enduits superficiels : Technique de couche de surface Couches d'accrochage : Utilisées pour coller les différentes couches d'une chaussée entre elles (Emulsion à rupture rapide) Coulis enrobés à froid: Couche de roulement constituée par un mélange de granulais 0/6 ou 0/10 enrobés avec de l'émulsion et coulés à froid en épaisseur de 8 à 10 mm

Bitumes modifiés nouveaux liants obtenus par un mélange: de bitume pur élastomères et des plastomères. On sait également modifier les caractéristiques des bitumes par l'addition de produits connus: la poudrette de caoutchouc récupérée lors du rechapage des pneumatiques de poids lourds, les fibres minérales, des déchets de câbles électriques (polypropylène). L’objectif de ces ajouts d'additifs est de rendre le bitume moins fragile et cassant à basse température (-10 à –20°C), et au contraire plus rigide à température élevée (50 à 60°C). Pour faire face à l'augmentation du trafic Poids Lourds en quantité et en agressivité, l'industrie routière a développé au cours de ces vingt dernières années de nouveaux liants obtenus par un mélange de bitume pur et d'additifs issus de l'industrie chimique, essentiellement des élastomères et des plastomères. Les deux additifs les plus couramment utilisés sont:

Utilisations du bitume On compte quasiment autant de bitumes différents que d’usages. En effet, l’industrie pétrolière conçoit et fabrique une pluralité de bitumes, à partir de pétroles bruts rigoureusement sélectionnés, afin de répondre au mieux aux besoins de ses clients.   Pour chaque utilisation, la consistance du bitume (point de ramollissement et pénétrabilité) est adaptée aux conditions climatiques, de trafic, de tracé de route et d’usage. pour une même route, des bitumes différents peuvent être employés ( Lille , Marseille)