Étude de l'influence du recyclage d'enrobés tièdes contenant l'additif Sasobit®

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Niveau: Supérieur
Étude de l'influence du recyclage d'enrobés tièdes contenant l'additif Sasobit®. Auteur : Arnaud MONTALANT INSA de Strasbourg, Spécialité Génie Civil Tuteur Laboratoire : Alan CARTER École de Technologie Supérieure, Ingénieur, Ph.D., Professeur Tuteurs INSA de Strasbourg : Cyrille CHAZALLON et Éric CHARDIGNY INSA de Strasbourg, Spécialité Génie Civil MÉMOIRE DE PFE Spécialité Génie Civil 08 juin 2011

  • asphalt recycling

  • presentation de l'école de technologie superieure

  • bitume

  • recyclage

  • école de technologie supérieure

  • recyclage des routes en phase de réhabilitation


Publié le : mercredi 1 juin 2011
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MÉMOIRE DE PFE

Spécialité Génie Civil


Étude de l’influence du recyclage d’enrobés tièdes contenant l’additif
Sasobit®.

Auteur : Arnaud MONTALANT
INSA de Strasbourg, Spécialité Génie Civil
Tuteur Laboratoire : Alan CARTER
École de Technologie Supérieure, Ingénieur, Ph.D., Professeur
Tuteurs INSA de Strasbourg : Cyrille CHAZALLON et Éric CHARDIGNY
INSA de Strasbourg, Spécialité Génie Civil
08 juin 2011 Mémoire de PFE
Étude de l’influence du recyclage d’enrobés
tièdes contenant l’additif Sasobit®
REMERCIEMENTS
Au terme de ce PFE, je souhaite remercier Alan Carter, mon tuteur à l’ETS, qui m’a permis de
réaliser ce projet au sein du laboratoire LUCREB. Il m’a donné les moyens de réaliser ce
projet novateur dans le domaine des enrobés.
Je remercie également les deux techniciens Francis Bilodeau et Alain Desjardins qui m’ont
donné de précieux conseils, et m’ont transmis les techniques nécessaires à de nombreux
essais conduits au cours de ce projet.
Je remercie aussi M. Cyrille Chazallon et Éric Chardigny pour leurs commentaires sur mon
projet qui m’a permis d’avancer dans la bonne direction et ainsi mener à bien mon projet.
Je désire remercier Simon Lachambre pour son aide lors de la réalisation d’enrobés. En effet,
nous avons décidé de nous aider mutuellement pour garantir une meilleure qualité de nos
enrobés.
Enfin, j’exprime ma reconnaissance à toutes les personnes que j’ai rencontrées lors de ce
projet et qui ont tout fait pour que cette période me soit à la fois utile, formatrice et
agréable.



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Mémoire de PFE
Étude de l’influence du recyclage d’enrobés
tièdes contenant l’additif Sasobit®
RÉSUMÉ
Ce projet s’inscrit dans un contexte de pénurie de matériaux dans plusieurs pays. En effet, le
recyclage des routes en phase de réhabilitation est désormais incontournable. De plus, la
technique dans le domaine de la construction routière évolue, ce qui se traduit notamment
par des baisses de température de réalisation des enrobés. Cette diminution est possible
grâce à l’ajout d’un additif dans le bitume tel que la cire synthétique Sasobit®. Actuellement,
il s’agit de l’additif le plus utilisé, c’est pourquoi nous devons nous poser l’interrogation de sa
capacité vis-à-vis du recyclage.
L’objectif principal de ce projet sera donc d’étudier l’influence de l’additif Sasobit® dans le
recyclage d’enrobés. Pour cela, il a été nécessaire de formuler à la Presse à Cisaillement
Giratoire trois types d’enrobés. Tout d’abord, un ESG-10 témoin, réalisé à chaud, puis un
enrobé semi-grenu ESG-10 tiède contenant 1,8% de Sasobit®. Cet enrobé tiède sera vieilli
suivant une procédure définie par le SHRP (Strategic Highway Research Program) au cours de
laquelle l’enrobé est notamment chauffé 120 heures à 85°C, constituant ainsi des Granulats
Bitumineux Recyclé (GBR). Ensuite, en parallèle de la formulation à la PCG du troisième
enrobé ESG-10 contenant 25% de GBR, réalisés en laboratoire, le bitume sera extrait de
l’enrobé vieilli pour y subir une série de tests visant à déterminer le degré de son
vieillissement.
Enfin, les trois mélanges ainsi réalisés seront testés à l’aide de l’essai de retrait thermique
empêché (Temperature Stress Restrained Specimen Test) tandis que des essais au module
complexe seront réalisés sur l’enrobé témoin puis sur l’enrobé contenant 25% de GBR.

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Mémoire de PFE
Étude de l’influence du recyclage d’enrobés
tièdes contenant l’additif Sasobit®
ABSTRACT
This project joins in a context of materials shortage in many countries. Indeed, at this point,
the recycling of the road in phase of rehabilitation is unavoidable. Moreover, technology in
the road construction field evolves constantly. One of the most useful results is the capacity
to reduce the temperature in the asphalt manufacture process. This reduction is allowed by
adding an additive like the synthetic was Sasobit® in the bitumen. Currently, it is the most
widely used additive, thus the question of its recycling has to be asked.
The main objective of this project is to study the influence of the additive Sasobit® in the
asphalt recycling. In this purpose, it is necessary to formulate three types of asphalt with the
gyratory compactor. First, a control hot mix asphalt ESG-10, then a warm mix asphalt ESG-10
containing 1,8% of Sasobit®. This type of warm mix asphalt will be aged following a SHRP
(Strategic Highway Research Program) procedure including heating the asphalt to 85°C for
120 hours, constituting Reclaimed Asphalt Pavement (RAP). Then, the bitumen of the RAP
will be extracted and tested to define the degree of aging. Besides, the formulation of the
third asphalt with 25% of RAP will be established with the gyratory compactor.
Finally, those three types of asphalt produced will be tested by the Temperature Stress
Restrained Specimen Test (TSRST). The test of the complex modulus will be conducted on
the control asphalt and the one containing 25% of RAP.





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Mémoire de PFE
Étude de l’influence du recyclage d’enrobés
tièdes contenant l’additif Sasobit®
SOMMAIRE
REMERCIEMENTS ......................................................................................................................... 2
RÉSUMÉ ....................................... 3
ABSTRACT .................................................................................................... 4
SOMMAIRE .. 5
LISTE DES FIGURES ........................................................................................................................ 7
LISTE DES TABLEAUX .................... 8
INTRODUCTION ............................ 9
1. PRÉSENTATION DU PROJET DE FIN D’ÉTUDES ...................................................................... 10
1.1. PRESENTATION DE L’ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPERIEURE ..................................................... 10
1.2. PRESENTATION DU LUCREB ............................................................ 10
1.3. OBJECTIF ET DESCRIPTION DU TRAVAIL REALISE .................................................................... 11
2. LE CONTEXTE ...................................................... 14
2.1. LES ENROBES BITUMINEUX ............................................................... 14
2.1.1. Présentation .................................................................. 14
2.1.2. Composition................................... 14
2.1.3. Les moyens de fabrication ............. 14
2.1.4. Les types d’enrobés bitumineux .................................... 14
2.1.5. Structure de chaussée et objectifs ................................................................. 14
2.1.6. Classification des enrobés ............. 15
2.2. LES ENROBES TIEDES ....................................................................................................... 16
2.2.1. Présentation et historique ............. 16
2.2.2. Les avantages ................................ 16
2.2.3. Les inconvénients........................... 16
2.2.4. Les différents procédés d’enrobés tièdes ....................................................... 17
2.3. L’ADDITIF SASOBIT® ....................................................................... 17
2.3.1. Présentation et historique ............. 17
2.3.2. Propriétés essentielles ................... 17
2.3.3. Les avantages ................................................................................................ 17
2.3.4. Les inconvénients........................................................... 18
2.4. LES ENROBES RECYCLES ................................... 18
2.4.1. Historique ...................................................................... 18
2.4.2. Le recyclage à chaud en centrale .. 19
2.4.3. Le recyclage à chaud en place ....... 19
2.4.4. Le recyclage à froid en centrale ..................................... 20
2.4.5. Le recyclage à froid en place ......................................................................... 21
2.4.6. Les avantages du recyclage ........... 21
2.5. LE VIEILLISSEMENT DU BITUME.......................... 21
2.5.1. La composition du bitume ............................................................................................................. 21
2.5.2. Caractérisation d’un bitume au Québec : le « PG » ....... 21
2.5.3. Caractérisation d’un bitume en France ......................... 23
2.5.4. Caractéristiques d’un vieux bitume ............................................................................................... 26
2.5.5. Essais pour vieillir un bitume ......................................... 27
2.6. LE VIEILLISSEMENT DES ENROBES ....................... 29
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Mémoire de PFE
Étude de l’influence du recyclage d’enrobés
tièdes contenant l’additif Sasobit®
2.6.1. Caractéristiques d’un vieil enrobé et fissuration ........................................................................... 29
2.6.2. Essais pour vieillir un enrobé ......................................... 29
2.7. LA FORMULATION .......................................................................... 29
2.7.1. La granulométrie ........................................................... 30
2.7.2. La formulation selon la méthode LC .............................. 30
2.7.3. L’essai PCG..................................................................... 31
2.8. L’ESSAI DE RESISTANCE A L’ORNIERAGE ............... 32
2.9. LES DIFFERENCES FRANCE/QUEBEC ................................................... 33
2.10. L’ESSAI DE RETRAIT THERMIQUE EMPECHE .......................................... 34
2.11. L’ESSAI DE CARACTERISATION DE MODULE COMPLEXE ............................ 35
3. FORMULATION, PROCÉDURES ET ESSAIS DES TROIS ENROBÉS TESTÉS .................................. 38
3.1. MATERIAUX ET MATERIELS ............................................................................................... 38
3.2. LA GRANULOMETRIE ....... 39
3.2.1. Première campagne d’essais ......... 39
3.2.1. Seconde campagne d’essais .......................................... 41
3.3. LA FORMULATION DE LA PHASE 1 ...................................................................................... 42
3.3.1. L’enrobé témoin : ESG-10 à chaud 42
3.3.2. L’enrobé ESG-10 contenant 1,8% de Sasobit® ............................................... 44
3.4. LA FORMULATION DE LA PHASE 2 ...................... 46
3.5. ESSAIS ET PROCEDURES DES DEUX PHASES ........................................... 48
3.5.1. Procédure de malaxage des enrobés en laboratoire ..................................................................... 48
3.5.2. Procédure d’introduction du Sasobit® dans le bitume... 49
3.5.3. Procédure de compactage de plaque ............................ 49
3.5.4. Procédure de carottage des éprouvettes ...................................................................................... 50
3.5.5. Procédure de vieillissement des enrobés ....................................................... 53
3.5.6. Extraction du bitume contenu dans l’enrobé vieilli ....................................................................... 53
3.6. RESULTATS DES TESTS CONDUITS SUR LE BITUME VIEILLI ......................... 55
3.6.1. Essais de Performance Grade du bitume vieilli .............. 55
3.6.2. Essais de viscosité et de pénétration du bitume vieilli ................................................................... 55
4. INFLUENCE DU SASOBIT® DANS LES GBR : ESSAIS TSRST ET DE MODULE COMPLEXE ............. 58
4.1. RESULTATS DE L’ESSAI TSRST SUR LES TROIS ENROBES ETUDIES .............................................. 58
4.1.1. Résultats pour l’ESG-10 témoin ..................................................................... 58
4.1.2. Résultats pour l’ESG-10 contenant 1,8% de Sasobit® .... 59
4.1.3. Résultats pour l’ESG-10 composé de 25% de GBR contenant 1,8% de Sasobit® ........................... 60
4.1.4. Comparaison des trois mélanges................................... 61
4.2. RESULTATS DE L’ESSAI DE MODULE COMPLEXE ..................................................................... 62
4.2.1. Résultat pour l’ESG-10 témoin ...................................................................... 62
4.2.2. Résultats pour l’ESG-10 composé de 25% de GBR contenant 1,8% de Sasobit® ........................... 64
4.2.3. Comparaison des deux mélanges .................................. 65
5. CONCLUSION ET PERSPECTIVES ........................................................... 67
BIBLIOGRAPHIE .......................................................... 68
ANNEXES.................................................................... 71

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Mémoire de PFE
Étude de l’influence du recyclage d’enrobés
tièdes contenant l’additif Sasobit®


LISTE DES FIGURES

Figure 1.1 Photographie de l’ÉTS ............................................................................................. 10
Figure 1.2 Planning du travail de recherche bibliographique et de formulation..................... 12
Figure 1.3 Planning de la phase essais du projet ..................................... 13
Figure 2.1 Classification des enrobés selon leur température de réalisation [5] .................... 15
Figure 2.2 Chauffage de la chaussée en vue du recyclage [19] ............... 20
Figure 2.3 Appareil de l’essai de pénétrabilité ......................................... 24
Figure 2.4 Viscosimètre de Brookfield ..................................................... 25
Figure 2.5 Appareil de l'essai Bille-Anneau .............. 26
Figure 2.6 Représentation du RTFOT [wikipédia] .................................... 28
Figure 2.7 Représentation du PAV [20] .................................................... 28
Figure 2.8 Exemple de courbe de masse volumique maximale [27] ....... 30
Figure 2.9 Presse à Cisaillement Giratoire du LUCREB ............................................................. 32
Figure 2.10 Ornièreur du LUCREB ............................................................ 33
Figure 2.11 Les niveaux de la formulation [29] ........................................ 33
Figure 2.12 Courbe type de l'essai TSRST [32] ......................................... 34
Figure 2.13 Sollicitations lors du passage d'un véhicule en traction compression [33] .......... 35
Figure 2.14 Exemple de représentation du module complexe dans le plan de Cole et Cole
[33] ........................................................................................................... 36
Figure 2.15 Exemple de représentation du module complexe dans l’espace de Black *33+ ... 37
Figure 3.1 Ensemble des mélanges testés à la PCG avec un bitume PG 70-28 ....................... 40
Figure 3.2 Ensemble des mélanges testés à la PCG n bitume PG 58-28 42
Figure 3.3 Ensemble des résultats à la PCG des mélanges avec du bitume PG 58-28 ............. 43
Figure 3.4 Viscosités d'un bitume PG 58-28 en fonction de la température ........................... 44
Figure 3.5 Résultat de l'essai à la PCG du mélange contenant 1,8% de Sasobit® .................... 46
Figure 3.6 Courbe de pourcentage de vide de l'ESG-10 avec 25% de GBR contenant 1,8% de
Sasobit® .................................................................................................................................... 47
Figure 3.7 Compacteur LCPC du LUCREB ................. 49
Figure 3.8 Exemple de plaque réalisée au compacteur LCPC .................................................. 50
Figure 3.9 Effets de bord d'une plaque à exclure lors du carottage ........ 51
Figure 3.10 Equipements nécessaires au carottage................................................................. 51
Figure 3.11 Exemple d'éprouvettes obtenues ......... 52
Figure 3.12 Exemple d’effets de bord d’une éprouvette ......................... 52
Figure 3.13 Appareil d'extraction du trychloroéthylène de la solution contenant le bitume de
l’enrobé vieilli ........................................................................................................................... 54
Figure 3.14 Évolution du PG du bitume étudié ........................................ 55
Figure 3.15 Comparaison des viscosités d'un bitume PG 58-28 .............. 56
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Mémoire de PFE
Étude de l’influence du recyclage d’enrobés
tièdes contenant l’additif Sasobit®
Figure 3.16 Évolution de la pénétrabilité du bitume étudié .................................................... 57
Figure 4.1 Essai TSRST de l'ESG-10 témoin............................................... 58
Figure 4.2 Essai TSRST de l'ESG-10 contenant 1,8% de Sasobit® ............. 59
Figure 4.3 Essai TSRST de l'ESG-10 composé de 25% de GBR contenant 1,8% de Sasobit® .... 60
Figure 4.4 Comparaison des trois mélanges étudiés par l'essai TSRST .................................... 61
Figure 4.5 Plan de Cole et Cole de l'ESG-10 témoin ................................. 63
Figure 4.6 Espace de Black de l'ESG-10 témoin ....... 63
Figure 4.7 Plan de Cole et Cole de l'ESG-10 composé de 25% de GBR contenant 1,8% de
Sasobit® .................................................................................................... 64
Figure 4.8 Espace de Black de l'ESG-10 composé de 25% de GBR contenant 1,8% de Sasobit®
.................................................................................................................................................. 64
Figure 4.9 Comparaison des deux mélanges dans le plan de Cole et Cole .............................. 65
Figure 4.10 Comparaison des deux mélanges dans l'espace de Black ..................................... 66

LISTE DES TABLEAUX
Tableau 2.1 Les couches des chaussées souples...................................................................... 15
Tableau 3.1 Granulométrie des matériaux utilisés .. 38
Tableau 3.2 Ensemble des mélanges testés à la PCG avec un bitume PG 70-28 ..................... 39
Tableau 3.3 Ensemble des mélanges testés à la PCG n bitume PG 58-28 41
Tableau 3.4 Températures à respecter lors de la réalisation de l’enrobé témoin de la phase 1
.................................................................................................................................................. 43
Tableau 3.5 Pourcentages massiques des constituants de l'ESG-10 phase 1 .......................... 44
Tableau 3.6 Températures d'emploi d'un bitume PG 58-28 selon le viscosimètre de
Brookfield ................................................................................................................................. 45
Tableau 3.7 Températures choisie lors de d’emploi d’un bitume PG 58-28 ........................... 45
Tableau 3.8 Pourcentages massiques des constituants de l'ESG-10 phase 2 .......................... 46
Tableau 3.9 Températures à respecter lors de la réalisation de l'enrobé de la phase 2 ......... 47
Tableau 3.10 Comparaison des pourcentages de vides de contrôle des 3 mélanges ............. 48
Tableau 4.1 Récapitulatif de l'essai TSRST de l'ESG-10 témoin ............................................... 59
Tableau 4.2 Récapitulatif de TSRST de l'ESG-10 contenant 1,8% de Sasobit® .............. 60
Tableau 4.3 Récapitulatif de l'essai TSRST de l'ESG-10 composé de 25% de GBR contenant
1,8% de Sasobit® ...................................................................................................................... 61
Tableau 4.4 Récapitulatif de l'essai TSRST des trois mélanges étudiés ................................... 62

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Mémoire de PFE
Étude de l’influence du recyclage d’enrobés
tièdes contenant l’additif Sasobit®
INTRODUCTION
Le bitume, sous la forme d’enrobés, est apparu en France depuis plus d’un siècle et par la
suite, la technologie dans ce domaine n’a cessé d’évoluer. À ce jour, les enrobés bitumineux
ne sont plus systématiquement réalisés à 180°C, la plage de température a été étendue
jusqu’à la température ambiante.
Les enrobés tièdes, que nous verrons plus en détail par la suite, sont réalisés à des
températures comprises entre 100 et 130°C. Cette baisse des températures est bénéfique
sur bien des niveaux. En effet, d’un point de vue économique, elle permet de fortement
baisser le coût de fabrication. En outre, les enrobés tièdes peuvent être mis en place à des
températures extérieures plus basses ce qui augmente la saison de compactage et les
distances entre le chantier et la centrale. Le caractère écologique est lui aussi amélioré
puisque les enrobés tièdes nécessitent moins d’énergies fossiles pour être réalisés. Ensuite,
l’abaissement des températures a permis de réduire l’émission de vapeurs toxiques. Notons
que les enrobés tièdes ont une meilleure durée de vie car le bitume est moins altéré lorsqu’il
est moins chauffé.
Diverses méthodes ont vu le jour pour permettre cette baisse de température à la fois de
conception et de mise en œuvre. Ces méthodes emploient soit des additifs soit des procédés
de fabrication. Parmi les additifs, notons les plus courants ; il s’agit de la cire synthétique
Sasobit®, d’émulsion Evotherm™. Les procédés, quant à eux, font généralement mousser le
bitume avec de l’eau, citons les procédés LEA et Double Barrel Green.
Dans cette étude, nous chercherons à étudier l’additif Sasobit® au niveau du vieillissement et
du recyclage. Le choix s’est porté sur l’additif Sasobit® car il est le plus utilisé actuellement et
la question de son recyclage commence à se poser. Or dans l’optique du développement
durable, les enrobés actuels contiennent environ 25% d’enrobés recyclés.
L’objectif de ce projet est d’étudier l’influence du recyclage d’enrobés tièdes contenant
l’additif Sasobit®.
La première partie de cette étude sera donc constituée d’un état de l’art. Il s’agira ensuite de
trouver un procédé qui permet de vieillir les enrobés de manière rapide et la plus proche
possible de la réalité du terrain.
Ensuite, plusieurs enrobés ESG-10 seront réalisés avec et sans additif Sasobit® avant d’être
testés par des essais de retrait thermique empêché (TSRST) et de module complexe. Enfin,
une procédure de vieillissement accéléré en laboratoire sera appliquée à l’enrobé contenant
l’additif Sasobit®. Une fois vieilli, cet enrobé sera recyclé afin de réaliser un ESG-10 malaxé à
chaud. En outre, le bitume de l’enrobé vieilli sera extrait puis testé de diverses méthodes
afin de déterminer son degré de vieillissement.

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Mémoire de PFE
Étude de l’influence du recyclage d’enrobés
tièdes contenant l’additif Sasobit®
1. PRÉSENTATION DU PROJET DE FIN
D’ÉTUDES
1.1. Présentation de l’École de Technologie Supérieure
L’École de Technologie Supérieure (ÉTS) a été fondée en 1974 et fait partie du réseau de
l’Université du Québec. Elle est spécialisée dans l’enseignement et la recherche en génie
appliqué. Elle compte 5500 étudiants dans les trois cycles qu’elle propose. Et environ 25%
des ingénieurs du Québec sont diplômés de l’ÉTS [1].
Enfin, notons que le budget de Recherche et Développement se situe chaque année aux
alentours de 20 millions de dollars ce qui permet à cette école de posséder de très bons
équipements dans ses laboratoires [1].

Figure 1.1 Photographie de l’ÉTS
1.2. Présentation du LUCREB
Le Laboratoire Universitaire sur les Chaussées, les Routes et les Enrobés Bitumineux
(LUCREB) est l’un des cinq groupes de recherche du département de Génie de la
Construction de l’ÉTS. Il a été créé pour répondre aux besoins en recherche et en
développement dans le domaine des matériaux bitumineux.
Ce laboratoire est reconnu dans le domaine des enrobés bitumineux pour son savoir-faire et
ses équipements. L’équipe compte trois professeurs, dont mon tuteur Alan Carter, et deux
techniciens [2]. Les entreprises passent régulièrement des commandes d’essais ou d’études
au laboratoire du fait de la bonne qualité des ses équipements.
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