DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne un enrobé bitumineux à module élevé selon la norme NF P 98-140 ou NF EN 13108-1 obtenu à partir de matériaux de recyclage, et plus particulièrement à partir de fraisats de recyclage de matériaux de chaussées.

L'invention concerne également l'utilisation de ces enrobés bitumineux à module élevé, dans la préparation de chaussées routières, notamment dans la préparation de couches de base ou de couches d'assise pour chaussées routières. CONTEXTE TECHNIQUE/ART ANTERIEUR

De façon classique, les chaussées sont recouvertes par des enrobés bitumineux sur quelques centimètres d'épaisseur. Au bout d'un certain nombre d'années, ces revêtements vieillissent à cause des déformations entraînées par le trafic, des conditions climatiques et de la lumière. Ces différents paramètres entraînent un durcissement de l'enrobé bitumineux par évaporation des fractions les plus légères du liant bitumineux contenu dans ledit enrobé bitumineux. Il en résulte une fragilisation de l'enrobé bitumineux qui devient cassant et à tendance à se fissurer. Il est donc nécessaire de traiter en surface les chaussées après un certain nombre d'années. Une solution consiste à fraiser la surface de l'enrobé bitumineux avec une machine et à le remplacer par un enrobé bitumineux neuf. Lors de cette opération, des matériaux de chaussée appelés « fraisats » sont récupérés. Ces fraisats sont des granulats entourés d'une pellicule de liant bitumineux. L'augmentation des prix des produits pétroliers, notamment celui des bitumes et la valorisation des ressources, notamment pétrolières, ont conduit les pétroliers et les routiers à s'intéresser au recyclage de ces fraisats et à leur réutilisation pour l'entretien ou Ia construction de chaussées. Ces préoccupations économiques et environnementales ne doivent cependant pas se faire au détriment des performances des enrobés bitumineux mis en place. L'incorporation des fraisats doit donc tenir compte des normes établies au niveau des performances des enrobés bitumineux. L'incorporation des fraisats dans les enrobés bitumineux nécessitent une bonne connaissance des fraisats et une optimisation au niveau du mélange fraisats/granulats neufs/liant bitumineux.

Ainsi, dans le brevet délivré EP0959105, la société demanderesse a incorporé avec succès des fraisats dans des enrobés bitumineux tout en maintenant des performances mécaniques acceptables. Ainsi les enrobés bitumineux décrits présentent un module de rigidité équivalent à celui d'une grave-bitume selon la norme NF P 98-138. OBJECTIFS

Dans la continuité des ses travaux, la société demanderesse s'est appliquée à formuler des enrobés bitumineux comprenant des fraisats pour obtenir des enrobés bitumineux à module élevé (EME) selon la norme NF P 98-140 ou NF EN 13108-1. Un autre objectif de l'invention est de proposer des enrobés bitumineux comprenant des fraisats ayant des performances équivalentes ou supérieures à celles des enrobés bitumineux à module élevé (EME), notamment au niveau de la tenue à l'orniérage, du module de rigidité, de la résistance à la fatigue et de la résistance à la fissuration. Un autre objectif de l'invention est de proposer des enrobés bitumineux à module élevé (EME) comprenant des fraisats permettant la réduction d'épaisseur des enrobés bitumineux.

Un autre objectif de l'invention est de proposer des enrobés à module élevé (EME) comprenant des fraisats permettant d'augmenter la durée de vie des enrobés bitumineux.

BREVE DESCRIPTION

En premier lieu, la présente invention concerne un enrobé bitumineux à module élevé selon la norme NF P 98-140 ou NF EN 13108-1 à base de fraisats de recyclage de matériaux de chaussée comprenant du liant bitumineux résiduel, à base de granulats neufs et à base de liant bitumineux d'apport, ledit enrobé comprenant entre 40 et 60% en masse de fraisats et de 5,5 à 6,5% en masse de liant bitumineux (liant bitumineux résiduel et liant bitumineux d'apport), par rapport à la masse totale de l'enrobé bitumineux.

L'enrobé bitumineux à module élevé présente un module de rigidité E*, mesuré à 15°C et à 10 Hz, supérieur à 15.10 ³ MPa et une résistance à la fatigue en flexion alternée ε ₆ , à 10 ⁰ C et à 25 Hz, supérieure à 140.10 ^"6 .

L'enrobé bitumineux à module élevé comprend entre 40 et 60% en masse de granulats neufs, par rapport à la masse totale de l'enrobé bitumineux.

Les fraisats ont une teneur en liant bitumineux résiduel, comprise entre 2 et 6% en masse, par rapport à la masse totale des fraisats.

Le liant bitumineux résiduel des fraisats, a une pénétrabilité à 25 ⁰ C comprise entre 5 et 40 1/10 mm, de préférence entre 10 et 30 1/10 mm.

La teneur en liant bitumineux d'apport est comprise entre 1 et 5% en masse, par rapport à la masse totale de l'enrobé bitumineux. Le liant bitumineux d'apport, a une pénétrabilité à 25°C comprise entre 10 et

50 1/10 mm, de préférence entre 20 et 30 1/10 mm. Le liant bitumineux (liant bitumineux résiduel et liant bitumineux d'apport) a une pénétrabilité à 25°C comprise entre 10 et 30 1/10 mm, de préférence entre 15 et 25 1/10 mm.

La teneur en vide selon la norme NF P 98-252 est inférieure ou égale à 5%. En deuxième lieu, l'invention concerne l'utilisation de l'enrobé bitumineux à module élevé tel que définit ci-dessus dans l'industrie routière, pour la réalisation de couches de base ou de couches d'assise pour chaussées.

Enfin, l'invention concerne un procédé de préparation d'un enrobé bitumineux à module élevé tel que définit ci-dessus, ledit procédé comprenant le mélange, à une température comprise entre 12O ⁰ C et 220°C, de préférence entre

160°C et 18O ⁰ C, d'un liant bitumineux d'apport, de granulats neufs et de fraisats de recyclage.

De préférence, les fraisats sont introduits après le mélange des granulats neufs et du liant bitumineux d'apport.

DESCRIPTION DETAILLEE

L'invention concerne un enrobé bitumineux à base de fraisats, de granulats neufs et de liant bitumineux présentant les performances d'un enrobé bitumineux à module élevé. Les enrobés bitumineux à module élevé ou « EME » sont définis dans la norme NF P 98-140 ou NF EN 13108-1. Les enrobés bitumineux à module élevé se distinguent des autres enrobés bitumineux notamment au niveau du module de rigidité, de la résistance à l'orniérage et de la résistance à la fatigue. En termes de performance mécaniques, l'appellation EME se traduit, dans les normes NF P 98-140 ou NF EN 13108-1 , par une ou plusieurs des performances minimales suivantes :

- un module complexe de rigidité mesuré à 15 ⁰ C, 10 Hz supérieur à 14 000 MPa,

- une résistance à la fatigue, mesurée à l'essai de flexion 2 points, supérieure à 100.10 ^"6 pour les EME de classe 1 et supérieure à 130.10 ^"6 pour les EME de classe 2,

- une profondeur d'ornière inférieure à 7,5%, - une résistance au désenrobage mesurée par l'essai Duriez supérieure à 0,70 pour les EME de classe 1 et supérieure à 0,75 pour les EME de classe 2 (NF P 98-140) ou une sensibilité à l'eau ITSR supérieure à 70% (NF EN 13108-1),

- une teneur en vide inférieure à 10% pour les EME de classe 1 et inférieure à 6% pour les EME de classe 2. Ces valeurs, et en particulier les valeurs élevées de module et de résistance à la fatigue, ainsi que la valeur faible d'ornière, confèrent aux EME des performances mécaniques supérieures à la plupart des enrobés bitumineux. Les EME ont ainsi la capacité de résister au fluage et aux efforts liés au trafic et de maintenir intactes les propriétés de l'enrobé bitumineux en fonction de la répétition de l'application des charges, ce qui confère au matériau une grande résistance au phénomène de ruine par fatigue. Les caractéristiques mécaniques des EME leur permettent aussi d'avoir une épaisseur réduite par rapport aux enrobés bitumineux classiques, tout en conservant de bonnes propriétés. Les EME sont généralement utilisés à des épaisseurs de 5 à 12 cm, préférentiellement de 6 à 8 cm. L'épaisseur dépend de la granulométrie du mélange. Pour des EME de granulométrie 0/10 (c'est-à-dire des granulats dont les dimensions sont inférieures à 10 mm), l'épaisseur est de 6 à 8 cm. Pour des EME de granulométrie 0/14, l'épaisseur est de 7 à 13 cm. Pour des EME de granulométrie 0/20, l'épaisseur est de 9 à 15 cm. Les EME sont généralement utilisés pour les couches d'assise et les couches de base.

Les EME sont classiquement formulés à partir de liant bitumineux et de granulats neufs. Dans les EME selon l'invention, on rajoute des fraisats. Les enrobés bitumineux selon l'invention comprennent au moins 30% de fraisats, par rapport à la masse totale de l'enrobé. De préférence, l'enrobé bitumineux comprend entre 30 et 70% en masse de fraisats, par rapport à la masse totale de l'enrobé, plus préférentiellement entre 40 et 60% en masse.

Par fraisats, on entend dans la présente invention les matériaux de chaussée obtenus par fraisage de la surface des routes. Les fraisats sont donc des mélanges liant bitumineux/granulats. En particulier, les fraisats sont des granulats recouverts d'une pellicule de liant bitumineux. On appelle ce liant bitumineux présent dans les fraisats, un liant bitumineux « résiduel », par opposition au liant bitumineux d'apport qui est ajouté en plus dans les granulats neufs pour faire les enrobés bitumineux selon l'invention. Ce liant bitumineux résiduel est généralement un bitume qui a vieilli, a été oxydé et a donc une pénétrabilité faible. Il est possible de connaître la teneur et la pénétrabilité du liant résiduel des fraisats par extraction du liant.

Les fraisats utilisés ont une teneur en liant bitumineux résiduel de 2 à 6% en masse par rapport à la masse totale des fraisats, préférentiellement de 4 à 6% en masse par rapport à la masse totale des fraisats.

La pénétrabilité à 25 ⁰ C du liant bitumineux résiduel des fraisats est comprise entre 5 et 40 1/10 mm, de préférence entre 10 et 30 1/10 mm (selon la norme NF EN 1426). Le liant bitumineux résiduel est donc un liant particulièrement dur. Pour obtenir un liant bitumineux résiduel particulièrement dur, il est possible de fraiser des routes composés d'enrobés drainants. En effet, les enrobés drainants étant des enrobés à forte teneur en vides, ce sont des enrobés dont le liant s'oxyde plus facilement et donc des enrobés dont le liant est particulièrement dur. La granulométrie des fraisats est comprise entre O et 20 mm, de préférence entre 0 et 14 mm, de préférence entre 0 et 10 mm. Pour pouvoir être dans les fourchettes de granulométrie indiquées, les fraisats pourront être concassés et passés au tamis. L'enrobé bitumineux selon l'invention comprend aussi des granulats neufs.

Les enrobés bitumineux comprennent entre 30 et 70% en masse de granulats neufs, par rapport à la masse totale de l'enrobé bitumineux, de préférence entre 40 et 60% en masse.

Les granulats neufs selon l'invention ont des granulométries usuelles 0/10, 0/14, 0/20. La nature chimique des granulats ne pose pas de problèmes particuliers.

On préfère, les granulats calcaires ou à prédominance calcaire. Les caractéristiques mécaniques et de fabrication, concernant l'angularité, la propreté des granulats sont spécifiées dans la norme XP P 18-540.

L'enrobé bitumineux selon l'invention comprend éventuellement une partie de charge minérale de granulométrie inférieure à 63 μm ajouté aux autres fractions granulaires. L'enrobé bitumineux selon l'invention comprend entre 1 et 5% en masse de charge d'apport, par rapport à la masse totale de l'enrobé, de préférence entre 1 et

3% en masse.

Les granulats neufs, la charge d'apport et les fraisats constituent le squelette granulaire de l'enrobé bitumineux. Il est nécessaire de bien connaître la granulométrie de chacun de ces constituants pour pouvoir élaborer une courbe granulométrique de type d'un enrobé bitumineux à module élevé.

Le liant bitumineux d'apport vient en complément du liant bitumineux résiduel apporté par les fraisats. Ce liant bitumineux d'apport, tout comme le liant bitumineux résiduel, est constitué de bitume pur, de bitume modifié ou de bitume spécial, pris seuls ou en mélange. On peut citer tout d'abord les bitumes d'origine naturelle, ceux contenus dans des gisements de bitume naturel, d'asphalte naturel ou les sables bitumineux. Les bitumes selon l'invention sont aussi les bitumes provenant du raffinage du pétrole brut. Les bitumes proviennent de la distillation atmosphérique et/ou sous vide du pétrole. Ces bitumes pouvant être éventuellement soufflés, viscoréduits et/ou désasphaltés. Enfin, les bitumes selon l'invention peuvent aussi être des bitumes dits « synthétiques », pigmentables ou colorables, ne contenant pas ou peu d'asphaltènes. Les bitumes peuvent être des bitumes/polymères contenant des élastomères ou des plastomères éventuellement réticulés. On pourra aussi utiliser des bitumes fluxés, par des huiles pétrolières et/ou des huiles végétales. Le liant bitumineux résiduel peut bien entendu provenir des différents bitumes cités ci- dessus, pris seuls ou en mélanges. La teneur en liant bitumineux d'apport est comprise entre 1 et 5% en masse, par rapport à la masse totale de l'enrobé bitumineux.

Il convient d'utiliser un liant bitumineux d'apport dont la pénétrabilité est comprise entre 10 et 50 1/10 mm, de préférence entre 20 et 30 1/10 mm (selon la norme NF EN 1426).

La pénétrabilité du liant bitumineux (liant bitumineux résiduel et liant bitumineux d'apport) est comprise entre 10 et 30 1/10 mm, de préférence entre 15 et 25 1/10 mm (selon la norme NF EN 1426). La pénétrabilité du liant bitumineux (liant bitumineux résiduel et liant bitumineux d'apport) est très importante, le liant bitumineux doit être particulièrement dur. On ajustera les quantités de liant bitumineux résiduel et de liant bitumineux d'apport, en fonction de leurs pénétrabilités pour obtenir un liant bitumineux au final, particulièrement dur, c'est-à- dire, selon l'invention, un liant bitumineux au final ayant une pénétrabilité est comprise entre 10 et 30 1/10 mm, de préférence entre 15 et 25 1/10 mm, de préférence autour de 20 1/10 mm.

La teneur totale en liant bitumineux (liant bitumineux résiduel et liant bitumineux d'apport) est extrêmement importante et doit être comprise entre 5,5 et 6,6% en masse par rapport à la masse de l'enrobé bitumineux pour obtenir les EME selon l'invention. La sélection de cet intervalle particulier pour la teneur en liant bitumineux confère aux enrobés bitumineux des propriétés mécaniques particulièrement bonnes notamment en résistance à l'orniérage, résistance à la fatigue et module de rigidité. Les enrobés bitumineux selon l'invention ont les propriétés des EME et même des propriétés supérieures aux EME. Ainsi les EME selon l'invention présentent à la fois un module de rigidité E*, mesuré à 15°C et à 10 Hz, supérieur à 15.10 ³ MPa et une résistance à la fatigue en flexion alternée, à 10°C et à 25 Hz, supérieure à 140. 10 ^"6 .

De même la teneur en vide des EME selon la norme NF P 98-252 est inférieure à 5%. Ces enrobés bitumineux à module élevé sont donc par conséquent particulièrement résistants et indiqués pour leur utilisation notamment dans l'industrie routière, pour la réalisation de couches de base ou de couches d'assise pour chaussées.

Pour préparer ces enrobés bitumineux à module élevé, on mélange des granulats neufs, éventuellement la charge, du liant bitumineux d'apport et des fraisats. Avant le mélange de ces différents constituants, il est souhaitable de sécher les granulats neufs, la charge et les fraisats. De préférence, les granulats neufs et éventuellement la charge sont séchés à l'étuve à une température comprise entre 160°C et 18O ⁰ C pendant une durée supérieure à 16 heures. A température constante, les fraisats ne doivent pas être chauffés aussi longtemps, pour éviter l'effet d'agglomération, de mottage des fraisats. Pour une température de 160°C à 180°C, le temps de séchage est inférieur à 8 heures. On pourrait aussi envisager de chauffer à une température moins importante pendant une durée équivalente de 16 heures. Après séchage des granulats neufs, et éventuellement de la charge, et des fraisats, on mélange à une température comprise entre 120°C et 220 ⁰ C ₅ de préférence entre 16O ⁰ C et 180 ⁰ C, les granulats neufs, éventuellement de la charge, les fraisats et le liant bitumineux d'apport. De préférence, on mélange d'abord les granulats neufs, éventuellement de la charge avec liant bitumineux d'apport et on ajoute ensuite les fraisats. Typiquement, le procédé comprend les étapes suivantes :

(i) chauffage des granulats neufs et éventuellement de la charge à une température comprise entre 160 ⁰ C et 180 ⁰ C pendant au moins 16 heures, (ii) chauffage des fraisats à une température comprise entre 16O ⁰ C et 18O ⁰ C au maximum pendant 8 heures,

(iii) mélange des granulats neufs et éventuellement de la charge, à une température comprise entre 16O ⁰ C et 180 ⁰ C pendant quelques secondes, (iv) ajout à une température comprise entre 160 ⁰ C et 180 ⁰ C du liant bitumineux d'apport au mélange obtenu à l'étape (iii) puis mélange de 5 à 10 secondes,

(v) ajout des fraisats au mélange obtenu à l'étape (iv) puis mélange de 60 à 90 secondes.

EXEMPLES On prépare 3 enrobés bitumineux A, B et C selon l'invention et 2 enrobés bitumineux témoins Tj et T ₂ à partir de :

- fraisats contenant 5% en masse de liant bitumineux résiduel de pénétrabilité 29 1/10 mm (selon la norme NF EN 1426),

- de granulats neufs de granulométrie 0/20 mm conformes à la norme XP P 18- 540, de charge calcaire et,

- de liant bitumineux d'apport de pénétrabilité 12 1/10 mm (selon la norme NF EN 1426).

Les enrobés bitumineux sont préparés de la manière suivante : - les fraisats sont portés à la température de 18O ⁰ C pendant une durée de 8 heures environ, les granulats neufs et la charge calcaire sont portés à la température de 18O ⁰ C pendant une durée supérieure à 16h, les granulats neufs et la charge calcaire sont mélangés dans un malaxeur thermorégulé de type LPC 85 L à 18O ⁰ C pendant 10 secondes, le liant bitumineux d'apport à 18O ⁰ C est ajouté et l'ensemble liant bitumineux d'apport/granulats neufs/charge est mélangé à 180°C pendant 10 secondes, les fraisats sont ensuite ajoutés et mélangés à l'ensemble liant bitumineux d'apport/granulats neufs/charge à 180 ⁰ C pendant 90 secondes. Les concentrations en masse des différents constituants sont données dans le tableau I ci-dessous. Les valeurs sont indiquées en pourcentage en masse dans l'ensemble de l'enrobé bitumineux.

Tableau I

Les performances mécaniques des enrobés bitumineux sont données dans le tableau II ci-dessous et comparées aux performances requises pour obtenir l'appellation Enrobé bitumineux à Module Elevé (EME) : Tableau II

^ -* Essai de compactabilité à la presse à cisaillement giratoire (PCG) selon la norme NF P 98-252 ou NF EN 12697-31 et NF EN 12697-10, reflète la capacité de l'enrobé bitumineux à être mis en place avec une compacité spécifiée.

⁽²⁾ Essai de résistance au désenrobage à l'eau selon la norme NF P 98-251-1, reflète l'adhésion entre le liant bitumineux et les granulats.

⁽³⁾ Essai de résistance à Porniérage selon la norme NF P 98-253-1 ou NF EN 12697- 22, reflète la capacité de l'enrobé bitumineux à résister au fluage lié à l'application du trafic.

⁽⁴⁾ Mesure du module complexe de rigidité selon la norme NF P 98-260-1 ou NF EN 12697-26, reflète la capacité de l'enrobé bitumineux à supporter les efforts.

' Essai de résistance à la fatigue par flexion 2 points selon la norme NF P 98-261-1 ou NF EN 12697-24, reflète la capacité de l'enrobé bitumineux à maintenir intactes les propriétés de l'enrobé bitumineux en fonction de la répétition de l'application des charges.

Les essais de compactage à la presse à cisaillement giratoire (PCG), ont donné des taux de vide de 1,5 à 5,0%. Tous les enrobés bitumineux sont donc assez bien compacts et satisfont la norme EME.

Les essais Duriez de désenrobage, montrent que l'adhérence entre le liant bitumineux et les granulats est assez bonne pour tous les enrobés bitumineux et que ceux-ci satisfont donc la norme EME. Les essais d'omiérage donnent des valeurs d'ornières de 0,9 à 4% par rapport à l'épaisseur de l'éprouvette (10 cm) soit de 0,9 à 4 mm. Tous les enrobés bitumineux satisfont la norme EME et ont donc un bon comportement à chaud.

Les essais de module complexe démontrent que la teneur en liant bitumineux (liant bitumineux d'apport + liant bitumineux résiduel) de l'enrobé est déterminante pour satisfaire la nonne EME. En effet, l'enrobé bitumineux témoin T ₂ trop riche en liant, ne satisfait pas la norme, puisqu'il présente un module inférieur à 14 000 MPa. Les enrobés bitumineux selon l'invention A, B, C présentent des modules supérieurs à 14000 MPa. Pour ces enrobés bitumineux, ces valeurs élevées de module permettent d'envisager des réductions d'épaisseur de chaussées et ce d'autant plus que la valeur du module est élevée.

Les essais de résistance à la fatigue démontrent une fois de plus que la teneur en liant bitumineux (liant bitumineux d'apport + liant bitumineux résiduel) de l'enrobé bitumineux est déterminante pour satisfaire la norme EME. Cette fois, c'est l'enrobé bitumineux témoin Ti trop pauvre en liant qui présente une faible tenue à la fatigue, les autres enrobés bitumineux ont un comportement en fatigue nettement supérieur.

Les enrobés bitumineux Tj et T ₂ dont la teneur en liant n'a pas été finement sélectionnée ne présentent pas simultanément de bons comportements en terme de module de rigidité et résistance à la fatigue, et ne peuvent être considérés comme des EME. Seuls les enrobés bitumineux selon l'invention dont la teneur en liant bitumineux a été ajustée présentent simultanément de bons comportements en ternie de module de rigidité et résistance à la fatigue et sont donc assimilables à des EME. L'enrobé bitumineux supportant mieux les efforts, capable de maintenir intactes ses propriétés en fonction de la répétition de l'application des charges et permettant une plus grande réduction des épaisseurs de chaussée est l'enrobé bitumineux A. Les performances des enrobés bitumineux selon l'invention n'ont pas été dégradées par l'ajout de fraisats et sont même comparables à celles des EME classiques sans fraisats. Il est donc possible de conjuguer performances mécaniques et développement durable grâce aux enrobés bitumineux selon l'invention.

Les enrobés A et T ₂ ont été ensuite comparés grâce à la méthode française de dimensionnement des chaussées élaborée par le SETRA en utilisant le logiciel « Alizé ». Cette méthode permet de comparer le comportement à long terme des structures de chaussées comprenant les enrobés pour différentes conditions de trafic et de climat. Pour un trafic donné et une durée de vie donnée, le logiciel donne une estimation de l'épaisseur que doit avoir l'enrobé (compte tenu des valeurs de module complexe et de fatigue). Pour chaque enrobé, les hypothèses sont les suivantes : un trafic de 600 poids lourds par jour pendant 30 ans avec une augmentation géométrique annuelle de 2%, une structure de chaussée comprenant une épaisseur en cm « x » d'enrobé sur un support plateforme PF3 de 120 MPa de portance, l'enrobé et la plateforme n'étant pas collées.

Tableau III

Pour un trafic de 600 poids lourds par jour pendant 30 ans, le logiciel « Alizé » donne une épaisseur d'enrobé « x » de 12 cm pour l'enrobé A. Dans les mêmes conditions de trafic, l'épaisseur « x » de l'enrobé T ₂ est de 21 cm. L'enrobé A selon l'invention, sera donc capable de supporter un trafic de 600 poids lourds par jour pendant 30 ans avec une épaisseur quasiment deux fois plus faible que celle de l'enrobé T ₂ dans les mêmes conditions. L'enrobé A selon l'invention permet donc de réduire signifïcaiivement l'épaisseur de la chaussée, tout en étant aussi résistant.