La présente invention relève du domaine des enrobés bitumineux, en particulier ceux destinés aux chantiers routiers. L'invention concerne plus particulièrement un mélange bitumineux sous forme granulaire non lié qui permet de reconstituer in situ un enrobé bitumineux par chauffage et malaxage.

Etat de la technique

Les procédés classiques de fabrication des enrobés bitumineux consistent à chauffer les constituants avant ou au moment de leur mélange par malaxage. Après la sortie du malaxeur, la température du mélange décroît rapidement de façon irréversible en fonction des conditions atmosphériques. Les opérations de stockage, de transport et d'utilisation du mélange doivent donc impérativement être réalisées dans un délai bref imposé avant que la température du mélange ne diminue en dessous du seuil de maniabilité. Dans le cadre des chantiers routiers, cette durée totale limitée génère de très fortes contraintes logistiques et organisationnelles sur toute la partie aval de la chaîne de production du stockage à l'utilisation. Cette durée totale limitée induit aussi une grande vulnérabilité de la chaîne de production ; un incident ponctuel sur un seul de ses éléments affecte son ensemble. D'autre part, la valeur ajoutée des contrôles de productions reste limitée à un constat car ils sont réalisés après l'étape irréversible de malaxage à chaud. Si une anomalie est détectée lors de ces contrôles, la latitude d'action corrective reste très limitée. Enfin, l'apport d'énergie par chauffage à l'étape de malaxage est élevé car le délai durant lequel la température du mélange doit être maintenue au-dessus du seuil de maniabilité comprend les étapes de stockage, de transport et de mise en œuvre.

La demande FR-A-2 119 981 décrit un procédé pour la préparation d'enrobés bitumineux qui consiste à mélanger à froid des agrégats avec un liant bitumineux, puis à chauffer et à malaxer le mélange obtenu. Il est certes précisé dans cette demande de brevet que le mélange froid préparé dans le malaxeur 9 peut être stocké pour une utilisation ultérieure dans laquelle ledit mélange est transformé, par application de chaleur, en enrobés. Toutefois, dans le contexte de l'invention décrite dans ce document, on comprend que le liant bitumineux est ajouté à l'état fondu aux agrégats (car ce mélange est préparé en utilisant les éléments l à 11 du dispositif représenté sur la figure unique, l'élément 10 étant une unité de chauffage). Par ailleurs, à la connaissance des inventeurs, il n'existe pas à ce jour d'utilisation à l'échelle industrielle, et en particulier sur les chantiers routiers, d'enrobés bitumineux préparés à partir d'un mélange à température ambiante de granulats et de particules solides de liant bitumineux.

La demande FR-A-3 045 648 décrit un matériau de bitume solide à température ambiante susceptible d'être obtenu par un procédé comprenant les étapes suivantes : a) préparer une émulsion de gouttes de bitume dans une phase aqueuse, ledit bitume comprenant moins de 1,4% de particules solides en masse par rapport à la masse totale de base bitume, b) préparer un sol de silice ou un gel de silice à partir d'un précurseur d'oxyde de silicium à pH allant de 4 à 8, c) mettre en contact l'émulsion de gouttes de bitume de l'étape a), avec le sol de silice ou le gel de silice de l'étape b), et d) soumettre la suspension de bitume résultant de l'étape c) à un traitement d'atomisation. Ce matériau de bitume peut être utilisé comme liant routier pour la fabrication d'enrobés bitumineux par chauffage de granulats à une température allant de 100 à 180°C et mélange des granulats ainsi chauffés avec le matériau de bitume solide.

La demande WO 2018/046837 décrit un procédé de fabrication de matériau utilisable comme liant routier, solide à température ambiante sous forme de granules, comprenant un cœur à base d'une première composition comprenant au moins une base bitume et optionnellement une couche de revêtement à base d'une seconde composition. Ce procédé est mis en œuvre à l'aide d'un dispositif destiné à la granulation qui comporte au moins deux tambours coaxiaux et une bande de roulement horizontale, le procédé comprenant les étapes suivantes : (i) le chauffage de la première composition à une température à laquelle elle est fluide, (ii) l'introduction de la première composition à l'état fluide dans le tambour intérieur du dispositif de granulation, (iii) la distribution de la première composition vers l'extérieur, sous forme de gouttes au travers des orifices du tambour rotatif extérieur, (iv) le dépôt des gouttes sur la bande de roulement, et (v) optionnellement l'enrobage des gouttes par la seconde composition.

La demande FR-A-3 032 961 décrit un procédé de préparation de revêtements bitumineux à froid comprenant les étapes de : (i) préparation d'un liant bitumineux sous forme d'une émulsion de bitume cationique, (ii) préparation d'un granulat comprenant au moins une première fraction de granulat enrobée à la chaux, et (iii) formation dudit revêtement bitumineux à froid formé d'au moins ledit granulat interpénétré dans ledit liant.

Un objectif de la présente invention est de fournir un matériau utilisable comme matériau routier, tel qu'un enrobé bitumineux routier, qui puisse être fabriqué, stocké, transporté et utilisé de manière indépendante. Un autre objectif de la présente invention est de fournir un matériau utilisable comme matériau routier, tel qu'un enrobé bitumineux routier, qui puisse être obtenu avec un apport d'énergie réduit.

Résumé de l'invention

L'invention concerne un procédé de préparation d'un mélange bitumineux sous forme granulaire non lié par mélange, à température ambiante, de granulats et de particules solides d'un liant bitumineux, de granulométrie inférieure à environ 1 mm. L'invention concerne également un procédé de préparation d'enrobé bitumineux sur site qui consiste à chauffer le mélange bitumineux sous forme granulaire non lié susmentionné puis à le malaxer.

Description détaillée de l'invention

Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de préparation d'un mélange bitumineux sous forme granulaire non lié qui comprend :

a) la préparation de particules solides d'un liant bitumineux, de granulométrie inférieure à environ 1 mm ;

b) le mélange, à température ambiante, des particules solides de liant bitumineux ainsi obtenues avec des granulats.

On entend par « liant bitumineux » toute composition bitumineuse constituée d'une ou de plusieurs bases bitumes et éventuellement d'un ou plusieurs additifs chimiques, ladite composition étant destinée à une application routière.

On entend par « base bitume » les bitumes d'origine naturelle, ceux contenus dans des gisements de bitume naturel, d'asphalte naturel ou les sables bitumineux et les bitumes provenant du raffinage du pétrole brut. Les bases bitumes selon l'invention sont avantageusement choisies parmi les bases bitumes provenant du raffinage du pétrole brut. Les bases bitumes peuvent être obtenues par des procédés conventionnels, en particulier par distillation directe et/ou distillation sous vide du pétrole. Dans ce qui suit, les différents modes de réalisation de l'invention peuvent être combinés entre eux.

Dans un mode de réalisation, la base bitume comprend un ou plusieurs additifs couramment utilisés dans le domaine routier, tels que des polymères réticulés ou non (EVA, SBS, etc.) ou des additifs non-pétroliers.

A titre de liant bitumineux susceptible d'être utilisés dans la cadre de la présente invention, on peut citer notamment ceux commercialisés par la société Total sous la dénomination Azalt®.

Dans un premier temps, le liant bitumineux est mis sous forme de fines particules solides, de granulométrie inférieure à environ 1mm, de préférence comprise dans la gamme d'environ 200 pm à environ 800 pm (ces dimensions ayant été déterminées visuellement par microscopie optique).

Pour ce faire, le liant bitumineux est chauffé jusqu'à une température permettant son écoulement, typiquement entre environ 100°C et environ 140°C. Le liant bitumineux chaud est alors coulé en plaques ou en barres, dont l'épaisseur peut varier de quelques mm à 1 ou 2 cm. Les barres ou plaques obtenues sont ensuite refroidies à une température telle que le liant bitumineux présente une rupture fragile, typiquement une température allant d'environ -5°C à environ -40°C, avantageusement d'environ -10°C à environ -30°C. Les barres ou plaques de liant bitumineux devenues fragiles sont alors broyées, également à une température allant d'environ -5°C à environ -40°C, de façon à obtenir la granulométrie de particules solides de liant bitumineux désirée, typiquement une granulométrie inférieure à environ 1mm, de préférence comprise dans la gamme d'environ 200 pm à environ 800 pm.

Les particules solides de liant bitumineux ayant la granulométrie souhaitée sont maintenues à la température de broyage avant d'être mélangées, dans un second temps, avec des granulats à température ambiante. Le mélange est réalisé de façon à obtenir un enrobage des particules de liant bitumineux par les fines de la fraction granulaire et à assurer une dispersion homogène de ces particules de liant bitumineux dans le mélange. Le mélange peut se faire de manière conventionnelle dans un malaxeur ou un tambour malaxeur, pendant une durée d'environ 1 min à environ 3 min. La structure du mélange obtenu est donc inverse à celle observée lorsque des particules de liant bitumineux enrobent les granulats (comme cela est le cas par exemple dans le mode de réalisation décrit dans la demande FR-A-2 119 981). Dans un mode de réalisation, le mélange (particules solides de liant bitumineux + granulats) comprend environ 2% en masse à environ 10% en masse, de préférence environ 4% en masse à environ 8% en masse, de particules solides de liant bitumineux.

Dans un mode de réalisation, les granulats comprennent environ 3% en masse à environ 10% en masse, de préférence environ 3% en masse à environ 8% en masse de fines.

Dans un mode de réalisation, les granulats appartiennent à une classe granulaire d/D exprimée selon la norme EN 13043 de dimensions inférieures d et supérieures D de tamis de 0/2 à 0/20 et/ou de tamis de 2/4 à 10/14, notamment une classe granulaire choisie parmi les classes 0/2, 0/4, 0/6, 0/8, 0/10, 0/14, 0/20, 2/4, 2/6, 4/6, 6/10, 10/14 et leurs mélanges.

Dans un mode de réalisation, les granulats ont une teneur en eau allant d'environ 1% en masse à environ 4% en masse. Ceci permet, lorsque le mélange bitumineux est chauffé pour préparer des enrobés bitumineux (comme cela est décrit ci-après), de limiter la quantité d'énergie nécessaire pour obtenir une teneur en eau résiduelle des enrobés inférieure ou égale à 0,5% en masse (pour satisfaire aux exigences des normes N F P 98-728-1 et N F P 98-728-2).

Le procédé décrit ci-dessus permet de dissocier les étapes de fabrication, de stockage, de transport et d'utilisation des enrobés bitumineux, de sorte que les délais de transport, de stockage et d'utilisation peuvent être gérés indépendamment les uns des autres. Dans le cas des chantiers routiers, cette dissociation permet de réduire les contraintes logistiques et organisationnelles sur toute la partie aval de la chaîne de production du stockage à l'utilisation. Cette dissociation de la contrainte de temps améliore la résilience de la chaîne de production à un incident ponctuel n'affectant qu'un seul de ses éléments. D'autre part, cette dissociation facilite les contrôles de production et augmente leur valeur ajoutée car la majorité d'entre eux peuvent être réalisés, sans contrainte de temps, sur le matériau non lié stocké. Si une anomalie est détectée lors de ces contrôles, une action corrective reste donc possible contrairement au cas du procédé classique pour lequel les contrôles sont réalisés après l'étape irréversible de malaxage à chaud des granulats et du liant. Enfin, l'apport d'énergie par chauffage est réduit car, le malaxage à chaud pouvant être réalisé sur ou au plus près du site de mise en œuvre, le délai durant lequel la température du mélange doit être maintenue au-dessus du seuil de maniabilité après malaxage à chaud est lui aussi réduit (aucun chauffage n'est requis pour le stockage et le transport). L'apport d'énergie supplémentaire nécessaire à la mise sous forme de particules du liant est faible car ce liant ne représente qu'une faible part du mélange, typiquement moins de 10% en masse. Le procédé conforme à l'invention permet également un conditionnement des mélanges bitumineux sous forme granulaire non liés en sacs transportables et stockables, notamment sous la forme de « big bags ».

Le mélange bitumineux sous forme granulaire non lié obtenu par le procédé décrit ci- dessus peut être utilisé pour préparer des enrobés bitumineux sur les chantiers routiers classiques. Les caractéristiques usuelles normalisées des enrobés bitumineux obtenus (compactabilité, sensibilité à l'eau, résistance à l'orniérage, module de rigidité et résistance à la fatigue) ne sont pas significativement affectées par le procédé décrit ci- dessus.

Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de préparation d'enrobés bitumineux sur le site même d'un chantier, notamment d'un chantier routier, qui consiste à chauffer ledit mélange bitumineux sous forme granulaire non lié puis à le malaxer.

Cette mise en œuvre sur site des enrobés bitumineux permet de s'adapter au manque d'infrastructure industrielle notamment dans les pays en voie de développement. En effet, du fait de leur souplesse de transport et de stockage, les mélanges bitumineux sous forme granulaire non liés peuvent être produits loin de leur site d'utilisation et ne demandent sur le site d'utilisation qu'un équipement de chauffage (micro-ondes ou autre) et de malaxage beaucoup moins complexe qu'une centrale d'enrobage classique. D'autre part, le stockage en sacs des mélanges bitumineux sous forme granulaire non liés permet de s'adapter aux chantiers à très faibles volumes comme les réparations routières ponctuelles ou les aménagements paysagers pour particuliers. Enfin, la stockabilité des mélanges bitumineux sous forme granulaire non liés permet d'ajuster la demande au prix du bitume en programmant la production des mélanges bitumineux sous forme granulaire non liés en dehors de la période usuelle de réalisation des chantiers routiers sur laquelle la demande en bitume est actuellement fortement concentrée.

L'invention est illustrée par les exemples suivants, donnés à titre purement indicatif. Exemples

Exemple 1 : préparation d'enrobés bitumineux

Du bitume AZALT ^® 35/50 a été chauffé à 100°C, le bitume chaud ayant ensuite été coulé en barres. Après refroidissement à -18°C les barres ont été broyées dans un broyeur type « blender » de façon à obtenir des particules solides d'environ 200 pm à environ 800 pm. Ces particules solides ont ensuite été mélangées dans un malaxeur avec des granulats et des fines à température ambiante pendant 2 min, dans les proportions indiquées dans le tableau 1.

Tableau 1

Exemple 2 : propriétés des enrobés

On a simulé les conditions de stockage, à température ambiante, des enrobés bitumineux de l'exemple 1 en appliquant à l'aide d'un piston une contrainte verticale à un échantillon d'enrobés bitumineux confiné dans un moule cylindrique de diamètre 80 mm. Une force de 5kN a été appliquée à l'échantillon à une température d'environ 20°C. A titre de comparaison, à la base d'un stockage du matériau sur une hauteur de 3m, la force équivalente serait de l'ordre de 0,5kN. Après application de la charge pendant 5h, aucune évolution de l'échantillon, une fois démoulé, n'est constatée.

Conformément aux préconisations de la norme NF EN 13108-1, le module de rigidité et la résistance à la fatigue des enrobés bitumineux de l'exemple 1 ont été déterminés.

2.1 Module de rigidité

Des essais de module en flexion 2 points à 15°C et 10Hz sur éprouvettes trapézoïdales ont été réalisés conformément à la norme NF EN 12697-26 annexe A sur des éprouvettes d'enrobés bitumineux découpées après chauffage et compactage du matériau. Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau 2 et sont comparés à ceux obtenus avec des enrobés bitumineux de même composition élaborés suivant la méthode classique, à savoir mélange à chaud des granulats et du liant bitumineux (formule de référence).

Tableau 2

Comme on peut le constater les enrobés bitumineux de l'invention sont légèrement plus rigides que les enrobés « classiques », mais ce de manière non significative.

2.2 Résistance à la fatigue

Un essai de fatigue sur éprouvettes trapézoïdales a été réalisé conformément à la norme NF EN 12697-26 annexe A sur des éprouvettes d'enrobés bitumineux mais sur un seul niveau de déformation égal à celui pour lequel les enrobés de référence présentent une durée de vie de 10 ⁶ cycles. La durée de vie moyenne obtenue sur 4 éprouvettes est de 1 366 621 cycles. La résistance à la fatigue des enrobés bitumineux de l'invention est donc supérieure (+ 36%) à celle des enrobés de référence malgré une teneur en vide supérieure (5,2% pour 3,6%).