ADHESION LIANT-SUBSTRAT EN LIEN AVEC LES PHENOMENES AUX INTERFACES

Dans cette partie, il sera abordé un aspect important des enrobés neufs et recyclés, après la formation du liant résiduel de l’émulsion et son contact avec les substrats : celui de la pérennité du recouvrement du liant. La bonne adhésion du liant bitumineux avec les granulats est l’un des principaux facteurs de durabilité des chaussées routières. La problématique se pose avec acuité, notamment en ce qui concerne les couches de roulement qui sont situées en surface des structures et fortement exposées aux sollicitations mécaniques et climatiques. En plus de la nécessité d’avoir un enrobage complet des granulats par le liant pour éviter les phénomènes dits de plumage (départ de gros granulats en surface), la pérennité du lien liant-granulat face aux différentes sollicitations extérieures doit être garantie, qu’il s’agisse du trafic ou d’un agent perturbateur comme l’eau. Pour les enrobés à l’émulsion, l’efficacité de la cohésion du liant et de l’adhésion liant-granulat au sein du matériau bitumineux est tributaire de la qualité du liant résiduel reconstitué de l’émulsion ainsi que de la nature des interactions de ce dernier avec la surface des substrats. On distingue l’adhésivité active, qui est l’action du collage du liant au substrat, et l’adhésivité passive qui consiste en la pérennité du collage face aux sollicitations extérieures, dont la plus néfaste reste l’eau. Il est donc important de comprendre les différents mécanismes à l’origine de l’adhésion liant-granulat. Diverses théories ont été formulées pour appréhender et expliquer fondamentalement le phénomène de l’adhésion. Dans un premier temps, nous passerons en revue certaines de ces théories, puis nous présenterons une synthèse des méthodes expérimentales développées pour évaluer l’adhésion dans les matériaux bitumineux et finirons cette partie par la mise en exergue des facteurs déterminants de l’adhésion dans la technique à l’émulsion au regard des phénomènes physico-chimiques aux interfaces.

La compréhension des mécanismes d’adhésion du liant bitumineux sur le granulat a fait l’objet de nombreuses recherches dans le milieu scientifique. Sept mécanismes d’adhésion sont décrits d’une façon générale dans la littérature [135] qui sont l’imbrication mécanique ou l’accrochage, l’adhésion électronique/électrique à double couche ou électrostatique, la théorie du mouillage ou approche thermodynamique, la théorie de la diffusion, la théorie de liaison chimique (covalente), la théorie acide-base et la théorie des couches limites faibles. Mais quatre grandes théories ont été développées et sont communément admises pour expliquer le principe de l’adhésion [136]. Il s’agit des théories de l’adhésion mécanique, de l’adhésion électrostatique, de l’adhésion chimique et de l’adhésion thermodynamique. Nous passerons en revue ces quatre théories appliquées au système bitume-granulat et qui ont été synthétisées dans une communication par Hefer et al. [137], à laquelle le lecteur pourra se référer pour plus de détails. La théorie de l’adhésion mécanique ou physique est la plus évidente à concevoir par l’esprit. Elle se base sur le principe de l’adhésion macroscopique par simple prise mécanique à travers les pores, cavités et autres aspérités superficielles du substrat (Figure 33). McBain et Hopkins [138] sont considérés comme les précurseurs de cette théorie.

Il est indispensable de disposer de données sur la morphologie, la surface spécifique et la porosité du granulat pour évaluer la contribution de l’adhésion mécanique. Pour certains auteurs [139], l’adhésion mécanique est d’autant plus importante que la surface du substrat est poreuse et plus ou moins rugueuse. D’autres estiment que la texture du substrat peut affecter l’enrobage du granulat et la qualité de mouillage de ce dernier [140]. D’après quelques chercheurs, la texture du substrat est le facteur le plus prépondérant dans le mécanisme d’adhésion [141], alors que d’autres ont démontré que ce sont plutôt les aspects chimiques et électrochimiques du granulat qui prédominent [142]. La théorie se fonde sur le principe de l’attraction électrostatique entre les charges électriques opposées situées à la surface de deux supports, comme illustré dans la Figure 34. La force d’adhésion est attribuée à la résistance qui se manifeste lorsqu’on tente de séparer les deux surfaces [143–145]. La théorie de l’adhésion électrostatique, par le fait uniquement des forces électriques coulombiennes, a déjà fait l’objet de controverses dans le milieu scientifique. Certains auteurs ont eu à montrer, sur certains types de substrat tels que le caoutchouc, que la part des forces électriques coulombiennes dans l’adhésion ne représente que 0,1 à 1 % [146]. Par ailleurs, les forces électrostatiques sont généralement à considérer en milieu aqueux avec la mise en jeu d’interactions électrostatiques entre surfaces en présence d’ions.