Rôle d’un enrobé bitumineux dans une chaussée bitumineuse 

Le rôle d’une chaussée est de rendre la circulation confortable et sécuritaire pour les usagers. La structure d’une chaussée est composée de plusieurs matériaux différents qui ont chacun un rôle distinct et permet ainsi au sol d’infrastructure de résister aux contraintes induites par le passage des véhicules. Le corps de la chaussée, l’assise en France, est composé de deux éléments, soit la sous-fondation et la fondation. Généralement composés de matériaux granulaires, ces éléments de la chaussée ont pour rôle de protéger le sol d’infrastructure de la pénétration du gel et de répartir les contraintes afin d’éviter l’apparition de déformations permanentes (Di Benedetto & Corté, 2005a). Le revêtement d’une chaussée bitumineuse, désigné « couches de surface » en France, est généralement constitué de deux couches d’enrobés bitumineux. Dans certains cas, on retrouve trois couches d’enrobés bitumineux lorsque le volume de circulation est important. Le choix du type d’enrobé et des diverses composantes doit être fait selon plusieurs caractéristiques : 1) sécurité et confort aux usagers, 2) maintien de l’intégrité de la chaussée, 3) impact sur l’environnement ambiant vis-à-vis l’émission de bruit et 4) la possibilité de régénération des caractéristiques de surface (Dumont, Tille, & Carter, 2017).

Description des constituants d’un enrobé bitumineux 

Un enrobé bitumineux est un mélange composé de granulats, d’un liant bitumineux et parfois d’additifs. Les granulats constituent généralement 95 % de la masse totale (80-85% en volume) d’un enrobé (Di Benedetto & Corté, 2005a).

Granulats 

Un granulat est défini comme un ensemble de particules sans cohésion ayant des diamètres compris entre 0 et 125 mm. Dans l’industrie de la construction routière, on classe les granulats selon leur provenance en deux catégories : 1) granulats nobles et 2) granulats de recyclage. Les granulats nobles proviennent d’une source naturelle (gravière, sablière, carrière). Les granulats de recyclage proviennent soit du broyage de matériaux de recyclage, de la démolition d’ouvrages d’arts ou d’infrastructure routière (Perraton, 2016).

Liant bitumineux 

Le bitume provient de la distillation du pétrole et il s’agit du liant le plus utilisé dans la confection des enrobés bitumineux puisqu’il possède un haut pouvoir agglutinant. Le rôle du bitume est d’enrober les particules et de permettre la cohésion et l’imperméabilité de l’enrobé. Même si la proportion de bitume est faible comparativement à celle du granulat, soit de 10 à 15% du volume de l’enrobé, les caractéristiques du bitume influencent de façon importante les variations de rigidité de l’enrobé induites par les sollicitations du trafic et de la température (Di Benedetto & Corté, 2005a).

Comportement des enrobés bitumineux 

Le comportement des enrobés bitumineux est fort complexe. illustre les quatre types de comportements principaux des enrobés bitumineux en fonction de l’amplitude de déformation |ε| et du nombre de cycles de chargements N (Di Benedetto, 1990) :

• pour un faible nombre de chargements et des déformations de quelques %, le comportement observé est fortement non linéaire;

• pour des chargements comprenant quelques centaines de cycles et des déformations de faible amplitude (< 10⁻⁴m/m) le comportement est considéré en première approximation comme viscoélastique linéaire;

• lors de chargements de plusieurs dizaines de milliers de cycles et des déformations de faible amplitude, un endommagement se développe, le matériau se « fatigue »;

• lorsque des cycles déviatoires en contraintes sont appliqués à partir d’une contrainte nulle, des déformations irréversibles non négligeables se produisent pour des amplitudes de déformations près de la rupture. L’accumulation de ces déformations crée de l’orniérage.

Comportement viscoélastique linéaire des enrobés bitumineux 

Très souvent dans le dimensionnement des chaussées, on réfère à la mécanique des milieux continus (MMC) en admettant que l’enrobé bitumineux est un matériau homogène, isotrope, élastique et/ou viscoélastique linéaire et thermosensible (Di Benedetto & Corté, 2005b). Bien que les enrobés soient des matériaux avec une structure hétérogène, on émet l’hypothèse de milieu continu lors de la réalisation d’essais de laboratoire. Pour que cette hypothèse soit valide, on considère qu’un rapport minimum de 5 entre la taille du plus gros granulat et la taille de l’éprouvette est nécessaire. La deuxième hypothèse formulée lors de l’étude du comportement des enrobés est l’isotropie du matériau. Le mode de mise en œuvre des enrobés sur chaussées confère au matériau une certaine anisotropie et un gradient de compacité. Pour s’affranchir des effets d’anisotropie, on réalise souvent les essais de laboratoire sur des échantillons prélevés au cœur du matériau (Di Benedetto & Corté, 2005b).

L’enrobé bitumineux hérite son caractère viscoélastique du liant bitumineux qu’il contient (Di Benedetto & Corté, 2005b). Pour un temps d’application de chargement très rapide, l’enrobé présente un comportement pratiquement élastique. Pour un temps d’application de chargement très lent, l’enrobé présente également un comportement à forte prédominance élastique (Di Benedetto & Corté, 2005b). Pour un temps d’application situé entre ces deux extrêmes, l’enrobé a un comportement viscoélastique et dont la linéarité dépend de l’amplitude du chargement. À cet effet, on effectue la mesure des propriétés viscoélastiques linéaires des enrobés dans le domaine des petites déformations. De plus, la température a un effet considérable sur le comportement des enrobés puisque les liants bitumineux sont des matériaux thermosensibles (Di Benedetto & Corté, 2005b). De façon générale, à basse température l’enrobé a une rigidité élevée (faible déformabilité) et à haute température, l’enrobé est plus déformable et donc moins rigide.