GENERALITES SUR LES CHAUSSEES BITUMINEUSES

 Constitution des chaussées

Une chaussée routière est constituée d’une superposition de plusieurs couches de matériaux (cf. Figure 1). Ces matériaux peuvent être soit non traités, soit traités au liant hydraulique ou au liant hydrocarboné. La structure de chaussée est dimensionnée par le concepteur conformément à un trafic effectif ou projeté à supporter sur une durée de service ou de vie, encore appelée durée initiale de calcul [19]. Figure 1. Vue en perspective et coupe transversale d’une chaussée [20]. Mécaniquement, le corps de chaussée comprend trois familles de couches disposées sur une plateforme support de chaussée : la couche de fondation et la couche de base formant la couche d’assise, et la couche de surface, contenant la couche de roulement et éventuellement la couche de liaison. Selon la norme française, il existe six familles de structures de chaussées avec des constitutions variées [1] : les chaussées souples, les chaussées bitumineuses épaisses, les chaussées semi-rigides, les chaussées mixtes, les chaussées inverses et les chaussées rigides ou en béton. Leur application   dépendra du niveau de trafic, les chaussées souples étant réservées au trafic faible et les chaussées rigides à des trafics très forts et agressifs. Tableau 1. Différentes structures de chaussées et nature des matériaux constitutifs [21]. Il est à constater qu’en dehors du cas des structures de chaussées rigides, les couches de roulement des autres structures (épaisses, semi-rigides, mixtes, inverses et souples) sont généralement en matériaux bitumineux, c’est-à-dire composés d’un mélange de matériaux granulaires et de liant hydrocarboné. Ceux-ci sont appliqués soit sous forme d’enrobés bitumineux (enrobage préalable du squelette granulaire par le liant bitumineux), soit sous forme d’enduit superficiel (épandage successif de fractions granulaires en une ou plusieurs couches et de liant bitumineux). Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéresserons à la couche de roulement en enrobés bitumineux dans une perspective de recyclage des couches de roulement bitumineuses existantes sur les anciennes chaussées. 

 Techniques de fabrication des enrobés bitumineux pour couches de roulement

Les enrobés bitumineux sont un mélange de matériaux granulaires, constitués de différentes fractions (gravillons, sables et fillers) représentant environ 95 % de la proportion massique du matériau bitumineux, et d’un liant hydrocarboné comptant pour 5 % de la proportion massique [22]. La technique d’enrobage consiste à recouvrir tout ou partiellement des granulats par le liant hydrocarboné en vue de conférer au matériau granulaire une cohésion qui garantit l’intégrité et la tenue de la couche aux sollicitations du trafic. Le bitume étant un produit solide à la température ambiante, il ne peut pas être utilisé en l’état dans les techniques d’enrobage classiques. Il doit donc être fluidifié soit par chauffage, soit par Chapitre 1 : Synthèse bibliographique 38 fluxage ou encore en le moussant ou l’émulsionnant [23], l’objectif recherché étant un abaissement de la viscosité pour en faciliter l’emploi à la température désirée. Les méthodes de reconditionnement du bitume et les températures de fabrication détermineront l’appellation de la technique d’enrobage : procédé à chaud, tiède ou semi-tiède ou à froid. 

Technique traditionnelle à chaud

La technique d’enrobage à chaud est la plus ancienne et la plus utilisée encore à ce jour pour la fabrication des enrobés pour couche de roulement. Les premiers développements industriels des enrobés à chaud aux liants hydrocarbonés remontent aux années 1930 [24]. C’est un procédé qui nécessite à la fois le séchage et le chauffage des granulats pour avoir une teneur en eau la plus faible possible, et le chauffage du liant bitumineux pour favoriser un enrobage des granulats à des températures pouvant atteindre 180 °C en fonction du grade du bitume. Cette technique, bien maîtrisée par les industriels, permet l’obtention d’enrobés avec de bonnes performances mécaniques. Cependant, elle demande de disposer d’équipements spécifiques pour le chauffage et l’enrobage, entraîne une consommation énergétique élevée et peut occasionner des nuisances environnementales avec des rejets de poussières et de gaz à effet de serre.

 Méthodes tièdes et semi-tièdes

A la faveur de la prise en compte des contraintes environnementales et d’économie d’énergie en rapport avec le développement durable, les techniques d’enrobage dites tièdes ont connu leur essor en France dans les années 2000. Elles nécessitent les mêmes installations industrielles que les enrobés à chaud classiques avec un chauffage partiel ou total des granulats, mais permettent un abaissement des températures de fabrication et de mise en œuvre des enrobés de l’ordre de 30 à 60 °C par rapport aux températures de production des enrobés à chaud [25]. On parle d’enrobés tièdes pour des températures de fabrication et mise en œuvre au-dessus de 100 °C, et de semi-tièdes pour lesquels les températures de fabrication sont situées entre 85 et 100 °C. Les enrobés tièdes et semi-tièdes sont formulés pour présenter des performances mécaniques comparables à celles de leurs homologues à chaud, en ayant en plus l’avantage d’être des produits moins polluants et plus économes énergétiquement que ces derniers.

Techniques à froid

Le défi de réduire considérablement les températures de fabrication et de mise en œuvre des enrobés a également vu l’émergence des techniques dites à froid. Celles-ci utilisent généralement soit l’émulsion de bitume, soit la mousse de bitume, et ne nécessitent pas de chauffage ni de séchage des granulats [26]. L’enrobage et la mise en œuvre des matériaux sont réalisés à température ambiante. La technique à froid est ainsi plus économe énergétiquement et moins polluante que les procédés précédemment décrits. Elle rencontre cependant des limites à son développement, et n’est employée, le plus souvent en couche de roulement, que pour des trafics faibles et modérés à cause de la fragilité et des faibles performances mécaniques que présentent ces matériaux à leur jeune âge.

Retraitement de chaussées et recyclage des enrobés

Le retraitement des chaussées et le recyclage des enrobés s’imposent de plus en plus comme une alternative écoenvironnementale à la méthode traditionnelle de construction et d’entretien des chaussées qui requérait systématiquement des matériaux neufs. Bien que les premières applications de recyclage remontent au début du XXème siècle, c’est surtout à la faveur du choc pétrolier des années 1970, qui s’est traduit par la flambée des prix du pétrole et donc du bitume, que la technique prendra véritablement un essor important [27]. On parle généralement de retraitement des chaussées lorsque la technique est réalisée à froid et le matériau à traiter est composite ou non bitumineux, et de recyclage lorsqu’il s’agit d’une technique à chaud avec un liant bitumineux. Le recyclage des chaussées bitumineuses peut se faire en place ou en centrale d’enrobage [28]. Le recyclage en place est de moins en moins utilisé et a été abandonné en France. En centrale d’enrobage, son principe de fabrication est identique à celui des enrobés bitumineux à chaud avec l’incorporation de matériaux neufs, mais aussi d’agrégats d’enrobé à des taux variables selon les moyens de la centrale. Les taux de recyclage sont de 10 à 25 % pour les faibles taux et peuvent atteindre les 30 à 65 % considérés comme des forts taux. Le liant bitumineux présent dans l’agrégat d’enrobé a un rôle important et doit être remobilisé. Dans certains cas, il est fait usage de produits régénérants ou agents de recyclage en vue de ramollir le liant ancien des agrégats pour le remobiliser dans l’enrobé recyclé [29].