L’EMULSION DE BITUME AU BETON BITUMINEUX RECYCLE PHENOMENES INTERFACIAUX

L’émulsion de bitume 

Eléments constitutifs de l’émulsion de bitume

Une émulsion de bitume est composée d’une phase dispersée, à savoir un liant bitumineux (60 à 70 % en masse), et d’une phase dispersante, à savoir l’eau (30 à 40 % en masse) additivée d’émulsifiant. Il est souvent ajouté de l’acide à la phase aqueuse en vue de protoner les émulsifiants en tensioactifs [70]. Dans la réalité, les émulsions de bitume sont de type double ou multiple, avec dispersion d’une partie de la phase continue dans les globules de la phase dispersée (voir Figure 10) E/H/E ou L’EMULSION DE BITUME AU BETON BITUMINEUX RECYCLE PHENOMENES INTERFACIAUX  W/O/W, mais pour simplifier, ces émulsions sont considérées comme des émulsions directes H/E ou O/W. Figure 10. Schéma d’une émulsion (a) H/E, (b) E/H et H/E/H [70].

Le bitume

L’utilisation de l’émulsion de bitume est de pouvoir fabriquer l’enrobé à température ambiante avec pour objectif de récupérer après la mise en œuvre le bitume résiduel (séparation eau/liant). Celui-ci est l’élément essentiel qui détermine les propriétés des matériaux à long terme. Une bonne connaissance du liant bitumineux est donc nécessaire. a) Description et classes normalisées Corps noir qui se solidifie à la température ambiante, le bitume résulte de la distillation fractionnée d’un pétrole brut. Utilisé dans le traitement des matériaux granulaires, il leur confère une cohésion à la température ordinaire. Il est visqueux et présente pour les travaux routiers des caractéristiques intéressantes. Il est thixotropique, avec une forte cohésion qui augmente avec le temps. Sous l’effet des charges, il se comporte comme un solide. Il est très adhésif et très étanche. Il existe plusieurs classes de bitume définies à partir des différents essais normalisés souvent conventionnels, dont principalement la pénétrabilité à 25 °C qui représente sous des conditions définies un enfoncement d’une aiguille en dixième de mm (NF EN 1426 [71]). Six classes suivantes sont classiquement distinguées .  Les classes de bitume généralement utilisées pour la fabrication des émulsions routières sont : 160/220 ; 70/100, 50/70 et à un degré moindre 35/50. b) Composition physico-chimique du bitume Selon l’origine et le procédé de fabrication, les bitumes sont constitués de mélanges complexes de composés hydrocarbonés de structures chimiques et de masses molaires très variées. Ils contiennent en moyenne 80 à 85 % de carbone, 10 à 15 % d’hydrogène, 2 à 3 % d’oxygène, jusqu’à 6 % de soufre et 1 % d’azote. Divers métaux sont également présents à l’état de traces, comme le nickel, le vanadium, le fer et le silicium. La présence de ces différents éléments est liée à l’origine du pétrole brut [23]. Les premiers travaux sur la composition chimique du bitume datent du XIXème siècle. Ils ont permis de distinguer les constituants chimiques en fonction de leur solubilité dans le n-heptane. Deux composés chimiques ont été mis en évidence : les asphaltènes (insolubles) et les maltènes (solubles) [72]. L’analyse chimique du bitume s’effectue en termes de fractions SARA (Saturés, Aromatiques, Résines et Asphaltènes). Les saturés, aromatiques et résines qui sont solubles dans le n-heptane forment les maltènes [73]. Les proportions des différentes fractions SARA dans le bitume et leur masse molaire respective sont indiquées à titre indicatif dans le tableau ci-après : Tableau 3. Proportions relatives et masse molaire des fractions SARA dans le bitume [74,75]. Les proportions relatives des fractions SARA confèrent au bitume des caractéristiques rhéologiques particulières. Chimiquement, il existe deux types de bitume en fonction de la proportion des composés saturés (Figure 11), aromatiques, résines et asphaltènes qui le constituent : on parle de bitume de type « sol », pauvre en asphaltènes et de bitume de type « gel », riche en asphaltènes. Il est à noter que la majorité des bitumes routiers sont de type « sol-gel », intermédiaire entre les deux états préalablement cités. Figure 11. Représentation schématique d’un bitume de type « sol » et d’un bitume de type « gel » [23]. Dans la fabrication des émulsions de bitume, il n’y a en principe quasiment aucune restriction sur la nature du bitume à utiliser, sous réserve du choix judicieux d’émulsifiant en qualité et en quantité. Cependant, la nature du bitume affectera la qualité de l’émulsion et aura une importance pour la recherche de certaines propriétés au produit fini. En effet, suivant l’origine du brut, on distingue les bitumes naphténiques, riches en asphaltènes, et les bitumes paraffiniques, qui en contiennent une quantité plus faible. Les bitumes naphténiques ont la particularité d’être composés d’acides naphténiques, mélanges d’acides carboxyliques cycliques, qui ont la capacité d’abaisser la tension interfaciale entre le bitume et l’eau [76,77]. Pour produire de l’émulsion de bitume, on peut utiliser du bitume pur, du bitume fluidifié ou fluxé voire modifié par une ou plusieurs substances.

L’eau

L’eau employée pour la fabrication des émulsions de bitume est en général de l’eau du réseau public, sans qu’il soit établi une norme spécifique sur sa qualité. Celle-ci doit présenter un minimum d’impuretés organiques et minérales. La qualité de l’eau peut influer sur les caractéristiques d’une émulsion de bitume ; en effet, une quantité importante d’ions calcium et magnésium peut interagir avec certains types d’émulsifiants (NaCOO-CnHm par exemple) pour former des composés insolubles dans l’eau n’ayant plus de propriétés émulsifiantes [56].