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DIFFERENTS TYPES DE LIANTS HYDROCARBONES
Les liants hydrocarbonés sont issus de produits fossiles qui peuvent être divisés en deux grandes familles: les bitumes qui proviennent du traitement (naturel ou industriel) du pétrole brut. Le bitume n’est pas cancérigène ;
les goudrons qui dérivent de la houille, c’est-à-dire du traitement industriel de certains charbons. La houille étant issue de transformation géologique (par pression et température) de dépôts constitués par des débris végétaux. Le goudron est cancérigène.
La fabrication de ces liants hydrocarbonés est fondée sur le principe de la distillation. Cette distillation permet de séparer les différentes fractions en fonction de leur point d’ébullition. C’est-à-dire que les produits de base sont soumis à une élévation de température dans une ou plusieurs colonnes. Et les éléments les plus légers partent en tête de colonne, puis se succèdent les fractions les plus en plus lourdes.
LES BITUMES
GENERALITES SUR LE BITUME : Le bitume est une substance composée d’un mélange d’hydrocarbures, très visqueuse (voire solide) à la température ambiante et de couleur noire. Connu depuis la plus haute Antiquité sous forme naturelle, il provient, de nos jours, presque exclusivement de la distillation des pétroles bruts.
Plus généralement, le bitume désigne tout mélange d’hydrocarbures extraits du pétrole par fractionnement qui, sous forme pâteuse ou solide, est liquéfiable à chaud et adhère aux supports sur lesquels on l’applique.
PROPRIETES : Les qualités physiques et chimiques du bitume en ont fait un matériau de toute première importance. Il possède un grand pouvoir agglomérant car il adhère à la majorité des matériaux usuels : pierre, béton, bois, métal, verre. C’est un excellent isolant thermique et diélectrique. Il est léger, ductile et souple. Du point de vue mécanique, il se comporte comme un matériau plastique ou élastique. Il est insoluble dans l’eau, mais l’on peut en obtenir des solutions dans de nombreux solvants organiques. Il est pratiquement inerte vis-à-vis de la plupart des agents chimiques usuels.
FABRICATION : Le bitume est un produit élaboré. Il est issus du raffinage du pétrole brut qui est chauffé à 300°C, partiellement vaporisé dans un four et transféré dans une colonne de distillation atmosphérique dans laquelle s’opère la séparation des différentes fractions. Les plus légères se vaporisent tandis que les plus lourdes (résidu atmosphérique) restent au fond de la colonne et passent dans un second échangeur de chaleur avant le traitement en colonne de distillation sous vide. Enfin la base bitume est récupérée au fond de cette colonne.
COMPOSITION CHIMIQUE ET STRUCTURE DES BITUMES
COMPOSITION CHIMIQUE : Les bitumes sont des mélanges complexes de composés hydrocarbonés de structures chimiques et de masses molaires très diverses. Les molécules de ces composés sont constituées de motifs hydrocarbonés de quatre types : paraffiniques saturés, linéaires ou ramifiés ; naphténiques, saturés cycliques ; aromatiques ; oléfiniques (pour les bitumes obtenus par distillation directe, les doubles liaisons oléfiniques sont rares).
Les hétéroatomes O, N, S présents dans des pourcentages variés sont responsables de la fonctionnalité. Ils induisent une polarité dans le bitume et par conséquent modifient l’affinité de l’eau pour celui-ci. Des traces de métaux tels que le vanadium ou le nickel sont présentes mais liés chimiquement aux molécules les plus lourdes. Compte tenu de cette diversité et de cette complexité, on ne peut réaliser une caractérisation fine et précise de la composition des bitumes. Toutefois, une description globale du bitume peut être faite en classant les composants du bitume selon leur polarité en quatre familles, dont les trois premières constituent les maltènes :
les huiles saturées : elles contiennent des alcanes et des cycloalcanes d’un poids moléculaire compris entre 300 et 2 000. Ce sont de longues chaînes paraffiniques, isoparaffiniques et cycloparaffiniques. Le rapport atomique C/H est sensiblement égal 0,5 ;
les huiles aromatiques : ce sont des hydrocarbures naphténoaromatiques : 30% de leurs atomes de carbone sont inclus dans des cycles aromatiques. Le pourcentage restant est réparti entre les naphténiques et les paraffiniques. Le rapport C/H est de l’ordre de 0,7 et la masse moléculaire varie de 300 à 2 000. La teneur en soufre peut atteindre 2 ou 3% ;
la résine : les composés formant les résines ont une structure similaire à ceux formant les asphaltènes. Les résines comme les asphaltènes contiennent en proportion plus de composés oxygénés et soufrés que les composés précédents. Elles ont un rapport C/H variant de 0,6 à 0,7. Les teneurs en azote et en oxygène sont de l’ordre de 0,8 à 1%. La teneur en soufre varie de 3 à 8%. La courbe de distribution des masses moléculaires pour cette fraction est plus étalée que pour les aromatiques et les saturés et s’étend de 500 à 50 000 ;
les asphaltènes : c’est la fraction la plus aromatique mais aussi de plus haut poids moléculaire. Le rapport C/H est compris entre 0,8 et 1,04. C’est la partie la plus polaire car la plus riche en hétéroatomes. La détermination de son poids moléculaire est rendue complexe par cette forte polarité et l’association des molécules entre elles. La microstructure des asphaltènes concerne des dimensions de 0,5 à 40Â environ. Les noyaux aromatiques sont substitués par des groupements alkyls ou naphténiques. On peut estimer leur masse entre 1000 et 300 000 avec une moyenne comprise entre 1 200 et 2 700.
LES PRODUITS BITUMINEUX
Les bitumes servent aussi de matière première pour fabriquer des mélanges (préparations) permettant d’améliorer la manipulation et les caractéristiques d’application ou pour rehausser les propriétés physiques. Dans ces produits, le bitume est souvent le composant principal mais ils peuvent aussi contenir des proportions importantes d’autres matériaux. Ces produits, souvent appelés liants bitumineux ou produits bitumineux, rentrent dans la classification chimique des préparations bitumineuses. Les plus courantes sont :
LE BITUME FLUIDIFIE : Les bitumes fluidifiés (cut-backs) sont des préparations bitumineuses où la viscosité du liant a été réduite par l’ajout d’un solvant volatil, normalement d’origine pétrolière. Les solvants généralement utilisés sont le white-spirit et le kérosène. D’ordinaire, les produits fluidifiés sont utilisés pour la vaporisation et pour certains mélanges.
LE BITUME FLUXE : Les bitumes fluxés sont des préparations bitumineuses où la viscosité du liant a été réduite par l’ajout d’huiles relativement peu volatiles. Le diesel et les huiles d’origine végétale font partie des fluxants courants.
LE BITUME MODIFIE : Les bitumes modifiés sont des liants bitumineux dont les propriétés de performances (l’élasticité, l’adhésivité ou la force de cohésion, etc.) ont été modifiées au moyen d’un ou plusieurs agents chimiques. Ces agents peuvent être, entre autres, des polymères, de la poudrette de caoutchouc, du soufre et de l’acide polyphosphorique. Les bitumes modifiés sont très répandus dans la production du feutre bitumé pour toitures et dans les applications routières. LES EMULSIONS DE BITUME : Les émulsions de bitume gouttelettes sont des produits dans lesquels de minuscules (phase dispersée) de bitume ou de liant bitumineux sont dispersées dans un milieu aqueux (phase continue). La particule de bitume peut avoir une charge positive (cationique), négative (anionique) ou non chargée (non-ionique) suivant l’émulsifiant employé. Le liant peut être soit un bitume, un bitume fluidifié ou un bitume modifié. Les émulsions de bitume interviennent surtout dans les applications de revêtements routiers tels que les enduits superficiels, les enrobés à froid et les coulis bitumineux.
Table des matières
Introduction
PARTIE I : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE I. Généralités sur les liants hydrocarbonés
I. Définition
II. différents types de liants hydrocarbonés
CHAPITRE II. Les bitumes
I. Généralités sur le bitume
II. Propriétés
III. Fabrication
1. Distillation atmosphérique
2. Distillation sous-vide
3. Desasphaltage au solvant
4. Soufflage des bitumes
IV. composition chimique et structure des bitumes
1. Composition chimique
2. Structure des bitumes
V. les produits bitumineux
1. Le bitume fluidifié
2. Le bitume fluxé
3. Le bitume modifié
4. Les émulsions de bitume
VI. caractéristiques des bitumes
1. Pénétrabilité
2. Point de ramollissement bille anneau
3. Température de fragilité FRASS
4. Essais RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test)
5. Degré de viscosité
CHAPITRE III. Les facteurs influençant le comportement de bitume sur les dégradation des
couches de roulement
I. Généralités sur la structure d’une chaussée
1. Structure d’une chaussée
a. Couches d’assise
b. Couche de surface
2. Constituants d’une chaussée
II. Adhérence
III. Influence des facteurs externes
1. Changement du module du matériau
2. Création de contraintes et déformations
3. Vieillissements des matériaux
4. Changement des caractéristiques physiques
5. Trafic
IV. Facteurs internes
1. Facteur au sein du bitume
2. Influence de la granularité
3. Influence de la teneur en fines et en bitume
CHAPITRE IV. généralités sur le caoutchouc
I. origine et historique
II. description botanique
III. Le latex
IV. la teneur en caoutchouc du latex
V. structure du caoutchouc
VI. vulcanisation du caoutchouc
1. Généralités
2. Principe
3. Procédé de vulcanisation
a. Le Procédé de vulcanisation à chaud
b. Le Procédé de vulcanisation à froid
VII. propriétés physico-chimiques du caoutchouc naturel
1. Propriétés physiques
2. Propriétés chimiques
VIII. Caoutchoucs synthétiques
1. Les monomères de départ
2. Les différents types de caoutchoucs synthétiques
CHAPITRE V. le pneu
I. Définition
II. la fabrication
1. La préparation des produits semi-finis
2. La préparation des produits finis
CHAPITRE VI. Généralités sur les enrobes routiers
I. Définition
II. Fabrication
1. Les granulats
2. Teneur en liant
3. Les essais pour les enrobés routiers
a. Essai à la PCG
b. Essai MARSHAL
c. Essai DURIEZ
d. Essai d’orniérage
PARTIE II : ETUDES EXPERIMENTALES EN LABORATOIRE
CHAPITRE VII. préparation du mélange bitume-caoutchouc
I. méthode d’obtention de la poudre caoutchouc
II. la cuisson et explication du phénomène
CHAPITRE VIII. Méthode d’identification de l’échantillon de bitume
I. mesure de la pénétration dow
1. Principe
2. Appareillage
3. Préparation et exécution de l’essai
II. Essais sur quelque proportions
III. mesure de la densité a 25°c
1. Principe
2. Appareillage
3. Préparation et exécution de l’essai
4. Résultats
IV. mesure de la température bille-anneau
1. Principe
2. Appareillage
3. Préparation de l’échantillon et exécution de l’essai
4. Résultats
V. indice de pénétrabilité
1. Par la mesure des pénétrabilités à deux températures différentes, et l’on applique la formule
2. Par la mesure du point de ramollissement et d’une pénétrabilité
CHAPITRE IX. essai d’adhésivité
1. Définition
2. Principe de l’essai
3. Appareillage
4. Déroulement de l’essai
5. Résultats
CHAPITRE X. Etudes de formulation des enrobés routier
I. objectif
II. identification des constituants
1. Identification des granulats
a. définition
b. Classes granulaires
c. Coefficient d’aplatissement
d. Coefficient Los Angeles
e. L’essai Micro-Deval à l’Eau (MDE)
2. Courbe granulométrique
a. Définition et principe
b. tamisage
c. résultats
3. Formulation du mélange
a. introduction
b. Teneur en liant
CHAPITRE XI. Essai Marshall
I. Principe
II. Appareillage
1. Pour la confection des éprouvettes
2. Pour l’examen des éprouvettes
III. Mode opératoire
1. Préparation du mélange et confection des éprouvettes
2. Mesure des différents paramètres de l’essai
a. Détermination de la densité apparente de l’éprouvette
b. Détermination du poids spécifique
c. Détermination de la stabilité et le fluage
CHAPITRE XII. Essai Duriez
I. Objectif
II. Mode opératoire
III. Préparation du mélange et confection des éprouvettes
IV. Détermination des différentes paramètres de l’essai Duriez
1. Mesure des résistances des éprouvettes à l’air RC
2. Mesure du pourcentage d’affaissement h
3. Mesure de la résistance à la compression après immersion de 7jours à 18°C
4. Mesure du pourcentage d’absorption
5. Les caractéristiques Duriez
PARTIE III : IMPACT ENVIRONNEMENTAL ET SOCIO- ECONOMIQUE
CHAPITRE XIII. Introduction au recyclage des pneus usés
CHAPITRE XIV. La constitution d’un pneumatique
1. Constitution d’un pneumatique
2. La bande de roulement
3. Les nappes ceintures
4. Les flancs
5. La carcasse
6. La zone talon ou zone d’accrochage
CHAPITRE XV. Composition d’un pneumatique
CHAPITRE XVI. Analyse des impacts
1. Définition environnement
2. Contexte environnementale des pneus usés
3. Identification des impacts
a. Sur le milieu humain
b. Sur le milieu biologique
4. Perspective du pneu usé à Madagascar
a. Utilisation du pneu usé
b. Rejet de pneu usé
5. Mesures environnementale
a. la réduction et la réutilisation
b. le recyclage
c. la valorisation énergétique
d. Utilisation dans la construction routière
CHAPITRE XVII. Etapes à suivre pour avoir le poudrette de caoutchouc
1. L’enlèvement de la tringle torique
2. Broyage
3. L’élimination des renforts fibreux et métalliques
CHAPITRE XVIII. Description du procédé
1. Approvisionnement de la matière
2. Phase pré-broyage
3. . Broyage fin et traitement ultérieur
CHAPITRE XIX. Projet d’installation d’usine broyeur de pneu usé
1. Machine pré-broyeur
a. Convoyeurs
b. Trémie
c. Crible vibrant
2. Granulateur secondaire
3. Séparation du fer
4. Séparation des fibres
CHAPITRE XX. Surface nécessaire pour la réalisation de l’installation selon les différentes
capacités productives
CHAPITRE XXI. Organigramme de production
Conclusion
