ETUDE DU MOUILLAGE DES GRANULATS NEUFS ET AGREGATS PAR L’EMULSION DE BITUME

Les angles de contact des émulsions sur les substrats modèles de diorite, granite et d’agrégat ont été évalués pour les six émulsions. Des angles de contact ont également été déterminés lors de la mise en contact de ces émulsions avec le PTFE pour le calcul de leurs composantes polaire et dispersive. Préalablement, les propriétés superficielles des émulsions et des substrats modèles ont été estimées. En complément de ces mesures, des observations microscopiques de gouttes posées sur des substrats ont été effectuées pour suivre l’évolution des gouttes en fonction du temps afin de mieux appréhender et interpréter l’allure des courbes d’angle de contact. 4.1. Valeurs des tensions de surface des phases aqueuses et des émulsions de bitume La Figure 85 présente les courbes d’évolution de la tension de surface des phases aqueuses et des émulsions en fonction du temps pour les tensioactifs A et B.  Figure 85. Evolution des tensions de surface des émulsions et des phases aqueuses correspondantes en fonction du temps : tensioactif A (a) et tensioactif B (b). Sur plusieurs essais effectués, au moins trois pour chaque liquide, les résultats ont présenté les mêmes tendances et à chaque fois les courbes pour un même liquide sont quasi superposables. En termes de cinétique, les émulsions montrent de fortes variations de tensions de surface avec le temps, contrairement aux phases aqueuses. Les courbes indiquent trois zones de variation : – La première est caractérisée par une forte décroissance qui peut être due à la formation des gouttes et à la migration des espèces tensioactives à l’interface eau-air. Cette décroissance se fait sur les 60 à 70 premières secondes, – La deuxième phase marque une relative stabilisation de la courbe entre 60 et 300 secondes en fonction de la teneur en émulsifiant. C’est sur ce palier de stabilisation que les valeurs de tension de surface des émulsions sont retenues, – Enfin, la troisième partie est marquée par une forte décroissance qui converge vers (tensioactif A) ou sous (tensioactif B) la tension de surface de la phase aqueuse. Les graphiques de la Figure 86 indiquent les valeurs moyennes obtenues dans la zone de stabilisation. 30 33 36 39 42 45 48 Tension de surface (mN/m) 0 300 600 900 Temps (s) a) Phase aqueuse 0,9 % A Emulsion 0,9 % A Phase aqueuse 1,2 % A Emulsion 1,2 % A Phase aqueuse 1,5 % A Emulsion 1,5 % A 30 33 36 39 42 45 48 0 300 600 900 Tension de surface (mN/m) Temps (s) b) Phase aqueuse 0,9 % B Emulsion 0,9 % B Phase aqueuse 1,2 % B Emulsion 1,2 % B Phase aqueuse 1,5 % B Emulsion 1,5 % Figure 86. Valeurs moyennes des tensions de surface des phases aqueuses et des émulsions formulées avec les tensioactifs A (a) et B (b). Une différence de tension de surface est à noter entre les phases aqueuses des deux émulsifiants. Les tensions de surface sont plus élevées avec le tensioactif B en raison de la forte propension de celui-ci à former des micelles plus qu’à se positionner à l’interface eau-air, contrairement au tensioactif A. Cependant, la teneur en émulsifiant a peu d’influence sur la valeur de la tension de surface pour un même tensioactif ; en effet, toutes les phases aqueuses sont à des concentrations en tensioactif situées au-delà de la CMC. Les tensions de surface des émulsions sont plus élevées que celles des phases aqueuses desquelles elles sont produites. Cela peut s’expliquer par l’ajout du bitume qui occasionne une migration des tensioactifs de l’interface eau-air vers l’interface eau-bitume. Cette migration sera d’autant plus importante que le tensioactif a une plus grande affinité lipophile, comme cela semble être le cas pour le tensioactif B. Ce résultat est en cohérence avec ceux trouvés par Boulangé et Sterczynski [155]. 

Détermination des énergies de surface des substrats modèles 

Angles de contact des liquides de référence sur PTFE et substrats modèles Pour déterminer les énergies de surface du PTFE et des substrats modèles, trois liquides de référence ont été sélectionnés : l’eau, le diiodométhane et l’éthylène glycol. Les propriétés de  surface de ces liquides ont été vérifiées au laboratoire avec le tensiomètre à goutte et les valeurs trouvées sont indiquées dans le Tableau 12. La Figure 87 indique les valeurs d’angles de contact des liquides de référence avec les substrats modèles et le PTFE. Figure 87. Valeurs d’angles de contact liquide de référence-substrat. D’après les valeurs d’angles de contact eau-substrat, il est noté que le granite développe un caractère hydrophile plus prononcé que la diorite. Cela est en cohérence avec les compositions chimiques de ces deux granulats, notamment au regard de leur proportion en SiO2 qui confère le caractère hydrophile. Les AE sont hydrophobes à cause du liant bitumineux qui les recouvre. Les valeurs d’angles liquide de référence-AE sont très peu influencées par la nature du granulat de base. Cela s’explique par le recouvrement total en bitume des AE. L’angle de contact est alors gouverné par ce dernier. Quant au PTFE, sa principale caractéristique étant son caractère hydrophobe, ceci explique la forte valeur d’angle de contact avec l’eau.

Valeurs des énergies de surface des substrats modèles et du PTFE

Les énergies de surface des substrats ont été déterminées par calcul à partir des valeurs d’angles de contact qu’ils développent avec les liquides de référence en appliquant la méthode OwensWendt-Rabel-Kaelble (cf. Annexe 3). Les valeurs moyennes des énergies de surface ainsi que les composantes polaires et dispersives sont présentées dans la Figure 88.