L’UTILISATION DU SABLE-BITUME EN CONSTRUCTION ROUTIERE

Définition

Le sable-bitume est une mixture de sable (naturel ou artificiel) et de bitume dont le traitement se fait en centrale et est destiné à être utilisé en couches de fondation, de base ou de roulement selon le niveau de ses performances. Les sables naturels utilisés en construction routière sont prélevés soit :  dans des plages ou dunes actuelles  dans les alluvions des rivières ou des fleuves  dans des gisements appartenant à des couches géologiques. Les sables artificiels correspondent à ceux de concassage ou de broyage servant à corriger l’angularité, la granularité ou la cohésion des sables naturels. Les différences fondamentales entre les sables-bitumes et les sables enrobés à froid tiennent à deux aspects :  la nature des matériaux,  la nature et le rôle du liant. Pour l’enrobage à froid, les sables sont naturellement stables, le liant jouant le rôle de maintien de cette stabilité dans l’environnement climatique du matériau (trempé ou desséché). A l’opposé, les sables enrobés à chaud acquièrent la majeure partie de leur cohésion au liant utilisé, le niveau de performance atteint résulte surtout de la dureté du liant (Hamami, 2004). En dehors du bitume, il existe d’autres types de liants hydrocarbonés tels que le bitume fluidifié (cut-back) et l’émulsion de bitume. 

Matériaux composant le sable-bitume

La confection d’un sable-bitume nécessite comme matériaux : les sables et les liants hydrocarbonés selon les objectifs visés et le mode de mise en œuvre.

Sables

Définition Pour le géotechnicien, le sable désigne un matériau dont le diamètre maximal des particules minérales est inférieur à 6,3 mm et dont le passant à 80 µm n’excède pas 35 %. Pour le géologue, la classification des sables se fait suivant un critère génétique. Il distingue : les dépôts alluvionnaires (sables graveleux à granularité étalée), les sables siliceux (plus ou moins fins à 5 granularité serrée ou très serrée), les sables fins de regs, les sables géologiques en place (fins à granularité serrée), les sables gypseux et les sables gypso-calcaires (Chauvin, 1987). 

Caractéristiques des sables

Les sables sont identifiés grâce à la granulométrie qui est la mesure de la granularité. La granularité c’est la répartition en poids des particules minérales d’un matériau suivant ses dimensions. Il est également possible de différencier un sable qui a été transporté par le vent d’un sable transporté par l’eau. Le premier est de forme plus ronde alors que le deuxième est plus ovoïde. De plus, le sable éolien à un aspect rond mat alors que le sable fluviatile ou marin a un aspect émoussé luisant. Le sable est souvent le produit de la décomposition du granite du fait de l’érosion. En règle générale, les différents processus qui conduisent de la roche mère aux sables sont suffisamment agressifs vis-à-vis des minéraux pour que seuls subsistent les plus résistants. La plus grande partie des formations sableuses est constituée de quartz à plus de 75 % ainsi que des micas et des feldspaths. Un sable issu d’une roche volcanique est plutôt noir tandis qu’un sable marin s’enrichit de débris de coquillages. Il peut avoir plusieurs couleurs en fonction de sa nature : noire, blanche, rouge ou jaune. Le sable peut aussi prendre d’autres formes : arène, grès. Les grains de sable sont assez légers pour être transportés par le vent ou l’eau. Ils s’accumulent alors pour former des dunes ou des plages. Un vent violent qui se charge en sable est une tempête de sable. Les plus lourds se déposent en premier dans les milieux à forte énergie (rivière, haut d’une plage), les plus fins dans les milieux à énergie plus faible (delta, lac, bassin). La masse volumique du sable sec varie, selon la granularité et la composition minéralogique, de 1,7 à 1,9 g/cm3 (wikipédia, 2014). 

Bitume

Généralités Le bitume est un mélange d’hydrocarbures naturels ou pyrogénés, liquide, semi-solide ou solide, plus ou moins thixotrope, complètement soluble dans le sulfure de carbone. C’est un matériau thermoplastique, c’est-à-dire qui conserve ses propriétés après chauffage et dont la consistance varie avec la température. En technique routière, il faut savoir tirer profit de la modification de consistance et cela sur une large gamme de températures. Une propriété fondamentale d’un liant hydrocarboné est son pouvoir adhérent en présence d’un granulat minéral. Le bitume doit donc posséder certaines qualités pour lesquelles les exigences fixées sont contrôlées par des essais normalisés. Les caractéristiques fondamentales d’un liant 6 bitumineux sont : la viscosité, la cohésion et l’adhésivité (Dumont, 2003). Il existe plusieurs classes de bitume pur : 20/30, 35/50, 60/70, 70/100, 160/220. Le bitume le plus dur est de classe 20/30. 

Origine

Les bitumes proviennent soit d’asphaltes naturels, soit du raffinage du pétrole brut. Les asphaltes sont des mélanges de bitume et d’impuretés, tels que des limons, des argiles ou d’autres matières minérales. Les asphaltes naturels durs et friables ou mous se rencontrent dans des formations rocheuses ; par exemple, les dépôts asphaltiques du lac Trinidad, du lac de Bermudez (Venezuela), les sables du lac Athabasca. Les bitumes de distillation sont des résidus de la distillation du pétrole brut. Ces bitumes résiduels fournissent pratiquement la totalité des bitumes utilisés dans la construction routière. 

Fabrication du bitume

Le bitume utilisé en technique routière est obtenu à partir de la distillation du pétrole (figure 1). Toutes les raffineries ne possèdent pas les mêmes installations. Nous ne considérons ici qu’une raffinerie relativement simple mais permettant de produire la plupart des produits pétroliers courants, dont le bitume (Dumont, 2003).  La première étape consiste à une distillation atmosphérique qui permet de séparer les fractions les plus lourdes (fuel) qui se condensent et les fractions les plus légères (essence, kérosène, gas-oil) qui se dégagent et se condensent.  Le résidu lourd issu de cette distillation atmosphérique est introduit dans la colonne de distillation sous vide pour en récupérer le fuel et le bitume. Et selon que la distillation est poussée ou non, il est possible d’obtenir différentes qualités de bitume.  Ensuite viennent les procédés de soufflage et de désasphaltage. Le premier procédé consiste à oxyder avec de l’air, le bitume obtenu à la base de la colonne de distillation sous vide. Le procédé de désasphaltage est utilisé pour des résidus sous vide ayant une teneur en fractions lubrifiantes trop importante et consiste à traverser le résidu sous vide par un courant ascendant de solvant : la différence de solubilité des fractions bitumineuses vis à vis du solvant employé permet alors d’obtenir le bitume souhaité.