UTILISATION DE SABLE BITUME EN TECHNIQUE ROUTIERE

 Généralités

 Les enrobés bitumineux sont constitués d’un mélange granulaire (granulats, sable,…) dont la taille varie entre 0 et D (mm) et d’un liant hydrocarboné (bitume dur ou fluidifié, émulsion,…). Des additifs peuvent être ajoutés à ce mélange pour en améliorer les performances. Le mélange final compacté et refroidi possède une teneur en vides non nulle qui participe aux performances du produit. Les fines (particules minérales de dimension inférieure à 63 μm) d’un mélange hydrocarboné sont généralement un mélange de fines d’apport en faible proportion et de fines du sable en majorité. Les fines d’apport peuvent être issues de roches massives : les fillers calcaires sont utilisés majoritairement. On utilise également d’autres matériaux tels que le ciment, la chaux vive, les fillers activés (mélange de fines calcaires et de chaux éteinte), la chaux éteinte, les cendres volantes, les fillers de cimenterie. Les sables pour enrobés sont des sables concassés 0/2 ou 0/4 souvent avec ajout de fillers de 18 % (sables 0/2) ou de 10 à 14 % (sables 0/4). Des sables roulés peuvent aussi être utilisés pour améliorer la maniabilité. Le bitume est utilisé surtout dans les mélanges préparés en usine et posés à chaud. Le bitume confère à l’enrobé sa flexibilité et sa capacité à résister aux dégradations causées par le trafic et le climat. À température de service élevée, le bitume doit demeurer suffisamment visqueux ou dur afin d’éviter le phénomène d’orniérage. À basse température, le bitume doit conserver une certaine élasticité pour éviter les fissurations par retrait thermique, (LCPC, 2009).

 Composants du sable-bitume

 Les sables 

Le quartz est le composant le plus abondant du sable. Un sable issu d’une roche volcanique est plutôt noir tandis qu’un sable marin s’enrichit de débris de coquillages. Les sables sont identifiés grâce à la granulométrie. Le sable se caractérise par sa capacité à s’écouler. Plus les grains sont ronds, plus le sable s’écoule facilement. Le sable artificiel, obtenu par broyage mécanique de roches, est principalement composé de grains aux aspérités marquées. On peut également différencier un sable qui a été transporté par le vent d’un sable transporté par l’eau. Le premier est de forme plus ronde, sphérique, alors que le deuxième est plus ovoïde. De plus, le sable éolien présente une diaphanéité plus mate que le sable fluviatile 5 ou marin qui est dit « émoussé-luisant ». L’aspect de la surface du grain de sable éolien est dû aux multiples impacts que subit le sable lors de son déplacement (figure 2). Figure 2: Dunes de sable de nature et couleur différentes (Wikipédia, 2017) 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 grains 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, crique). La masse volumique du sable sec varie, selon sa granulométrie et sa composition, de 1,7 à 1,9 t/m3 (en moyenne 1,850 t/m3 ). Les plages de sable ont été créées par les courants marins, qui transportent le sable d’une plage à une autre. La plupart des sables proviennent de l’érosion de roches granitiques sur les côtes. Mais il y a aussi une grande partie du sable qui est apportée par les courants fluviaux. 

Le bitume

Généralités

 Le bitume est un matériau présent dans la nature ou pouvant être fabriqué industriellement après distillation de certains pétroles bruts. Il est composé d’un mélange d’hydrocarbures, peut se trouver à l’état liquide ou solide, et a une couleur brunâtre à noirâtre (figure 3). Le bitume est liquéfiable à chaud et adhère aux supports sur lesquels on l’applique. Il possède un certain nombre de qualités physico-chimiques dont l’Homme a su faire usage depuis la Préhistoire. Dans le langage courant, on le confond souvent avec la poix, le goudron d’origine houillère, ou l’asphalte dont il n’est qu’un composant. .Sa masse volumique est d’environ 1,03 g/cm³. 6 Asphalte: roche calcaire imprégnée de bitume, expression qui désigne le revêtement des routes. Bitume: composé de carbone et d’hydrogène, d’où le nom d’hydrocarbure, il peut être d’origine naturel ou provenir de la distillation du pétrole. Goudron: Produit provenant de la distillation de diverses substances: charbon, bois, tourbe. Il est moins soluble que le bitume. Figure 3: Quelques types de bitume (Wikipédia, 2016) Les bitumes purs et les bitumes routiers durs sont classés à l’aide de l’essai de pénétrabilité à l’aiguille, les bitumes industriels durs et les bitumes oxydés avec l’essai de point de ramollissement bille et anneau, les bitumes fluidifiés et les bitumes fluxés selon leur pseudoviscosité mesurée au viscosimètre. 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 propriétéfondamentale d’un liant hydrocarboné est son pouvoir adhérent en présence d’un granulatminéral. Le bitume doit donc posséder certaines qualités pour lesquelles les exigences fixéessont contrôlées par des essais normalisés. Les caractéristiques fondamentales d’un liantbitumineux sont : la viscosité, la cohésion et 7 l’adhésivité (Dumont, 2003). Il existe plusieursclasses de bitume pur : 20/30, 35/50, 50/70, 70/100, 160/220. Le bitume le plus dur est de classe20/30. 

 Origine 

Le bitume existe à l’état naturel sous forme de résidu d’anciens gisements de pétrole dont les éléments les plus légers ont été éliminés au cours du temps par une sorte de distillation naturelle, les éléments légers étant très volatils à température ambiante (figure 4). Extrait à ciel ouvert de gisements qui se présentent comme de véritables lacs appelés fosses à bitume, le bitume peut aussi se présenter sous forme de filons en sous-sol. Figure 4: Morceaux de bitume provenant d’un gisement naturel en bordure de la mer Morte(wikipedia, 2016). La production mondiale de bitumes naturels est faible puisqu’elle ne dépasse pas 200 000 tonnes. Les bitumes naturels ne sont utilisés que comme ajouts pour certaines utilisations particulières, compte tenu de leurs caractéristiques spécifiques (aptitude à être colorés, effet stabilisateur pour les asphaltes coagulés, etc.).

Fabrication du bitume

 Les bitumes purs sont fabriqués industriellement à partir de pétroles bruts d’où l’on extrait, au préalable, les fractions les plus légères. De la partie restante, constituée par des huiles visqueuses, on sépare un bitume de la dureté désirée. Certaines variétés sont préparées à partir d’une matière de charge craquée, d’autres sont obtenues par oxydation (soufflage). Les bitumes de distillation sont des résidus de la distillation du pétrole brut (figure 5). Ces bitumes résiduels fournissent 90 % des bitumes utilisés en construction routière.