LIANT INNOVANT D’ORIGINE VEGETALE POUR .Ainsi, concevoir un liant routier de...

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    LIANT INNOVANT DORIGINE VEGETALE POUR ENROBES ROUTIERS ET REVETEMENTS DE VOIRIES

    Johan TRIGALLEZ, Colas Belgium

    Michel BALLIE, Colas France

    Thierry DELCROIX,

    Campus Scientifique et Technique Colas

    Rsum

    De nombreuses chausses sont ralises et

    entretenues avec des enrobs dont le

    bitume est obtenu par raffinage de ptrole

    brut. Or cette ressource naturelle nest pas

    inpuisable. Afin dutiliser le ptrole de la

    faon la plus pertinente possible du point de

    vue de la durabilit du dveloppement, il est

    important didentifier, ds prsent, des

    alternatives lutilisation du bitume en

    technique routire.

    Depuis quelques annes, un programme de

    recherche a t engag au sein de Colas

    pour formuler des liants vgtaux

    susceptibles dtre terme une alternative

    lutilisation des bitumes.

    Fabriqus partir de matires premires

    renouvelables, ils sinscrivent dans la

    logique du dveloppement durable. Ils sont

    destins la fabrication de revtements

    sintgrant harmonieusement dans

    lenvironnement.

    Plusieurs chantiers ont t raliss en

    Europe, et notamment en Belgique.

    Samenvatting

    Talrijke rijbanen met mengsels waarvan de

    bitumen verkregen zijn door raffinering van

    ruwe petroleum zijn tot stand gebracht en

    onderhouden. Maar deze natuurlijke bron is

    echter niet onuitputbaar. Teneinde de

    petroleum vanuit het standpunt van

    duurzame ontwikkeling op de meest

    relevante manier te gebruiken, is het

    belangrijk om vanaf nu alternatieven gelijk te

    stellen met het gebruik van bitumen voor de

    techniek op de weg.

    Sedert enkele jaren is een

    onderzoeksprogramma in dienst getreden

    binnen Colas om plantaardige bindmiddelen

    te ontwikkelen die in staat zijn om op termijn

    een alternatief te zijn bij het gebruik van

    bitumen.

    Gemaakt van hernieuwbare grondstoffen

    sluiten zij aan op de logica van de duurzame

    ontwikkeling. Zij zijn bestemd voor het

    vervaardigen van een wegdek dat zich

    harmonieus integreerd in de omgeving.

    Verschillende werven werden in Europa

    verwezenlijkt met name in Belgi.

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    1. Expos du problme Une grande partie des rseaux routiers franais et belge est ralise et surtout entretenue avec

    des enrobs bitumineux ou avec des revtements de surface base de bitume issu du ptrole

    brut. A titre indicatif, en Belgique, la consommation annuelle de bitume en construction routire

    est de lordre de 0.2 millions de tonnes. Afin dutiliser le ptrole de faon la plus pertinente

    possible du point de vue de la durabilit du dveloppement, il est important didentifier, ds

    prsent, des alternatives lutilisation du bitume en technique routire.

    Ainsi, concevoir un liant routier de caractristiques physico-chimiques comparables celles du

    bitume, mais entirement compos de matires premires issues de la filire agricole est un

    objectif innovant qui s'inscrit au cur de la problmatique des ressources nergtiques et des

    gains environnementaux.

    A partir de cette rflexion et au cours de ces cinq dernires annes, dimportants moyens de

    recherche ont t engags pour formuler une famille de liants vgtaux susceptibles dtre une

    alternative lutilisation des diffrents grades de bitume pour la formulation denrobs destins

    la construction et lentretien des routes, mais galement la ralisation de revtements pour

    lamnagement esthtique en zone urbaine et dans dautres espaces o ils sintgreront

    harmonieusement lenvironnement architectural.

    Des tudes approfondies de laboratoire et de nombreuses exprimentations in situ, avec laide

    de l ADEME (Agence de lEnvironnement et de la Matrise de lEnergie) en France, ont permis :

    - dtablir des rgles de formulation de ces liants vgtaux,

    - de dfinir les compositions adaptes des mlanges granulats - liant qui seront appels par la

    suite enrobs au liant vgtal .

    Les agro-matriaux qui entrent dans leurs compositions sont dj produits lchelle industrielle

    et ne ncessitent pas une nouvelle filire de production.

    La fabrication de ces liants ncessite une unit spcialise. Elle ne prsente pas de complexit

    particulire, avec cependant la ncessit du dosage prcis des composants, de matriser leur

    mlange et de prvoir le stockage des matires premires et des liants produits.

    Les centrales de fabrication et les engins dapplications utiliss habituellement pour les

    chantiers denrobs bitumineux conviennent parfaitement pour raliser les enrobs base de

    liant vgtal. Le savoir-faire de lentreprise nest pas perturb par la mise disposition de ces

    liants vgtaux avec la logistique adquate.

    2. Description du liant vgtal Le liant est obtenu en mlangeant plusieurs composants issus de la transformation de matires

    premires vgtales. Linvention est protge par un brevet franais et europen.

    Il est fabriqu en contrlant strictement la proportion de ses composants, la temprature et le

    temps de mlange. En effet, ses proprits finales dpendent de ltat davancement dune

    raction de polymrisation qui se produit notamment entre les composants, probablement avec

    les granulats et loxygne de lair. Elle se poursuit au cours des tapes de fabrication, de

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    lapplication et aprs compactage des enrobs. Par ce mcanisme de polymrisation, il confre

    aux enrobs la cohsion et les performances mcaniques ncessaires aux matriaux utiliss en

    technique routire. Lexistence de cette phase de mrissement est lorigine de la mthode

    adopte pour valuer ces proprits.

    En consquence, si il est possible de pratiquer sur ce liant, les essais de caractrisation des

    bitumes routiers, les rgles habituelles de slection du liant pour une application donne ne

    pourront tre utilises partir des rsultats de ces essais.

    Il faut en effet tenir compte de la raction dvolution lie la polymrisation qui se produit aprs

    lenrobage des granulats et le compactage des enrobs. Par ailleurs, il possde des proprits

    rhologiques particulires. Cest pourquoi, il est ncessaire daccumuler les donnes des essais

    de laboratoire et de les valider par les comportements in situ. Elles permettent de choisir une

    composition de liant vgtal en fonction de lusage recherch pour les enrobs fabriqus partir

    de ce liant vgtal. La gamme de liant a t ainsi dfinie. Elle vise correspondre aux diffrents

    usages routiers des liants hydrocarbons : enduisage et enrobage.

    Ces liants peuvent tre mis en mulsion. En fonction de la formulation retenue pour lmulsion,

    la ralisation de divers revtements est alors possible : enduits superficiels, enrobs couls

    froid (RBCF), enrobs froid labors en centrale de malaxage.

    Dans le cadre de ce dossier, sont prsentes les applications suffisamment dveloppes : les

    enrobs chaud base de liant vgtal.

    Ces recherches ont abouti la formulation de liants vgtaux dont les proprits dusages sont

    convenables pour la ralisation denrobs pour couche de surface ou couche de base.

    Le tableau 1 indique quelques caractristiques des classes actuelles de liant avant

    polymrisation.

    Classe 1 2 3

    Viscosit initiale (Pa.s) Appareil Brookfield, (SC 4-27), 70C ;

    1.4 s-1 33 45 16 24 11 14

    Temprature de pompabilit (C) 100 100 100

    Densit 25C 0.95 1.05 0.95 1.05 0.95 1.05

    Point dclair Cleveland (C) > 210 > 210 > 210

    Module G* (MPa) 20C ; 7.8 Hz > 2.5 > 0.8 > 0.2

    Tableau 1 Classes actuelles et principales caractristiques rhologiques. Par raison de confidentialit, les principes de formulation de ces liants ne sont pas dvelopps.

    3. Quelques proprits intressantes du liant vgtal La composition du liant vgtal peut tre choisie pour confrer ce liant un caractre

    transparent en couche mince. Il peut alors tre utilis pour confectionner des enrobs de

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    couleur naturelle des granulats ou colors au choix. A ce jour, ce sont surtout des liants

    vgtaux de ce type qui ont t appliqus. Les photographies 1 et 2 montrent les effets

    intressants de cette proprit sur laspect esthtique des enrobs raliss.

    Photo 1 - Logo sans liant - Avec et sans liant vgtal - Avec et sans bitume

    Photo 2 - Enrob au liant vgtal, de teinte naturelle des granulats

    La seconde caractristique trs intressante souligner est la viscosit du liant vgtal. Comme

    il a t dit prcdemment, le processus denrobage chaud est identique celui des enrobs

    bitumineux.

    Il est ralis avec des granulats secs et chauds une temprature dpendant de la viscosit du

    liant vgtal et autorisant sa pulvrisation pour assurer un enrobage correct des granulats.

    Le liant vgtal prsente des valeurs de viscosits nettement plus faibles que celles du bitume

    correspondant. Cette caractristique autorise de fabriquer les enrobs une temprature plus

    faible que celle ncessaire la confection des enrobs au bitume. La temprature denrobage

    peut tre rduite de 40 50C sans perte de maniabilit. De ce fait, la consommation dnergie

    et les missions de gaz effet de serre sont galement diminues.

    De trs faibles missions gazeuses sont produites la fabrication en centrale denrobs au liant

    vgtal environ 110C et lorsquils sont appliqus une temprature de lordre de 95C.

    La cohsion du liant, autre proprit importante, influe sur les performances mcaniques des

    enrobs. Elle rsulte de la polymrisatio