Chapitre 03 : Liant hydrocarboné

3.1. Introduction :

Un liant hydrocarboné est d’une manière générale un matériau adhésif (un liant) contenant du

bitume, du goudron, ou les deux. Cet élément agrégé avec des granulats fournit des « matériaux

enrobés ». La masse volumique du bitume généralement est prise égale à 1,03 t/m³.

Dans l’historique des liants hydrocarboné, on distinguera, très schématiquement, les périodes

suivantes :

De 1900 à 1930 : Goudron de houille

De 1930 à 1950 : Emulsions de bitumes

Jusqu’en 1970 : les bitumes purs

Les années 70 : les bitumes polymères

Les années 80 : les liants modifiés et les additifs

Les années 90 : les bitumes spéciaux

3.2. Propriétés

Les qualités physiques et chimiques du bitume ont fait de lui 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.

Les moyens modernes d'investigation ont permis d'analyser l'influence de la composition sur les

propriétés physiques et de s'orienter ainsi vers des qualités répondant mieux aux besoins des

utilisateurs. L'étude des propriétés viscoélastiques a permis de comprendre la signification d'essais

empiriques utilisés jusqu'alors et de les relier à des notions fondamentales. Elle a également permis le

calcul du comportement mécanique des bitumes au même titre que celui des autres matériaux de

construction, tels que le béton ou les métaux.

UNIVERSITE FERHAT ABBAS/SETIF

FACULTE DE TECHNOLOGIE

DEPARTEMENT DE GENIE CIVIL

Cours de MDC

Présenté par Mr Boutlikht.M

3.3. Classification des liants hydrocarbonés

Une classification des liants est donnée dans la norme européenne EN 12-597. On différencie

d'abord les liants bitumineux, qui regroupent des liants ou mélanges de liants et de granulats qui

contiennent du bitume, et les liants à base de goudron.

Les liants bitumineux sont classés l'origine du bitume : naturelle ou dérivée du pétrole. Les liants

bitumineux issus du pétrole sont quant à eux différenciés :

Selon leur structure :

bitume pur,

bitume fluidifié, (cut back ) bitume additionné d'un diluant assez volatil pour réduire sa

viscosité (du pétrole ou du kérosène par exemple).

bitume fluxé, bitume additionné d'une huile de fluxage, c’est un bitume dont la viscosité a été

réduite par l'ajout d'une huile de fluxage

bitume modifié : bitume dont les propriétés rhéologiques ont été modifiées pendant la

fabrication par l'emploi d'un ou plusieurs agents chimiques

émulsion de bitume

Et selon leur usage :

bitume routier : bitume utilisé pour l’enrobage des granulats destinés à la construction et

l'entretien des routes et des structures assimilées;

bitume industriel: par opposition au précédent, bitume servant à d'autres usages que la

construction et l'entretien des routes et des structures assimilées.

Les liants bitumineux sont composés des huiles asphaltiques ou des mélanges des huiles

asphaltiques et des bitumes naturels. Par contre les liants goudronneux sont des mélanges des

goudrons de houille et de schiste ou de mélange des brais et des huiles de goudrons.

3.4. Types de bitumes

3.4.1. Bitume naturel

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.

Extraits soit à ciel ouvert, les gisements se présentent alors comme de véritables lacs. Le

bitume peut aussi se présenter sous forme de filons en sous-sol. Le plus connu de ces bitumes naturels

est le bitume de Trinidad qui relève du premier type de gisement.

La production mondiale est très faible puisqu’elle ne dépasse pas 200 000 t.

Les bitumes naturels ne sont guère utilisés que comme ajouts pour certaines utilisations particulières,

compte tenu de leurs caractéristiques spécifiques (aptitude à être colorés, effet stabilisateur pour les

asphaltes coulés...).

Le bitume de Trinidad épuré est extrait par raffinage, il contient une partie minérale, sa masse

volumique est voisine de 1,40 g·cm-3

, la pénétration à 25 °C est comprise entre 1 1/10 mm et 4 1/10

mm, et la température bille-anneau supérieure à 90 °C. (Le bitume « soluble » a une pénétration

standard de 3 à 12 1/10 mm et une température comprise entre 68 °C et 78 °C).

Poudre de Trinidad 50/50 C'est un mélange composé de 50 % de bitume de Trinidad épuré et de 50 % de filler calcaire.

Gilsonite :

La Gilsonite est une roche noire composée d'hydrocarbures naturels, qui se présente sous forme de

0/2mm. La masse volumique est de 1,05 g·cm-3

, la pénétration standard est voisine de 0 (1/10 mm). Le

dosage va de quelques pour-cent à 10 % des granulats secs. Elle est utilisée dans la composition des

vernis noirs.

Asphalte naturel

L’asphalte naturel est constitué par une roche calcaire imprégnée d’hydrocarbures lourds (jusqu’à

20 %).

L’asphalte naturel entre traditionnellement dans la composition de l’asphalte coulé. Il peut également

être utilisé comme appoint dans les enrobés auxquels il apporte du liant et des fines.

Bitumes de pétrole

Ils comprennent les bitumes purs normalisés (norme NF EN 12591) et les bitumes spéciaux divisés en

bitumes de grade « dur » (NF EN 13924) et en bitumes à susceptibilité améliorée.

Les bitumes routiers sont répartis en trois groupes de classes au sein de la présente norme européenne:

NF EN 12591

Classes définies par une pénétrabilité nominale à 25 °C de 20x 0,1 mm à 330 x 0,1 mm,

spécifiées par la pénétrabilité à 25 °C et le point de ramollissement.

Classes définies par une pénétrabilité nominale à 25 °C de 250x 0,1 mm à 900 x 0,1 mm,

spécifiées par la pénétrabilité à 15 °C et la viscosité dynamique à 60 °C.

Classes définies et spécifiées par la viscosité cinématique à 60 °C pour les bitumes mous.

3.4.2. Bitumes fluidifiés et fluxés a / Bitume fluidifié.

Un bitume fluidifié, ou cut back, est un bitume dont on a réduit la viscosité en lui ajoutant un diluant

assez volatil (du pétrole ou du kérosène par exemple).

b/ Bitume fluxé.

Un bitume fluxé est un bitume dont la viscosité a été réduite par l'ajout d'une huile de fluxage.

3.4.3. Bitumes modifiés

Les bitumes modifiés sont des liants bitumineux dont les propriétés ont été modifiées par

l'emploi d'un agent chimique, qui, introduit dans le bitume de base, en modifie la structure chimique et

les propriétés physiques et mécaniques. Ils sont codifiés dans la norme NF EN 14023. La norme est

plutôt une description qu'une véritable classification en fonction de performances.

3.4.3.1. Bitumes-polymères

a/ Polyéthylène

Provenance : déchets de câble, broyage de bouteilles de lait, de films polyéthylène, polyéthylène neuf.

Les déchets de polyéthylène sont souvent un mélange de polyéthylène haute et basse densité. Lors de

la fusion voisine de 130 °C le polyéthylène se combine en partie avec le bitume. Le dosage est

habituellement compris entre 0,4 % et 1 %, par rapport aux granulats. La proportion de polyéthylène

par rapport au bitume, peut ainsi varier entre 20 % et 66 %.

b/ Polymères

Ils se présentent sous forme de granulés incorporés lors du malaxage du mélange.

3.4.3.2. Bitumes pigmentables

Ils sont obtenus à partir de bruts sélectionnés et sont caractérisés par une très faible teneur en

asphaltènes. Les grades sont les mêmes que pour les bitumes routiers classiques.

La coloration se fait à l'aide d'oxydes métalliques à raison de 2,5 % à 6 % environ en masse par

rapport à l'enrobé.

3.4.3.3. Liants bitumineux avec charges minérales

Ces liants prêts à l'emploi sont obtenus par mélange en usine, de bitume pur et de charges minérales,

par exemple de la chaux. La teneur en liant est différente de la teneur en bitume.

3.4.4. Emulsion de bitume

Une émulsion de bitume est un mélange de bitume et d'eau en suspension.

3.4.5. Bitumes spéciaux

Les bitumes spéciaux, c'est-à-dire hors spécifications applicables aux bitumes purs de distillation

directe et devant satisfaire à des exigences particulières, ont été déclinés pour constituer une famille de

produits très segmentée :

-Bitumes purs pour Enrobé à Module Elevé (EME) ou Béton Bitumineux à Module Elevé

(BBME)

- Bitumes anti-ornèrent

- Bitumes multigrades

- Liants clairs et pigmentables

Ces liants sont obtenus par mélange de coupes pétrolières et pétrochimiques sans asphaltènes. Ils se

présentent sous un aspect transparent en film mince qui permet de garder la teinte naturelle du

granulat. Ils peuvent être colorés par l'addition de 2 % de pigments.

- Colorants

Les pigments organiques fournissent des nuances variées et très lumineuses, mais présentent une

instabilité à la lumière et aux températures élevées.

Les colorants utilisés en technique routière sont des pigments minéraux qui ont fait preuve de

thermostabilité lors de la confection à chaud des revêtements bitumineux, de résistance aux

intempéries ainsi qu'à la lumière (UV).

Les plus courants sont les oxydes métalliques suivants :

Les oxydes de fer de couleur rouge, jaune ou grise

Le chromate de plomb jaune clair

L'oxyde de chrome de couleur verte

L'oxyde de cobalt de couleur bleue

L'oxyde de titane de couleur blanche

- Bitume antikérozène

Ce sont des bitumes spécialement formulés pour résister au risque de dissolution par les pertes de

kérosène sur les parkings et voies de circulation des aéroports. Ils peuvent être utilisés dans la

composition des Bétons Bitumineux Aéronautiques (BBA).

- bitumes émulsionnables

- Bitumes pour enrobés à température réduite

3.4.6. Bitumes composés

- Bitume-caoutchouc

Incorporé au moment du malaxage, le caoutchouc se combine partiellement avec le bitume. La

température de fabrication est supérieure à celle du bitume pur.

La masse volumique du caoutchouc est de 1,15 g·cm-3

.

- Bitume-fibres

Les fibres peuvent être mélangées au liant préalablement ou introduites dans le mélange à sec ou

encore après incorporation du bitume. Selon le type de fibres, le mode de préparation en laboratoire

doit être adapté tout en restant fidèle au mode d'incorporation industrielle.

Différentes natures de fibres sont utilisées :

verre : Ce sont des fibres inorganiques de longueur comprise entre 100 μm et 10 mm, d'un

diamètre de l'ordre de 5 μm à 6 μm. Le traitement de surface conditionne les propriétés

induites. Le dosage habituel est de 0,8 % par rapport aux granulats. Leur masse volumique est

de 2,5 g·cm-3

et leur surface spécifique théorique est de 0,3 m2·g

-1.

cellulose : Ce sont des fibres naturelles de longueur comprise entre 900 ~tm et 1,1 mm, d'un

diamètre de l'ordre de 15 μm à 50 pm. Elles peuvent être pré-enrobées sous forme de granulés.

Leur dosage est de 0,3 % au maximum par rapport aux granulats. Leur masse volumique est de

0,9 g·cm-3

et leur surface spécifique théorique est de 0,16 m2·g

-1.

roche : Ce sont des fibres minérales de longueur comprise entre 200 μm et 2 mm, d'un

diamètre de l'ordre de 3 μm à 5 μm. Leur masse volumique est de 2,7 g·cm-3

et leur surface

spécifique théorique est de 0,6 m2·g

-1.

polyester : Ce sont des fibres synthétiques de longueur comprise entre 600 μm et 1,2 mm,

voire 6 mm. Elles résistent à une température de 220 °C. Le dosage est de l'ordre de 0,6 % par

rapport aux granulats.

Composite : Ce sont des fibres issues de produits de recyclage par exemple de pièces

automobiles.

- Bitume-soufre

3.4.7. Les additifs

Les additifs sont des matériaux ajoutés en petites quantités aux composants de l’enrobé pour en

améliorer les propriétés. Ils peuvent être introduits soit dans le mélange au moment du malaxage soit

directement dans la cuve bitume.

Pour améliorer l'affinité réciproque entre le liant et les granulats et en assurer la pérennité, des dopes

d'adhésivité peuvent être utilisés. II s'agit principalement de composés tensioactifs azotés dérivés des

acides gras (amines, polyamines...) dosés à environ 0,3 à 0,6% du bitume. La chaux ou les fines

calcaires, dosées jusqu'à 1 % du bitume, peuvent également être utilisées comme agents dopants.

3.5. Essais pour la caractérisation des liants

On distinguera :

Les analyses physico-chimiques

Indicateurs traditionnels pour la caractérisation des liants bitumineux

Les essais de simulation du vieillissement

Les méthodes d’étude spécifiques aux liants modifiés

Les essais rhéologiques

Les essais mécaniques pour caractériser la rupture

3.6. Utilisation

On utilise pratiquement les bitumes ainsi préparés sous trois formes différentes :

telles quelles ;

sous forme de cut-backs : bitumes fluidifiés par addition de solvants volatiles

sous forme d'émulsion aqueuse ou émulsion de bitume.

La combinaison de ces divers procédés permet d'obtenir une gamme très étendue de produits pouvant répondre aux exigences variées d'utilisations très différentes.

Mélangé avec des éléments fins (comme le sable), il est utilisé comme produit d'étanchéité dans le bâtiment ou le génie civil. ( exemple, le feutre 36S )