Etude de choix constructifs pour garantir la mise en œuvre et la durabilité des enrobés neufs et recyclés à l'émulsion de bitume

Résumé

L’emploi d’enrobés bitumineux à l’émulsion de bitume dans les structures de chaussées, couplé avec la réutilisation de matériaux recyclés appelés agrégats d’enrobés, permet de s’inscrire dans une démarche efficace de préservation de l’environnement. De tels matériaux sont destinés à des chaussées de faibles à moyens trafics et peuvent constituer un grand potentiel pour le réseau secondaire peu aménagé des pays africains, tels que la Côte d’Ivoire, où le trafic routier est peu dense. Leur formulation requiert d’assurer la compatibilité de l’émulsion avec les granulats neufs et les agrégats d’enrobés selon leurs caractéristiques physico-chimiques respectives. Dans l’interaction émulsion-substrat, les tensioactifs sont amenés à jouer un rôle majeur dans les mécanismes de rupture, de mouillage et d’adhésion. Les performances finales des enrobés neufs et recyclés sont fortement dépendantes de ces processus qui se déroulent pendant les étapes de fabrication, de mise en œuvre et de mûrissement in situ. L’objectif de cette thèse est d’étudier les phénomènes aux interfaces émulsion-substrat en vue d’appréhender l’influence des paramètres de formulation de l’émulsion sur les propriétés de mise en œuvre et de durabilité des enrobés neufs et recyclés. La démarche de recherche s’est articulée suivant deux axes. Le premier axe a concerné l’étude à l’échelle microscopique des interactions émulsion-substrat, relativement aux phénomènes d’adsorption des tensioactifs, à la rupture des émulsions sur substrat, à la rhéologie des mélanges émulsion-filler et au mouillage de l’émulsion sur des substrats modèles. Le second axe a considéré l’étude à l’échelle macroscopique des enrobés neufs et recyclés à travers des essais d’adhésivité émulsion-granulat, de formulation à petite échelle et d’évaluation de la cohésion et la tenue à l’eau. A l’échelle microscopique, une différence d’adsorption des tensioactifs a été notée suivant le couple tensioactif-substrat. La vitesse de rupture des émulsions au contact des granulats est rapide à mesure que la teneur en SiO2 augmente. Au niveau rhéologique, le comportement des mélanges émulsion-filler est influencé par la nature et la teneur en tensioactif, la surface spécifique des granulats et le ratio émulsion-filler. Les agrégats d’enrobés ont présenté des angles de contact plus élevés et des travaux d’adhésion plus faibles avec l’émulsion que les granulats neufs ; cela suggère que dans le cadre du recyclage, l’émulsion mouillera préférentiellement les granulats neufs. A l’échelle macroscopique, les essais de formulation ont révélé une variation de la teneur en eau totale des mélanges en fonction de la nature et du dosage de tensioactif. Les tests de montée en cohésion et de tenue à l’eau, effectués sur les enrobés neufs et recyclés, ont indiqué des teneurs optimales en tensioactif selon la nature du granulat neuf vis-à-vis de ces propriétés. Les résultats ont par ailleurs montré un lien entre la force de poussée à court terme et la tenue à l’eau. Enfin, une confrontation des résultats aux deux échelles a permis d’établir des corrélations entre elles, de mieux préciser les mécanismes en jeu, en termes d’adsorption des tensioactifs sur les substrats, et d’appréhender la contribution du liant vieilli dans les performances mécaniques des enrobés recyclés grâce aux tensioactifs.

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