Accéder à l`article complet en francais

Nouvelle approche de caractérisation
chimique des liants modifiés
par microscopie infrarouge
Virginie MOUILLET
Docteur
Jacky KISTER
Directeur de Recherche
Laboratoire de Géochimie organique a nalytique
et environnement
Faculté des Sciences et techniques de Saint-Jérôme,
Marseille
Didier MARTIN
ingénieur, Chef d'Étude Recherche liants bitumineux
Jean-Pascal PLANCHE
Docteur Ingénieur,
Chef de projet Recherche liants bitumineux
Claude SCRAMONCIN
Technicien supérieur, Chimiste
Christian SAURY
Docteur Ingé nieur, Chef d'équipe Spectroscopie
Centre de Recherche E LF-Solaize,
BP 22, Chemin du Canal, 69360 Solaize
RÉSUMÉ
Les Bitumes modifiés par des Polymères
(BmP) sont des matériaux composites dont
la structure complexe dépend notamment de
la nature du polymère, de sa concentration,
de la composition chimique du bitume et de
la température d'observation.
Cette étude a vi sé à déterminer les espèces
chimiques des bitumes responsables du
gonflement du polymère et, par conséquent,
de la stabilité des BmP. Pour ce la, l'utilisation de la microscopie infrarouge a permis d e
réal iser des cartographies chimiques des
éch antillons. De nombreux BmP présentent
des zones enrichies en polymère suivant un
gradient de concentratio n. À l'éch elle de l'observation, l'échantillon apparaît être un continuum de polymère (continuum non observé
par la technique classique de caractérisation
des BmP par microscopie de fluorescence
U V).
La microscopie infrarouge permet également
de déterminer les espèces chimiques piégées par le polymère : pour les échantillons
étudiés, les agents gonflants sont majoritaides
a romatiques
fa iblement
rement
condensés substitués par des aliphatiques
linéaires .
MOTS CLÉS : 31 - Liant - Bitume - Polymère
- Tempéra tu(e - Composition du mélange
Stabilité - Eprouvette - Comportement Microscope - Infrarouge.
1ntrod uctio n
La caractérisatio n structurale des matiè res organiq ues
compl exes telles que les bitumes, les polymères, les charbo ns, les kérogè nes, nécessite une approche globale non
destructrice des éd ifi ces macromolécula ires en équilibre.
En effet, ces équilibres macromoléculaires sont souvent
la cause de comporte me nts particuliers du matériau aux
conséque nces im po rta ntes s ur ses propriétés mécaniques,
rhéologiques et c himiques. Pour comprendre le rô le de ce
type d'éq uili bres macromoléculai res dans la réact iv ité
g lobale du maté riau, plus ieurs techniques analytiques
compléme ntaires sont nécessaires.
Les techniques a na lytiques peuve nt être d ivisées en deux
gro upes :
0 les techniques séparatives, dest ru ctrices des équ il ibres,
@ les techniques g lobales, ne nécessitan t pas de traiteme nt pré alab le de l'écha ntillon, don c non destructrices.
BULLETIN OES LABORATOIRES DES P ONTS ET CHAUSSÉES · 220 - MARS-AVRIL 1999 - RÉF . 4257 - PP. 13 -19
El
Parmi les techniques globales, la mic roscopie
infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) est
assez usitée pour étudier la chimie des bitum es
[1], [2] et [3] et des charbons [4) et [5]. En particulier, pour l' analyse chimique locale des structures, l' IRTF apparaît comme une technique de
choix, permettant d 'associer la spécific ité de la
spectroscopie infrarouge (versatilité, rapidité,
capacité d ' identification de la s truc ture et de la
composition chimique des échantillons, etc.) à
celle de la microscopie (rédu ction de l'échelle
d' analyse) [6].
La complexité de ces mé langes c himiques est
souvent aug mentée lors de l' ajout de stabilisants,
ou de polymères. Ceci jus tifie d' autant plus
l'étude du mél ange par microscopie sans séparation chimique ou physique comme préalable à la
caractérisation s tructurale et au suivi de l'évolution de la mati ère.
Cet accroissement du degré de complexité physico-chimique se vérifie pour la majorité des liants
routiers et notamment pour les Bitumes modifiés
par des Polymères (BmP). Aussi la caractérisation physico-c himique de ces systè mes complexes doit mettre en œuvre des techniques
d ' anal yses microspectrométriques, pe rmettant de
visualiser leur microstructure et de caractériser
la nature chimique des différe ntes microphases
observées. Deux techniques micros pectrométr iques ont a insi été cho isies pour leur complémentarité : la mic roscopie optique de fluorescence
UV/visible et la microscopie infrarouge [7).
Techniques d'analyses
microspectrométriques
appliquées à l'étude des BmP
Les B mP sont connus pour être hétérogè nes à
des degrés plu s ou mo ins va riables. Pour les
décrire complète ment, il est donc nécessaire
d' utiliser la spécific ité des de ux techniques
microspectrométriques précédentes :
);;;.>- la microscopie de flu orescence UV/v isible,
qui autorise la visualisation de l'agenceme nt
local des composants,
la microsco pie infrarouge, qui perm et l' identification chimique des mic rophases présentes au
sein des mélanges.
);;;.>-
Apport de la microscopie de fluorescence
Cette technique m icrospectro métrique couple
une source de lumière UV/visible e t un microscope optique . Les facteurs de grossisseme nt
sont de l' ordre de quelques dizaines à quelqu es
centaines. L 'échantillon ne nécessitant aucune
préparatio n particulière, la microscopie de fluo-
.,.
rescence est une méthode ada ptée pour observer
la microstructure des BmP et localiser le polymère au sein des mélanges [8) et [9).
Apport de l'imagerie
en microscopie infrarouge
Le coupl age d' un microscope optique avec un
spectromètre IRTF permet de diffé rencier, in
s itu , les différentes parties de ta ille comprise
entre 10 et 250 µ m, contenues clans un systèm e
chimique complexe. En effet, le microscope
permet de focaliser le faisceau infrarouge sur
une zone de l'échantillon. Il est alors possible
d 'enregistrer une photo de cette zone ainsi que le
spectre IRTF d ' une partie de cette zo ne, délimitée par un dia phragme. Ainsi, cieux inform ations sont obtenues simu lta nément :
);;;.>- le degré d' hétérogénéité microscopique du
matériau étudié,
);;;.>- la nature chimique des diffé re ntes parties ou
phases qui c ons tituent ce matériau .
Leur conna issance est très importante pour de
nombreux m atériaux (pétrochimiq ues, électron iques, etc.) c ar e lle perme t de comprendre le ur
constitution point par point, et notamme nt la
nature des espèces chimi ques des microphases
où le maté ri au com porte des défauts (fractures,
fi ssures, zone rugueuse, etc.). Ces résulta ts pe rmettent alors de mie ux interpréter les qualités ou
les défauts mécaniques/chimiq ues du matéri au.
Cependant , cette ana lyse point par point de la
surface du matéri au étudié ne permet pas d'en
définir c himiquement l'ensemble de faço n précise e t reproduc tible ; elle est de plu s excessivement longue.
Pour ces observations, l'échantillon est déposé
sur une platine motorisée, pilotée par o rdinate ur. Ceci permet un positionnement précis et
reproductible des échantillons en vue d' une
séquence de micro-analyses (cartographie en
rectangle, point par point ou en ligne). Ce
montage pe rmet d'enregistrer simul ta né ment
l' image optique de l'échantillo n et le s pectre
IRTF de chaque zo ne, définie par la taille de
diaphragme utilisé, de la s urface sélectio nnée.
Les données ai nsi enregistrées sont fonc tion de
quatre para mètres : les coordo nnées en X et Y ,
la longueur d ' oncle d ' absorption IR et l'intensité correspondante. Cet ensemble peut être
réduit à une représe ntation e n tro is dime nsions,
en choisissant une longueur d ' oncle spécifique
pour l'étude. L 'image infraro uge traduit alors
les c hange ments d ' intens ité d 'u ne lo ngue ur
d ' oncle définie pour une surface donnée de
l'échantillo n [10) . L ' absorption IR étant liée à
la composition moléculaire, une cartographie
c himique du prod uit est ainsi obtenue.
BULLE TIN D ES LABORATO IR ES D ES PONTS ET CH A U SSÉES · 220 • MARS-AVR IL 1999 · R ÉF. 4257 • PP . 13 · 19
Conditions expérimentales
Conditions d'analyse en microscopie
de fluorescence UV/visible [9]
Pour l'anal yse des BmP, un filtre d'excitation
po ur la zone de lo ngueurs d' ondes 450 - 490 nm
et un filtre d 'arrêt à 515 nm o nt été sélectionnés.
Ecl a irée e n lumière ble ue proche ult ra-violet
(À
450 - 490 nm), la phase riche en po lymère
530-560 nm), a lors
ém et une teinte jaune (À
que la matrice bitume est sombre [11] .
=
=
Conditions d'analyse
en microscopie infrarouge
En microscopie infrarouge, un premier facteur limitant est le phénomène de diffraction ,
qui restreint la taille d'anal yse à env iron
10 µm "' 10 µm . Aussi, l'analyse d ' échantillons de dimensio ns inférie ures est, en princ ipe, impossible car le faisceau infraro uge
éclaire une partie plus large que ce lle délimitée par le di aphragme. Le spectre obte nu
est alors notablement affecté par les contributions de la m atri ce environnante [12) et
[1 3). Un de uxième fac teur limitan t est le
rapport signal/bruit, qui est lié à la quantité
d ' énergie atteig nant le dé tecte ur. En diminuant la taille du diaphragme, l' énerg ie inc idente est minimisée et conduit, pour des produits absorbants comme les BmP, à une
faible quantité d ' énergie transmi se au détecteur. Le rapport sig nal/bruit obtenu est alors
très faib le et les données infraro uges de
mauvaise qualité.
Ainsi , une cartographie fine de la dispersion du
polymère au sein des BmP nécessite une ta ille
d'analyse (et donc un diaphragme) conduisant au
meilleur compromis résolution / diffractio n. En
pratique, il n 'a pas été possible de descendre
en-dessous d'une s urface d 'ana lyse de 40 µm
* 40 µm .
Plusieurs paramètres liés à l' utilisatio n du microscope infrarouge et de la platine m otorisée doivent encore ê tre définis [14] :
,._.. la taille du pas de déplacement de la plat ine
motorisée dans les directi ons X et Y, choisie en
fo nction de celle du diaphragme : 13 µm ,
,._.. le nombre de pas à effectuer dans les directions X et Y (définissant la surface d' analyse),
,._.. le paramètre infraro uge étudié. Ceci peut
être l'aire d ' un pic d'absorption, le rapport de
deux aires, la hauteur cl ' un pic o u le rapport de
la hauteur de deux pics. Dans le cas de l 'étucle
des BmP, le para mètre infrarouge c hois i es t un
rapport de deux aires de bandes d ' absorptio n,
chacun e spéc ifique des deux composants principaux du mé lange, à savo ir le bitume et le
poly mère.
L'intensité du paramètre mes uré est traduite
dans une gamme de huit nivea ux fi xés par
l'appa re il , ce qui limite la prec1s1on de
l' image infrarouge . Po ur pallier cet aspect
réducteur de la v is ualisatio n, il est impé rati f
de toujours se référer aux spectres infrarouges
correspondants.
Échantillonnage
La réa lisation de cartog raphies chimiques des
BmP nécessite un protocole d 'écha ntillo nnage
particu lier permettant une observation pertine nte
de le ur microstructure. Celui-ci est réa lisé par
une techn ique de fluage à c haud (1 30 °C) sur une
lame de KBr, permettant l' ana lyse de la même
lame en microscopie de fluo rescence UV/vis ible
et en microscopie infrarouge, en mode trans mi ssio n.
Résultats et discussions
L ' objectif des cartographi es chimiques des BmP
est de déterminer leur com position locale afin de
caractériser i11 situ la dispersion du polymè re et
d' identifier les molécules de la matrice bitume
piégées clans les macromolécu les. Les de ux tec hniques microspectrométriques de fluorescence et
d ' infrarouge o nt été app li quées selo n les conditions cl 'analyse précédemment définies.
Comme décrit par la littérature [15) et [16],
l'analyse en microscopie de fluorescence d ' un
BmP issu d ' un mélange physique à 5 % d ' un
copolym ère Styrène/Butadiène révèle une très
gra nde hétérogé néité du mélange, visualisée par
des objets o u nodules de taille va riable présentant une fluorescence import ante (fig. la). La
cartographie infrarouge confirme la nature
polymé riqu e de ces objets (fig. lb). De plus,
l' indice infrarouge caractéristique de la proportio n re lative du copolymère par rapport au
bitume est non nul dans to ute la zone d ' analyse
(mê me clans la matrice bitumineuse) . Ainsi
dans la figure le les échelles sans unité, corres ponde nt aux rapports des aires des bandes
d ' absorptio n IR des groupements fonc tionne ls
caracté ristiques
du
polymère
(bande
à
965 cm·', vibratio n des CH des doubles liaiso n
trans des mo tifs butadiè ne polymérisés en 1,4
du polymère) et du bitume de base (bande a
1 376 c m·', v ibratio n des groupes - C H3 du
bitume - bande servant de référence pour no rma liser la concentratio n d'un e es pèce donnée
en fo nction de l'épa isseur de l' échantillo n
observé).
B U LLE T IN DES LAB ORATOIRES DES P O NTS E T CHAU SSEES · 220 • MA R S -AVAIL 1999 · R EF. 4 257 · P P . 13 ·19
m
Fig. 1a Caractérisation par microscopie
de fluorescence UV/visible
Fig. 1b Caractérisation
par microscopie
Infrarouge.
50µm
.
0 .8
. ..
._.
• • • • . . • • • • .._,, 1
.
•
••
•
0.7
0.6
. . "·~-.··
... ··~
•
0.5
••
J
0.4
0.3 -./
•
Il
'~~~
.....
0.2
-"' ] IJ
~&-,
0.1
43011m
;~
.illl
~
~
•
•
1400
1200
1000
Nombre d'ondes lcm-1l
~~ ~
800
Vis11alisa1ion tridimensionne lle de l'indice d11 copoly m ère Sty rène/Butadiène (défini comme le rapport d e l 'aire
de la bande d 'absorption du copolymèr e à 965 c11r 1 s11r l 'aide de la bande d 'absorption c/11 bi111111 e à 1 376 c11r 1)
et de l 'image i11fraro11g e corresp ondante :
0
~
~ A
iii
.e<(~ J
••
•
••
•
0.10
0
~
@150
100
60
0
Fig. 1c - Exemple de cartographie chimique d 'un mélange physique de BmP.
0,50
B U LLETIN DE S LABORATOIRES DES P O NTS ET CHAUSSÉES · 220 - MARS-AVRIL 1999 · RÉF. 4257 · P P . 13· 19
L 'éche lle de 0,1 à 0,5, montre que la concentratio n e n butadi ène 1,4 do nc en polymère, varie
dans un rapport 1 à 5 selo n la position du point
considéré dans la fenêtre d ' observation de
l'échantillon - 0,1 pour la concentration la plus
faible en polymère observée, 0,5 pour la plus
forte . Ceci traduit une g rande hétérogé néité,
confirmant l'observatio n en microscopie de fluorescence. Deux hypothèses de microstructure
sont alo rs envisageables :
::» La présence de co polymè re da ns to ute la zone
d ' ana lyse en concentration plus o u moins for te
(continuum de concentration en copolymère).
::» La présence d ' un e population continue de
nodules polymériques de taille variable. La
résolutio n de la microscopie infrarouge en
m ode transmission n' autorisant pas l'analyse
d 'obje ts de taille infé rieure au diaphragme (40
µm * 40 µm) , la bande d 'absorptio n IR caractéris tique du copolymère est do nc représentative de la moyenne de la zone a na lysée sur le
trajet optique du fa isceau IR (s urface + épaisseur). Les observatio ns effectuées en micro scopie de fluo rescence UV/v isible rendent cette
deuxièm e hypothèse plus plausible.
Un autre intérêt de cette cartographie est de po uvoir
déte rminer les espèces chimiques du bitume piégées par le copolymère. Pour cela, théoriq ueme nt,
il est nécessaire de soustra ire le spectre du copolymère à la cartographie du BmP e t d 'étu dier la
cartographie résultante. Or, seule une soustractio n
po nc tuelle est accessible actue lle ment en cartographie . Par conséquent, le spectre d u copolymère
(enregistré dans les mêmes conditio ns de microscopie infraro uge) a été soustra it ponctuellement à
celui du Bm P étudié, da ns les cas respectifs
::» d' une zone ric he en copolym ère,
::» de la m atrice bitume environna nte .
H
H
Après in tégra tio n des spectres so ustra its, des
indices caracté ristiques des diffé rentes fo nctio nna lités et struc tures [3] o nt été calculés.
À partir uniquement des indices significativement différents, les espèces piégées par le copolymè re o nt pu ê tre identifiées : il s'agit princ ipalement d 'aromatiques peu condensés, su bstitués
par des alcanes linéaires (fig. 2).
Cette même approche microscopiq ue a été
appliquée à l' étude d'un mé lange bitume/copoly mère Styrè ne-Butad iène réti culé c hi mique ment in situ dans une deuxiè me étape (1 7].
Dans ce cas précis, par cartographie infrarouge, il n'est pas possible de dé tecter de
zones sig nificativement diffé rentes quant à
leur teneur en copolymère (fig. 3a) . L ' indice
du copolymè re s'avère en effet homogène sur
toute la zone d 'analyse. L'échelle de 0, 143 à
0,197 traduit une va ri atio n de la concentratio n
en polymère de 1 à 1,38, rendant compte
d ' une bonne ho mogénéité (fig . 3b). De mêm e,
ce BmP présente une fl uorescence ho mogène
(fig . 3c).
Conclusions
Afin de caractériser chimiquement in situ les
microphases en éq uilibre dans les bitum es
m odifiés par des polymères et comprendre
comment leur micro morphologie est affectée
par la composition chimique des bitumes et des
polymères, la m icroscopie infrarouge a été
développée conjo inteme nt à la microscopie de
fluo rescence U V/vis ible. Ces deux techniques
o nt été choisies po ur leur complém entari té :
détectio n et localisatio n pour la microscopie
optique de fluorescence UV/v isible et identificatio n pour la microscopie infrarouge.
L 'outil de microscopie-IRTF s'est ainsi révé lé
particulièreme nt pertinent pour une analyse chimique in situ, sans destruc tio n des équilibres
internes existant au sein des BmP. Par ce couplage, les élém ents de réponse suivants o nt é té
obtenus :
» présence, au sein des mélanges physiq ues, de
zo nes bitumineuses fo rtement enrichies en copolymère,
H
::» p résence
H
d ' une population continue
nodules polym é riques de taille va ri able,
de
::» répartition ho mogène (no tion relative au seui l
d 'observation) du copolymè re clans le cas d ' un
mélange phys ique réticulé in situ,
» caractérisatio n des espèces gonflan t le polyFig. 2 - Exemple de structure aromatique p eu condensée
e t substituée par des alcanes linéaires, pouva nt faire
gonfler le copolymère Styrène/Butadiène.
mère q ui seraie nt principaleme nt constituées
d ' arom atiques fa iblement condensés substitués
par des aliphatiques linéaires.
BULLET IN D E S LABORATO IRES DES PONTS ET CHAUSSÉES - 220 - MARS-AVRIL 1999 - R ÉF. 4257 - P P . 13-19
-
0.35
0.30
,,
0.25
320 ~1m
Fig. 3a Caractérisation
par microscopie
Infrarouge.
i.
0.20
0.15
j
0.10
1•
• [/
1,'
1'..' •
1\.. j
0.05 ~
- "" ~
1
1400
_ !\ A,,l/'o:f' J ~
1200
1000
Nombre d'ondes fcm-1l
800
Visualisation tridi111ensio1111elle d e l 'indice du copolymère Styrène/Butadièn e (défini comme le r apport de l'a ire
d e la bande d 'absorption du cop olymère à 965 cnr' sur l 'aide d e la bande d'abso1ption du bitume à 1 376 cnr')
e t de l 'image infrarouge correspondante :
8
D
••
g:
.~ .1
}g
ë<(
•
••
O•
<:>
-~
D
<!>
--.1\
/
-
111.·tcrofl) .
'~
&fres
,
~
•
\e">
~0"'
~,c,\O
0,143
<:>
0
0.197
I CO
50
Fig. 3b - Exemple de cartographie chimique d 'un mélange BmP réticulé.
Fig. 3c Caractérisation par microscopie
de fluorescence UV/ visible.
-':•
-• -
so 1.m
BULL ETI N DES LABORATOIRES DES PONTS ET CHAU SSÉES · 220 - MARS-AVRIL 1999 ·RÉF. 4257 - P P. 13 - 19
Ce couplage apparaît donc pertinent pour visualiser l' hétérogénéité éventuelle des bitumes
modifiés par des polymères. Cette technique est
également très efficace pour déterminer les
espèces chimiques des bitumes piégées dans les
réseaux de polymères. L' utilisatio n de cette tech-
nique est aussi envisageable pour suivre les
changeme nts de s tructure des produits au cours
du vieillissement, s ujet qui est l'objet d ' un travail de recherc he mené en collaboration entre le
laboratoire GOAE, le LRPC d'Aix-en-Prove nce,
le LCPC et le Centre de recherche Elf Solaize.
RÉFÉRENCES BIBLIOG RAPHIQUES
[ 1)
P ET ERSEN J.-C. (1986), Quantitat ive fun ct iona l
group ana lysis of aspha lts us ing diffe renti al
infrared spectrom etry a nd selective chemical
reactions : theory and applicat io ns, Tra115port
R esearc/1, 1096, pp. 1-11.
[2)
HUET J. (1989), Speclroscopie IR el composition
chimique g lobale des bit11111es en cours d 'évol111io11 dans les sec/ions roulières, Proceedings of
Euraspha lt and Eurob itume Congress, Madrid
6-9 May, paper 13, pp. 35-41.
PI E RI N ., KIS T E R J ., P L ANCHE J.- P. (1996)
Caractérisation s tructu rale des bitumes routie rs
par IRTF e t Fluorescence UV e n m ode excitation-émiss ion
synchrones,
A11alusis,
24,
pp. 113-1 22.
BRENNER o. (1984), Microscopie IR spectroscopy of coals, ACS of C he mistry a nd
C haracteriza tio n of Coal M ace ra ls, 252,
pp. 47-64.
(3)
[4)
[5 )
PA I NTER
P.C.,
STARS I N I C
M.,
SQU I RES
E. ,
bitumes thermoplastiques, 811ffe1i11 de liaison
des laboratoires des Ponls el Chaussées, 79,
pp. 11 - 14 .
[10) CARL R.T., SMITH M .J. (1990), Mate rial analysis by infrared micro imaging, Review of
Progress
in
Quantilative
Nondes/ructive
Evalua/ion , 9, pp. 1005-1010.
(11)
BOULDIN
M.G.,
C OLLINS
J. H ,
BERKER
A.
(1990), Rheology and microstructure of po lyme r/aspha lt bl ends, Rubber C!temical Tec/111ics ,
64, pp. 577-600.
(1 2)
RYAN
J .,
KW I A TKOSK I
J. ,
REFFNE R
J .A.
(1989), FTIR microscopy : diverging perspecti ves, American Laboralory , 2 1, 4, pp. 26-31.
[13)
(199 1), D iffractioninduced s tray light in infrared microspectroscopy and its effect on spatial resolut ion,
Applied Spectroscopy, 45, 10, pp. 1633- 1639.
[14 )
l-IARTHCOC K
M.A.,
ATKIN
S.C.
(1988),
lnfrared 111icrospec1roscopy : 1/teory and applicalio ns, Ed. Marcel Dekke r l nc., New York,
pp. 2 1-39.
(1983), Concerning the l 600 c m - 1
regio n in th e IR spectru m of coal, Fuel, 62,
pp. 74 2-744.
DAVIS A.A.
SOMMER A.J ., KAT ON J.E.
[6)
C L A RK D.A.
(1992), Fo urie r Transform In fra red
Microscopy : a furth er dim ensio n in s mall
sample a na lysis , A11aly1ica Proceedings, 29, 3,
pp. 110-111 .
(15 )
KELLOMÀKI
A .,
KORHONE N
M.
(1996),
Dispe rs io n of po lyole fins in b itumen by means
of ta ll oil pitch and m icroscopie c ha racterization
of mixes, F uel, 75, 7, pp. 896-898.
[7)
FOST E R B ., MULLIGAN R.
(1993), Focus o n
microscopy : integrat ing flu orescence a nd FTIR
micros copy, A 111erican Labora101y, 25, 17,
pp. 44-45.
[16)
[8]
KRUEGER D. (1993), Applicatio ns of lig ht
microscopy, Microscopie and Spec/roscopic
!111ag ing of lite cf1e111ical s/al e, Ed. Marcel
D ekker !ne. , New York, pp. 21-32.
B RULE B ., BRION Y . (1986), Associatio n bitum es-polymères : re lations e ntre la composi tio n,
la struc ture et les prop riétés, 811ffe1in de liaison
des laboraloires des Ponts et Chaussées, 145,
pp. 45-52.
(1 7)
M UN C Y H. , K IN G G ., PRUDH O MME J. B. (1987),
The improved rheological prope rtie s of Pol ymer
Mod ifi ed Asphalts, A sphall R!teology : re la 1io11s!tip to mixture, ASTM Special Tecft11 ical
P11blica1ion 941 (P!tifadelp!tia), pp. 146-165.
[9)
BRULE B ., D RUON M . (1975), La microscopie
de flu o rescence appliquée à l' observatio n de
ABSTRACT
A new approach to the chemicai characterization of modified binders by infrared microscopy
V. MOUILLET, J . KISTER , D. MARTIN, J.-P. PLANCHE, C. SCRAMONCIN, C. SAURY
Polymer-modified bitumens a re composite materia ls whose complex structure depends, in particular, on the n ature
and concentration of the po lymer, the chemical composition of the bitumen a nd the observatio n temperature.
This study has attempted to determine the chemical species in the b itumen which cause the polymer to swell and are
thus responsible f or stabilizing polymer-modified bitumens. lnfrared microscopy h as been u sed to perform chemical
mapping of the samples. Many po lymer-modified bitume ns possess polymer-rich ragions with a concentration gra dient.
At the scale observation was conducted the polymer in the sample appears to b e a continu um (not observed with the
conventiona l tech nique for charact erizing polymer-modified bitumen using UV fluorescence m icroscopy).
lnfra red microscopy also provides a means of determining the chemical species that are trapped by the polymer: in
the case of the studied samples the swe lling agents are mostly aromatic hydrocarbons w ith little condensation in
which substitution by linear aliphatic hydrocarbons has occurred.
BULLETIN D ES LA BORAT O IRE S D ES P O N TS ET CHAU SSÉE S · 220 · M A RS-AVR IL 1999 · R ÉF. 4 257 . PP. 13 · 19
-