T10-PAPER-P7-Enrobés tièdes-C Giori - abr-bwv

EVALUATION ET APPLICATION
D’ENROBES TIEDES
CLAUDE GIORGI
MWV Europe
STEPHANE BAKOWSKI, LAURENT DIEU
Eurovia Belgium
FREDERIC DELFOSSE
Eurovia Management
RESUME
Cet article présente la réalisation d’un
enrobé tiède à module élevé par la société
EUROVIA sur un chantier autoroutier en
France. Les résultats de l’étude laboratoire
montrent des performances identiques entre
l’enrobé chaud de référence et l’enrobé
tiède, validés par des performances sur
matériaux prélevés in situ (par carottages).
Des mesures au poste d’enrobage, de la
consommation d’énergie et des émissions
de gaz, ainsi que sur le chantier montrent
l’apport de tels enrobés par rapport aux
techniques à chaud traditionnelles.
Dit artikel handelt over de realisatie van
warm asfalt van het type “EME – AVS” op
een Franse autoweg door de firma
EUROVIA.
De
resultaten
van
de
laboratoriumstudie tonen identieke prestaties
voor
het
klassiek
geproduceerde
referentiemengsel als voor het warm asfalt;
dit werd gevalideerd aan de hand van de
prestaties van materiaal dat op de werf werd
ontnomen (via kernboringen). Metingen van
energieverbruik en emissies van gassen,
uitgevoerd zowel op de asfaltplant als op de
werf, tonen de voordelen van deze mengsels
t.o.v. de klassieke technieken.
1
1.
INTRODUCTION
Dans un contexte où les pressions énergétiques et environnementales sont de plus en plus
présentes, la baisse de température des enrobes bitumineux à chaud est devenue une des
préoccupations majeures des acteurs de l’industrie routière à travers le monde. Eurovia et
Meadwestvaco se sont associés depuis 2007 pour assurer le développement des enrobés
tièdes en Europe et plus particulièrement en France. Cette collaboration s’est concrétisée
par la réalisation de plus de 3 millions de tonnes d’enrobés tièdes en Europe, dans des pays
comme l’Espagne, le Royaume-Uni, la République Tchèque, la France et la Belgique
(société Van Wellen – chantier près de Craeybeckx tunnel à Anvers).
Le procédé retenu pour la réalisation des 2 chantiers décrits dans le présent article est la
technologie EVOTHERM DAT (Dispersed Asphalt Technology) brevetée par MWV en 2005.
Cette technique permet de diminuer de 50°C la température des enrobés bitumineux. Elle
consiste à injecter une solution aqueuse à 12% en additif dans la ligne bitume de la centrale
d’enrobage. Le ratio entre le bitume et la solution aqueuse est 95 :5.
Illustration 1: Point d’injection de la solution aqueuse dans la ligne bitume
Le présent article se propose d’illustrer les performances en laboratoire et sur le chantier de
tels enrobés à l’occasion de la réalisation d’un enrobé à module élevé à base de bitume dur
20/30 et de 20% d’agrégats d’enrobés. Les aspects énergétiques et environnementaux
seront aussi illustrés par le retour de mesures effectuées in-situ pendant la réalisation du
chantier.
2.
PERFORMANCE EN LABORATOIRE: Etude de niveau 3
Une étude de niveau 3 a été menée en laboratoire pour évaluer les performances du
mélange tiède. Pour information, le mélange a été fabriqué à 115°C et les différentes
éprouvettes ont été confectionnées à 110°C pour les différents tests.
La formule de l’enrobé est la suivante (EME 0/14 cl2):
- 6/14 calcaire
34.9%
2
- 0/6 calcaire
- Filler
- Agrégats
- Bitume (20/30 pen)
- Solution aqueuse à 12% d’additif
38.8 %
1.9%
19.5%
4.62% (teneur en bitume totale: 5.7%)
0.28%
Le tableau ci-dessous résume les performances obtenues sur l’enrobé tiède et celles
obtenues en vis à vis sur l’enrobé chaud de référence.
Tests
HMA
GSC test
V100
Duriez test (NF EN 12697-12)
% Voids
CD (kPa)
Cw (kPa)
I/C (%) = 100 * Cw/CD
Rutting test (NF EN 12697-22)
% at 30 000 cycles
Void content (%)
Modulus (NF EN 12697-26)
Void content (%)
E à 15 °C, 10 Hz (MPa)
EME 0/14
Evotehrm DAT
Specifications (NF EN 13108-1)
2,5
2,7
<6
5,3
15 900
13 200
83
5,4
15 500
11 600
75
> 70
2,3
4
2,1
4
< 7,5
3 to 6 %
3,4
17 100
3,5
16 700
> 14 000
Illustration 2: Etude de formulation de l’EME 0/14 cl2
Toutes les propriétés mesurées sont en accord avec la norme NF EN 13108-1, qui spécifie
les niveaux de performances pour ce type de mélange hydrocarboné.
En dépit des températures basses de fabrication et de confection des mélanges, on peut
noter la très bonne maniabilité (2,7% de vides à 100 girations) ainsi que les excellentes
propriétés mécaniques de ces derniers.
Ces caractéristiques mettent en exergue le bien fondé du procédé ainsi que les niveaux de
performances des additifs utilisés, notamment sur la tenue à l’eau du mélange.
3.
FABRICATION DU MELANGE EN CENTRALE
3.1.
TEMPERATURES ET ECONOMIES D’ENERGIE
Le mélange a été fabriqué sur une centrale de type continue, TSM 21.
Afin d’évaluer les gains énergétiques et environnementaux, des mesures ont été réalisées
sur une journée complète de fabrication du mélange, en tiède.
Le deuxième jour, les mêmes mesures ont été réalisées sur l’enrobés chaud de référence,
de la même manière, sur une journée complète de fabrication.
3
L’enrobé tiède a été fabriqué à 117°C en moyenne. Le tableau ci-dessous reprend les
résultats des mesures effectuées sur les 2 mélanges chaud et tiède.
Production en tonne/heure
Puissance du brûleur (%)
Température de fabrication (°C)
Température de fumées (°C)
Tonnes produites
Consommation de fuel en kg/tonne*
Economie d’énergie (%)
HMA
195
71
175-180
152
204
6.45
WMA
180
46
115 -120
107
465
4.2
-35%
*relevé sur un compteur vomumétrique de sortie de la cuve du fuel du poste d’enrobage
Illustration 3 : Paramètres de fabrication de l’EME 0/14 cl2
Afin de limiter le colmatage des filtres, les températures de fumées ont toujours été
supérieures à 100°C. Le fait le plus remarquable est certainement la baisse de température
obtenue (plus de 55°C) ainsi que la baisse de consommation ( -35%) de fuel par rapport à
l’enrobé chaud de référence.
3.2.
MESURES ENVIRONMENTALES LORS DE LA FABRICATION
Depuis les accords de KYOTO, l’émission des gaz à effet de serre (GES) est devenue une
des préoccupations majeures des pays industrialisés. La profession routière française s’est
personnellement engagée dans cette voie en signant dès 2009 avec le MEEDDAT un accord
de principe sur la réduction des GES d’un tiers à l’horizon 2020.
Le syndicat de la profession, l’USIRF, est allé encore plus loin en recommandant dans un
note du 1er Mars 2012 une utilisation systématique des enrobés tièdes, le chaud ne devant
plus que devenir une exception à la règle pour certains cas particuliers.
Aussi, nous avons voulu profiter de la réalisation de ce chantier pour mesurer les niveaux de
GES lors de la fabrication des différents mélanges. Les résultats sont rassemblés dans le
tableau ci-dessous :
Flux gazeux sec
HMA
128
Evotherm DAT
142
8.2
6.2
-22.5%
0.037
-10%
0.14
-34%
Dioxyde de Carbone
Nm3/ tonne
d’enrobés
% flux gazueux
Dioxyde d’azote
Kg/tonne d’enrobés
0.041
Monoxyde de
Carbone
Kg/tonne d’enrobés
0.212
Illustration 4 : Mesures Environnementales
4
Ces mesures sont bien sûr liées à la configuration de l’outil de production, notamment au
type de brûleur utilisé sur la centrale. Ces derniers sont optimisés pour délivrer des
performances et des rendements pour des mélanges à chaud. Lorsque l’on fabrique des
enrobés tièdes, ils travaillent alors dans leur plage basse, non optimisée pour ces
températures.
Dans ces conditions les résultats sont toutefois remarquables avec une baisse significative
de chaque famille gazeuse de -10 à -35% selon les cas. On peut imaginer les gains apportés
lorsque les centrales auront leurs bruleurs optimisés pour ces nouvelles gammes de
températures.
4.
MISE EN ŒUVRE DU MELANGE
Les conditions de mise en œuvre ont été idéales avec un temps clair et sec et une
température extérieure de 26°C ; La température relevée au sol était de 35°C environ.
Les enrobés ont été mis en œuvre par l’utilisation de deux finisseurs côte à côte afin
d’appliquer le mélange sur toute la largeur de la chaussée.
Le temps de transport entre la centrale et le chantier était d’une heure.
Les modalités de compactage ont consisté en la réalisation de 10 passes de compacteur à
pneus de type P0 et par le passage ensuite, de 8 passes de cylindre vibrant de type VT2.
Illustrations 5 et 6 : Aspect et température du mélange lors du compactage
La mise en œuvre s’est déroulée sans problème avec une température s’étalant entre 105 et
90°C lors du compactage. Les pourcentages moyens de vides mesurés au gammadensimètre ont montré des valeurs autour de 4.5 – 5%.
Toujours dans le même esprit de pousser la comparaison au maximum entre les deux
techniques à chaud et tiède, nous avons réalisé une campagne de carottage sur deux
5
sections du chantier afin de comparer les performances mécaniques de chacun des
enrobés.
Ces carottes ont été ramenées au laboratoire et testées afin d’en mesurer le module et le
pourcentage de vides.
Les valeurs sont rassemblées dans le tableau suivant :
EME- HMA
EME- Evotherm DAT
Specifications
NF EN 13108-1
NF EN 12697-7
% void content
4,2%
4,7 %
NF EN 12697-26
E*15°C – 10 Hz
15 456 MPa
14 930 Mpa
<6%
> 14 000 MPa
Illustration 7: Performances mécaniques des carottes prélevées sur chantier
Les performances mesurées sont en accord avec l’étude menée au laboratoire
préalablement au chantier, et en tout point conformes aux spécifications requises par le
norme EN 13108-1. Si on pense que près de 60°C séparent la température de fabrication
des deux mélanges, ces résultats peuvent être considérés comme tout à fait remarquables.
5.
CONCLUSION
Ce chantier a été l’occasion de comparer en détails les performances en laboratoire et sur le
terrain d’une même formule d’enrobé selon le procédé traditionnel à chaud et un procédé
performant à plus basse température.
L’idée était de s’assurer des performances de l’enrobé tiède non pas sur une formule
classique d’enrobés, mais sur un mélange à module élevé, avec un bitume dur et des
agrégats d’enrobés. La baisse de température de près de 60°C obtenue ainsi que les
performances mécaniques du mélange permettent de valider la technique tiède retenue.
Depuis, l’emploi de cette technique s’est généralisée, avec trois millions de tonnes d’enrobés
tièdes appliqués en Europe et plus de vingt millions de tonnes à travers le monde entier, rien
que pour l’année 2012.
Ces performances combinées avec les gains environnementaux et le confort apporté aux
équipes sur le chantier, devraient finir par convaincre les personnes les plus réfractaires à la
généralisation des enrobés tièdes.
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6
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