Technologies d`asphaltage à l`aide de béton bitumineux tiède : point

Technologies d’asphaltage à l’aide de béton bitumineux tiède : point de
vue d’un entrepreneur en construction routière
Jean-Martin Croteau, ing.
gestionnaire, Quality Systems and Technical Development Works Alberta Ltd.
Edmonton, Alberta
Bernard Tessier, ing., MBA
directeur technique, Liants et Recherche et développement, Sintra Inc.
Montréal, Québec
Document préparé à des fins de présentation dans le cadre de la séance « Warm Asphalt
Technology as a Sustainable Strategy for Pavements » de la Conférence annuelle 2008 de
l’Association des transports du Canada
RÉSUMÉ
L’industrie de l’asphaltage cherche constamment à mettre en œuvre des perfectionnements
technologiques qui permettront d’améliorer le rendement des matériaux, de renforcer l’efficience
des éléments de construction, de conserver les ressources et d’améliorer la gérance
environnementale. En raison des règlements actuels et imminents sur les émissions et la
conservation de l’énergie, il devient intéressant de réduire la température du processus de
production du mélange d’asphalte. Il est possible de le faire avec le béton bitumineux tiède
(BBT); plusieurs systèmes de production ont été élaborés, notamment : le moussage, les
émulsions, les adjuvants et les liants synthétiques. Le BBT est produit à des températures de 20 à
40 ºC plus basses que le béton bitumineux à chaud (BBC).
En ce qui a trait à la production et à l’application de mélanges d’asphalte à une température plus
basse, l’avantage immédiat est la réduction de la consommation d’énergie, des émissions de gaz à
effet de serre, des vapeurs et des odeurs produites à l’endroit de la centrale et des travaux
d’asphaltage. Par ailleurs, les avantages techniques sont considérables, soit, entre autres, la
diminution du durcissement du liant à court terme, la réduction de la tendance à la craquelure du
mélange, la hausse possible du pourcentage d’asphalte récupéré dans les mélanges d’asphalte
neufs et le prolongement possible de la saison de la construction.
Le présent document donne un aperçu de l’actuelle façon de travailler avec le BBT. Un examen
des divers systèmes de production de BBT est présenté. Les conclusions de diverses études sur le
rendement sur le terrain observé et mesuré et sur les avantages environnementaux en matière de
conservation d’énergie et de réduction des gaz à effet de serre sont aussi présentées en détail dans
le document.
2
1.0
INTRODUCTION
L’industrie de l’asphaltage cherche constamment à mettre en œuvre des perfectionnements
technologiques qui permettront d’améliorer le rendement des matériaux, de renforcer l’efficience
des éléments de construction, de conserver les ressources et d’améliorer la gérance
environnementale. En raison des règlements actuels et imminents sur les émissions de gaz à effet
de serre, sur les vapeurs et les odeurs ainsi que sur la conservation de l’énergie, il devient
intéressant de réduire la température du processus de production et d’application du mélange
d’asphalte. Il est possible de le faire avec le concept du béton bitumineux tiède (BBT). Le BBT
est produit à des températures de 20 à 40 ºC plus basses que le béton bitumineux à chaud (BBC)
habituel.
À l’échelle mondiale, on accorde une place importante au BBT, et plusieurs systèmes ont été
élaborés pour diminuer les températures du mélange bitumineux sans compromettre le processus
industriel de production de revêtements asphaltiques. Ces systèmes ont les objectifs suivants :
obtenir l’enrobage complet de l’agrégat à une température de malaxage inférieure; obtenir la
densité en conservant un rendement équivalant ou supérieur au BBC à des températures
ambiantes. On obtient un enrobage complet soit en réduisant la viscosité du liant ou en ajoutant
des adjuvants qui favorisent le mouillage complet de l’agrégat à une température de malaxage
inférieure. Les systèmes de production de BBT peuvent être regroupés en une catégorie ou
divisés en une combinaison des catégories suivantes : techniques liées à l’eau (moussage et
émulsions); adjuvants (organiques ou chimiques); technologies de malaxage de liants; liants
synthétiques.
En ce qui a trait à la production et à l’application de mélanges d’asphalte à une température plus
basse, l’avantage immédiat est la réduction de la consommation d’énergie; s’ajoute à cela la
diminution des émissions de gaz à effet de serre, des vapeurs et des odeurs produites à l’endroit
de la centrale et des travaux d’asphaltage. Par ailleurs, les avantages techniques peuvent être
considérables, soit, entre autres, la diminution du durcissement du liant à court terme, la réduction
de la tendance à la craquelure du mélange pendant le compactage, la hausse possible du
pourcentage d’asphalte récupéré dans les mélanges d’asphalte neufs et le prolongement possible
de la saison de la construction.
Les gains énergétiques découlant de la réduction de la consommation de carburant pour le
séchage du matériau sont de l’importance de 20 % par comparaison avec le processus de
production d’asphalte à chaud traditionnel. La réduction des émissions de gaz à effet de serre est
aussi importante que les gains énergétiques. Alors que le BBT apporte de nouvelles possibilités,
comme un plus grand contenu en matières asphaltiques recyclées, on s’attend à ce que les
avantages sur le plan environnemental augmentent aussi. Le BBT donne la possibilité à
l’industrie de la construction routière d’améliorer le rendement, l’efficience et la gérance
environnementale de façon à obtenir une efficience environnementale à l’échelle mondiale.
Le présent document donne un aperçu de l’actuelle façon de travailler avec le BBT. Un examen
des divers systèmes de production de BBT est présenté. Les conclusions d’études européennes, et
de travaux de recherche nord-américains en cours, sur le rendement sur le terrain observé et
mesuré et sur les avantages environnementaux en matière de conservation d’énergie et de
réduction des gaz à effet de serre sont aussi présentées en détail dans le document.
3
2.0
CONTEXTE
Pour comprendre l’intérêt mondial à l’égard de l’élaboration de technologies de BBT, on peut
remonter à deux événements distincts : en 1992, les discussions des Nations Unies sur
l’environnement; en 1996, l’examen par l’Allemagne de la possibilité de diminuer les limites
d’exposition aux vapeurs d’asphalte. Les discussions des Nations Unies ont mené à l’Accord de
Kyoto de 1997, qui a officialisé l’engagement pris par les pays signataires consistant à réduire les
émissions de gaz à effet de serre aux niveaux de 1990, tandis que l’examen par l’Allemagne des
limites d’exposition aux vapeurs d’asphalte a mené à l’établissement d’une tribune en partenariat
(la tribune allemande BITUMEN) pour discuter des points examinés. Il est devenu évident que la
solution passait par la réduction des températures de malaxage et d’application, ce qui a lancé le
processus d’élaboration des concepts et des technologies de production du BBT.
Les premiers essais ont été effectués entre 1995 et 1999 en Allemagne et en Norvège. La
première application sur une voie publique a été réalisée en Allemagne en 1999 en utilisant le
système zéolitique Aspha-min®. L’arrivée des concepts de BBT et des divers systèmes au Canada
est étroitement liée au calendrier des activités de rayonnement et des essais sur le terrain aux
États-Unis. Les premiers essais américains ont eu lieu à l’automne 2004, tandis que les premiers
essais canadiens ont été effectués en 2005 en Alberta, en Ontario et au Québec. Cinq systèmes
différents ont été mis à l’essai au Canada en 2005, soit le système zéolitique Aspha-min®,
Sasobit, Evotherm, BBT (béton bitumineux tiède) et Colas 3E DB. Les premiers documents
canadiens sur le BBT ont été présentés à l’Association canadienne des techniques de l’asphalte
(ACTA) en 2006. En 2007, des essais ont eu lieu dans cinq provinces en appliquant sept
processus différents.
Des deux côtés de la frontière, le désir d’élaborer des technologies de production de mélanges
tièdes et les efforts en ce sens présentent des similitudes avec les travaux de rayonnement et les
travaux techniques des années 1990 sur les produits SHRP et C-SHRP. Toutefois, contrairement
aux produits SHRP et C-SHRP, qui ont mené à l’utilisation de liants PG et du système de
formulation Superpave, les initiatives relatives au BBT ne relèvent pas d’une administration
centrale et ne se limitent pas à l’Amérique du Nord. Par conséquent, en 2005, un groupe de travail
technique du milieu industriel/administratif a été formé aux États-Unis pour recueillir et distribuer
de l’information sur les progrès relatifs au BBT et pour fournir des directives et des normes sur la
collecte de données pour les essais sur le terrain. Le Canada suit de près les travaux qui se font
aux États-Unis. Les initiatives de rayonnement et de développement sont toujours associées de
façon individuelle à des organismes provinciaux et municipaux de l’industrie de la construction
routière bien que des discussions aient eu lieu à l’échelle nationale par l’entremise de
l’Association canadienne des techniques de l’asphalte et de l’Association des transports du
Canada.
3.0
AVANTAGES SUR LE PLAN ENVIRONNEMENTAL
Comme l’indique l’introduction, l’avantage immédiat évident de la baisse des températures de
production et d’application des mélanges d’asphalte est le gain au niveau de la réduction des
besoins énergétiques à l’installation de malaxage. Avec la diminution de la température de
production viennent d’autres avantages : la réduction des émissions de gaz à effet de serre, des
vapeurs et des odeurs produites à l’endroit de la centrale et des travaux d’asphaltage, ce qui a
déclenché le processus d’élaboration de mélanges tièdes, comme le rapporte la section
précédente. À mesure que les essais se déroulent, de nombreux avantages au niveau de
l’asphaltage et au niveau technique sont constatés, notamment la réduction du durcissement du
4
liant à court terme, une plus grande compactabilité du mélange, une hausse possible du
pourcentage d’asphalte récupéré dans les mélanges d’asphalte neufs et une durée de compactage
plus grande dans des conditions climatiques plus difficiles.
3.1
Économies d’énergie et réduction des émissions de gaz à effet de serre
Les économies d’énergie observées dans les essais sur le BBT se situaient entre 20 et 35 % à la
centrale selon le système de BBT, le taux d’humidité de l’agrégat et le type/l’efficience de la
centrale. Les économies d’énergie peuvent représenter l’équivalent d’un volume de 1,5 à 2,0 litres
de carburant par tonne de matériau. Les économies d’énergie totales sont plus grandes encore
avec le recyclage. La réduction des émissions de gaz à effet de serre est étroitement liée à la
réduction dans la consommation d’énergie, soit des réductions de 20 à 35 % en équivalent CO2,
ce qui équivaut à quelque 4,1 à 5,5 kg d’équivalent CO2 par tonne de mélange.
L’« EcologicieL » élaboré par Colas SA pour comparer la consommation d’énergie et les
émissions de gaz à effet de serre de diverses structures de chaussée indique qu’un BBT avec un
taux d’asphalte recyclé de 15 % pour la couche de surface (50 mm) et de 25 % pour la couche de
base (100 mm) peut réduire potentiellement les besoins énergétiques totaux de 34,6 mégajoules,
ce qui équivaut à environ un litre de carburant diesel par mètre carré par comparaison avec la
même structure de chaussée constituée de matériau bitumineux traditionnel (Figure 1). Les
données produites par l’« EcologicieL », qui se trouvent à la Figure 2, indiquent que la réduction
des émissions en équivalent CO2 pourrait être d’environ 2,4 kg/m2 pour la structure de BBT
recyclée comparativement à la structure traditionnelle.
Le Canada consomme approximativement entre 35 et 40 millions de tonnes de BBC par année;
par conséquent, les économies d’énergie possibles sont d’environ 65 millions de litres de
carburant, ce qui équivaut à 2 000 citernes de carburant pleines. La réduction des émissions de
gaz à effet de serre serait de l’ampleur de 1,8 million de tonnes d’équivalent CO2.
5
Figure 1 – Données de l’« EcologicieL » comparant la consommation d’énergie (MJ/m2) du BBC
vierge traditionnel (structure 1), du BBC recyclé (structure 2) et du BBT recyclé (structure 3)
Figure 2 – Données de l’« EcologicieL » comparant les émissions de gaz à effet de serre en
équivalent CO2 (kg/m2) du BBC vierge traditionnel (structure 1), du BBC recyclé (structure 2) et
du BBT recyclé (structure 3)
6
3.2
Réduction des vapeurs d’asphalte
La baisse des températures pour les processus de malaxage et d’application des mélanges
bitumineux entraîne des gains importants au niveau de la réduction des vapeurs d’asphalte. Des
observations visuelles du BBT pendant l’application démontrent clairement une réduction des
vapeurs d’asphalte (Photo 1). Des rapports conservateurs indiquent une diminution de l’ampleur
de 30 %, tandis que d’autres études plus optimistes rapportent des réductions pouvant atteindre
90 % derrière le finisseur. La tribune allemande BITUMEN a demandé plusieurs études
concernant l’exposition aux vapeurs et aux particules en suspension de bitume pour le mastic
d’asphalte et le BBC. Des études réalisées pour cette tribune [1] révèlent que l’exposition à du
BBT mélangé à 130 °C pourrait être d’au moins 50 pour cent moins importante que l’exposition
type à du BBC mélangé à 160°C.
Photo 1 – Travaux d’asphaltage à l’aide d’un mélange tiède
4.0
AVANTAGES RATTACHÉS À L’ASPHALTAGE
Plusieurs avantages rattachés à l’asphaltage ont été signalés pour le BBT, notamment que ce
produit facilite le compactage, le transport, le recyclage à un rythme plus rapide, la mise en place
de plusieurs levers dans un court délai et l’application de matériaux bitumineux sur des souscouches fissurées sans créer de bosses.
4.1
Compactage
Les technologies liées au BBT facilitent le compactage. Certains systèmes ont été décrits comme
étant des « améliorants du débit » qui permettent d’améliorer la « compactabilité » des mélanges
bitumineux même dans des conditions difficiles de vent et de froid. L’objectif des systèmes de
BBT est de modifier la relation entre la température et la viscosité de manière à obtenir une
viscosité adéquate au malaxage et au compactage à des températures plus basses en conservant
7
une viscosité appropriée aux températures de service. Le concept associé à la modification de la
relation température/viscosité des systèmes de BBT types est présenté à la Figure 3.
La fourchette de températures pour le compactage en laboratoire des liants purs est souvent
définie en utilisant des tableaux de température et de viscosité. La viscosité optimale qui est
recommandée pour le liant pur à l’étape du compactage est la suivante : 0,28 ± 0,03 Pa-s (280 ±
30 centistokes) [2]. Le délai de compactage correspond plus ou moins à la période de temps
associée à la baisse de température entre environ 140 °C et 90 °C pour le BBC traditionnel [3].
Plusieurs facteurs peuvent faciliter le compactage : une fourchette de températures plus grande
pour les systèmes de BBT, une viscosité du liant plus faible à l’intérieur de la fourchette de
températures de compactage et le taux moindre de perte de chaleur à des températures plus
basses. On avance également qu’il pourrait y avoir un effet de lubrification avec certains
adjuvants [4].
La compactabilité accrue des « améliorants du débit » peut présenter des avantages autres que le
simple fait de faciliter le compactage sur le terrain. Il a été énoncé que la densité accrue associée
aux « améliorants du débit » entraînera une meilleure résistance autant à l’orniérage qu’à la
fatigue. Il a même été avancé qu’il pourrait être nécessaire de revoir la volumétrie des
formulations existantes pour profiter pleinement de la réduction de la viscosité et des effets
connexes de la densité accrue de certains types de systèmes de BBT [4].
Figure 3 – Modification de la relation entre la température et la viscosité du liant
8
4.2
Transport
Le BBT facilite le transport. Les contraintes sur le plan du transport et les distances peuvent nuire
à l’application de mélanges de BBC traditionnels. D’une certaine façon, le délai de transport
empiète sur une partie du délai de compactage du BBC. Cette situation peut causer un problème
de constructibilité majeur quand les températures de malaxage et d’application sont relativement
proches. La hausse de la température de malaxage pour compenser le long transport n’est pas une
solution viable puisqu’une température de malaxage accrue est susceptible d’endommager le
liant. Le BBT donne une plus grande flexibilité; il est possible d’accroître la température de
malaxage au-dessus de la « température de malaxage du BBT » (mais sous la température de
malaxage du BBC) en causant seulement des dommages limités au liant. Par conséquent, la
température de malaxage peut être réglée pour compenser le long délai de transport en conservant
une maniabilité du BBT acceptable à la fin du transport pour ce qui est de l’application et du
compactage.
4.3
Recyclage
Le taux de recyclage est fortement influé par la quantité de chaleur qui peut être transférée à
l’asphalte récupéré. Le transfert de chaleur peut être « conductif », comme un agrégat surchauffé
vers l’asphalte récupéré, ou « convectif », comme des gaz chauds vers l’asphalte récupéré. Le
transfert de chaleur « conductif » est souvent le premier choix puisque l’émission de vapeurs
d’hydrocarbures (« fumée bleue ») est limitée. Le transfert de chaleur « conductif » permet de
recycler jusqu’à environ 35 % dans des conditions idéales dans des centrales de dosage et des
centrales d’enrobage de type tambour sécheur enrobeur à contre-courant traditionnelles. Il est
possible de transférer davantage de chaleur à l’asphalte recyclé avec la méthode « convective » en
utilisant des centrales d’enrobage de type tambour sécheur enrobeur à co-courant ou des sécheurs
d’asphalte recyclé, mais certains systèmes de contrôle des émissions sont requis pour capter et
brûler les vapeurs d’hydrocarbures.
Le BBT facilite un taux de recyclage plus élevé puisqu’il permet de transférer davantage de
chaleur conductive entre les agrégats surchauffés et l’asphalte recyclé. Dans un agrégat
surchauffé, une certaine quantité d’énergie est emmagasinée; quand l’agrégat entre en contact
avec l’asphalte recyclé mouillé froid, l’énergie provenant de l’agrégat surchauffé est transférée
pour sécher et réchauffer l’asphalte récupéré. Avec le BBC traditionnel, la température
d’équilibre cible entre les agrégats surchauffés et l’asphalte récupéré est habituellement de
160 °C, tandis que, pour le BBT, la température d’équilibre cible peut généralement être de 30 °C
inférieure. Par conséquent, la température de malaxage plus basse permet de transférer davantage
d’énergie emmagasinée dans l’agrégat surchauffé vers l’asphalte recyclé. Des taux de recyclage
du BBT dans les 50 % ont été signalés avec le transfert de chaleur de type « conductif » [5].
On constate que, pour le recyclage du BBT, les contraintes peuvent différer de celles rattachées
au recyclage du BBC. On a démontré que la baisse de la température de malaxage diminue
également le vieillissement du liant ajouté. Par conséquent, on s’attend à ce que les liants
mélangés, le liant d’asphalte récupéré ou le nouveau liant, aient des propriétés qui puissent
différer de celles du même mélange de liant obtenu par le processus du BBC. Il a été avancé que
le processus du mélange tiède pourrait aider à régénérer le liant d’asphalte recyclé d’une façon se
comparant à l’utilisation d’un liant plus mou dans le processus de BBC. À mesure que des
connaissances sur le BBT seront acquises, on prévoit qu’il pourrait s’avérer nécessaire d’élaborer
des lignes directrices précises sur le recyclage du BBT.
9
4.4
Coulage et retour de la circulation
Pour la plupart des systèmes de BBT, la température du matériau bitumineux à la fin du
compactage est plus basse que celle du BBC en plus de se rapprocher davantage de la température
de service. Ainsi, l’utilisation de BBT permet un retour rapide de la circulation. Pour les mêmes
raisons, de multiples levers de BBT peuvent être placés les uns sur les autres à l’intérieur d’un
court délai. Il s’agit d’un avantage net lorsqu’il est nécessaire de couler des charges complètes de
matériau bitumineux dans une tranchée à l’intérieur d’un court délai.
Le BBT produit à l’aide d’adjuvants organiques fonctionne différemment, mais les résultats sont
équivalents. Les adjuvants organiques sont aussi appelés « produits de remplissage intelligents »
puisqu’ils accélèrent le débit aux températures de malaxage et de compactage et augmentent la
raideur à des températures sous le point de congélation (solidification) de 100 °C [6]. La réfection
de l’aéroport de Francfort en Allemagne est souvent citée en exemple pour décrire l’avantage
d’utiliser des « produits de remplissage intelligents ». Des gâchées de BBT profondes (d’une
épaisseur de 500 mm) ont été coulées à l’intérieur d’un délai de 7,5 heures; la circulation
d’aéronefs a repris immédiatement après les travaux sans que le revêtement ne se déforme.
4.5
Coulage sur une sous-couche fissurée
On a constaté qu’il est possible d’appliquer du BBT sur une sous-couche fissurée avec peu ou pas
d’effets nuisibles. La chaleur provenant du BBC cause potentiellement une dilatation au niveau
de la fissure, ce qui fait remonter le tapis et entraîne la formation de bosses; par contre, la
température moindre du BBT limite la dilatation et, par le fait même, le risque de bosses.
5.0
RENDEMENT
Les données sur le rendement recueillies en Europe et en Amérique du Nord indiquent que le
BBT donnera un rendement équivalant à celui du BBC traditionnel ou peut-être même supérieur à
celui-ci. Les premiers revêtements de BBT ont été appliqués en Allemagne au milieu des années
1990, tandis que, en Amérique du Nord, les premiers revêtements de ce genre sont en service
depuis 2004. Le BBT suscite beaucoup d’intérêt à l’échelle mondiale, et le milieu de la recherche
cherche résolument à fournir de l’information sur le rendement de divers systèmes de BBT. Les
rapports techniques portent sur des systèmes précis, mais, en général, ils signalent tous ce qui
suit :
 la densification du BBT est meilleure;
 il n’y a aucun effet négatif sur la raideur du mélange;
 il n’y a aucun effet négatif sur la résistance à l’orniérage;
 le délai de séchage est plus court;
 le liant se durcit moins;
 la résistance au craquage thermique est parfois meilleure;
 il faut prêter attention aux dommages causés par l’humidité;
 les systèmes de BBT peuvent être utilisés avec n’importe quel type de mélange;
 les effets sur les propriétés du liant dépendent du liant et du système.
10
5.1
Densification
Plusieurs études ont évalué précisément la densification en laboratoire et sur le terrain des
systèmes de BBT par comparaison avec le processus de BBC. De façon générale, il est ressorti
que des densités équivalentes ou supérieures sont obtenues avec le BBT par comparaison avec les
mélanges de BBC équivalents. Conformément à ce qui est indiqué précédemment, l’objectif de la
plupart des systèmes de BBT est d’obtenir un liant dont la viscosité permet l’enrobage de
l’agrégat à une température de malaxage inférieure. La viscosité visée pour le liant du BBT peut
être équivalente à la viscosité du liant pour le BBC. Cependant, la diminution de la température
de malaxage ralentit également le vieillissement du liant. Par conséquent, avec la production sur
le terrain, la viscosité du liant du BBT peut être inférieure à la viscosité réellement visée, ce qui
favorise donc la densification à peu près de la même façon que si un liant plus mou était utilisé
dans le processus de BBC.
5.2
Durcissement du liant
Un ralentissement du vieillissement du liant a été signalé parmi les avantages de l’abaissement de
la température de malaxage. La quantité moindre de vapeurs d’hydrocarbures indique clairement
que le phénomène d’élimination de fractions légères du liant a été moindre pendant le processus
de production. Deux études sur le processus de BBT Evotherm [7, 8] indiquent que la pénétration
du liant récupéré après le processus de production était considérablement plus élevée pour le BBT
que pour le mélange de BBC équivalent. Le vieillissement comparatif du liant a aussi été évalué
avec le système PG dans l’État de New York [9]. Le PG du liant pour ce projet en particulier était
de 64-28, tandis que le PG après la production était de 70-22 pour le mélange tiède et de 76-16
pour le mélange chaud. La classe granulaire du liant après la production a été établie sans l’essai
de vieillissement RTFO pour les deux liants.
5.3
Dommages causés par l’humidité
Le désenrobage est un critère de rendement important pour tout genre de mélange bitumineux.
L’information obtenue sur le désenrobage varie d’un système de BBT à l’autre. Certains rapports
indiquent une légère baisse de la résistance au désenrobage, tandis que d’autres ne signalent
aucune tendance significative. Au sein du milieu de la recherche, le consensus est le suivant : les
dommages causés par l’humidité peuvent être modifiés par une température de malaxage moindre
et/ou par le genre d’adjuvant utilisé. À une température de malaxage moindre, il se peut que
l’humidité à l’intérieur de l’agrégat ne soit pas complètement éliminée, ce qui pourrait
compromettre la résistance au désenrobage du mélange. Néanmoins, comme pour tous les types
de mélange bitumineux, l’utilisation d’agents d’adhésivité doit être envisagée si le désenrobage a
été défini comme étant un problème possible.
5.3
Caractéristiques du liant
Certaines caractéristiques du liant peuvent être modifiées par l’ajout de certains adjuvants,
notamment les adjuvants organiques. Certains adjuvants organiques peuvent avoir tendance à
raidir le liant à une température plus basse, ce qui pourrait par conséquent accroître le risque de
craquage thermique. De plus, il est ressorti que l’effet de raideur dépend du liant et de l’adjuvant.
Néanmoins, la température de malaxage moindre et le vieillissement plus lent du liant qui en
11
découle pourraient compenser adéquatement l’effet de raideur qui a été signalé avec certains
adjuvants organiques.
6.0
EXAMEN DES SYSTÈMES DE BBT EXISTANTS
Jusqu’à récemment, les documents techniques sur le BBT décrivaient chaque système en détail.
De telles descriptions ne sont plus possibles puisque de multiples systèmes font leur entrée sur le
marché. Cependant, comme l’introduction le mentionnait, presque tous les systèmes de BBT
peuvent être regroupés en une catégorie ou divisés en une combinaison des catégories suivantes :
- ajout d’une petite quantité d’eau pour faire mousser le bitume;
- émulsion de bitume;
- adjuvant organique qui réduit la viscosité du liant;
- adjuvant chimique qui facilite l’enrobage à une température de malaxage inférieure;
- modification du processus de malaxage du liant;
- liant synthétique à faible viscosité.
6.1
Techniques de moussage
En présence de bitume chaud, une petite quantité d’eau (environ 2 % de la masse bitume) passe
de l’état liquide à l’état gazeux. Le taux d’expansion de l’eau en vapeur est > 1 600 à une pression
atmosphérique normale. L’expansion rapide de l’eau, de l’état liquide à l’état gazeux, crée des
bulles de bitume en film mince remplies de vapeur d’eau que l’on appelle bitume mousseux. À
l’état mousseux, la viscosité du bitume est réduite, ce qui permet l’enrobage complet de l’agrégat
à des températures de malaxage inférieures. Les caractéristiques du bitume mousseux sont
décrites sur le plan du taux d’expansion (le volume de mousse par comparaison avec le volume de
liquide) et de la demi-vie de la mousse, qui est une indication de la stabilité de la mousse dans le
temps. Les caractéristiques de moussage du bitume dépendent du bitume et du processus de
moussage.
Les systèmes de BBT qui utilisent les techniques de moussage peuvent être distingués les uns des
autres d’après la façon dont l’eau est coulée en présence de bitume chaud. Les méthodes de
moussage présentement sur le marché regroupent ce qui suit : chambres d’expansion; eau
cristallisée servant à piéger le sable humide et les adjuvants. Un autre processus se comparant au
mélange d’une émulsion inverse avec du bitume chaud a été étudié en France [10]. Le moussage
du bitume est relativement simple et peu coûteux; on s’attend à ce que d’autres systèmes de BBT
soient élaborés en fonction de ces techniques.
6.2
Émulsion de bitume
La technique d’émulsion de bitume a été élaborée en Amérique du Nord; elle consiste à mélanger
une certaine émulsion de bitume à résidu élevé avec un agrégat chaud à une température de
malaxage réduite. Quand l’émulsion se mélange avec l’agrégat chaud, l’eau se transforme en
vapeur. L’émulsion de bitume est précisément conçue pour le processus de BBT et comprend des
adjuvants qui permettent d’améliorer l’enrobage, la maniabilité et l’adhésivité. On a signalé que
la maniabilité du mélange demeure excellente à des températures relativement faibles (< 80 °C)
[7, 8], ce qui est un avantage précis de ce système de BBT.
12
6.3
Adjuvants organiques
La mise en œuvre d’un programme élaboré d’essais en laboratoire et sur le terrain a fait ressortir
les adjuvants organiques sous la forme de paraffine en tant qu’agent de modification du bitume
qui permet le malaxage et le compactage à des températures moindres. Les adjuvants organiques
sont souvent appelés « produits de remplissage intelligents » puisqu’ils offrent une viscosité
réduite aux températures de malaxage/mise en place et une viscosité accrue aux températures de
service, ce qui constitue un avantage supplémentaire de ce genre de système de BBT. De plus, ces
adjuvants augmentent la viscosité du liant, ce qui accroît par le fait même la résistance à la
déformation à des températures ambiantes élevées. De plus, des données techniques rapportent
que la plupart des liants ne nuisent pas au rendement à une température ambiante basse.
Malheureusement, la paraffine présente dans le bitume est souvent associée à un liant offrant un
rendement douteux. Cette généralisation ne peut s’appliquer qu’aux paraffines macrocristallines
naturelles présentes dans le bitume à des concentrations plus élevées [4]. Les travaux de
recherche effectués sur l’effet bénéfique/nuisible des paraffines sur les propriétés du bitume ont
révélé que le rendement dépend essentiellement de la structure chimique des paraffines, dont la
description complète dépasse la portée du présent document. Les paraffines utilisées comme
adjuvants organiques pour le BBT ont été sélectionnées précisément en raison de leur point de
fusion plus élevé (supérieur à des températures de service élevés) et de leur nature cristalline fine
(capacité de se mélanger avec le bitume).
6.4
Adjuvants chimiques
Les systèmes de BBT utilisant des adjuvants chimiques ou des surfactifs ne s’appuient pas sur la
réduction de la viscosité du liant, mais plutôt sur l’amélioration de la capacité d’enrobage du liant
à une température de malaxage inférieure. Les systèmes de BBT qui utilisent cette approche sont
relativement nouveaux, et leur développement est prometteur. Certaines substances chimiques
sont ajoutées au liant à peu près de la même façon qu’à des additifs d’adhésivité à une
concentration aussi faible que 0,3 % par masse bitume.
6.5
Processus de malaxage du liant
Des BBT peuvent être produits en modifiant le processus de malaxage liant/agrégat. Plusieurs
processus exclusifs ont été élaborés, que ce soit en mélangeant le liant (sous forme de mousse ou
de liquide) avec des agrégats grossiers et fins selon une séquence ou en mélangeant l’agrégat avec
deux liants différents (une fois de plus sous forme de mousse ou de liquide) dans un ordre
séquentiel. Ces processus sont relativement peu coûteux si les modifications devant être apportées
à la centrale sont mineures.
6.6
Liant synthétique à faible viscosité
Des liants synthétiques à faible viscosité produits en centrale ont été élaborés en Europe. Les
mélanges obtenus en utilisant de tels liants sont produits et appliqués à des températures de plus
ou moins 40 °C sous celles du BBC traditionnel. Ce produit est considéré comme étant un
mélange tiède, mais il est principalement utilisé dans le cadre de projets de revêtement décoratif,
architectural et ornemental.
13
7.0
CONCLUSION
Le BBT est une approche prometteuse pour ce qui est de la production et de la mise en place de
matériaux de revêtement. Des travaux de recherche menés partout dans le monde mettent en
évidence ce qui suit : les systèmes de BBT apportent des avantages considérables au niveau de
l’environnement, de la facilitation des pratiques d’asphaltage et du rendement sur le terrain. La
réponse de l’industrie de l’asphaltage est sans précédent à l’échelle mondiale. En réalité, on
estime que l’élaboration du BBT a une incidence, et continuera d’exercer une influence, sur
l’industrie de l’asphaltage de la même façon que l’élaboration des systèmes de liant
« Performance Grading » et « Superpave » des années 1990.
D’importants travaux d’évaluation ont été effectués, et les avantages associés au BBT sont bien
documentés. Cependant, il y a encore beaucoup à faire pour que le BBT passe de l’étape des
projets pilotes à celle de l’utilisation en tant que produit d’asphaltage courant. Tous les systèmes
de BBT sont soit des processus exclusifs, soit basés sur des produits commerciaux précis. Pour
que la concurrence soit loyale entre les divers systèmes de BBT, il reste à élaborer des clauses.
L’approbation préalable des systèmes a été définie comme option pour faciliter la concurrence
loyale et l’achat de BBT. Elle encouragera la recherche et permettra de faire la différence entre de
bons produits novateurs et une technologie douteuse. Bien qu’il s’agisse d’une pratique courante
dans certains pays d’Europe (Allemagne et France), ce n’est pas de cette façon que la plupart des
organismes de l’industrie de la construction routière achètent des produits d’asphaltage en
Amérique du Nord. Le désir profond de faire du BBT un produit d’asphaltage courant pourrait
encourager des organismes à inclure et à acheter des produits d’asphaltage différemment.
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RÉFÉRENCES
[1] Tribune allemande BITUMEN : www.bfg-strassenbau.de.
[2] « Laboratory Mixing and Compaction Temperatures », Asphalt Institute Technical Bulletin,
Lexington, KY, États-Unis.
[3] « Guide technique sur la mise en place des enrobés bitumineux », ministère des Transports du
Québec, Ville de Québec, Québec, Canada (2008).
[4] Damm, K.-W., Abraham, J., Butz, T., Hidesbrand, G. et G. Riebesehl. « Asphalt Flow
Improvers as Intelligent Fillers for Hot Asphalts: A New Chapter In Asphalt Technology », Sasol
Wax Report, Hambourg, Allemagne (2004).
[5] Prowell, B.D. et G.C. Hurley. « Warm-Mix Asphalt: Best Practices », QIS 125, National
Asphalt Pavement Association, Lanham, MD, États-Unis (2008).
[6] Olard, F., Le Noan, C. et A. Romier. « Low energy asphalt technique for minimizing impacts
from asphalt plants to road works », European Roads Review, ERR, No 10, 64-75 (2007).
[7] Davidson, J.K., Tighe, S. et J.-M. Croteau. « Paving the Way to Environmentally Friendly
Pavements Through Innovative Solutions », compte rendu, Association canadienne des
techniques de l’asphalte, 51, 97-121 (2006).
[8] Davidson, J.K. et R. Pedlow. « Reducing Paving Emissions Using Warm Mix Technology »,
compte rendu, Association canadienne des techniques de l’asphalte, 51, 39-59 (2007).
[9] Rapport interne « Warm Mix Asphalt Projects 2006 », Colas Amérique du Nord (2007).
[10] Petiteau, C., Burban, O., Gaudefroy, V. et C. De La Roche. « Mousse de bitume pour
enrobés tièdes : situation actuelle et brevet LCPC ». Présentation aux plénières 2006 du LCPC,
Journées Techniques Routes (2006).
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