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Par Pierre T. Dorchies, ing. M.Sc. Directeur Développement et Ingénierie sintra inc Journée Bitume Québec 2003. sintra inc Journée Bitume Québec 2003. sintra inc 1 Le bitume: un des plus vieux matériaux du monde 3800 avant JC Dans un panier enduit de bitume, le futur roi Sargon est confié aux flots de l’Euphrate par sa mère la prêtresse Itti-Bel sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Le bitume: un des plus vieux matériaux du monde Devenu Roi Akkadien, il deviendra le premier fondateur d’un empire mondial; sur les terres qui sont aujourd’hui l’IRAK sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 2 Le bitume: un des plus vieux matériaux du monde Tablette en bitume 2039 avant JC Pour écriture cunéiforme Babylone sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Le bitume: un des plus vieux matériaux du monde Coupe Tripode en bitume 1700 avant JC Suse ( Empire AKKADIEN) sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 3 Le bitume: un des plus vieux matériaux du monde Dans les jardins suspendus de Babylone, le bitume sert de ciment et d’étanchéité. En Assyrien, « qui fait tomber » se dit SPHALTO, Les grecs ont repris en disant du bitume qu’il « empêche de tomber » ASPHALTO sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Le bitume: un des plus vieux matériaux du monde Le bitume permet à Noé de faire flotter l’Arche sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 4 Le bitume: un des plus vieux matériaux du monde TOUT ANKH AMON 1345 à 1326 av.J.C. Les Égyptiens embaumaient leur mort avec du bitume BITUME = MUMIA en égyptien D’où le mot momie sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Le bitume: un des plus vieux matériaux du monde En Sanskrit, langue des Indes jatu 永 = résine, poix donnera Jatu-Krit (poisseux) puis en latin Gwitumem puis pixtumen enfin BITUMEN sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 5 Le bitume: un des plus vieux matériaux du monde Dans l’Antiquité, le bitume sert aussi de médicament : • pommade • collyre ou de fumigation des maisons contre la peste sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Le bitume: un des plus vieux matériaux du monde Au Moyen-Age, on se sert de ses propriétés inflammables pour envoyer des projectiles et brûler les défenses ennemies sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 6 Le bitume: un des plus vieux matériaux du monde Le bitume permet à Christophe Colomb de traverser l’Atlantique et de découvrir…. l’Amérique sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Le bitume: un des plus vieux matériaux du monde Aux États-Unis, on s’en sert avec des plumes pour s’attaquer aux percepteurs anglais des impôts. Par la suite, on fera subir le même sort aux tricheurs de poker dans l’Ouest sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 7 Le bitume: un des plus vieux matériaux du monde En 1824, Nicéphore NIÉPCE place des pierres lithographiques recouvertes de bitume au fond d’une chambre obscure et obtient, pour la première fois au monde, l'image fixée d’un paysage. sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Le bitume: un des plus vieux matériaux du monde Milieu du XIXème siècle Découverte des gisements de pétrole Gaz d’éclairage Mais que faire du reste……. sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 8 Le bitume: un des plus vieux matériaux du monde Fin du XIXème siècle L’automobile va résoudre l’utilisation des surplus de produits légers ( essence) Mais que faire du reste……. sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Le bitume: un des plus vieux matériaux du monde Début du XXème siècle La protection de la santé face à la poussière des routes, va permettre l’utilisation des résidus LE BITUME sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 9 sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Pétrole et Bitume Conditions pour la formation du pétrole sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 10 Pétrole et Bitume Conditions pour la formation du pétrole sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Pétrole et Bitume Nappe de pétrole sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 11 Pétrole et Bitume Gisement de bitume naturel : LAKE ASPHALT Trinidad sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Pétrole et Bitume Très grande variété de bruts : chaque puits a des propriétés caractéristiques Selon la densité ¾ degré API (lié à la densité à 60°F ) Léger °API ¾ sintra inc lourd 22.3 extra-lourd 10 Selon la composition chimique ¾ moyen 31.1 naphténique aromatique Autres critères : teneur en soufre, acidité, métaux Journée Bitume Québec 2003. 12 Pétrole et Bitume BOSCAN VENEZUELA 10.1 .999 6.4 API Degré Densité % Soufre ARABIAN HEAVY 28.2 .886 2.8 Vol. % 3 6 Essencee Kerosene léger. Gas Oil Lourd. Gas Oils Bitume Residu 7 21 26 14 NIGERIA LIGHT 38.1 .834 0.2 33 10 20 28 16 58 27 30 1 sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Pétrole et Bitume DISTILLAT LEGER ENTREPOSAGE STATION DE POMPAGE DISTILLAT MOYEN DISTILLAT LOURD TOUR DE DISTILLATION RESERVOIR CHAUFFAGE CONDENSATEUR REFROIDISSEUR GAZ RESIDU PETROLE Le Raffinage SABLE ET EAU sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 13 Pétrole et Bitume ESSENCE Distillation sous vide et cracking BASE CHIMIQUE RESIDU AIR BITUME SOUFFLÉ RESIDU COURT BITUME PROCESS UNIT Huile et lubrifiant sintra inc Journée Bitume Québec 2003. sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Le Raffinage 14 Bitume et Chimie Carbone Soufre 83 % Azote 7% Hydrogène Oxygène 10 % sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Bitume et Chimie Cela conduit à un cocktail de molécules plus ou moins grosses sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 15 Bitume et Chimie Asphaltènes 15 % Résines 20 % Aromatiques 55 % Saturés 10 % Maltènes Les tamis chimiques sont des solvants sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Bitume et Chimie couleur aspect masse moléculaire Asphaltènes noir solide cassant infusible 10,000 Résines noir vernis fusible 5,000 Aromatiques brun foncé huile visqueuse 1,500 Saturés incolore liquide pâteux sintra inc 700 Journée Bitume Québec 2003. 16 sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Bitume et Propriétés Le bitume est un matériau visco- élastique A/ COMPORTEMENT ELASTIQUE Déformation est proportionnelle à la charge B/ COMPORTEMENT VISQUEUX Déformation est fonction du temps et de la température σ σ T ∈ ∈ T sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 17 Bitume et Propriétés Le bitume est un matériau visco- élastique Ses propriétés changent selon: -la température Contraintes -le temps de charge sintra inc Temps Déformations Déphasage Journée Bitume Québec 2003. Bitume et Propriétés Une façon de mesurer sa dureté et son ramollissement - l’essai de pénétration à 25 oC - l’essai de bille et anneau (TBA) sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 18 Bitume et Propriétés Essai de pénétration à 25 oC h en 1/10 de mm = pénétrabilité F F 100 100g 100g 100 à 25°C Avant sintra inc Après 5 s Journée Bitume Québec 2003. Bitume et Propriétés Essai de bille et anneau (TBA) BILLE BILLE BITUME BITUME D D EAU sintra inc CHAUFFAGE EAU CHAUFFAGE Journée Bitume Québec 2003. 19 Bitume et Propriétés P 1 Pénétration 0,1mm P ’ + 2+ 4 10 I.P 10 -2 10 -3 -50 Pénétration (TBA) -25 0 25 +6 Viscosité, Poises 0 -2 10 6 10 5 10 4 T800 Pen 50 10 3 10 2 T800 Pen =54,5°C Indice de pénétrabilité IP 25 50 75 100 10 Viscosité en fonction de la température 125 150 175 200 225 250 Température °C IP relie la péné, le TBA et la viscosité sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Bitume et Propriétés P 1 Pénétration 0,1mm P ’ + 2+ 4 10 I.P 10 2 10 3 -50 (TBA) -25 0 25 -2 +6 Viscosité, Poises 0 T800 Pen 50 10 3 B C 25 50 10 6 10 5 10 4 75 100 125 DURS 10 2 10 A MOUS 150 175 200 225 250 Température °C IP une idée du comportement selon la température sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 20 Bitume et Propriétés C A B 100% saturés 90% 80% 70% MOUS DURS aromatiques 60% 50% 40% 30% résines 20% asphaltènes 10% 0% -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 IP et composition SARA sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Bitume et Propriétés sintra Température Haute PG 70 58 52 Péné 25 45 90 200 ASPHALTÈNE 15 15 15 RÉSINES AROMATIQUES 75 70 65 SATURÉES 10 15 20 inc = Journée Bitume Québec 2003. 21 Bitume et Propriétés Bitume SOL: Les asphaltènes « nagent » dans une mer de maltènes Tendance BITUME MOU ie: PG 52-34 sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Bitume et Propriétés Bitume GEL: Les asphaltènes forment un réseau 3D Tendance: BITUME DUR ie:PG 64-22 sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 22 sintra inc Journée Bitume Québec 2003. SOLUTION 1 Modifier les ratios asphaltène- aromatique- saturé 1- mélanger des bitumes provenant de pétroles de diverses origines, car les bruts ont divers contenus en asphaltènes ie: Laguna (Vénézuela 7.2%), Maya ( Mexique 16%) PG 52-34 mou + PG 64-22 dur sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 23 SOLUTION 1 Modifier les ratios asphaltène- aromatique- saturé 2- augmenter la partie des saturés par ajout d’huiles « dites régénérantes » Permet baisser le température basse - 28 sintra inc - 34 Journée Bitume Québec 2003. SOLUTION 1 Modifier les ratios asphaltène- aromatique- saturé 3- incorporer des bitumes naturels riches en asphaltènes PG 52-34 sintra inc PG 58-34 Journée Bitume Québec 2003. 24 SOLUTION 1 Modifier les ratios asphaltène- aromatique- saturé 4- oxyder le bitume ( soufflage) sintra inc Saturés Aromatiques Aromatiques Résines Résines Asphaltènes Journée Bitume Québec 2003. SOLUTION 2 Modifier chimiquement en grossissant les asphaltènes 1- ajouter du soufre 2- ajouter des acides ( PPA) sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 25 SOLUTION 3 Modifier avec des polymères Ex: avec du SBS Création d’un réseau 3D sintra inc Journée Bitume Québec 2003. BITUME SOL + SBS sintra inc IE: PG 52-34 + 3% SBS Journée Bitume Québec 2003. 26 Le bitume devient à la fois dur ( aspect GEL ) et mou (aspect SOL) SOL + SBS PG 64-34 GEL PG 64-22 sintra inc Journée Bitume Québec 2003. sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 27 Bitume et Enrobés Le bitume est un matériau visco- élastique A/ COMPORTEMENT ELASTIQUE B/ COMPORTEMENT VISQUEUX SON MODULE : rapport entre charge et la déformation est fonction: 1. du temps de charge 2. de la température 3. du type de bitume (I.P.) sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Bitume et Enrobés I.P. Module Température Fréquence des sollicitations Module du bitume ( Abaque de Van Der Poel) sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 28 Bitume et Enrobés % en volume des agrégats Module de l’enrobé Module du bitume Module de l’enrobé et Module du bitume ( Abaque Shell) sintra inc % en volume de bitume Journée Bitume Québec 2003. Le BITUME, Jusqu’où nous conduira –t-il ? sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 29 Nous l’espérons en mars 2004 pour une autre journée du bitume sintra inc Journée Bitume Québec 2003. Merci de votre attention Cette présentation ne peut pas être reproduite sans l’accord de Pierre T. Dorchies sintra inc Journée Bitume Québec 2003. 30