Introduction
La modification des bitumes par des polymères est une pratique courante. Celle-ci vise à renforcer les propriétés de résistance des liants bitumineux pour les adapter à l’application visée, au trafic ou encore au climat.
Si certains polymères peuvent être dispersés aisément par simple ajout et mélange en cuve, les élastomères requièrent bien souvent des dispositifs industriels de dispersion spécifiques, énergivores et onéreux. La réussite de telles incorporations repose sur quelques principes de base dont l’étude laboratoire des matières premières, qui permettra de valider la compatibilité entre le liant pur et le polymère.
La compatibilité des matériaux
Le bitume, ou plutôt les bitumes, sont composés d’une grande variété des molécules que l’on classe en quatre grandes familles : les asphaltènes (solide noir) d’une part, et les maltènes d’autre part, qui incluent les résines, les aromatiques et les huiles saturées. Ces familles constituent un continuum moléculaire et leurs proportions respectives influent sur l’équilibre colloïdal et les propriétés rhéologiques du liant. Une organisation moléculaire spécifique entre ces familles permet en effet de maintenir les asphaltènes en suspension, en lien étroit avec les résines, baignant dans une matrice plus fluide composée par le reste des maltènes. Cette organisation est responsable du comportement visco-élastique des bitumes, comportement que l’on cherche à optimiser par l’ajout de composantes plastomériques ou élastomériques selon le cas.
L’incorporation d’un polymère à ce système en équilibre peut en provoquer la déstabilisation. Couramment, l’ajout du polymère élastomère est suivi d’une étape dite de « maturation/digestion », au cours de laquelle le polymère va absorber une partie des maltènes du bitume et « gonfler ». En « pompant » ainsi une fraction du liant, il n’est pas rare que l’équilibre colloïdal régnant dans le liant soit rompu, conduisant alors à une séparation des phases lors du stockage et à la perte des propriété visco-élastiques du liant.
Les vérifications au laboratoire
Dans ce contexte, l’étude laboratoire préalable est primordiale pour éviter tout échec lors de la production industrielle, qui implique des moyens importants en matériel comme en matériaux. Au cours de ces études, des lots pilotes de quelques centaines de grammes sont produits par dispersion haute énergie de granulés de polymères au sein du liant maintenu en température à l’aide d’un dispositif particulier. Le résultat de la dispersion peut alors être évalué visuellement par le recourt à la miscroscopie à épi-fluorescence comme décrit dans la norme NF EN 13632. Cela permet d’évaluer l’homogénéité de la répartition du polymère et d’étudier le comportement au stockage. Ainsi validé, l’équilibre liant-polymère peut alors être évalué au regard de ses performances mécaniques par des essais de retour élastique, force-ductilité, de traction et autres essais rhéologique.
Microscope à épi-fluorescence VIALAB
Les laboratoires le plus exigeants tenteront de relier les teneurs en asphaltène et familles de maltènes avec les résultats obtenus. Pour ce faire, la décomposition des bitumes à l’aide du Iatroscan, méthode chromatographique relativement simple à mettre en œuvre, s’avère très utile. Les liants présentant les meilleurs résultats de compatibilité et performance avec les polymères sont analysés, et permettent la création d’une base de connaissance interne à l’entreprise, lui permettant de cibler plus rapidement les bons candidats pour ses futurs projets de modification.
Iatroscan VIALAB
Pompes dilacératrices : complément « process » lors de la phase de maturation des PMB
Pompe Dilacératrice VIALAB
Lors de la phase de maturation des PMB, l’utilisation de pompes dilacératrices représente un complément « process » important. Elles assurent une agitation homogène des granulés de polymères enrobés dans le bitume, favorisant leur gonflement par absorption des fractions bitumineuses nécessaires. Ce processus optimise la maturation sans recourir à une forte agitation mécanique intensive, réduisant ainsi la consommation énergétique et améliorant la qualité finale du PMB.