Christian Jacobi (Grisard) : La pénétration à l’aiguille ainsi que la valeur annulaire et sphérique sont en effet des méthodes d’essai très anciennes. Pour la classification du bitume normal, ces méthodes sont tout à fait suffisantes, mais elles atteignent rapidement leurs limites. Une méthode beaucoup plus pertinente est l’analyse avec le « rhéomètre dynamique à cisaillement, DSR ». Ces analyses fournissent des informations plus approfondies et sont particulièrement pertinentes pour l’évaluation des bitumes modifiés par des polymères.

Yvong Hung (TotalEnergies) : Outre les méthodes d’essai conventionnelles, les méthodes d’essai rhéologiques* et celles basées sur les appareils DSR (Dynamic Shear Rheometer) permettraient notamment une caractérisation plus approfondie et fondamentale des propriétés thermiques et mécaniques du PmB et de la réactivité spécifique du polymère.
(*Note de la rédaction : la rhéologie est une étude interdisciplinaire. Elle explore les propriétés d’écoulement et de déformation de la matière. Elle englobe des domaines partiels de la science des matériaux, de la chimie, de la physique, des sciences biologiques et des sciences de la terre).

Christian Jacobi (Grisard) : En générale, le bitume dans l’asphalte de finition a vieilli, c’est-à-dire qu’il est « oxydé ». Ce processus est connu chimiquement et il existe aujourd’hui deux possibilités fondamentales : Premièrement, l’ajout de bitume frais très tendre pour compenser le durcissement (NDLR : causé par l’oxydation). Et deuxièmement, l’ajout de bitumes très tendres et modifiés par des polymères. Ces derniers compensent le durcissement et redonnent de l’élasticité au bitume vieilli.

Yvong Hung (TotalEnergies) : Pour caractériser le liant issu d’asphalte recyclé, on utilise malheureusement encore des méthodes d’essai conventionnelles, mais elles ne suffisent pas à déterminer avec précision les propriétés du nouveau liant (appelé liant recyclé), par exemple les propriétés critiques comme les basses températures et l’influence des polymères sur le matériau recyclé. Il est donc nécessaire de mettre à jour les formulations des ratios de composants afin d’obte-nir des caractéristiques de performance améliorées qui compensent les propriétés du liant recyclé.

Christian Jacobi (Grisard) : Les bitumes spécialement conçus pour des taux de recyclage élevés sont très différents des bitumes polymères normaux et ne peuvent pas être utilisés sans taux de recyclage. Ces bitumes sont spécifiquement adaptés pour restaurer la « souplesse » et « l’élasticité » du bitume vieilli. Ces bitumes seraient généralement trop « mous » pour être utilisés dans des revêtements neufs. Ils disposent de pourcentages de polymères beaucoup plus élevés et le polymère utilisé diffère également. Les critères de ces bitumes sont définis à partir des exigences posées au revêtement résultant. Des taux de recyclage élevés (note de la rédaction : bien plus de 50 %) plus les propriétés souhaitées du revêtement ainsi produit fixent les paramètres.

Yvong Hung (TotalEnergies) : Pour obtenir des performances optimales avec des matériaux recyclés, il faut une conception spécifique du bitume modifié par des polymères. L’objectif est d’anticiper le compromis du mélange final de liants et d’ajuster les propriétés critiques telles que la sensibilité aux basses températures, l’orniérage précoce et les propriétés mécaniques durables telles que la fatigue. Pour ce faire, les propriétés du liant récupéré à partir du revêtement bitumineux récupéré doivent être étudiées de manière approfondie, également à l’aide de l’analyse DSR, et les propriétés du liant prévu doivent être définies avec précision.

Christian Jacobi (Grisard) : L’analyse SARA donne une très bonne estimation de la « composition de base » du bitume. Elle consiste à déterminer les quatre composants individuels (note de la rédaction : S = saturâtes (huiles saturées), A = aromates (huiles aromatiques), R = résines (résines), A = asphaltènes (composants solides, carbone)). Selon les proportions des différents composants, cette analyse permet de bien déterminer la qualité de base du bitume..

Yvong Hung (TotalEnergies) : Oui. Plusieurs articles spécialisés traitent de la relation entre les propriétés des matériaux, la microstructure colloïdale*, la répartition des molécules et la structure chimique. Cette approche est généralement appelée analyse mécano-chimique et analyse structurelle multi-échelle. (*Note de la rédaction : les colloïdes sont des particules solides ou même des gouttelettes qui sont extrêmement finement dispersées dans leur milieu de dispersion et dont la taille peut être de quelques nanomètres seulement). Par exemple, la classification SARA traditionnelle de la solubilité peut ne pas être suffisante pour les liants fortement vieillis. Une classification plus détaillée, comprenant trois sous-groupes pour les asphaltènes, les résines, les aromatiques et les saturés, telle que proposée par les méthodes d’essai innovantes SAR-AD®, peut fournir une compréhension plus claire des changements causés par le vieillissement. De plus, au-delà des propriétés réelles du produit, les mesures rhéologiques et les analyses spectrales peuvent fournir des informations plus détaillées (au niveau mésoscopique) sur les interactions entre ces sous-groupes et sur l’étendue du vieillissement dans la matrice de bitume. La raison en est que les composants ont tendance à se déplacer plus lentement dans la matrice avec l’âge.

Christian Jacobi (Grisard) : C’est une très bonne question et il n’est pas possible d’y répondre en une seule phrase. Pour cela, il faut examiner de plus près les différentes notions en amont. Tout d’abord, il faut comprendre que seuls environ 10 % des pétroles bruts disponibles dans le monde peuvent être utilisés pour la production de bitume. Une raffinerie peut donc contrôler la quantité de bitume, ou plutôt elle peut raffiner sans obtenir de bitume. Au sein des 10 pour cent de pétroles bruts appropriés, il existe également de fines différences. Celles-ci conduisent à leur tour à différents « caractères » de bitume (par exemple naphténique ou paraffinique). Ces différences ne sont pas très évidentes. Selon le mélange ou le produit à fabriquer, par exemple les émulsions, l’un ou l’autre « caractère » convient mieux, par exemple en ce qui concerne l’ouvrabilité. En principe, les huiles brutes appropriées donnent également des bitumes appropriés – avec des caractères légèrement différents, dans la mesure où ils sont également fabriqués correctement. A ma connaissance, on ne peut pas fabriquer de bitume « approprié » à partir de pétroles bruts inappropriés, en tout cas pas sans processus de raffinage coûteux, ce qui remet en question toute la fabrication en termes de coûts.
La raffinerie elle-même a la possibilité, selon son équipement technique, de traiter ses bitumes (NDLR : par ex. distillation sous vide, oxydation, craquage). En gros, on peut dire que moins le bitume est traité dans la raffinerie, meilleure est la qualité pour la construction routière (si la raffinerie fait tout correctement). D’après notre expérience, les bitumes « straight run » (note de la rédaction : « straight run » = fabrication en une seule fois, sans autre traitement) sont de très bonne qualité, en particulier les variétés les plus souples.
Pour mieux évaluer la qualité du bitume, on a généralement recours à l’analyse SARA. Cette analyse détermine les quatre composants de base du bitume. L’analyse SARA montre le rapport entre ces quatre composants dans le bitume. Selon le traitement ultérieur, par exemple en PmB ou en émulsion, il faut tenir compte de cette répartition. Cette analyse permet en outre d’estimer grossièrement si le bitume convient comme bitume routier.
Le problème pour le fabricant d’enrobés est qu’il ne peut tirer aucune conclusion sur la qualité réelle du bitume en se basant sur les valeurs caractéristiques normalisées de pénétration ainsi que d’anneau & bille. Ces valeurs caractéristiques permettent uniquement de classer les bitumes en bitume dur, moyen ou souple – rien de plus. Le fabricant d’enrobés doit donc se fier au fournisseur de bitume. Il existe des qualités de bitume tout à fait discutables sur le marché. Il est par exemple possible de mélanger un bitume 160/220 avec un bitume 70/100 plus dur, plus une part d’huile. Un 160/220 ainsi « mélangé » se distingue tout à fait d’un 160/220 « straight run », mais il n’est pas possible de différencier ces bitumes en termes de pénétration et de valeur d’anneau &bille. Dans l’analyse SARA, la différence est cependant visible. Dans la pratique, cela peut se traduire par une diminution de la durabilité du revêtement, c’est-à-dire par une réduction des forces d’adhésion, des fissures, un éclatement des grains et un vieillissement prématuré.

Yvong Hung (TotalEnergies) : La distinction est liée à la structure des molécules chimiques et à leur répartition au sein de la matrice de bitume, ainsi qu’à l’interaction mutuelle des molécules. Les puits de pétrole brut et les processus de raffinage sont liés à de tels paramètres.

Christian Jacobi (Grisard) : Les bitumes naturels sont en fait des huiles de pétrole qui ont été « distillées » par la nature pendant des millions d’années. Lors de leur formation, ils perdent lentement les composants les plus volatils et il reste les parties lourdes, c’est-à-dire les aromates, les huiles saturées, les résines et les asphaltènes. Comme ces processus ont lieu dans la nature, ces bitumes naturels contiennent généralement aussi de la poussière (ou des charges). Il faut en tenir compte lors de la fabrication du revêtement. D’un point de vue qualitatif, il s’agit de très bons bitumes, car le processus de formation se déroule lentement et en douceur. Les bitumes distillés traversent le processus en quelques jours, et les méthodes actuelles permettent aux raffineries d’extraire de très nombreux composants du bitume, bien plus que ne le fait la nature. Un petit principe à noter : plus la raffinerie est ancienne (donc moins moderne), meilleur est le bitume.

Yvong Hung (TotalEnergies) : L’asphalte naturel présente une certaine structure chimique et une microstructure colloïdale : une plus grande distribution de population avec une plus grande population de molécules lourdes. De tels matériaux sont peu disponibles par rapport à l’asphalte. Ils servent principalement d’additif et non de composant principal du liant.

Christian Jacobi (Grisard) : Ici aussi, l’analyse SARA est un indicateur précieux et il faut respecter certains rapports entre les quatre composants. A cela s’ajoute la teneur en soufre du bitume, qui a une influence certaine sur la « polymérisabilité » ou la stabilité du bitume polymérisé, par exemple lors du stockage.

Yvong Hung (TotalEnergies) : Différentes méthodes de caractérisation permettent de déterminer la structure chimique et la microstructure colloïdale de la matrice de bitume et ses possibilités de modification. Après une telle analyse, les additifs, la modification des polymères et les procédés de traitement sont sélectionnés afin de répondre aux exigences du produit final.

Christian Jacobi (Grisard) : En principe, autant que possible ! Comme mentionné au début, la pénétration ainsi que l’anneau & bille ne donnent qu’une indication approximative. Le fabricant de revêtements peut par exemple recevoir un bitume 70/100 dont la pénétration ainsi que l’anneau& bille se situent dans la norme – mais ces valeurs ne permettent pas de savoir si le bitume possède une force d’adhérence suffisante, c’est-à-dire une proportion de résines. Pour le bitume polymère, l’analyse via DSR devrait devenir la norme – c’est la seule façon d’évaluer le bitume polymère de manière plus complète.

Yvong Hung (TotalEnergies) : Essentiellement des données rhéologiques en tant que données complémentaires.

Christian Jacobi (Grisard) : Les bitumes modifiés par des polymères (PmB) sont généralement fabriqués à base de bitume normal (NB). Le NB doit présenter certaines propriétés pour obtenir un PmB de bonne qualité. D’un point de vue chimique, une structure synthétique réticulée (généralement du styrène et du butadiène) est ajoutée au NB lors de sa modification en PmB. Les deux bitumes (NB, PmB) présentent des propriétés différentes – selon le domaine d’application des revêtements, ces propriétés doivent être prises en compte en conséquence. Par exemple, grâce à la modification, les PmB sont généralement plus résistants que les NB et présentent entre autres des forces de collage plus élevées. En particulier lors de la fabrication de revêtements à pores ouverts (par ex. revêtements antibruit), des forces de collage plus élevées sont déterminantes pour la durabilité (et donc la durée d’utilisation). En outre, les PmB peuvent être utilisés dans une plus grande gamme de températures. Les PmB restent plus élastiques à basse température (moins sensibles aux fissures), tandis qu’ils sont plus rigides à haute température (moins de traces sur la surface). Ainsi, les conditions climatiques dans lesquelles les revêtements sont utilisés jouent également un rôle dans le choix du bitume approprié. Les bitumes naturels se forment de manière naturelle : Les huiles brutes stockées dans les pierres s’évaporent avec le temps. Ce que l’homme fait en quelques jours dans une raffinerie avec les huiles brutes, la nature le fait en des millions d’années. Ces asphaltes naturels ont été raffinés de manière « très douce » et contiennent généralement de nombreux minéraux (fillers). Ces bitumes naturels sont généralement très durs, avec une forte proportion d’asphaltènes. Ces bitumes permettent d’obtenir de très bonnes propriétés, en particulier dans le domaine de l’asphalte coulé. Ils constituent également un bon moyen de « durcir » le NB. Lors de la mise en œuvre de bitumes naturels, il faut tenir compte de la teneur en filler (formulation de l’enrobé). L’ajout d’asphaltes naturels, par exemple Trinidad, Gilsonite, Seleniza et autres, n’entraîne pas de « modification » au sens de la modification des polymères.

Yvong Hung (TotalEnergies) : Le bitume routier et le PmB sont deux classes indépendantes de liants. Ils présentent des structures chimiques et rhéologiques différentes. Leurs structures colloïdales sont différemment équilibrées. Dans le cas du PmB, il existe une phase supplémentaire de réseau polymère qui présente des propriétés mécaniques uniques. L’ajout d’asphalte naturel en tant qu’additif ou composant dans le PmB nécessite un mélange et une interaction équilibrés entre l’asphalte naturel, la matrice bitumineuse et la phase réticulée polymère, afin de favoriser les avantages de la performance résultant de la synergie et d’éviter les conséquences négatives, telles que l’augmentation de la viscosité du mélange. Le degré d’équilibre nécessite une compréhension précise de l’effet de chaque composant et de leur interaction.

Christian Jacobi (Grisard) : En principe, c’est une bonne chose – comme mentionné ci-dessus, l’asphalte naturel possède de très bonnes propriétés. Mais au bout du compte, c’est toujours une question de coût.

Yvong Hung (TotalEnergies) : Une modification à l’aide d’asphalte naturel et une modification à l’aide de polymères, principalement des polymères SBS, sont fondamentalement différentes et conduisent à des propriétés chimico-mécaniques différentes. De plus, la phase d’asphalte naturel et les phases polymères en réseau se comportent différemment dans la matrice bitumineuse.

Christian Jacobi (Grisard) : Nous voyons également cette tendance et proposons volontiers nos conseils. Souvent, on va dans le sens de « plus d’additifs = meilleur », ce qui n’est pas forcément vrai. Ce qui est important, c’est l’interaction entre les composants du revêtement, c’est-à-dire le minéral et le bitume. Il est important à nos yeux de pouvoir évaluer cette interaction. C’est précisément pour cette raison que nous proposons volontiers un échange avec notre laboratoire.

Yvong Hung (TotalEnergies) : Oui. Tous les acteurs tout au long de la chaîne de valeur de l’industrie de la construction routière sont invités à collaborer afin de définir des spécifications pour les propriétés critiques. La mise à jour des méthodes d’essai pour décrire les exigences relatives aux matériaux bruts et aux produits achevés est l’une de ces tâches.