FR2912152A1 - Composition de revetements routiers thermochromiques de couleur modulable en fonction de la temperature - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une composition de revêtement de chaussées et autres voies affectées à la circulation de tous types de véhicules et des piétons, caractérisée en ce qu'il comprend :- un liant clair d'origine végétale ou pétrochimique,- au moins un pigment thermochromique, et- des granulats.

Description

COMPOSITION DE REVETEMENTS ROUTIERS THERMOCHROMIQUES DE COULEUR MODULABLE

EN FONCTION DE LA TEMPERATURE L'invention concerne l'utilisation de pigments thermochromiques dans des revêtements routiers divers composés d'un liant clair d'origine végétale ou pétrochimique, seul ou en mélange, d'au moins un pigment thermochromique et de granulats. Par liant clair, on entend de façon générale un liant à base d'une ou plusieurs résine(s) éventuellement couplée(s) par un ou plusieurs plastifiants.

Le cas échéant et en fonction de la destination particulière du revêtement considéré, un ou plusieurs renfort(s), par exemple de nature polymèrique, peut(vent) être ajouté(s). Ces liants sont utilisés en substitution des liants bitumineux utilisés dans le domaine routier pour de nombreuses applications tels que les enrobés bitumineux, qui sont des mélanges comprenant un liant bitumineux et des granulats, qui sont utilisés de manière courante pour construire des couches de chaussée (couche d'assise ou de roulement) en construction routière ou pour des travaux d'étanchéité. Parmi ces applications l'homme de l'art y reconnaîtra différentes formules d'enrobés bitumineux, généralement normalisées, tels que les Bétons Bitumineux Semi-Grenus, les Bétons Bitumineux minces, les Bétons Bitumineux très minces, les Bétons Bitumineux Ultra Minces, les enrobés drainants, les Bétons Bitumineux Aéronautiques, les Bétons Bitumineux Cloutables, les Asphaltes, les Enrobés coulés à Froid et les Bétons Bitumineux à Froid.

Il est connu de l'homme de l'art que de nombreux additifs peuvent être ajoutée à l'enrobé, à l'enduit ou au liant, tel quel, fluidifié ou en émulsion, de manière à en réguler les propriétés. Par exemple, et de manière non limitative, il est possible d'ajouter des additifs tels que les zéolithes, les cires, les fibres naturelles ou synthétiques pour en ajuster la maniabilité et/ou des additifs favorisant l'adhésion du liant au granulat et/ ou des polymères et/ou des additifs visant à réguler la rupture des émulsions.

Toutefois, de tels liants bitumineux présentent un inconvénient majeur lorqu'ils sont utilisés en construction routière : leur couleur noire est difficilement modifiable.

Les revêtements colorés améliorent la sécurité des usagers de la route en identifiant clairement les voies spécifiques (voies piétonnes, pistes cyclables, voies de bus, etc.), en matérialisant certaines zones de danger (entrées d'agglomération, virages dangereux, etc.) en favorisant la visibilité en condition de faible luminosité (par exemple la nuit ou dans des sites particuliers comme les tunnels), mais aussi et tout simplement pour l'aspect esthétique (places, cours d'école, etc.). Les couleurs possibles sont limitées par les choix des pigments disponibles commercialement et leur rendu en présence des autres composants de l'enrobé, notamment des granulats.

Les bitumes routiers classiques de couleur noire, ayant une teneur élevée en asphaltène seront évidemment exclus puisqu'ils interdiront toute coloration efficace du revêtement. En revanche, il sera possible d'utiliser différents types de bitumes de synthèse ou liants clairs, par exemple des produits issus de la chimie du pétrole. Dans ce cas, ces bitumes de synthèse clairs sont obtenus par des procédés de rafinage spéciaux du pétrole qui conduisent précisément à une base pratiquement totalement débarassée d'asphaltènes. Dans le cadre de la présente invention, on utilisera dans la composition de revêtement, un liant clair ou translucide d'origine végétale ou pétrochimique.

De tels liants de synthèse peuvent être additivés par différents polymères élastomériques ou thermoplastiques de manière à modifier leurs propriétés mécaniques pour mieux les adapter à la destination finale du revêtement selon l'invention, en application des connaissances générales de l'homme du métier.30 Selon un mode de réalisation particulier de la présente invention, les liants clairs utilisables dans le cadre des compositions de revêtement objet de l'invention, comprendront un agent structurant, un agent plastifiant et éventuellement un ou plusieurs polymère(s) de renfort.

L'agent structurant pourra être choisi en raison de ses propriétés recherchées par l'homme du métier, parmi les résines naturelles ou synthétiques, et/ou parmi des polymères naturels, naturels modifiés chimiquement ou synthétiques ainsi que leurs mélanges. L'agent plastifiant pourra de façon classique, être constitué par une huile d'origine végétale, animale, minérale ou synthétique ou par un mélange de telles huiles. En fonction de la nature particulière des constituants de la composition de l'invention, le mélange pourra être obtenu, soit dans des centrales de fabrication classique de type continu ou discontinu, soit à froid sous forme d'émulsion de bitume de synthèse. De façon plus détaillée, les compositions décrites sous termes de liant clair de synthèse comportent : - un agent structurant ou tackéfiant, généralement un mélange d'une ou plusieurs résines - un agent plastifiant jouant le rôle de fluidifiant, généralement une huile - et éventuellement un renfort correspondant généralement en un ou plusieurs polymère(s) Par agent plastifiant, on entend tout constituant chimique permettant de fluidifier et de réduire la viscosité et le module du liant obtenu. Il s'agit par exemple d'une huile végétale, animale, minérale ou synthétique seule ou en mélange en toutes proportions. Par agent structurant, on entend tout agent augmentant la température ramollissement du liant, mesurée selon la méthode bille et anneau (NF EN 1427). Il s'agit par exemple d'une résine et/ou un polymère ainsi que leurs mélanges en toutes proportions.

Par résine, on entend toute résine, naturelle, qui peut alors d'être d'origine fossile ou dite de récolte ou encore synthéthique. On entend également les résines obtenues par la modification chimique de l'une ou plusieurs de ces résines naturelles ou synthétiques. On entend également leurs mélanges en toutes proportions. Par polymère on entend les polymères naturels, naturels modifiés ou synthétiques, ainsi que leurs mélanges en toutes proportions. Les propriétés et proportions des ingrédients formant le liant clair sont ajustées de manière à obtenir un liant qui ait au final des propriétés adhésives et mécaniques proches de celles des liants bitumineux usuels. En particulier, il est recherché des liants dont les propriétés répondent au mieux aux spécifications pour bitume routiers, tels que décrites dans la norme NF EN 12591 Spécifications des bitumes routiers . Afin de décrire au mieux les différentes familles constituants le liant de synthèse ou d'origine végétale nous pouvons citer les brevets suivants : FR 1 316 712, GB 1 226 234, EP 0 179 510, EP 0 330 281 et US 5 021 476. Par granulats on entend des granulats d'origine diverses, parmi lesquels les granulats issus de carrières ou de gravières, les granulats artificiels de toute origine utilisés seuls ou en mélange en toutes proportions.

Les granulats seront avantageusement choisis de préférence pour leur couleur qui devra se rapprocher le plus possible de la couleur finale recherchée. En l'occurrence, on choisira donc principalement des granulats de couleurs claires assez neutres. De façon classique et bien connue de l'homme du métier, les propriétés mécaniques et géométriques des granulats utilisés dans le cadre de la présente invention devront également être choisies de manière à satisfaire aux classes de performances des normes sur les granulats en fonction de leur utilisation, en particulier ils devront tenir compte des sollicitations mécaniques du trafic lourd et d'éventuelles contraintes liées à des problèmes d'adhérence sur des sections à trafic rapide important.30 Dans le cas où la composition de revêtement devra également contenir des fines d'apport, il sera évidemment avantageux de les choisir dans une couleur semblable à celle du produit final. De préférence, les fines proviendront de la même roche que celle des granulats.

Des spécifications pour ces matériaux sont décrites dans la norme NF EN 13043 portant sur les Granulats pour mélanges hydrocarbonés et pour enduits superficiels utilisés dans la construction des chaussées, aérodromes et d'autres zones de circulation . On nommera par le terme granulats aussi bien des fractions granulaires 0/D (avec D<_14mm) ou une fraction d/D (2mm<_ d <_14 mm et 4 mm D<_20mm). L'invention a pour objet l'incorporation de pigment thermochromique dans des revêtements routiers à base de liant clair de synthèse qui permettront à celui-ci de changer de couleur en fonction de la température à laquelle il est soumis. L'utilisation d'un liant synthétique de coloration claire permettra au formulateur d'obtenir un nuancier de couleurs plus varié, fondé sur une gamme plus importante de pigments thermochromiques. La demande de brevet FR 2 874 631 décrit l'utilisation de ce type de pigment pour la fabrication d'un matériau de marquage routier. Le pigment est mélangé avant application et l'épaisseur du marquage est de 2 à 5 mm (de préférence 2 mm). L'objectif essentiel de ce procédé est d'améliorer la sécurité routière lorsque des routes verglacées peuvent survenir. La formulation de ces pigments est adaptée pour que le changement de couleur de ces pigments apparaisse à des températures voisines de 0 C. Le matériau de base est un matériau thermoplastique de type connu, qui convient à une extrusion ou éjection depuis une machine sur la surface de la route, afin de former des bandes, des sections ou des points cohérents. Le domaine d `application visé est large. En effet, l'intérêt de ces revêtements reprend ce qui a été décrit précédemment sur les revêtements colorés (voie piétonnes, pistes cyclables, etc.) mais avec un aspect qui peut être soit de prévention pour indiquer des variations de température notamment en arrière saison, soit de nature purement esthétique.

L'application à base de pigment thermochromique pourra être ponctuel dans le revêtement routier. Par exemple, si la température est supérieure à 5 C la chaussée présentera une couleur homogène, en dessous on pourra voir apparaître des bandes d'enrobés colorées.

L'utilisation de différents pigments thermochromiques permet de jouer sur une variation de couleur tout au long de la journée en fonction de la température. Ces variations apporteront un effet esthétique. Par revêtement routier, on entend tous procédés à base de liant clair de synthèse contenant des granulats. Comme exemple d'application nous pouvons citer : (i) Les enrobés coulés à froid. Ces procédés sont décrits dans le livre les émulsions de bitume publié en 2006 par l'USIRF. Ce pigment thermochromique est ajouté dans la fraction 0/d (d est préférentiellement 6mm) lors de la fabrication de l'enrobé sur la machine ECF ou lors de la recomposition en centrale. (ii) Les enrobés à chaud à base de liant de synthèse. Les pigments thermochromiques sont incorporés en centrale lors de la fabrication de l'enrobé. Par enrobé à chaud, on entend tous les procédés consistant à mélanger des granulats chauffés en partie ou en totalité a une température comprise entre 40 et 160 C avec du liant . (iii) Les enduits superficiels. Ces procédés sont décrits dans le livre les émulsions de bitume publié en 2006 par l'USIRF, et le guide technique Setra "enduits superficiels d'usure" publié en mail 1995. Le pigment thermochromique sera ajouté dans une émulsion de liant de synthèse ou dans un liant de synthèse fluxé par une huile végétale, un fluxant d'origine pétrochimique ou un fluxant d'origine carbochimique. Ce liant pouvant être sous forme d' Le granulat pourra être utilisé tel quel ou traité selon l'exemple (iv). (iv) Une autre application novatrice de ce procédé consiste à la préparation de granulat d/D prélaqué par un liant de synthèse en présence de pigment thermochromique. Ce nouveau granulat pourra être utilisé dans les différentes applications routières connues notamment dans le cas des enduits superficiels à base de liant bitumineux. Ces granulats pourront être prélaqués à chaud, entre 80 et 180 C et préférentiellement entre 120 et 160 C par le liant de synthèse les pigments thermochromiques seront ajoutés soit avant ou après le liant. Ce prélaquage pourra également être réalisé à froid avec une émulsion de liant de synthèse de formule adaptée. Dans ce dernier cas le granulat pourra également être recouvert par une résine polymérique naturelle ou synthétique pour favoriser la fixation des pigments thermochromiques. Cette résine pourra être utilisée sous forme d'émulsion de type élastomère ou de type plastomère. (v) Les revêtements à base de pavés synthétiques. Ces revêtements sont constitués de pavés synthétiques, collés ou non par un liant ou une résine synthétiques ou naturelles, qui présentent l'aspect visuel et les dimensions en plan des pavés en pierre naturelle. Ces pavés sont fabriqués en usine ou sur site, par agglomération d'agrégats et d'un liant synthétique ou d'une résine synthétiques ou naturelles. L'épaisseur de ces pavés pourra atteindre 5 cm et sera préférentiellement inférieure à 1 cm.

On entend par pigment thermochromique tout composé de nature organique, minéral ou métallique chromophore dont la couleur varie en fonction de la température. Dans le cadre de ces composés, on pense plus particulièrement aux pigments thermochromiques de type cristaux liquides ou de type gélatines microencapsulées (leucodye). Ces pigments thermochromiques sont caractérisés par une température de transition qui se traduit par un changement de couleur. La température de changement de couleur peut être choisie arbitrairement entre -5 et +60 C et plus particulièrement entre -5 et +35 C. Ces composés peuvent être utilisés sous forme de dispersion en phase liquide (dispersion dans une phase aqueuse ou dans une phase organique) ou sous forme pulvérulente. L'incorporation des pigments thermochromiques dans les compositions selon l'invention peut se faire directement dans un malaxeur à une température compatible pour dosage en vrac ou en sachets prépesés fusibles. L'adaptation de la couleur du granulat, d'un liant de synthèse et l'ajout éventuellement d'un pigment de couleur permettront au formulateur d'adapter au mieux les variations de couleur du revêtement. L'ajout d'un pigment classique, par exemple l'oxyde de titane, permettra d'accentuer la variation de température : blanc à rose contre jaune à rouge. La concentration massique en pigment thermochromique pourra être comprise entre 0.2 % et 40 % par rapport à la teneur en liant et préférentiellement entre 1% et 20 % et encore préférentiellement entre 1% et 10%. Exemple 1 : Une fraction de granulats de la carrière Chailloué (quartzite) de granularité 0/6 est mélangée avec 0.5 ppc de ciment blanc, 10 ppc d'eau et 12 ppc d'émulsion de synthèse à base d'un liant synthétique fourni par la société SHELL (à 60% de Mexphalt C). A ce mélange est ajouté 1.1 ppc d'une solution de pigment thermochromique en suspension (17 % de matière sèche).

L'ECF ainsi formé présente à 18 C, après rupture, une couleur miel . Ce même ECF présentera une coloration rouge à - 2 C. Ces colorations ont été caractérisées par un colorimètre CR 410 de la société MINOLTA : ECF à 18 C ECF à -1 C L* 36.5 32.7 a* 10.3 20.7 b* 16.9 11.4 Description Miel Rouge qualitative 25 Exemple 2 : Selon la formule ECF présentée dans l'exemple 1, 1 ppc d'oxyde de titane est ajouté dans l'ECF. La couleur initiale de l'ECF, après rupture à 18 C, est blanche pour devenir rose à -2 C.

Les caractéristiques de ces couleurs sont : ECF à 18 C ECF à -1 C L* 63.3 61.4 a* 3.0 15.5 b* 19.5 11.1 Description Blanc Rose qualitative

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Composition de revêtement de chaussées et autres voies affectées à la circulation de tous types de véhicules et des piétons, caractérisée en ce qu'il 5 comprend : un liant clair d'origine végétale ou pétrochimique, au moins un pigment thermochromique, et des granulats.

2. Composition de revêtement selon la revendication 1, caractérisée en 10 ce que le liant clair est constitué par un mélange d'agents structurant et plastifiant et éventuellement d'un ou plusieurs polymère(s) de renfort.

3. Composition de revêtement selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'elle comprent en outre un agent de renfort, notamment de nature polymérique. 15

4. Composition de revêtement selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que l'agent structurant est constitué par une résine naturelle ou synthétique.

5. Composition de revêtement selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le plastifiant est constitué par une huile végétale, 20 animale, minérale ou synthétique.

6. Composition de revêtement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle contient au moins un pigment thermochromique constitué par un composé chromophore d'origine organique, minérale ou métallique, dont la couleur varie en fonction de la température. 25

7. Composition de revêtement selon la revendication 6, caractérisée en ce que le pigment thermochromique est de type cristaux liquides.

8. Composition de revêtement selon la revendication 6, caractérisée en ce que le pigment thermochromique est de type gélatines microencapsulées.