FR2965270A1

FR2965270A1 - Liant a base de bitume et de caoutchouc pour revetement de chaussee ou analogue, son procede de fabrication et ses utilisations

Info

Publication number: FR2965270A1
Application number: FR1057696A
Authority: FR
Inventors: Catherine Clauzade; Frederique Guillamot; Laurence Boulange; Serge Krafft
Original assignee: Eiffage Travaux Publics SAS; Aliapur SA
Current assignee: Eiffage Travaux Publics SAS; Aliapur SA
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2012-03-30
Anticipated expiration: 2030-09-24
Also published as: WO2012038658A1; FR2965270B1

Abstract

Ce liant est constitué de: - entre 65 et 98%, en poids, d'un bitume, - entre 2 et 20%, en poids, de poudrette d'un caoutchouc bio-traité ; - moins de 15%, en poids, d'au moins un autre composant éventuel. La poudrette de caoutchouc bio-traitée se disperse de façon satisfaisante dans le bitume, et confère au liant de bonnes propriétés en s'affranchissant de l'emploi massif d'additifs issus de la pétrochimie.

Description

La présente invention concerne un liant à base de bitume et de caoutchouc, pour revêtement de chaussée ou analogue, un procédé de fabrication de ce liant, ainsi que des utilisations d'un tel liant. II est connu d'incorporer aux bitumes, afin notamment d'améliorer leurs propriétés mécaniques, différents adjuvants. Ainsi, FR-A-1557193 prévoit d'utiliser des élastomères synthétiques, de type polymères et copolymères à insaturation éthylénique. Par ailleurs, on a déjà préconisé de modifier les propriétés des bitumes, en y incorporant des débris ou déchets de caoutchouc, provenant en particulier de pneumatiques usagés. A cet égard, on se référera par exemple aux brevets américains 3,844,668 et 4,068,023. De plus, FR-A-2 512 827 a mis en lumière un type particulier d'additif, formé de poudrette de pneus usagés issus à la fois de camions et de voitures légères. Puis on s'est aperçu, notamment selon l'enseignement de FR-A-2 580 658, qu'il est possible d'améliorer les propriétés rhéologiques de ces liants, afin d'assurer en particulier une dispersion satisfaisante du caoutchouc dans le bitume. Ce document prévoit d'ajouter des huiles lourdes à caractère naphténoaromatique, ainsi que des élastomères synthétiques à insaturation oléfinique de poids moléculaire supérieur à 100 000, agissant en tant que catalyseurs de la réaction d'incorporation du caoutchouc dans le bitume. Quand bien même de tels liants présentent de bonnes performances, ils se heurtent à des problèmes de stabilité. En effet, ils doivent être utilisés au plus tard dans les six heures qui suivent leur préparation. Si tel n'est pas le cas, leurs propriétés se dégradent de façon sensible.

Afin de remédier à cet inconvénient, EP-A-O 305 225 a proposé un type supplémentaire de liant qui, tout en possédant des qualités similaires à celles des liants antérieurs, peut être stocké pendant plusieurs jours sans dégradation substantielle de ses performances. Ce document prévoit d'utiliser un liant à base de poudre de caoutchouc et de bitume, qui comprend en outre de 4 à 6% d'une L..l1. 1...._J. .l de 2 f1 a 3''/o _I_e polymères _ o_u c opol1_ym____~____ères a ins__iatura_i!_tio._ su hune lourde et de de éthylénique, en tant que catalyseur. Ce liant est fabriqué en utilisant des étapes successives de mélange intime, de chauffage sous agitation, d'abaissement de température, de stockage en étuve, et enfin de pompage puis de chauffage terminal. L'enseignement de ce dernier document apporte effectivement une solution 5 satisfaisante, en ce qui concerne le problème précité de stabilité. En revanche, il s'accompagne d'inconvénients supplémentaires. Ainsi, comme cela ressort de ce qui précède, le procédé de fabrication de ce liant fait intervenir bon nombre d'étapes, ce qui le rend complexe. De plus ce liant incorpore, outre le bitume et le caoutchouc, une quantité non négligeable i o d'huile lourde. Ceci le rend peu avantageux, en termes de respect environnemental. On notera d'ailleurs qu'on retrouve ces différentes limites dans la plupart des solutions antérieures, présentées ci-dessus. Ceci étant précisé, la présente invention vise à remédier aux différents inconvénients de l'art antérieur évoqués ci-dessus. Elle vise en particulier à 15 proposer un liant qui, tout en présentant des performances similaires à celui divulgué par EP-A-O 305 225, s'affranchit de l'utilisation massive de composés coûteux, non renouvelables ou encore nuisibles à l'environnement. L'invention vise également un tel liant, qui peut être préparé de manière relativement simple. A cet effet, l'invention a pour objet un liant à base de bitume et de poudrette 20 de caoutchouc de récupération, issu notamment de pneumatiques usagés, pour revêtement de chaussée ou analogue, constitué de: - entre 65 et 980/0, en poids, d'un bitume, - entre 2 et 200/0, en poids, de poudrette d'un caoutchouc bio-traité ; - moins de 150/0, en poids, d'au moins un autre composant éventuel. 25 La poudrette utilisée dans l'invention est définie en référence à la norme ENTS 14243. Le caoutchouc constitutif de cette poudrette peut être naturel et/ou de synthèse. Le bitume utilisé dans le liant, conforme à l'invention, est par exemple obtenu par distillation directe, atmosphérique ou sous vide, de pétrole brut. On 3o peut cependant prévoir d'utiliser, en tout ou partie, du bitume oxydé après distillation.

Le caoutchouc de récupération, utilisé dans le liant de l'invention, est plus particulièrement, mais non exclusivement, issu de pneumatiques usagés non réutilisables, ou PUNK. Ce caoutchouc est bio-traité, à savoir qu'il a subi un traitement de type microbiologique, au moyen d'au moins une bactérie et/ou d'au moins un champignon, et/ou un traitement de type enzymatique par l'action d'enzymes. Ces dernières peuvent par exemple être libérées par lyse de bactéries et/ou de champignons, comme cela est connu de la demande de brevet américain US-A1-2007/0009997. Il est connu, de l'état de la technique, qu'une telle action microbiologique et/ou enzymatique est de nature à modifier la 1 o surface du caoutchouc. De façon plus précise, une telle modification peut consister en une dévulcanisation, à savoir une rupture des liaisons soufre, initialement présentes dans le caoutchouc. Ce phénomène est par exemple décrit dans EP-B1-1 620 498. Dans certains cas, il arrive que cette modification soit liée à une 15 biodégradation, qui induit une augmentation de la rugosité, comme divulgué notamment dans US-B-7 344 777, ou une diminution de la taille des particules de poudrette. Les Demanderesses ont constaté que, de façon surprenante, le fait d'utiliser un caoutchouc bio-traité permet d'améliorer la dispersion de ce dernier 20 dans le bitume, composant le liant conforme à l'invention. De plus, le liant conforme à l'invention présente des performances et des qualités de stockage, qui sont comparables à celles du liant objet de EP-A-O 305 225. Enfin, l'invention permet de réduire, voire de supprimer, la quantité d'additifs issus de la pétrochimie. 25 On va maintenant préciser la nature des éventuels autres composants du liant de l'invention, présents en une quantité plus faible que dans les liants de l'art antérieur utilisant notamment les huiles lourdes. Il peut s'agir entre autres de polymères neufs ou recyclés, d'acides, en particulier d'acides polyphosphoriques améliorant la dureté du liant, ou encore d'huiles, de fluxants ou d'esters d'origine 30 végétale. Selon d'autres caractéristiques du liant de l'invention:

- le bitume non traité issu de distillation directe est présent, en poids, entre 75 et 950/0, notamment entre 83 et 920/0. - la poudrette d'un caoutchouc bio-traité est présente, en poids, entre 5 et 150/0, notamment entre 8 et 120/0. - le ou les autres composants éventuels sont présents, en poids, à moins de 100/0, notamment moins de 50/0. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication du liant ci-dessus, dans lequel: - on traite de façon microbiologique et/ou enzymatique, de la poudrette de i o caoutchouc de récupération, de façon à obtenir du caoutchouc bio-traité, - on mélange, au bitume, ce caoutchouc bio-traité ainsi que le ou chaque autre composant éventuel. De façon avantageuse, on utilise une poudrette de caoutchouc dont la granulométrie est comprise entre 100 et 800 micromètres. 15 Selon un mode de réalisation, on disperse la poudrette dans un milieu liquide contenant au moins un microorganisme et/ou au moins une enzyme, à raison de 1 à 900 grammes, notamment de 50 à 200 grammes, de poudrette par litre de milieu liquide, ce milieu liquide possédant une densité de microorganismes comprise entre 105 et 1012, notamment entre 10$ et 1010 20 microorganismes par millilitre et/ou une activité enzymatique type oxydase ou hydroxylase comprise entre 5 et 50 000 U/L, notamment entre 50 et 1 000 U/L. A titre de variante, il est possible de ne pas disperser la poudrette dans un milieu liquide, mais de réaliser le bio-traitement en milieu humide, en particulier par une aspersion de cette poudrette au moyen d'un liquide. Ce dernier, 25 renfermant des microorganismes et/ou des enzymes, est alors pulvérisé directement sur les particules de caoutchouc formant cette poudrette. Au terme de l'une ou l'autre de ces étapes, les caractéristiques de la poudrette sont modifiées. Puis la poudrette bio-traitée, selon l'une ou l'autre des étapes ci-dessus, est mélangée au bitume en vue de l'obtention du liant 30 proprement dit. De manière avantageuse, cette poudrette est séchée par tout moyen approprié, mais n'est en revanche pas soumise à un rinçage. Ceci permet

de conserver, à la surface du caoutchouc, un éventuel bio-film formé par les microorganismes, lequel est bénéfique en vue d'une bonne dispersion de ce caoutchouc dans le bitume. De façon avantageuse on réalise le mélange du caoutchouc bio-traité et du bitume à une température comprise entre 50 et 200°C, notamment entre 130 et 180°C, pendant une durée comprise entre 30 minutes et 3 heures, notamment entre 1 et 2 heures. De façon avantageuse on mélange le caoutchouc bio-traité au bitume, après avoir ajouté l'autre composant éventuel à ce bitume, en particulier quand 1 o cet autre composant est un fluxant. En d'autres termes, ce caoutchouc peut être ajouté au tout dernier moment, à savoir immédiatement avant utilisation du liant sur le site. Cependant, à titre de variante, on peut prévoir de stocker ce liant, après ajout du caoutchouc bio-traité. A cet égard, on identifie clairement un des avantages de l'invention, 15 concernant la simplicité du procédé de fabrication qui en fait l'objet. En effet, dans l'art antérieur, l'utilisateur doit mélanger un grand nombre de composants différents, en des quantités relativement substantielles. En revanche, conformément à l'invention, on peut disposer d'une poudrette de caoutchouc traitée au préalable, de manipulation aisée, que l'on peut ajouter de façon très 20 simple au bitume, le ou les autre(s) composant(s) éventuel(s) étant présent(s) en faible quantité. L'invention a enfin pour objet une utilisation du liant ci-dessus, pour la fabrication d'enrobés et d'enduits superficiels pour revêtements de chaussée, pour la réalisation de couches d'étanchéité, de produits de colmatage de 25 fissures, ou encore de joints de chaussée. L'invention va être illustrée par les exemples suivants, donnés à titre non limitatif. Ces exemples sont décrits en référence à la figure unique, qui est un graphe représentant les variations du module complexe de rigidité de différents liants, en fonction de l'angle de phase. 30 EXEMPLE 1

On prépare une poudrette P1 issue de pneumatiques usagés VL/PL à 70%130% en poids, dont la granulométrie est inférieure à 800 micromètres. On prépare également une poudrette P2, à partir de cette poudrette de base P1. Pour ce faire, on traite cette poudrette P1 avec des bactéries sulfo- oxydantes de type Acidithiobacillus thiooxidans DSM 504 et Acidithiobacillus ferrooxidans DSM 583. On disperse 100/0 en poids de poudrette dans un milieu liquide contenant 4.10$ de telles bactéries par millilitre, puis on réalise une incubation pendant 2 mois à 30°C. On prépare enfin une poudrette P3, à partir de la poudrette de base P1. 1 o Pour ce faire, on met en contact cette poudrette P1 avec un champignon de pourriture blanche. On disperse 100/0 en poids de poudrette dans un milieu liquide contenant ce champignon, puis on réalise une incubation pendant 2 mois à 30°C. A partir de chacune de ces poudrettes P1 à P3, on fabrique trois liants L1 à 15 L3. Chaque liant est réalisé en mélangeant, à 160°C et pendant une heure, 50/0 en poids d'une poudrette respective avec un bitume 160/220 dont la viscosité à 150°C est de 1,1 Po, la température de ramollissement est 41,8°C et la pénétrabilité à 25°C est 160 1/10 mm. Le tableau ci-dessous résume, pour chaque liant L1 à L3, les valeurs 20 respectives de : - Viscosité à 150°C Rhéomat (en Poises) - TBA (Température Bille Anneau) en °C Pénétrabilité en 1/10 de mm Viscosité TBA Pénétrabilité L1 1,5 44.0 120 L2 1,9 45.4 105 L3 1,6 44.8 110 25

Les liants L2 et L3 conformes à l'invention présentent une viscosité et une température de ramollissement plus élevées, et au contraire une pénétrabilité plus faible, que le liant classique L1. Ces liants L2 et L3 présentent donc des performances supérieures à celles du liant L1, ce qui signifie que le biotraitement de la poudrette permet d'améliorer les performances du liant. On note également une amélioration de l'interaction entre poudrette et bitume, qui est matérialisée par l'augmentation de la viscosité. EXEMPLE 2 Un liant L4 est constitué d'un bitume 160/220 dont la viscosité à 150°C est 10 de 1,1 Po, la température de ramollissement 41,8°C et la pénétrabilité à 25°C 160 1/10 mm. Par ailleurs, on prépare une poudrette P5 typique de pneumatiques usagés VL/PL à 70%130% en poids, dont la granulométrie est inférieure à 800 micromètres. Puis on fabrique un liant L5 en mélangeant, à 160°C et pendant 15 une heure, 50/0 en poids de cette poudrette P5 avec un bitume 160/220 dont la viscosité à 150°C est de 1,1 Po, la température de ramollissement 41,8°C et la pénétrabilité à 25°C 160 1/10 mm. On prépare également une poudrette P6, en traitant la poudrette P5 ci-dessus avec des bactéries sulfo-oxydantes de type Acidiphilium Acidophilum 20 DSM 700. On disperse 100/0 en poids de poudrette dans un milieu liquide contenant 3.10$ de telles bactéries par millilitre, puis on réalise une incubation pendant 2 mois à 30°C. On fabrique alors un liant L6 en mélangeant, à 160°C et pendant une heure, 50/0 en poids de la poudrette P6 avec un bitume 160/220 dont la viscosité à 150°C est de 1,1 Po, la température de ramollissement 41,8°C 25 et la pénétrabilité à 25°C 160 1/10 mm. Le tableau ci-dessous résume, pour chaque liant L4 à L6, les valeurs respectives de : - Viscosité à 150°C Rhéomat (en Poises) - TBA (Température Bille Anneau) en °C 30 - Température de FRAASS (caractéristique de la fragilité à froid) en °C Pénétrabilité en 1/10 de mm Viscosité TBA FRAASS Pénétrabilité L4 1,1 41.8 160 L5 2.7 47.2 - 15 94 L6 3.3 48.6 - 16 95 Le liant L6 conforme à l'invention présente une viscosité et une température de ramollissement plus élevées que le liant classique L5. De plus, on note que l'intervalle de plasticité défini, en tant que borne supérieure, par la température bille anneau et, en tant que borne inférieure, par la température de FRAASS, est plus grand pour le liant L6 que pour L5. Ceci signifie par conséquent que le biotraitement de la poudrette permet d'élargir la plage de températures d'usage du liant. On fait par ailleurs subir, à ces trois liants L4 à L6, un test de rhéologie avec un rhéomètre à cisaillement dynamique, de manière connue en soi. Les résultats correspondants sont reportés sur le graphe de la figure 1 annexée, sur laquelle l'axe des ordonnées correspond au module complexe de rigidité G* de chaque liant. De plus, l'axe des abscisses correspond à l'angle de phase 8, la valeur de cet angle diminuant en allant vers la droite de cet axe. La courbe C4 formée par des triangles est relative au liant L4, la courbe C5 formée par des carrés est relative au liant L5, alors que la courbe C6 formée par des losanges est relative au liant L6.

On note que la courbe C4 ne fait pas apparaître de retour élastique sensible. Ce retour est présent dans le cas du liant L5, où il est référencé R5 sur la courbe C5, alors que la courbe C6 fait apparaître un retour élastique R6 de plus grande amplitude que celui R5. Ceci montre par conséquent que, dans le cas du liant L6 conforme à l'invention, la poudrette bio-traitée apporte davantage d'élasticité au liant ce qui lui permet de résister davantage aux sollicitations.

Claims

REVENDICATIONS1/ Liant à base de bitume et de poudrette de caoutchouc de récupération, issu notamment de pneumatiques usagés, pour revêtement de chaussée ou 5 analogue, constitué de: - entre 65 et 980/0, en poids, d'un bitume, - entre 2 et 200/0, en poids, de poudrette d'un caoutchouc bio-traité ; - moins de 150/0, en poids, d'au moins un autre composant éventuel. 2/ Liant selon la revendication 1, dans lequel le bitume non traité issu de i o distillation directe est présent, en poids, entre 75 et 950/0, notamment entre 83 et 92%. 3/ Liant selon la revendication 2, dans lequel la poudrette d'un caoutchouc bio-traité est présente, en poids, entre 5 et 150/0, notamment entre 8 et 120/0. 4/ Liant selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le ou les 15 autres composants éventuels sont présents, en poids, à moins de 100/0, notamment moins de 50/0. 5/ Procédé de fabrication du liant conforme à l'une des revendications précédentes, dans lequel : - on traite de façon microbiologique et/ou enzymatique, de la poudrette de 20 caoutchouc de récupération, de façon à obtenir du caoutchouc bio-traité, - on mélange, au bitume, ce caoutchouc bio-traité ainsi que le ou chaque autre composant éventuel. 6/ Procédé selon la revendication 5, dans lequel on utilise une poudrette de caoutchouc dont la granulométrie est comprise entre 100 et 800 micromètres. 25 7/ Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel on disperse la poudrette dans un milieu liquide contenant au moins un microorganisme et/ou au moins une enzyme, à raison de 1 à 900 grammes, notamment de 50 à 200 grammes, de poudrette par litre de milieu liquide, ce milieu liquide possédant une densité de microorganismes comprise entre 105 et 1012, notamment entre 30 10$ et 1010 microorganismes par millilitre et/ou une activité enzymatique type oxydase ou hydroxylase comprise entre 5 et 50 000 U/L, notamment entre 50 et 1 000 U/L. 8/ Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel on réalise le mélange du caoutchouc bio-traité et du bitume à une température comprise entre 50 et 200°C, notamment entre 130 et 180°C, pendant une durée comprise entre 30 minutes et 3 heures, notamment entre 1 et 2 heures. 9/ Procédé selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel on mélange le caoutchouc bio-traité au bitume, après avoir ajouté l'autre composant éventuel à ce bitume. 10/ Utilisation du liant conforme à l'une des revendications 1 à 4, pour la fabrication d'enrobés et d'enduits superficiels pour revêtements de chaussée, pour la réalisation de couches d'étanchéité, de produits de colmatage de fissures, ou encore de joints de chaussée.