Etude de l'impact physico-chimique des liants dits "régénérants" sur la constructibilité (performance et durabilité) des enrobés recyclés

Study of the physicochemical impact of so-called "regenerating" binders on the commissioning (performance and durability) of recycled asphalt

• Auteur / Autrice : Fayçal Lahjiri
• Direction : François Henn, Virginie Mouillet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 06/10/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Charles Coulomb (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Julian Oberdisse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Henn, Virginie Mouillet, Julian Oberdisse, Emmanuel Chailleux, Philippe Marchal, Philippe Dieudonne-George, Anne Dony, Sabine Gazeau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Chailleux, Philippe Marchal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chaussées -- Entretien et réparations

Agrégats (cristallographie)

Matériaux bitumineux

Bitume

Mots clés libres

Bitume

Enrobés bitumineux

Recyclage

Régénérant

Vieillissement

Agrégats d'enrobés

Bitumen

Bituminous materials

Recycling

Rejuvenator

Aging

Reclaimed asphalt pavements

Résumé

Le maintien d’un réseau routier performant nécessite un entretien régulier des chaussées existantes ainsi que la construction de chaussées neuves. L’une des techniques les plus utilisées est celle des enrobés bitumineux à chaud, qui est confrontée comme toutes les activités industrielles, aux exigences du développement durable. Pour les satisfaire, l’utilisation d’agrégats d’enrobés (AE), qui constituent une nouvelle source de matières premières issues du recyclage d’anciennes routes, est une pratique incontournable dans la confection d’enrobés recyclés.Le développement de tels enrobés recyclés nécessite la maîtrise de leurs caractéristiques, dans le but d’obtenir des performances et une durabilité comparables à celles d’un enrobé neuf. Cette maîtrise devient d’autant plus délicate que le taux de recyclage est important. Un des facteurs majeurs influant sur la durabilité des enrobés recyclés est l’évolution du liant bitumineux, matériau viscoélastique, constitué du liant oxydé issu des AE et du liant d’apport.Ce travail de thèse, à forte dominante expérimentale, vise à comprendre les mécanismes de régénération des liants vieillis oxydés au sein de l’enrobé recyclé tout en définissant l’évolution à long-terme des propriétés physico-chimiques et mécaniques de ces matériaux bitumineux. Il permettra en conséquence de qualifier les agents d’ajout pour garantir la durabilité de l’enrobé recyclé.Ce travail sera mené à deux échelles : le liant bitumineux et l’enrobé bitumineux, selon une approche physico-chimique et mécanique. Au niveau des liants, des outils de diffusion élastique du rayonnement, de spectroscopie et de calorimétrie seront utilisés pour l’étude de la structure colloïdale des bitumes, passant notamment par une qualification de leur composition générique et de l’état d’agrégation des asphaltènes. L’impact sur les performances sera évalué par des essais rhéologiques. A l’échelle des enrobés, une qualification mécanique sera réalisée notamment aux basses températures de service, connues comme étant critiques pour des matériaux bitumineux soumis aux effets du temps et de l’environnement climatique et routier. Aux deux échelles, l’ensemble des expérimentations seront menées avant et après application d’un procédé artificiel de vieillissement des matériaux bitumineux en laboratoire. Ce travail aboutira à une qualification scientifique des différentes familles de produits régénérants disponibles sur le marché, prédictive des performances et de la durabilité.

Maintaining an efficient road network requires a regular servicing of existing roads as well as the construction of new ones. One of the most widely used techniques is that of hot-mix asphalt, which, like all industrial activities, is confronted with the requirements of sustainable development. To meet these requirements, the use of Reclaimed Asphalt Pavements (RAP), which are a new source of raw materials derived from the recycling of old roads, is an important practice in the manufacturing of recycled asphalt mixes.The development of such recycled asphalt mixes requires controlling their characteristics in order to obtain performance and durability levels comparable to that of a new asphalt. The higher the recycling rate, the more difficult it becomes to achieve this goal. One of the major factors influencing the durability of recycled asphalt mixes is the evolution of the bituminous binder, a viscoelastic material made up of the oxidized binder from the RAP and the filler binder.This thesis work, with a strong experimental focus, aims to understand the regenerating mechanisms of oxidized aged binders within recycled asphalt mixes while defining the long-term evolution of the physico-chemical and mechanical properties of these bituminous materials. It will therefore make it possible to qualify recycling agents to guarantee the durability of the recycled asphalt.This work will be carried out at two scales: the bituminous binder and the asphalt mix, according to a physico-chemical and mechanical approach. At the binder level, X-rays scattering, spectroscopic and calorimetric techniques will be used to study the colloidal structure of bitumens, including a qualification of the generic composition and state of aggregation of asphaltenes. The impact on the performances will be assessed through rheological measurements. At the asphalt mix scale, a mechanical qualification will be carried out in particular at low service temperatures, which are known to be critical for bituminous materials subject to the effects of ageing, climatic and road environments. At both scales, all the experiments will be conducted before and after application of an artificial ageing process for bituminous materials in the laboratory. This work will lead to a scientific qualification of the different families of regenerating products available on the market, predicting performance and durability.