Cinétique de mélange : évolution du degré de mélange en fonction des conditions de

Les indicateurs du degré de mélange At (%) et Ht (%) permettent de mesurer respectivement la présence

des amas d’agrégats d’enrobé et l’homogénéisation du liant de l’enrobé recyclé. Leur calcul pour les chromatogrammes correspondants aux différentes températures de fabrication étudiées 110°C, 130°C et 160°C et aux différentes durées du malaxage permet d’obtenir la cinétique de mélange : l’évolution du degré de mélange en fonction des conditions de fabrication que sont la température et la durée du malaxage.

V.3.a Caractérisation de la cinétique de mélange par l’évolution des amas d’agrégats d’enrobé en fonctions des conditions de fabrication : Température et durée de malaxage

Sur la figure Fig. II-7, la présence d’amas d’agrégats d’enrobé caractérisée par l’indicateur At (%) est

présentée pour les trois températures de fabrication 110°C, 130°C et 160°C en fonction de la durée t du malaxage.

La figure Fig. II-7 se caractérise par la présence de trois ensembles de points montrant tous une convergence vers une même valeur égale à 0,05 ± 0,05 %. Cette valeur peut être considérée comme la valeur pour laquelle l’enrobé recyclé ne contient plus d’amas d’agrégats d’enrobé. Cette valeur représente la limite d’observation de l’indicateur At (%). La figure est présentée sur une échelle logarithmique afin de représenter

Il faut premièrement remarquer que l’importance de la présence d’amas en début de malaxage est inversement proportionnelle à la température. Pour une température de fabrication de 110°C, une part importante d’amas est initialement présente et la réduction de cette part est progressive durant le malaxage. Comparativement, peu d’amas sont présents à t = 20 s pour une température de fabrication à 160°C et ces même amas peuvent, au regard de l’incertitude de mesure (0,05 ± 0,05 %), être considérés comme ayant majoritairement disparu dès 54 s de malaxage.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 10 100 1000

A

(-)

t (s.)

Les points verts caractérisant la fabrication à 130°C et la courbe associée évoluent logiquement entre la série rouge (fabrication à 160°C) et la série bleu (fabrication à 110°C). Si l’on considère la droite horizontale passant par le premier point rouge, celle-ci intercepte les courbes verte et bleue en des points auxquels correspondent respectivement les durées t130 et t110. Ces durées sont égales à 20 s pour t160, 70 s pour t130 et

120 s pour t110. En utilisant ces temps caractéristiques, il est possible de comparer, en fonction de la

température de fabrication, les durées nécessaires pour obtenir la même quantité d’amas qu’après 20 s de malaxage à la température de 160°C. Ainsi la réduction de la température de fabrication entraine une augmentation de la durée nécessaire à réduire les amas. Il faut 3,5 fois plus de temps à 130°C et 6 fois plus de temps à 110°C pour obtenir une quantité d’amas équivalente à 20 s de malaxage à 160°C.

V.3.b Caractérisation de la cinétique de mélange par l’évolution de l’homogénéité du liant de l’enrobé recyclé en fonctions des conditions de fabrication : Température et durée de malaxage

L’homogénéisation du liant de l’enrobé recyclé est caractérisée par l’indicateur Ht (%) et présentée pour les

trois températures de fabrication 110°C, 130°C et 160°C en fonction de la durée t du malaxage. Afin de le comparer facilement avec l’indicateur précédent, la valeur présentée sur la figure Fig. II-8 est l’écart entre

t

t

t

l’indicateur Ht (%) et la moyenne des valeurs maximales de Ht (%) pour les trois températures (1,6 ± 0,1 %). La

valeur tracée représente donc l’écart entre le sommet du chromatogramme au moment t et le sommet du chromatogramme moyen des trois températures pour la durée de malaxage de 10 min.

L’ensemble des courbes présentées sur la figure Fig. II-8 montre une réduction de l’écart entre le sommet du chromatogramme au moment t et le sommet du chromatogramme moyen pour la durée de malaxage de 10 min. Cela signifie que le mélange s’homogénéise avec le malaxage. De même que précédemment, les séries de points tendent vers une valeur de 0 ± 0,1%. Cette valeur peut être considérée comme la valeur pour laquelle l’enrobé recyclé est homogène. Cette valeur représente l’erreur d’observation de la méthode présentée pour l’indicateur {Max (H)- Ht} en %. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 10 100 1000

t (s.)

Max(H)-H

(-)

Fig. II-8 : cinétique de l’homogénéisation du liant de l’enrobé recyclé en fonction de la durée du malaxage et de la température de la fabrication (110°C en bleu, 130°C en orange et 160°C en rouge)

Il faut premièrement remarquer que pour 20 s de malaxage, l’homogénéité du liant à 130°C et à 160°C sont, à l’erreur de mesure prés (± 0,1%), égales. Pour une température de fabrication de 110°C, le liant de l’enrobé recyclé est moins homogène. Le malaxage permet une homogénéisation rapide des liants pour des températures de fabrication égalent à 130°C et 160°C et une homogénéisation sensiblement plus lente pour une température de fabrication égale 110°C.

De même que précédemment, des durées caractéristiques peuvent être définies. Celles-ci comparent les durées nécessaires à l’obtention d’une homogénéité identique à celle caractérisant l’enrobé recyclé fabriqué à 160°C après 33 s de malaxage. Ces durées sont égales à 33 s pour t160, 68 s pour t130 et 205 s pour t110. En

utilisant ces temps caractéristiques, il est possible de comparer le temps nécessaire pour homogénéiser à un degré égal les enrobés recyclés en fonction de la température de fabrication. La réduction de la température de fabrication entraine une augmentation de la durée d’homogénéisation du liant de l’enrobé recyclé. Il faut 2,1 fois

t

t

t

plus de temps à 130°C et 6,2 fois plus de temps à 110°C pour obtenir la même homogénéité qu’après 33 s de malaxage à 160°C.

Il est difficile de caractériser l’homogénéité d’un enrobé recyclé sans modifier les caractéristiques des composants de celui-ci. Le choix fait ici a conduit à l’utilisation d’un liant synthétique (MEXPHALT C). Ce liant contient des « composants dérivés d’huile brute de pétrole ». Ces huiles étant connues pour leur aptitude à solubiliser le bitume, il est possible de supposer que la cinétique d’homogénéisation (Ht) présentées ici peut être

surestimée comparativement à celle correspondante à l’utilisation d’un bitume classique.

V.3.c Conclusion sur la dépendance de la cinétique de mélange à la température de fabrication

Dans les conditions expérimentales des essais ici présentés, les données obtenues par l’exploitation des figures Fig. II-7 et Fig. II-8 , ainsi que la détermination de temps caractéristiques du mélange permettent d’indiquer qu’une réduction de la température de 30°C multiplie par un facteur 2 le temps nécessaire à l’obtention d’un enrobé au degré de mélange identique à celui d’un enrobé fabriqué à 160°C. La remobilisation du liant d’agrégats d’enrobé s’opère en deux étapes par la réduction des amas d’agrégats d’enrobé puis par l’homogénéisation du liant de l’enrobé recyclé.

Au regard des incertitudes de mesures, il ne peut être fait de différence entre le moment où l’amas est réduit et le moment où le liant de cet amas d’agrégats d’enrobé participe au liant de l’enrobé recyclé à travers son homogénéisation. Cela permet de supposer que l’homogénéité du liant de l’enrobé recyclé est directement proportionnelle à la disparition des amas d’agrégats d’enrobé : dès qu’un amas est réduit, son liant participe au liant de l’enrobé recyclé.

VI Conclusion

En utilisant des agrégats d’enrobé dont la forme est identique à celle des agrégats d’enrobé quotidiennement utilisés en centrale de fabrication et en réalisant des observations à l’échelle microscopique, la réédition des essais de NGUYEN (Nguyen 2009) a permis de montrer que lors du mélange d’agrégats d’enrobé et de constituants d’apport, il peut exister des amas d’agrégats d’enrobé localisés à la surface des granulats.

Afin de distinguer les amas d’agrégats d’enrobé présents au sein de l’enrobé recyclé, une technique d’observation a été développée. Pour cela, une modification du liant d’apport a été nécessaire. Le liant d’apport utilisé, un liant clair, a été choisi dans la gamme des liants disponibles en technique routière et ses caractéristiques permettent de le comparer rhéologiquement avec un liant bitumineux classique.

La technique d’observation présentée est basée sur une analyse de deux photographies : l’une en lumière blanche et l’autre en lumière UV. Les images sont ensuite exploitées selon un protocole d’analyse d’images défini expérimentalement puis automatisé. Ce protocole permet de caractériser le liant de l’enrobé recyclé selon un principe d’imagerie de contraste. Le contraste est traduit en termes de répartition de niveau de gris (ng) de la zone de liant des photographies observées. Cette analyse permet d’identifier des amas d’agrégats d’enrobé et de quantifier le degré de mélange du liant de l’enrobé recyclé.

La méthode réunissant la technique d’observation développée et le protocole d’analyse d’images est validée expérimentalement puis statistiquement. Cette méthode est ensuite utilisée pour caractériser le degré de mélange d’un enrobé recyclé fabriqué à trois températures différentes, en fonction de la durée de son malaxage.

Le travail de caractérisation présenté dans ce chapitre montre qu’au début de la fabrication d’enrobé recyclé, des amas d’agrégats d’enrobé existent et que ceux-ci sont réduits par l’action mécanique du malaxage durant la fabrication. La réduction de la température conduit à une baisse sensible de la vitesse d’homogénéisation du liant de l’enrobé recyclé. La prise en compte de durées caractéristiques pour deux critères distincts permet de préciser qu’une baisse de 30°C de la température de fabrication multiplie par un facteur deux la durée d’homogénéisation.

III. ftfyfd