Méthodes de formulation

La formulation a pour objectif de déterminer la composition optimale de granulats, de liants et de vide d’un mélange d’enrobé afin de résister aux sollicitations mécaniques et climatiques sur l’ensemble de la durée de vie de la chaussée.

Nombreuse sont les méthodes de formulation d’enrobé ; nous décrivons par la suite brièvement quelques-unes des méthodes les plus connues.

6.3.1 Méthode belge de formulation

Le Centre de Recherches Routières belge a développé une méthode de formulation des enrobés bitumineux qui se caractérise par le fait qu’elle soit basée sur un calcul analytique de la composition volumique; l’utilisation d’un essai en laboratoire n’est justifiée que comme moyen de vérification des valeurs déterminées par la formulation volumique. La méthode élaborée traite essentiellement les mélanges à squelette sableux et les mélanges à squelette pierreux. Le diagramme ci-dessous nous présente la distinction squelettique traitée par cette méthode.

Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 78

Figure 6.2:Situation des variantes EME à squelette pierreux et sableux dans le triangle de Richardson (7)

La procédure de formulation développée se décompose en trois phases :

 Phase 1 - Choix et caractérisation des matériaux : le choix des composants du mélange est d’une grande importance pour les résultats et les performances de l’enrobé. Il est important de connaître les caractéristiques physiques des agrégats (granulométrie, dureté, propreté, etc.) et du liant (pénétration, susceptibilité thermique).

 Phase 2 – Formulation : Les données issues de la première phase sont utilisées ainsi que la définition de la courbe granulométrique cible et ses limites. Pour la formulation, le pourcentage de vides à atteindre ou la teneur en liant cible peuvent être choisis. La composition en volume puis en masse est ensuite calculée (pierre, sable, filler, bitume).

 Phase 3 – Essais : L’utilisation d’essais en laboratoire permet de vérifier les résultats obtenus lors de la formulation analytique. Si nécessaire, la formulation (composition et/ou matériaux) sera corrigée jusqu’{ l’obtention d’une composition en adéquation avec les exigences.

Nous résumons l’algorithme de formulation de la méthode belge sur la figure ci-dessous.

Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 79

Figure 6.3: Structure de la méthode belge de formulation des enrobés bitumineux (7)

6.3.2 Le Marshall mix design ou méthode Marshall

Développée dans les années par Bruce Marshall, la méthode vise à choisir la teneur en liant pour une certaine densité du mélange qui satisfait à une stabilité minimale et un fluage évoluant dans un intervalle d’acceptation.

La procédure de formulation est la suivante :

 Choix des agrégats

Les matériaux doivent satisfaire les propriétés physiques conformément aux prescriptions. La combinaison des différentes tailles d’agrégats doit permettre d’obtenir une courbe granulométrique aussi proche que possible de la courbe de référence.

 Choix du liant

A ce niveau, il n’existe pas une procédure de sélection et d’évaluation normalisée.

Son choix est alors laissé { l’ingénieur qui devra réaliser les essais qu’il juge nécessaire pour le guider.

Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 80

 La préparation des échantillons

Les échantillons sont fabriqués dans des moules normalisés. Typiquement on prépare ou mélanges avec des teneurs en liant différentes, et pour chaque mélange, échantillons. Les échantillons sont ensuite compactés { l’aide de la dame Marshall selon des règles bien précises.

 Détermination de la stabilité et du fluage

Une fois compactés les échantillons sont soumis à un essai de stabilité et fluage.

La stabilité est la force maximale que peut supporter l’échantillon et le fluage est la déformation plastique qui s’ensuit. Ces deux valeurs sont en quelque sorte des mesures permettant de prévoir la performance de l’enrobé.

 Calcul de la densité et des vides

Ici on détermine les caractéristiques du mélange que sont : la densité et les vides.

 Choix de la teneur en liant optimale

Il est fait à ce niveau, une représentation de l’évolution du pourcentage de vides, de la densité, du fluage, de la stabilité, des vides du squelette minéral et des vides remplis par le bitume en fonction de la teneur en liant.

La teneur idéale en liant est obtenue en faisant la moyenne des teneurs en bitume qui ont donné la stabilité maximale, la masse volumique maximale et la teneur en vides désirée. Tout cela se fait graphiquement { l’aide des courbes issues des essais réalisés sur les échantillons.

6.3.3 Méthode Française de formulation

La méthode française de formulation se caractérise par une approche basée le plus possible sur les performances du mélange.

Les considérations volumétriques étant fondées sur la presse à cisaillement giratoire qui est un des piliers de la méthode. La méthode de formulation s’effectue en deux étapes :

 La détermination de la quantité minimale de liant

La détermination de la quantité de liant est fonction de la granulométrie du mélange. En effet en se basant sur l’approche codifiée en France qui veut que pour toute composition granulométrique, on puisse définir une quantité minimale de liant nécessaire pour assurer sa durabilité, sur la base de la granularité, on établit une estimation de la surface spécifique des granulats selon l’expression :

Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 81

La détermination la teneur en liant pour un bon enrobage des granulats est fonctions de cette surface spécifique et est définie par :

√∑ Avec :

- Coefficient correcteur relatif à la masse volumique des granulats, avec MVRg la masse volumique des granulats ;

- le coefficient de proportionnalité K, qui est une indication de l’épaisseur du film de bitume autour des granulats, et est appelé le Module de richesse.

 Essai à la presse à cisaillement giratoire

Cet essai vise à estimer le comportement lors du compactage du mélange déterminé. Il urge pour la réalisation de l’essai une quantité prédéterminée du mélange hydrocarbonée, portée { la température usuelle de fabrication en centrale que l’on placera dans un moule cylindrique de 𝑚𝑚 de diamètre.

Le compactage s’obtient par l’action simultanée d’une :

- force de compression statique assez faible de ;

- d’une déformation de l’éprouvette { laquelle on n’impose que son axe longitudinal décrive une surface conique de révolution.

L’interprétation de l’essai est faite en considérant les valeurs de pourcentages de vides obtenues après girations et après un nombre girations dépendant de l’enrobé.

Après les girations, il est spécifié une fourchette de valeur fonction des besoins en performance de l’enrobé considéré.