Méthodologie expérimentale

2.2.1 Étude à l’échelle de la microstructure – volet Bitume

Dans un premier temps, l’étude de la sensibilité à l’eau est concentrée au niveau des composants, soit le bitume et les granulats. L’objectif de ce volet est de vérifier l’impact du type de bitume et du type de granulat sur l’adhérence bitume-granulat au moyen d’un essai relativement simple et facile à réaliser. Ainsi, il sera possible d’identifier les combinaisons bitume-granulat performantes du point de vue de la sensibilité à l’eau. Pour ce faire, un essai d’arrachement a été utilisé. Également, la détermination de la composition chimique SARA ainsi que la mesure des énergies de surface des bitumes s’est fait dans les laboratoires du groupe Eiffage Construction. Les résultats sont disponibles à l’ANNEXE III.

Essai d’arrachement - L’essai d’arrachement de type "pull-off test" vise à mesurer la force

nécessaire à l’arrachement d’un plot collé avec bitume sur un substrat donné. L’essai permet de quantifier la force d’adhérence entre le bitume et le substrat. Dans cette thèse, l’essai retenu est une adaptation de l’essai du PATTI (Pneumatic Adhesion Tensile Testing Instrument). Pour ce faire, un appareil de mesure d’adhérence de type Jauge d’adhérence par traction modèle

Elcometer 510 a été utilisé (Figure 2.1). Cet appareil est composé d’une pompe hydraulique

automatique et permet un contrôle du taux d’application de la charge de façon précise et continue. De plus, deux types de substrat ont été utilisés : 1) plaques de verre, et 2) plaques de calcaire. Des plots de 50 mm de diamètre ont été fabriqués sur mesure à partir de laiton. Un rebord de 300 µm sur les plots permet de contrôler uniformément l’épaisseur du film de bitume. L’excédent de bitume est évacué par 4 ouvertures de 13 mm situés au pourtour du plot. Pour plus de détails, voir la Figure 3.2.

Figure 2.1 Appareillage utilisé pour l’essai d’arrachement

La mesure de la force d’arrachement pour les substrats de verre et de calcaire s’est faite pour six bitumes différents (Tableau 2.1). Ces bitumes ont été sélectionnés afin de mettre en perspective l’influence du grade de bitume, de la source du brut et de l’ajout de polymères sur

l’adhérence bitume-substrat. Pour chaque couple bitume-substrat, les essais ont été réalisés en condition sèche et après un trempage dans l’eau à 60°C pour sept jours. Dans les deux cas, les essais ont été réalisés à une température de 25°C.

Tableau 2.1 Types de bitume étudié pour les essais de mesure de la force d’arrachement

Grade Provenance Modifié aux polymères

PG58-28 Source A Non PG64-22 Source A Non PG64-22 Source B Non PG64-22 Source C Non PG70-28 Source A Oui, SBS PG76-28 Source A Oui, SBS

2.2.2 Étude à l’échelle de la macrostructure – volet Enrobé

Dans un deuxième temps, l’étude de la sensibilité à l’eau s’est faite sur éprouvettes d’enrobés bitumineux. Deux séries d’éprouvettes ont été confectionnées avec deux bitumes différents, soit un bitume pur de grade PG58-28 et un bitume modifié aux polymères de grade PG70-28. Différents dosages en granulats de verre et en chaux hydratée ont été étudiés. L’ensemble des enrobés étudiés est présenté à la Figure 2.2. Tous les enrobés sont de type ESG-10, un enrobé couramment utilisé en couche de surface dans les chaussées bitumineuses du Québec. Les caractéristiques de formulation des enrobés étudiés se trouve à l’ANNEXE I. Tous les éprouvettes d’enrobés étudiés ont été confectionnées au LCMB de l’ÉTS.

L’appréciation de la sensibilité à l’eau s’est faite en suivant l’évolution des propriétés viscoélastiques linéaires (VEL) d’éprouvettes d’enrobé soumise à un trempage dans l’eau chaude et à plusieurs cycles de gel-dégel. La mesure des propriétés VEL des enrobés s’est faite au moyen de l’essai de module complexe (E*). La mesure du E* sur éprouvette permet une évaluation de la rigidité de l’enrobé sur un large spectre de températures et de fréquences de

sollicitation pour une caractérisation complète de la rhéologie en petites déformations. De plus, la mesure du E* est un essai non destructif et permet de cerner à l’échelle macroscopique le degré de cohésion du matériau, tributaire de l’interaction des constituants à l’échelle macroscopique. Par ailleurs, les résultats de E* ont été modélisés suivant le modèle rhéologie analogique à spectre continu 2S2P1D (2 Springs, 2 Parabolic creep elements and 1 Dashpot). De plus, les effets de la température ont été décrits par le modèle de William, Landel et Ferry (WLF). Une analyse judicieuse des résultats expérimentaux et des paramètres de ces deux modèles est présentée dans cette thèse. Pour chaque éprouvette d’enrobés, un minimum de trois essais de E* ont été réalisés tel que décrit dans le Tableau 2.2. De plus, certains enrobés ont été testés pour un total de quatre essais d'E* tel que souligné en rouge dans la Figure 2.2.

Figure 2.2 Enrobés bitumineux testés dans le cadre du volet Enrobé – Étude à l’échelle de la macrostructure de cette thèse

E* après trempage et gel-dégel

Bitume polymère (PG70-28)

Avec chaux hydratée (2%)

EB référence EB 20 % verre

EB 60% verre

Sans chaux hydratée

EB référence EB 20 % verre

EB 60% verre

Bitume pur (PG58-28)

Avec chaux hydratée (2%)

EB référence EB 20 % verre EB 60 % verre

Tableau 2.2 Description des différents essais de module complexe réalisé sur les éprouvettes d’enrobés étudiés dans le cadre de cette thèse

Essai Appellation Température d’essai (°C) Conditionnement

1er _{E* DRY -35 à +35 par incrément de 10° Aucun}

2e _{E* WET +5 à +35 par incrément de 10°} +14 jours dans l’eau à

60°C

3e _{E* 3 FT -35 à +35 par incrément de 10°} +3 cycles de gel (24h)

et dégel (24h) à -18°C 4e _{E* (pour}

certains EB) 10 FT -35 à +35 par incrément de 10°

+7 cycles de gel (24h) et dégel (24h) à -18°C