II.5.1 Objectifs de la thèse
L’adhérence des revêtements routiers et leur évolution dans le temps sous l’action du trafic reste un élément très important pour la sécurité routière. L’adhérence est directement liée à la texture de la couche de roulement. L’évolution de cette texture sous l’effet du trafic influe beaucoup sur le potentiel d’adhérence. L’adhérence fluctue aussi avec les saisons par la variation de la température et la présence de particules sur la chaussée.
Pour quantifier ce potentiel d’adhérence qu’offre la chaussée, nous avons vu que plusieurs appareils de mesure ont été mis en place. La majorité de ces appareils est utilisable directement sur la chaussée. Pour les essais de polissage, que se soit le CPA ou le GRAP, il est difficile de les réaliser sur des enrobés. En outre, l’essai CPA nécessite plus de temps pour la préparation les échantillons et la mise en œuvre de l’essai. L’essai GRAP est moins gourmand en temps. Mais, l’utilisation de la projection d’abrasif modifie la texture de la surface et peut être non représentatif du polissage d’une chaussée soumise au trafic.
Il est donc nécessaire de disposer d’un appareil pouvant évaluer le coefficient de frottement des échantillons de granulats et d’enrobés, et pouvant reproduire le polissage causé par le trafic. Pour l’instant, il n’y a pas de méthodes d’essai permettant de simuler l’évolution de l’adhérence en laboratoire. Il est également nécessaire de développer une méthode de simulation pour obtenir la courbe d’évolution de l’adhérence en fonction du temps et/ou du trafic.
Les recherches antérieures ont montré l’importance de la microtexture quant à l’évolution de l’adhérence. Pour mieux comprendre les mécanismes de polissage, il est nécessaire d’établir des relations entre l’évolution de l’adhérence et celle de la microtexture.
Certains auteurs ont essayé d’établir des modèles pour l’évolution de l’adhérence en fonction du trafic, à l’aide de mesures in situ. Aucun de ces modèles ne permet cependant de prédire l’évolution de l’adhérence in situ à partir d’essais en laboratoire. Il faut donc chercher la liaison entre les évolutions in situ et en laboratoire. D’autres recherches ont été menées sur l’évolution de l’adhérence en fonction des caractéristiques des matériaux. Malheureusement, personne ne propose un modèle assez complet les prenant en compte. Une fois les caractéristiques d’enrobé in situ mesurées, l’idée serait de prédire l’évolution de l’adhérence in situ à l’aide d’essais en laboratoire.
II.5.2 Démarche de travail
La démarche envisagée pour le travail de thèse est présentée dans la Figure II.24. Elle comprend les points suivants :
développement d’une méthode de polissage en laboratoire pour construire la courbe complète présentant l’évolution de l’adhérence avec le temps. L’essai doit pouvoir être mis en œuvre sur des échantillons de granulats et d’enrobés ;
suivi de l’évolution de l’adhérence des routes circulées depuis leur construction, afin de faire une comparaison avec l’évolution simulée en laboratoire ;
développement d’un modèle basé sur des évolutions simulées, et mise en relation entre les paramètres du modèle et les caractéristiques des matériaux.
Contexte
Importance de l’adhérence en sécurité routière
Influence du polissage sur l’évolution de l’adhérence Bibliographie
Inconvénients des essais de polissage existants
Développement et mise au point d’une nouvelle méthode d’essai
Développement d’un modèle de prévision • Modèle d’ajustement
• Modèle physique
Relier les paramètres du modèle aux caractéristiques des matériaux • Méthode d’essai plus représentative
• Procédure d’essai de simulation en laboratoire
Information sur la route avant la construction (durée de service, type de revêtement, granulat, etc.)
Prévision de l’évolution de l’adhérence
Gestionnaire • Entretien •Estimation du budget
Entreprise routière • Choix d’enrobé (formulation, granulat, etc.)
Maître d’ouvrage • prévision de la sécurité
Besoins
Recherche
Applications
Figure II.24 : Méthodologie de thèse
Une fois toutes les étapes effectuées, lorsque nous donnerons les caractéristiques des enrobés, la prévision de l’évolution de l’adhérence sera possible. Selon cette recherche, nous espérons proposer des produits pour les différents usagers :
pour les gestionnaires, il sera faisable d’estimer précisément le budget avant la construction selon les besoins : la durée de service d’attente, le trafic prévu, etc. A l’aide du modèle développé, les gestionnaires pourront prédire la sécurité routière,
la nécessité d’entretien, etc. ainsi que la perte de l’adhérence et le coefficient de frottement minimal. La courbe d’évolution de l’adhérence sera particulièrement intéressante en cas de modification du trafic;
pour les ingénieurs routiers, il deviendra possible d’optimiser le choix du type de revêtement et des constituants des enrobés (caractéristiques des granulats, liant, etc.) en prenant en compte l’adhérence des pneumatiques. Ceci entrera dans l’optimisation globale, en termes techniques et économiques.
III Développement d’un essai de polissage
Dans le premier chapitre, les essais de polissage et de mesure du frottement actuels ont été exposés. Ces essais normalisés ne sont pas adaptés à notre étude : le GRAP [137, 138] effectue un polissage qui n’est pas représentatif de la réalité, et le PSV [136] ne peut pas s’adapter aux mélanges bitumineux à cause de la forme incurvée des éprouvettes.
De nombreux résultats sont disponibles sur l’utilisation de la machine WS, grâce aux recherches menées à l’Université de Berlin [55, 109]. Les efforts ont été jusqu’à maintenant focalisés sur le développement d’un mode opératoire pour atteindre une adhérence minimale. Car cette machine reproduit très bien la réalité sur la route, nous décidons utiliser dans notre recherche.
Dans ce chapitre, une description succincte du mode opératoire de l’Université de Berlin est donnée. Une nouvelle procédure est adoptée pour obtenir la courbe complète d’évolution du frottement. Puis, les descriptions des sites et des échantillons expérimentaux sont présentées. Enfin, la validation de la nouvelle méthode d’essai est détaillée.
Tout d’abord, un bon fonctionnement du système doit au préalable être vérifié parc un cycle de mesure complet avec la plaque de contrôle, avant et après chaque mesure. Les propriétés d’adhérence de la plaque de contrôle ne doivent pas être modifiées au cours du processus de mesure. Une plaque de verre texturé ou une tôle d’aluminium brossé constituent des surfaces de contrôle adaptées. Lors du contrôle, la valeur mesurée doit rester égale à la valeur théorique avec une tolérance de ± 10 %. La Figure III.1 montre les coefficients de frottement en fonction du temps pour les différentes carottes à différents stades de polissage. Quatre patins différents sont testés. A partir de cette figure, la valeur du frottement sur la même plaque de verre varie entre 0,08 et 0,12. La plupart des valeurs sont environ égales à 0,1. Lors de la calibration de la plaque de verre, si on dépasse les valeurs de l’intervalle de mesure requis, les patins de mesure doivent être changés.
0 0,04 0,08 0,12 0,16 17/02/2005 05/09/2005 24/03/2006 10/10/2006 28/04/2007 Date µw s
Patin N°1 Patin N°2 Patin N°3 Patin N°4
Figure III.1 : Calibration de la mesure de frottement sur la machine WS (180 mesures pour les différentes carottes à différents stades de polissage avec quatre patins)
L’usure des patins dépend du type de surface testé. De ce fait, un jeu de patins différents doit être utilisé pour chaque type de surface. Après chaque mesure, il faut vérifier l’état des patins. Si leur surface est usée ou si des déformations (bavures dues à l’échauffement lors du frottement) sont visibles, les patins doivent être remplacés. Dans tous les cas, les patins doivent être changés si l’épaisseur de gomme est inférieure à 2 mm.