Perte d’intégrité et de rigidité de l’enrobé bitumineux

La perte de cohésion des constituants de l’enrobé et la perte d’adhésivité entre ceux-ci va nécessairement générer une perte de cohésion de l’enrobé bitumineux. Toutefois, il est possible que la perte de cohésion de l’enrobé bitumineux soit temporaire, c'est-à-dire réversible. Ceci est observable après une période de séchage. Malgré cela, au fil du temps, les agressions vont produire une dégradation permanente de l’enrobé bitumineux et du revêtement (§ 1.2.4.2). La dégradation d’un matériau induit une détérioration de ses propriétés mécaniques. L’évaluation de la dégradation des enrobés bitumineux s’effectue avec plusieurs essais mécaniques : module complexe (petites déformations), compression simple, traction directe ou indirecte, etc.

Auparavant, il a pu être observé que les causes suivantes sont les plus influentes quant à la perte de cohésion ou à l’accentuation des dégradations des enrobés bitumineux en présence d’eau : 1) présence importante et prolongée d’eau, 2) température élevée, et 3) cycles de gel-dégel (§ 1.2.4.4).

Présence importante et prolongée d’eau – La présence importante et prolongée d’eau

dépend de plusieurs éléments, qui ont été exposés à la section 1.2.4.1. Toutefois, les enrobés bitumineux qui contiennent, et plus encore, qui retiennent une grande quantité d'eau, se dégradent nettement plus rapidement. Ceci devient particulièrement critique lors de la formation de glace. La rétention d’eau au sein de l’enrobé bitumineux peut être reliée à leur perméabilité¹². Même si cela est discutable, la perméabilité de l’enrobé bitumineux est mise

12 La perméabilité des enrobés bitumineux est liée, dans une certaine mesure, à la teneur en vides, mais plus particulièrement, au type de vides et à leur grosseur. Les vides peuvent être : 1) isolés ; 2) semi-effectifs (vides qui sont présents en surface, mais qui ne traversent pas l’ensemble du matériau) ou 3) effectifs (ils traversent entièrement le matériau), ce qui affecte grandement la perméabilité de l’enrobé bitumineux. Pour une même teneur en vides, la perméabilité de l’enrobé est plus élevée dans le cas de la présence de vides effectifs, que semi-effectifs ou qu’isolés (Chen et coll., 2004). Dans une mesure inférieure, plus le diamètre

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en relation avec sa teneur en vides (Terrel et coll., 1993). Notamment, une perméabilité faible engendre une faible infiltration d’eau, ceci s’applique usuellement pour les enrobés ayant une teneur en vides inférieure à 5,5-7,5%. Quant à une perméabilité élevée, elle permet une infiltration élevée d’eau, mais également son évacuation, ceci est propre aux enrobés possédant une teneur en vides supérieure à 13-15%. Une perméabilité intermédiaire va donc permettre une infiltration moyenne de l’eau, mais l’évacuation en sera modérée, ce qui favorise la rétention d’eau au sein de l’enrobé bitumineux. Alors, une teneur en vides variant de 5,5-7,5 à 13-15% favorise la dégradation des enrobés bitumineux. Ceci a été observé par Terrel et coll. (1994) au niveau de la teneur en vides et corréler par Masad et coll. (2006) au niveau du degré de perméabilité des enrobés bitumineux. À cet effet, la majorité des dégradations par désenrobage se produit essentiellement pour les enrobés à texture ouverte (open-graded), les couches de base et les traitements de surface, qui sont tous relativement perméable à l'eau en comparaison avec des enrobés à granulométrie étalée et à texture plus fermée (dense-graded). Afin de montrer la perte de cohésion possible en présence d’eau, Castañeda Pinzon (2007) a effectué des essais de module résilient à 10°C (conditionnement de 6h) sur cinq enrobés constitués d’un bitume de pénétrabilité 80-100, ayant une teneur en bitume de 5,0 à 5,8% (teneur par rapport à la masse de granulat) et une teneur en vides variant de 3,2 à 7,4%. Plus particulièrement, suite à une, deux ou trois immersions de 24h dans l’eau à une température de 60°C, il a observé que la perte de rigidité est de l’ordre de 0 à 64%, 0 à 75% et de 9 à 86% respectivement. Ces pertes de rigidité sont considérables. Des résultats similaires ont également été observés par Schmidt et coll. (1972). Cependant, après une longue période de séchage, les pertes de module sont restituées (Castañeda Pinzon, 2007).

Température élevée – Une hausse de la température génère une baisse de la viscosité et de

la perméabilité du bitume, ce qui se traduit définitivement par une augmentation de la perte de rigidité de l’enrobé en présence d’eau. Plus particulièrement, pour un enrobé constitué des vides est élevée, plus la perméabilité est élevée (Abdullah et coll., 1998 ; Kanitpong et coll., 2001 ; Chen et coll., 2004).

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d’un bitume de pénétrabilité 80-100 et ayant une teneur en vides de 7 ± 0,5%, il a été montré que la perte de rigidité suite à une immersion dans l’eau à 60°C, comparativement à 40°C et 20°C, est respectivement de 1,8 et 6,2 plus sévère (Castañeda Pinzon, 2007). Lottman (1982), et Brown et coll. (2009) mentionnent que la saturation partielle d’éprouvettes et leur immersion d’une durée de 24h dans une eau à une température de 60°C reflète la dégradation des enrobés bitumineux observable sur chaussées dans les quatre premières années de leur vie utile (compactage Marshall, teneur en vides de 4 à 8%, essai de rupture par traction indirecte).

Cycles de gel-dégel – La réalisation de cycles de gel et dégel sur des enrobés bitumineux

partiellement saturés se traduit par des pertes de rigidité qui sont irréversibles. Ceci s’explique par la solidification de l’eau qui génère des contraintes élevées (1 à 3MPa) conduisant à la gélifraction du granulat et à la fragilisation de l’enrobé bitumineux (Mauduit et coll., 2007). Notamment, Lottman (1982) et Brown et coll. (2009) stipulent que l’action combinée de la saturation partielle des éprouvettes, d’un cycle de gel d’une durée de 15h à -18°C et d’une immersion de 24h dans une eau à une température de 60°C reflète la dégradation des enrobés bitumineux observable sur chaussées après 4 à 20 ans de vie utile, ce qui est nettement supérieure à l’action combinée d’une saturation partielle et d’une immersion à 60°C. Suite à un seul cycle de gel-dégel, la perte de rigidité à la rupture peut atteindre les 35% (Gilmore et coll., 1985 ; Huang et coll., 2005 ; Feng et coll., 2010). Aussi, suite à la réalisation de cycles de gel et dégel, des enrobés partiellement saturés en eau ont présenté des augmentations de volume. Ces augmentations de volume constituent en soit une augmentation de la teneur en vides des enrobés qui peut atteindre les 2% (Yi et coll., 2009 ; Feng et coll., 2010).

Il faut mentionner que le trafic joue aussi un rôle important dans la dégradation par l’eau des enrobés bitumineux. Dans certains cas, le passage des véhicules ne fait qu’accentuer la perte de rigidité initiée par les nombreux mécanismes, mais celle-ci peut être réversible après un séchage prolongée. Malgré cela, le passage des véhicules peut provoquer le décapage hydraulique, le lavage du liant (désorption), la rupture du film de bitume et la propagation de

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microfissures au sein du mastic dont la majorité constitue des dégradations irréversibles (Taylor et coll., 1983).

1.2.5 Sollicitations chimiques