Résultats concernant les paramètres de Marshall

Les résultats enregistrés, pour l’évolution de la densité apparente du matériau composite obtenu, suite à l’utilisation de la poudre de sachets plastiques fondus en mélange avec le bitume et les granulats, pour constituer le béton bitumineux, sont présentés sur la Figure 4.18.

On peut y observer que, la densité apparente du béton bitumineux décroit lorsque la teneur en poudre de sachets plastiques fondus dans le bitume augmente. En effet, sans aucune addition de la poudre de sachets plastiques, la densité du béton bitumineux valait déjà 2,420 alors qu’à 20% d’incorporation de fondu de sachets plastiques, la valeur de la densité est réduite à 2,395.

145 Figure 4.18 : Evolution de la densité du béton bitumineux en fonction de la teneur en poudre

de sachets plastiques fondus

Le modèle qui permet de fixer, de manière adéquate, les données ainsi recueillies sur le comportement de la densité apparente (Y) en fonction de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus (X), peut être représenté par l’équation de la courbe de tendance exprimée par :

42 . 2 3763 . 0

² 2135 . 5 844 . 39 91

.

100 ⁴ ³  

 X X X X

Y (19)

avec la valeur du coefficient de régression égale à : R² = 1.

4.3.2.1.2. Effets du dope sur la stabilité Marshall

Les résultats relatifs à l’évolution de la stabilité Marshall, suite à l’utilisation de la poudre de sachets plastiques fondus en mélange avec le bitume et les granulats, pour constituer le béton bitumineux, sont présentés à la Figure 4.19. Ces résultats permettent d’affirmer que, la stabilité Marshall du béton bitumineux s’accroît avec l’augmentation de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus. En effet, la stabilité Marshall du béton bitumineux à 0% (sans poudre de sachets plastiques) est de 20,934 kN alors qu’à 20% d’addition de poudre, elle monte à 22,08 kN.

146 Figure 4.19 : Evolution de la stabilité Marshall du béton bitumineux en fonction de la teneur

en poudre de sachets plastiques fondus

Le modèle qui fixe, de manière adéquate, les données relatives au comportement de la stabilité (Y) en fonction de la teneur en poudre de déchets de sachets plastiques fondus (X), peut être représenté l’équation de la tendance:

934 . 20 143 . 14

² 98 . 120 63

.

390 ³  

 X X X

Y (20)

avec une valeur du coefficient de régression égale à : R² = 0,997.

4.3.2.1.3. Effets du dope sur le fluage du béton bitumineux

Les résultats enregistrés suite aux essais de fluage en utilisant de la poudre de sachets plastiques fondus en mélange avec le bitume et les granulats, pour constituer le béton, sont présentés sur la Figure 4.20.

Les résultats ainsi portés sur la Figure 4.20 montrent clairement que le fluage du béton bitumineux diminue à mesure qu’augmente la teneur en poudre de sachets plastiques fondus.

147 Figure 4.20 : Evolution du fluage du béton bitumineux en fonction de la teneur en poudre de

sachets plastiques fondus

Le modèle qui fixe, de manière adéquate, les données recueillies sur le comportement du fluage (Y) en fonction de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus (X), peut être représenté par l’équation de la courbe de tendance exprimée par:

4

avec la valeur du coefficient de régression égale à : R² = 0,999.

4.3.2.1.4. Effets du dope au sachet plastique sur le volume de vides du béton bitumineux L’incorporation du fondu de sachets plastiques dans le béton bitumineux fournit un matériau composite (granulats-bitume-sachet) dont la compacité diminuant traduit une augmentation du volume de vides. A la Figure 4.21 sont présentés les résultats expérimentaux de l’étude du l’équation de la courbe de tendance d’expression:

13

avec la valeur du coefficient de régression égale à : R² =1.

148 Figure 4.21 : Evolution du volume de vides dans le béton bitumineux en fonction de la teneur

en poudre de sachets plastiques fondus

Le volume de vides croît avec le taux de dope. Toutefois, de 0% à 20% de taux de dopage à la poudre de sachets plastiques fondus, le volume de vides est encore situé dans la plage des taux indiqués comme étant ceux offrant de bonnes performances de la part des liants bitumineux:

de 2 à 4%.

Les investigations menées dans cette partie du travail et visant à identifier une solution pertinente de recyclage des déchets de sachets plastiques dans les procédés de construction ont consisté à déterminer les caractéristiques essentielles des liants bitumineux élaborés en substituant partiellement, au bitume 50-70 utilisé, la poudre des déchets de sachets plastiques fondus et finement broyés. Les différents essais effectués ont permis de noter que, la stabilité Marshall du béton bitumineux et le volume de vides concédé ont affiché des évolutions croissantes avec l’augmentation de la teneur en poudre de sachets plastiques. Une tendance décroissance a plutôt été enregistrée concernant la densité apparente du béton bitumineux. Il en est de même pour le fluage déterminé à partir des mesures de déformations.

D’autres séries de paramètres, importants et caractéristiques, pour le béton bitumineux, ont été déterminées à partir des essais Duriez.

149 4.3.2.2. Résultats relatifs aux mesures des paramètres de Duriez

4.3.2.2.1. Effets sur la stabilité au sens de Duriez du béton bitumineux

Les résultats relatifs à l’évolution des trois versions testées de la stabilité Duriez sont présentés à la Figure 4.22.

Figure 4.22 : Evolution de la stabilité Duriez du béton bitumineux en fonction de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus

(Légende : R _24a = air à 24 heures d’âge ; R _{(1+7) a} = air à 8 jours d’âge ; R (1 a + 7 e) = 1 jour air +7 jours immergé dans l’eau)

 Stabilité à 24 heures en air ambiant contrôlé

De ces résultats, on peut affirmer que, la stabilité du béton bitumineux à 24 heures en air ambiant contrôlé s’accroît avec l’augmentation de la teneur en poudre de sachets plastiques. Il est à remarquer que le taux de variation de la stabilité Duriez est d’environ 14,28 % pour une plage de teneurs en poudre de fondu de sachets plastiques incorporée de 0 à 20 %. Ainsi, le modèle qui fixe, de manière adéquate, les données recueillies sur le comportement de la stabilité Duriez à 24 heures en ambiance d’air contrôlée (Y) en fonction de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus (X), peut être représenté par l’équation de la courbe de tendance:

150

avec la valeur du coefficient de régression égale à : R² = 0,998.

 Stabilité à 8 jours en ambiance d’air contrôlée

A 8 jours d’âge et suite au maintien à l’air à la température de 18 °C, la stabilité du béton bitumineux s’accroît avec l’augmentation de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus.

Le taux de variation de la stabilité Duriez à 8 jours, dans ces conditions, est d’environ 24,64%, pour une plage de teneurs en poudre de sachets plastiques incorporée de 0 à 20 %.

Le modèle qui fixe, de manière adéquate, les données recueillies sur le comportement de la stabilité à 8 jours, en ambiance d’air contrôlée (Y) en fonction de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus (X), peut être représenté par l’équation de la courbe de tendance :

214

avec la valeur du coefficient de régression égale à : R² = 0,990.

 Stabilité à 1jour en air contrôlé + 7 jours d’immersion en eau

A 8 jours d’âge, avec une conservation à l’air à la température de 18 °C pendant 24 heures et 7 jours d’immersion dans l’eau à la même température, le béton bitumineux déploie une stabilité qui s’accroît avec l’augmentation de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus.

Le taux de variation de la stabilité Duriez, dans ces conditions, est d’environ 29,04 %, pour une plage de teneurs en poudre de sachets plastiques incorporée de 0 à 20.

Le modèle qui fixe, de manière adéquate, les données recueillies sur le comportement de la stabilité à 8 jours d’âge, avec une conservation à l’air à la température de 18 °C pendant 24 heures et 7 jours d’immersion dans l’eau à la même température (Y), en fonction de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus (X), peut être représenté par l’équation de la courbe de tendance :

avec la valeur du coefficient de régression égale à : R² = 0,991

De façon générale donc, nous pouvons affirmer que toutes les formes de la stabilité Duriez du béton bitumineux mesurées ont montré une croissance en fonction de l’augmentation de la teneur en poudre de fondu de déchets de sachets plastiques.

4.3.2.2.2. Effets du dope sur l’absorption d’eau du béton bitumineux

Sur la Figure 4.23, sont présentés les résultats de l’étude relative à l’évaluation de l’absorption d’eau du béton bitumineux dopé à la poudre de fondu de sachets plastiques. Pour 7 jours

151 d’immersion, comptés dès l’âge de 24 heures tel que recommandé par la norme, l’absorption d’eau du béton bitumineux diminue en fonction de l’augmentation de la teneur en poudre de fondu de déchets de sachets plastiques.

Figure 4.23 : Evolution du taux d’absorption d’eau Duriez à 1 jour en air contrôlé et 7 jours immergé à 18°C du béton bitumineux en fonction de la teneur en poudre de sachets

plastiques fondus

Les résultats présentés plus haut ont montré que toutes les formes de stabilité Duriez augmentent avec l’ajout au bitume de la poudre de sachets plastiques dans la plage de 0 à 20%. La diminution parallèle du taux d’absorption d’eau induite par le procédé ainsi mis en œuvre constitue alors un atout précieux. En technique routière, les liants hydrocarbonés ne sont utilisés que pour agglomérer des granulats, le but principal d’un béton bitumineux étant celui d’obtenir une cohésion efficace et d’assurer une rigidité élevée à la chaussée. Ce n’est donc qu’incidemment que leur imperméabilité apporte à la chaussée des qualités complémentaires. Par ailleurs, l’agent de déplacement le plus dangereux qui tente de se substituer au liant à la surface du granulat, c’est l’eau. Les prescriptions de Duriez, pour les pistes d’avions et les autoroutes, recommandent des valeurs de taux d’absorption inférieures à 4% lorsque le liant est du bitume. Ainsi, le bitume 50-70 retenu comme témoin dans le procédé développé ici, utilisé seul en qualité de liant bitumineux, a déjà satisfait à cette

152 exigence, avec un taux d’absorption d’eau de 1,68%. L’incorporation de la poudre de sachets plastiques a contribué à améliorer sa performance en réduisant de manière significative ce taux d’absorption d’eau: à 1,16% à teneur en poudre de sachets plastiques de 12% et à 1,02%

à teneur en poudre de sachets plastiques incorporée de 20%. Ainsi, le modèle qui fixe, de manière adéquate, les données recueillies sur l’évolution de l’absorption d’eau (Y), en fonction de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus (X), peut être représenté par l’équation de la courbe de tendance :

6798

avec la valeur du coefficient de régression égale à : R² = 1

4.3.2.2.3. Effets de l’incorporation du dope sur le coefficient de réduction

Le quotient rapporté à 100, entre la résistance (R’) à la compression après conservation à 18°C, 1 jour dans l’air contrôlé et 7 jours immergé dans l’eau et la résistance (R) à la compression à 8 jours d’âge conservé à 18°C à l’air libre, est un paramètre qui rend compte de l’influence de l’imbibition sur la résistance mécanique du béton bitumineux. Généralement, il se prescrit dans les cahiers de charges sous la forme R’/R > 0,7. Plus spécifiquement, il est recommandé des valeurs de R’/R > 0,8 pour les pistes d’avions et autoroutes, et de R’/R >

0,65 pour les routes secondaires. Le bitume témoin de grade 50/70 utilisé seul dans les expériences réalisées a permis d’atteindre un coefficient de réduction de 0,89. Ce qui témoigne de la relative bonne qualité des matériaux testés. Mais, l’introduction de la poudre de fondu de déchets de sachets plastiques a contribué encore à l’obtention de meilleurs résultats (Figure 4.24). Le modèle qui fixe, de manière adéquate, les données recueillies sur l’évolution du coefficient de réduction du béton bitumineux en fonction du taux

avec la valeur du coefficient de régression égale à : R² = 0,9888.

153 Figure 4.24 : Evolution du coefficient de réduction du béton bitumineux en fonction de la

teneur en fondu de sachets plastiques.

La dérivée première de la fonction ainsi exprimée est : 5568

. 0 0394 . 0

/dX  X

dY (28)

Elle s’annule et change de signe autour de la valeur de la teneur en poudre de fondu de sachets plastiques X=14. En effet, la valeur de dY/dX pour X=14,13197969 est 2.10^-10 et sa valeur pour X=14,13197970 est - 2.10^-10.

Dans une démarche consacrée à la quête de performance où la hausse du coefficient de réduction est a priori recherchée, le fléchissement de la courbe de tendance amène à se poser des questions. Cependant, il suffit d’examiner de près les valeurs de la stabilité qui ont conduit au calcul dudit coefficient pour en comprendre le comportement. On obtient, en effet, qu’à partir de 12% d’incorporation de poudre de sachets plastiques, la valeur de la résistance R’ après l’immersion des éprouvettes commence déjà à dépasser celle de la résistance R des éprouvettes non immergées confectionnées avec du bitume pur de référence 50-70, soit 72,65 contre 68,67 bar.

Cela montre bien qu’il ne s’agit donc pas d’une contre-performance. Nous devons plutôt y comprendre que le nouveau liant ainsi élaboré échappe à l’encadrement offert par les lois établies pour le bitume pur, non dopé. Il en découle alors que des investigations plus affinées

154 restent à réaliser afin de mieux baliser les résultats obtenus, si l’usage du dope fait en poudre de fondu de déchets de sachets plastiques était finalement déclaré concluant par nos travaux.

4.3.2.2.4. Effets du dope sur l’affaissement Duriez du béton bitumineux

Ce paramètre, encore appelé fluage par Duriez, mesure la déformation à la rupture de la hauteur de l’échantillon. Parmi les performances désirables pour les bétons bitumineux, il situe à 5%, la limite des bonnes performances relativement à ce paramètre. Il avertit que l’excès de fluage se manifeste par un manque de stabilité et entraîne un risque de déformation sous le trafic.

Le béton bitumineux élaboré à base du liant au bitume 50-70 pur a affiché un taux d’affaissement de 5,95%. Nous estimons qu’il y a là donc un risque évident de déformation de la chaussée sous le trafic. Par contre, le dopage du bitume 50-70 à la poudre de fondu de sachets plastiques a permis d’éliminer ce risque ainsi que le montrent les résultats présentés à la Figure 4.25.

Figure 4.25 : Evolution de l’affaissement du béton bitumineux en fonction de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus

En effet, d’après la Figure 4.25, déjà à partir d’une teneur de 8% en dope constitué de poudre de fondu de déchets de sachets plastiques, le taux d’affaissement du béton bitumineux découlant est retombé à 4,47%. Pour la teneur en poudre de 20%, le taux d’affaissement atteint la valeur de 3,35%.

155 Le modèle qui fixe, de manière adéquate, les données recueillies sur le taux d’affaissement du béton bitumineux en fonction de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus, peut être représenté par l’équation de la courbe de tendance dont l’expression est :

9202

avec la valeur du coefficient de régression égale à R² = 0,9982.

Vu l’allure de cette courbe, nous pouvons dire que le risque de déformation du béton bitumineux sous contrainte (trafic) décroit avec l’augmentation de la teneur en poudre de sachets plastiques incorporée.

En conclusion, le dopage du bitume 50-70 à la poudre de fondu de déchets de sachets plastiques permet de réduire le risque de déformation du béton bitumineux sous le trafic. Il fait diminuer l’absorption d’eau et réduit la sensibilité à l’eau de la stabilité de ce matériau.

Comme nous avons pu nous en apercevoir, le procédé de dopage du bitume 50-70 à la poudre de sachets plastiques a été favorable pratiquement sur tous les tableaux de contrôle de la mise en œuvre du béton bitumineux.

Par ailleurs, d’autres informations sont souvent livrées par une chaussée revêtue déjà en service. Une des plus précieuses de ces informations est celle rapportée par l’essai d’extraction de Kumagawa qui atteste la bonne alliance technique ou le risque de ressuage entre granulat et liant au sein du corps de la chaussée.

4.3.2.2.3. Résultats et discussion des essais d’extraction Kumagawa

Pour le matériau à base du bitume 50-70 pur, les résultats des essais d’extraction sont ceux consignés dans le Tableau 4.6.

Tableau 4.6 : Teneur en liant obtenue par extraction réalisée sur un échantillon Marshall dosé à 5,8% de bitume 50-70 pur (témoin)

On peut y observer que le taux de liant extrait est de 6,22% et dépasse la limite acceptable qui est de 6%. Un risque de ressuage est alors à craindre pour une telle chaussée revêtue.

156 Il importe de rappeler que le taux de liant dans les agrégats du béton bitumineux était au départ de 5,8%. En retrouvant 6,22% à l’extraction, cela ne traduit nullement un excès de concentration en liant dans le matériau composite mis au point. En effet, dans la procédure et avant le deuxième passage à l’étuve, les opérations de lavage à l’eau et au savon puis le passage des eaux de lavage au tamis 0,08 mm, se soldent par le départ du filler des granulats.

Les 7,5% de filler, dans les granulats, n’ont donc pas participé à la masse des agrégats relevée à l’étape de l’évaluation de la masse des granulats secs numérotée 5 dans le Tableau 32.

Autrement dit, le taux de 6,22% se rapporte à 92,5% des granulats. Pour alors tenir compte des 100% de granulats, on aurait un taux de liant extrait (TLE) corrigé tel que :

TLE = 6,22% x 0,925 = 5,7535%

Soit : TLE ≈ 5,75%.

Il convient de préciser que cette opération d’extraction n’a duré que 3 heures pour atteindre l’écoulement clair du solvant marquant la fin d’extraction.

En ce qui concerne le matériau composite bitumineux confectionné avec du bitume dopé à teneur en poudre de déchets de sachets plastiques de 20%, le résultat est celui présenté dans le Tableau 4.7.

Tableau 4.7 : Teneur en liant obtenue par extraction réalisée sur un échantillon Marshall dosé à 80% de bitume 50/70 pur et 20% de poudre de sachets plastiques fondus

En faisant les mêmes calculs correctifs que précédemment, nous trouvons que le taux de liant extrait présenté par le Tableau 4.7, en prenant en compte les fillers, est de :

TLE = 5,29% x 0,925 = 4,89325%

Soit : TLE ≈ 4,89%.

N° Paramètres Quantité

1 Masse de la cartouche vide (g) 51

2 Masse de la cartouche + enrobé (g) 653 3 Masse agrégats secs + cartouche (g) 625,5

4 Masse du bitume (g) 27,5

5 Masse agrégats secs (g) 519,5

6 Teneur en liant (%) 5,29

157 On peut donc affirmer que l’introduction de sachets plastiques dans le bitume réduit d’une part le taux de ressuage et donc le risque de glissance de la chaussée et d’autre part fait subséquemment diminuer le risque d’orniérage.

La valeur du taux de liant dopé à 20% de poudre extrait est réduite de 21,38% par rapport à celle du béton bitumineux confectionné à base du bitume 50-70 pur dont l’extraction a duré 3 heures. Avec le béton bitumineux dopé à la poudre de fondu de sachets plastiques, l’opération d’extraction a duré 7 heures par essai pour atteindre un écoulement clair du solvant marquant la fin d’extraction. Il a donc été remarqué une résistance à l’extraction du bitume 50-70 dopé à la poudre du fondu de sachets plastiques. Il est alors loisible de conclure que ce phénomène de résistance à l’extraction est dû aux effets piégeant induits par l’incorporation de la poudre de déchets de sachets plastiques fondus. Ces derniers se sont opposés à l’action de désenrobage des granulats par le solvant confirmant ainsi les résultats obtenus à l’issue des essais d’adhésivité pour le bitume dopé avec la poudre de sachets plastiques. Le risque des orniérages dus à l’excès de liant est d’autant en baisse.

Les présents résultats confirment la tendance signalée par Vasudevan et al. (2007) qui avaient obtenu, au moyen de la méthode d’extraction Kumagawa, une valeur de 18% de liant en moins, pour un béton bitumineux formulé avec des granulats chemisés à chaud d’un manteau de 20% de déchets plastiques.

En conclusion partielle, nous pouvons retenir qu’au cours des travaux effectués dans cette partie de l’étude, nous avons utilisé d’abord le bitume 50-70 pur pour confectionner des bétons bitumineux de référence. Nous avons ensuite dopé le bitume à 4, 8, 12 et 20% en poudre de sachets plastiques fondus introduites par substitution masse pour masse dans le bitume. Les résultats obtenus ont permis d’observer que :

 pour la caractérisation du bitume, la consistance voire la classe du bitume a progressivement changé au point où les dispositifs standards d’essais ont atteint leurs limites à divers niveaux de dopage : l’adhésivité à 10%, le point de ramollissement bille et anneau à 15% et la pénétrabilité sort des classes ordinaires à 20% ;

 au niveau des bétons bitumineux, pratiquement tous les paramètres mesurés ont évolué dans le sens bénéfique à son utilisation lorsque le taux de dope « en poudre de sachets plastiques fondus » ajouté a progressivement été augmenté;

 les limites des essais d’identification du bitume imposées par les dispositifs habituels ne

 les limites des essais d’identification du bitume imposées par les dispositifs habituels ne

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