L’enrobé est un matériau recyclable à 100%. L’AE (RAP en anglais) est un matériau obtenu à partir du broyage des couches bitumineuses des chaussées existantes.
La Figure 2-9 montre le processus suivi par un enrobé, de sa fabrication à sa transformation en agrégats. Dans un premier temps, l’enrobé est fabriqué en mélangeant des agrégats avec bitume neuf. Au terme de sa vie utile (25 ans), l’enrobé montre des signes de vieillissement, la couche d’enrobé est alors fraisée et con-cassée. Le matériau en résultant est nommé AE selon l’EN 13108-8,2006.
Figure 2-9. Processus d’obtention des AE
L’incorporation d’AE dans des enrobés neufs est une technique de plus en plus utilisée pour la tion de nouvelles chaussées. En effet, l'utilisation d’AE est une solution largement adoptée pour la construc-tion et l'entretien des structures routières pour des raisons de durabilité (Al-Qadi et al., 2007, p.; Copeland, 2011; Eddhahak-Ouni et al., 2012; Hajj et al., 2009; Jerry R., n.d.; Kaur et al., 2013; McDaniel et al., 2012; Mogawer et al., 2012; Oliver, 2001; Shirodkar et al., 2013; Sias Daniel et al., 2013; Swiertz et al., 2011; Tapsoba et al., 2012; Valdés et al., 2011; Valdés Vidal et al., 2008; Visintine et al., 2013).
Figure 2-10. Processus de fabrication de un enrobé avec AE
2.7.1 Quelques chiffres sur le recyclage et multi-recyclage des matériaux bitumineux
En 2011, aux États-Unis, 336 millions de tonnes d’enrobé ont été produites. De cette production 79,1 millions de tonnes d’AE ont été produites, 66,7 millions de tonnes ont été utilisées pour produire de nouveaux mélanges d'asphalte chaude ou tiède. Seulement 300 000 tonnes ont été détruites (Brebbia et al., 2015; Hansen and Copeland, 2013) .
En Europe l’utilisation d’AE est une technique très commune. En 2011 par exemple, 324.3 millions de tonnes ont été produites sur le continent européen, avec 54 million d’AE. Dans quelques pays la réutilisation pour enrobés neufs a presque été de 100% (European Asphalt Pavement Association (EAPA, 2011).
On remarque qu’en France, 7.9 tonnes d’AE ont été produites en 2011. Environ 40 % ont été utilisées pour fabriquer de nouveaux enrobés. Les 60% restant sont ont été réutilisées autrement que dans des enro-bés, seule la partie granulat du matériau a été valorisée. Le volume de bitume qui ne se retrouve pas comme seconde vie de celle d'un enrobé est d’environ 225 000 tonnes de bitume. En considérant que le coût moyen actuel du bitume est de 520€/tonne, cela représente une perte annuelle pour l'économie française de 117 millions d'euros, sans considérer la dépense de ressources naturelles et les émission de gaz pour fabriquer de nouveaux enrobés, ni considération de préservation des ressources naturelles (Loizos et al., 2009; Poirier and Leroy, 2013; USIRF, 2016, 2015, 2014, 2013, 2012).
L'utilisation d’AE est généralement limitée à des pourcentages ne dépassant pas 30%, en raison de limitations techniques et pratiques des usines de production (USIRF, 2015, 2014; Valdés et al., 2011). Ce-pendant, de nouvelles usines ont été créées pour gérer une proportion d’AE allant jusqu'à 70% (S Dupriet et al., 2009).
La production d’AE peut être effectuée de deux manières, « in-situ » ou en « centrale d’enrobage » re-cyclage. Il existe aussi trois types de procédures de production d’AE à chaud, tiède et à froid (voir 2.6) (Man-giafico, 2014).
Pour les fabrications à chaud et tiède, quand il y a une centrale d’enrobage, l’AE est préchauffé et mé-langé avec de nouveaux agrégats et du bitume.
Il existe trois méthodes principales pour les enrobés à chaud et en place : surface recycling, remixing and repaving. Au cours du Surface recycling, la couche d’enrobé superficielle existante est ramollie par la chaleur, fraisée, mélangée et compactée. Cette méthode est utilisée pour corriger couches de surfaces dé-formées ; Le Remixing consiste à mélanger l’AE extrait avec de nouveaux granulats et du bitume pour pro-duire un nouveau mélange qui est ensuite compacté. Le repaving est une combinaison des deux méthodes précédentes : la couche est fraisée à une profondeur plus grande pour la recycler. On mélange, ensuite est compactée et finalement une couche de surface est fabriquée à chaud.
Aujourd’hui, l’industrie a commencé à utiliser des enrobés multi-recyclés. Cependant, peu de recherche ont été menées sur le comportement du multi-recyclé (Chen et al., 2009).
2.7.2 Contraintes normatives des enrobés recyclés
Selon la norme EN 13108-8: 2006, le AE doit avoir certaines caractéristiques. Les enrobés fabriqués à chaud peuvent subir d’importants changements au cours de leur vie de service. En même temps, le liant vieilli et les granulats sont soumis à une dégradation liée au trafic et à l'environnement.
L’AE doit être séché avant de le mélanger à d'autres composants, sa teneur initiale en eau doit être inférieure à 3%.
L’AE doit avoir une courbe granulométrique comprise entre 0/10 mm et 0/14 mm, avec une teneur en filler entre 8% et 12%. Le liant autour de l’AE est habituellement vieilli pendant le mélange et le compactage du mélange d'enrobage à chaud initial et au cours de la durée de vie de la chaussée. La pénétration est généralement inférieure à l'état du bitume pur.
2.7.3 Degré de remobilisation
Il existe trois types de degrés de remobilisation dans les enrobés bitumineux avec incorporation d’AE (Figure 2-11) :
Black Rock : Si dans l’enrobé il n’y pas d’interaction, la suppression du liant qui serait apporté par les agrégats d’enrobé permet de simuler alors une non remobilisation totale du liant d’agrégats d’enrobé. L’en-robé fonctionne comme un simple agrégat.
Total Blending : une remobilisation totale du liant des agrégats d’enrobé, dans ce cas les granulats d’ap-ports et les granulats d’agrégats d’enrobé sont mélangés avec un liant constitué dans des proportions adé-quates de liant d’apport et de liant d’agrégats d’enrobé. Le liant d’agrégats d’enrobé ayant été préalablement extrait des agrégats d’enrobé dont les granulats d’agrégats d’enrobé alors utilisés proviennent.
Partial Blending : Un cas intermédiaire de remobilisation indéterminée, où les granulats d’apport et le liant d’apport sont mélangés aux agrégats d’enrobé sans séparer le liant et les granulats de ces derniers (Eddhahak-Ouni et al., 2012; McDaniel et al., 2012; Navaro, 2011).
Figure 2-11. Schéma explicatif de Black Rock, Total Blending et Partial Blending.
En particulier, McDaniel and Anderson, 2001 ont réalisé une étude statistique avec la but de comparer les performances mécaniques des enrobés contenant de l’AE. Dans leur étude, le bitume utilisé a eu un degré de remobilisation de black rock et total blending. Dans le cas de Black rock, le bitume avec un contenu de 40% d’AE a obtenu presque la même rigidité que les échantillons de moins de 10% d’AE. Par contre, ces résultats ne décrivent pas un comportement de degré black rock.
El Beze, 2008 a identifié le traceur d’homogénité d’un bitume avec contenu d’AE à échelle microscopique. L’étude met en œuvre un microscope infrarouge à transformée de Fourier (IRTF). Cette technique permet de distinguer les liants en présence au moyen des différences chimiques de composition. La Figure 2-12 montre que le mélange entre les agrégats d’enrobé (dégradé blanc-rouge-jaune par ordre décroissant de la concen-tration en liaison carboxyles) et le liant d’apport (dégradé vert-bleu dans le même ordre) est partiel.
Figure 2-12. Cartographie des amas d’agrégats d’enrobé (en blanc) au sein d’un enrobé recyclé dans le cas de l’utilisation d’un agrégat vieilli artificiellement durant 4 jours (à gauche) et durant 8 jours (à droite) (El Beze,
2008).
2.7.4 Mélange de bitumes
Normalement la caractérisation et prédiction des propriétés mécaniques se font utilisant les cartes de mélange ou grâce à des méthodes empiriques. Les graphiques de certaines études sont utilisés pour estimer la température PG (Performance Grade) avec une interpolation de températures et de ses deux liants de base : A et B (Al-Qadi et al., 2007; Corté and Benedetto, 2005).
𝑇𝑏𝑙𝑒𝑛𝑑 = 𝑎 ∙ 𝑇𝐴+ 𝑏 ∙ 𝑇𝐵 ( 2-2 )
où 𝑇𝑏𝑙𝑒𝑛𝑑 est la température PG du mélange de liants ; 𝑇𝐴 et 𝑇𝐵 sont les températures PG, de base des liants et 𝑎 et 𝑏 sont des fractions de masse des bitumes de base 𝐴 et 𝐵.
La règle logarithmique log-log (EN 13108-1: 2007) est approche similaire. La pénétration d'un liant 𝑝𝑒𝑛𝑏𝑙𝑒𝑛𝑑 résultant du mélange est estimée en interpolant linéairement les valeurs de pénétration des deux bitumes de base A et B, 𝑝𝑒𝑛𝐴 et 𝑝𝑒𝑛𝐵.
log(𝑝𝑒𝑛)𝑏𝑙𝑒𝑛𝑑= 𝑎 log(𝑝𝑒𝑛)𝐴+ 𝑏 log (𝑝𝑒𝑛)𝐵 ( 2-3 )
Le problème avec ces deux approches est qu'elles peuvent être utilisées pour prédire les propriétés mécaniques des mélanges de bitume seulement à des températures et des fréquences spécifiques.
Dans l’étude de Mangiafico, 2014 il propose une prédiction des paramètres du modèle 2S2P1D, à partir des ses expériences (le Modèle 2S2P1D est décrit dans le paragraphe 2.9.9.3) :
Ax% = A0%+ 𝑥(𝐴𝑅𝐴𝑃− 𝐴0%) ( 2-4 )
Où A et B sont des termes génériques qui représentent les paramètres de 2S2P1D où les shift factors qui ont une tendance linéaire (𝐸0, 𝑘, ℎ, 𝛿 𝑒𝑡 𝛽) et les logarithmiques (𝜏0 et 𝑎𝑇) avec le pourcentage de liant AE-extrait exprimée par 𝑥 et variant entre 0 et 1 (Mangiafico, 2014).