Auteur: Adrien Piedboeuf ,BAC2 ,classe e.


1.  Utilisations


  • A 90% pour les routes:
    • revêtement routier
    • pistes aéronautiques
    • circuits automobiles
    • ballast de chemin de fer
  • A 10% pour les autres usages industriels:
    • isolant phonique(insonorisation)et thermique dans les habitations et dans l’automobile
    • isolant dans les piles électriques
    • revêtement de protection sur tuyaux et câblages électriques
    • mastic pour joint sur les ouvrages d’art
    • matériaux de confinement pour les déchets nucléaires
    • face intérieure de moquettes
    • pulvérisation de « mulch » bitumeux pour traiter les surfaces agricoles
    • fixer des surfaces dénudées et peintures
    • chapes d’étanchéité pour la couverture de bâtiments (toiture, cuvelages)
    • imperméabilisation des parois de retenues d’eau (citerne, canalisation, barrage, digue à la mer…)

2.  Propriétés


Le bitume est, à l'heure actuelle, un matériau très prisé en génie civil et en industrie. A titre indicatif,la consommation de celui-ci s'élève à 95 millions de tonnes chaque année et ce,grâce à ses nombreuses propriétés:

  • étanchéité à l’eau et à l’air
  • pouvoir liant élevé
  • souplesse
  • propriétés isolantes
  • capacité d’absorption des vibrations
  • bonne isolation thermique et acoustique des bâtiments
  • protection contre l’humidité ou la corrosion

3.  Enrobé


L'utilisation du bitume pur est très rare, en effet,la grande majorité des applications citées ci-dessus ont recours à l'enrobé de bitume. En voici sa composition:

  • les granulats(94%): graviers provenant de roches concassées, il y en a 3 types correspondant à 3 granulométries différentes.
  • les fines (ou "fillers"): sables et poussières qui permettent d'agréger le bitume et ainsi réaliser l'enrobage du liant avec les granulats.
  • le liant hydrocarboné(5%): matériau adhésif composé de bitume pur principalement.

Explication des 4 enrobés les plus utilisés :


3.1  Enrobé drainant

Cet enrobé, grâce à l'utilisation de gros granulats, compte jusqu'à 30% de vide. Il présente donc une structure ouverte permettant un drainage plus rapide des eaux de pluie et réduisant l'épaisseur du film d'eau sur la chaussée. De plus, celui-ci réduit l'apparition du "coin d'eau" sous les pneus lorsque le véhicule possède une vitesse élevée ou freine brusquement. L'enrobé drainant est donc une excellente solution contre l'aquaplanage.


Chaussée avec enrobé drainant et sans

3.2  Enrobé acoustique

Cet enrobé possède une porosité importante et par conséquent, il est capable "d'emprisonner " les sons . Il permet ainsi d’abaisser les nuisances sonores provoquées par la circulation routière (bruits de roulements, de moteurs et de suspensions) en dessous de 72 dB c'est à dire :

  • 5 dB de moins qu’un enrobé classique
  • 9 dB de moins qu’un revêtement en béton

Pour rappel voici la formule du niveau sonore exprimée en décibel : L = 10. Log ( I/I0 )
Donc une diminution de l'intensité sonore (I) de 3 dB provoquera une diminution de la moitié du niveau sonore !

applications: Centre-ville, circuit automobiles .


Circuit de F1 au centre-ville de Monaco

3.3  Enrobé anti-ornierant

Le liant spécial anti-orniérant permet d’optimiser la conservation de la chaussée. Il minimise les ornières, causes de mauvaise tenue du cap des véhicules, notamment par temps de pluie avec la formation de flaques d’eau.

applications: autoroutes et chaussées à trafic lourd.

3.4  Enrobé coloré

Reconnaissable à sa couleur sombre caractéristique, le bitume peut de nos jours offrir une large gamme de teintes (vert, bleu, orange… jusqu’au blanc immaculé !). Il existe même des enrobés rétroréfléchissants. Fabriqués à partir de résine de pétrole clair, ces nouveaux bitumes de synthèse peuvent être colorés, soit en incorporant des pigments de couleur dans le liant, soit en utilisant directement des granulats de couleur


1.Enrobé clair dans un tunnel

L'utilisation de cet enrobé permet

  • De diminuer la quantité d'éclairage à l'intérieur du tunnel.
  • D'augmenter la clarté, la visibilité, et donc la sécurité des usagers de la route.

4.  Comparaison chaussées routières et aéronautiques


Voici 2 cas concrets de l'application du bitume: le revêtement routier et le revêtement aéronautique. Les chaussées aéronautiques doivent présenter des qualités d'usage identiques à celles des chaussées routières même si elles supportent des sollicitations très variables tant en intensité qu'en nombre (selon les zones de circulation et de manoeuvre et selon l'importance des aérodromes). En effet, les caractéristiques essentielles qui différencient ces chaussées et leurs couches de surface sont:

CritèresChaussées routièresChaussées aéronautiques
OccupationGrande canalisation des charges génératrices -> apparition d’ornièresDispersion du trafic sur la bande axiale de la piste
FréquenceGrande circulation (jusqu’à 50.000 mouvements par jour.) Dimensionnement pour un trafic de 1.000.000 à 10.000.000 mouvements sur 10 ansFaible circulation (elle peut varier de quelques mouvements à plus de 100 mouvements par jour.)Dimensionnement pour un trafic de 10.000 mouvements sur 10 ans
ChargesElles supportent des charges relativement peu élevées (42 tonnes en masse totale et 6.5 tonnes au maximum par roue). Celles-ci engendrent une fatigue principalement due à la répétition importante des charges entraînant de faibles déformationsCes chaussées supportent des charges diverses (jusqu’à 400 tonnes en masse totale) ce qui induit une fatigue due à une répétition restreinte de charges engendrant de grandes déformations.
VitesseVitesse de référence maximale de 130 km/hVitesse variable : elle peut être très faible provoquant alors des phénomènes de poinçonnement comme par exemple aux postes de stationnement où la vitesse est nulle ou de cisaillement important sur la couche superficielle. D’autre part,la vitesse des avions peut être très élevée (atteignant près de 300 km/h) à l’atterrissage et au décollage générant dans ce cas des contraintes tangentielles très importantes lors de la mise en rotation des roues.
UniUni de la surface lié au confort de l’usagerUni de la surface lié à la sécurité des avions lors du roulage à grande vitesse
RugositéUne rugosité évoluant surtout par le polissage des granulats au cours du temps.Une rugosité beaucoup plus évolutive dans ce cas-ci due au dépôt de gomme.
Interruption Possibilité d’interruption du trafic par la mise en place de déviationLe trafic sur un aéroport ne permet généralement pas son interruption ni même son aménagement sans de grandes difficultés, en vue d’entretenir ou de rénover les couches de roulement

Cette différence de conception se traduit surtout par un choix différent des caractéristiques des constituants.Néanmoins,il convient d'étudier chaque situation et d'en dégager leurs spécifications propres. Cependant la structure du revêtement sera la même que celle d’une route normale outre l’épaisseur de certaines couches.

5.  Structure d’une chaussée aéronautique


En aéronautique , on utilise principalement des chaussées souples dans lesquelles chacune des couches est traitée avec des liants hydrocarbonés.De plus,elles se caractérisent par le fait que toutes les couches qui la composent ne présentent pas une très grande résistance à la flexion.Le but premier d'une telle structure est de permettre une bonne diffusion grâce à l'épaisseur des nombreuses couches comme nous le montre l'image.


En effet,rappelons la formule de la pression : P = F/S

Prenons l'exemple du plus gros avion actuel: l' A380 : celui-ci pèse environ 440 tonnes (chargé), il possède 22 roues dont la surface de contact avec le sol est ,pour chacune, égale a 400cm².

Appliquons la formule de la pression : P = (440 000)/(22*400)

<-> P = 50 kg/cm², cette pression est d' 1kg/cm² pour une voiture. C'est pour cette raison que l'épaisseur de certaines couches est plus importante en aéronautique.

Cette pression doit obligatoirement être dispersée, diffusée dans les différentes couches pour éviter les problèmes d'ornierage.

Explication des différentes couches

1.Couche de roulement : Constituée de béton bitumineux aéronautique ,la qualité première recherchée pour la couche de surface est l’imperméabilisation optimale de la chaussée, qui est obtenue par une très forte compacité du matériau (entre 3 % et 6 % de teneur en vide), à partir d’une formulation riche en bitume pur.

Une autre alternative souvent rencontrée pour la couche de roulement est une couche de béton à base de ciment Portland. La couche extérieure peut atteindre 5 à 15 cm pour les surfaces bitumeuses et 23 à 40 cm pour le béton Portland.

Sur les aires de stationnement ou autres aires fortement sollicitées, il faudra s’assurer de l’obtention de très bonnes performances mécaniques du matériau, en particulier d’une bonne résistance au fluage sous sollicitation tangentielle. Le fluage est le phénomène physique qui provoque la déformation irréversible d'un matériau soumis à une contrainte constante (notée σ) pendant une durée suffisante.La déformation ε (t, σ0) dépend de conditions extérieures à la pièce : temps (t), valeur de la contrainte, température, pression,…

Enfin, il faudra par ailleurs prévoir une protection anti-kérosène sur la surface de la chaussée. Le matériau utilisé pour rendre la protection de la chaussée optimale est un bitume spécialement formulé pour résister au risque de dissolution par les pertes de kérosène sur les parkings et voies de circulation des aéroports.

3.Couche de base:Composé par des matériaux hydrocarbonés. L’expérience des couches de base traitées en grave ciment ou grave laitier est décevante dans le domaine des chaussées d’aérodromes (remontées de fissures qui, compte tenu du trafic et des conditions d’exploitation, ne se referment pas, d’où des pénétrations d’eau dans le corps de chaussée...).

De même, dans le cadre de chaussées composites, ces problèmes de remontées de fissures sont fréquents. La couche de base de la chaussée est principalement constituée de pierres concassées ou de gravier de qualité supérieure assurant la stabilité du revêtement qui est soumis à des niveaux de pression élevés générés par les pneus des avions. L'épaisseur des bases varie de 15 à 30 cm.

4.Couche de fondation: Les matériaux retenus pour la couche de fondation auront des caractéristiques identiques à celles recherchées lors d’une utilisation pour une chaussée routière. Elle sera constituée d’agrégats granulaires résistant au gel mais de qualité inférieure (grave non traitées). La couche de fondation augmente la résistance de la chaussée et réduit les effets du gel sur la couche inférieure. Elle apporte par ailleurs la résistance mécanique aux charges verticales induites par le trafic. L'épaisseur de la couche de fondation est habituellement de 60 cm ou plus.

5.Couche de forme:La couche inférieure de la piste ou couche de forme est constituée du matériau du sol ayant été régularisé et mis à niveau. Cette couche doit fournir un support stable et uniforme pour la structure supérieure de la chaussée.

Liaison:Afin de bien assurer le transfert de contraintes entre couches superposées, les interfaces doivent être collées par des matériaux hydrocarbonés également appelé liant noir.

6.  Pose du revêtement

1. La centrale d'enrobage

Les centrales d’enrobage produisent l’enrobé. Il en existe de différents types : fixes ou mobiles, à chaud ou à froid... Nous détaillerons la plus utilisée : la centrale fixe à chaud .

La fabrication de l’enrobé commence par le pré-dosage des agrégats chargés dans des trémies. Puis ceux-ci sont amenés par tapis roulant jusqu’au tambour de séchage.

Les agrégats sont ensuite chauffés dans un tambour rotatif à l’aide d’un brûleur, afin d’en évacuer l’humidité et de porter leur température à 150°C pour un bon enrobage. Les fumées de combustion sont extraites du tambour par un aspirateur et passent par un dépoussiéreur qui récupère les fines particules (le « filler »). Puis les agrégats sont enlevés par un élévateur à godets jusqu’au sommet de la tour d’enrobage. Ils passent alors par un crible qui répartit les graviers dans différentes trémies selon leur taille.

En dessous du crible, dans la tour, se trouve les systèmes de pesage des agrégats, du filler et du bitume provenant d’un silo chauffé. Ces mécanismes de pesage à bascule versent alors les composants dans le malaxeur qui réalise la gâchée d’enrobé. La capacité de ce malaxeur varie de 2 à 5 tonnes, et il peut produire de 100 à 400 tonnes/heure. L’enrobé est alors emmené jusqu’aux trémies de stockage, où les camions viennent le récupérer avant de passer à la pesée et d’aller alimenter un finisseur.

2.Le finisseur

Le finisseur assure la mise en place de la couche de roulement faite de matériaux enrobés (granulats mélangés à un liant hydrocarboné type bitume).

Le finisseur est une machine assez lente, qui avance à environ 300 m/h. Cela s’explique par le fait qu’elle assure, en un seul passage sur la zone de travail, la mise en œuvre complète des enrobés : répandage, nivellement, lissage et précompactage. Le finisseur reçoit les enrobés fabriqués par la centrale d'enrobage dans une trémie à l’aide d’un camion benne, puis les répand en couche uniforme.

Pour ce faire, le finisseur est composé :

  1. 1.d’un tracteur ou « engin », châssis automoteur monté sur chenilles ou sur roues.
  2. 2.d’un alimentateur qui régule le débit d’approvisionnement des matériaux enrobés.
  3. 3.de vis de répartition qui assurent l’alimentation et la répartition des enrobés devant la table.
  4. 4.de la table elle-même, sorte de plaque mécanique dite flottante qui étale les matériaux sur le sol.

La table est lisseuse, vibrante et chauffée. Un système intégré de dameurs et vibreurs (instruments de compactage) fait glisser le matériau sous la table et le tasse à sa sortie. Le précompactage se fait généralement à l’aide d’une ou deux rangées de lames vibrantes placées à l’arrière de la table, « appuyant » ainsi sur les enrobés pour les tasser.

3. Le compacteur

Un compacteur est un engin de compactage motorisé, caractérisé par des roues cylindriques lisses servant à tasser les couches d'une chaussée. Il est généralement très lourd (un modèle compact pèse environ 600-700 kg, un très grand jusqu'à une vingtaine de tonnes), articulé en son milieu et équipé de deux larges cylindres appelé « billes » faisant office de roues et permettant de tasser, compacter et lisser l'enrobé de la route. Les modèles utilisés sur les enrobés ont un système d'arrosage intégré pour refroidir les billes et éviter que l'enrobé ne s'y colle et provoque des arrachements. L'ensemble de ces engins possède un vibreur à balourd interne.

7.  Résumé

Pour rendre la lecture de ce wiki plus attrayante je vous propose de regarder cette vidéo qui reprend les principaux points développés précedemment (hormis l'application aéronautique) : http://www.youtube.com/watch?v=Bw5ZkAUaenw

8.  Bibliographie