Tribologie appliquée aux enrobés bitumineux
Résumé
La réalisation de surfaces en enrobés bitumineux est courante et bien maîtrisée par les professionnels. Cependant, dans le cas des enrobés à froid utilisés pour réaliser des allées et voies à faible trafic, l’application d’une couche de quelques centimètres de produits sur une couche de forme compactée peut conduire à des dégradations importantes. Un tel produit est très sensible au cisaillement. La friction d’un pneu lors d’un braquage prononcé peut induire le déchaussement des graviers enrobés situés sur la surface ou dans les cas les pires une déformation importante de la couche d’enrobé.
L’objectif de l’étude est de développer un test de laboratoire susceptible de reproduire ce type de dégradation, outil nécessaire avant d’envisager une optimisation des formulations. L’évaluation de la performance de l’enrobé à froid sous l’effet d’un cisaillement est réalisée à l’aide d’un essai de torsion. Un patin élastomère est appliqué sur un échantillon réaliste d’enrobé à froid. Le patin est comprimé sur la surface de l’échantillon à l’aide d’une presse universelle. L’échantillon est fixé sur la base de la machine. Le patin est relié à la traverse mobile de la machine dont le déplacement est piloté. Après mise en pression, le patin est mis en rotation à l’aide d’une tête rhéométrique de capacité 100 Nm. Lors de la rotation, la presse permet le déplacement vertical du patin afin de garantir le maintien de la force normale. Les mesures du couple de rotation, de la vitesse de rotation, de l’effort normal et du déplacement du patin durant l’essai sont enregistrées.
Pour réaliser les essais, les enrobés sont placés dans des moules prismatiques de faible profondeur (4 cm). Les moules sont métalliques, de surface 30 cm x 30 cm. La profondeur a été choisie de façon à reproduire une épaisseur normale d’application du produit. La mise en place de l’enrobé à froid dans les moules est réalisée conformément aux techniques de mise en œuvre sur chantier (compactage à la plaque vibrante ou au rouleau). Sur chaque échantillon, le protocole est répété plusieurs fois, jusqu’à trois fois, si l’état de l’échantillon le permet. Les essais sont réalisés à différentes échéances après mise en œuvre dans les moules et/ou à différentes températures.
Les enregistrements permettent d’interpréter les résultats en analysant l’évolution de la contrainte de cisaillement, de la contrainte normale et du déplacement du patin pendant l’essai. L’identification des contraintes d’adhérence et de friction et les déformations rémanentes, les effets de dilatance ou de compaction sont autant de paramètres d’interprétation du test.
En illustration, le test a été utilisé pour optimiser la formulation d’un enrobé bitumineux drainant. Les effets de l’application d’un traitement durcisseur de surface, de la modification du type de bitume, de la nature de l’émulsion et du squelette granulaire ont été évalués.