Comparaison des formulations d'enrobés à chaud pour couches de roulement des chaussées très circulées utilisées en France et en Algérie du point de vue sécurité (glissance) et orniérage

TRAVAIL DE FIN D'ÉTUDES

Comparaison des formulations d'enrobés à chaud pour

couches de roulement des chaussées très circulées utilisées

en France et en Algérie du point de vue sécurité

(glissance) et orniérage.

Auteur : Anouar Abdelaziz ZEMMIRI

VA : Génie civil-CES

Promotion : 53 ème

Date : 23 juin 2008

Président de jury : Mr Thiep DOANH Maître de TFE : Mr Jean Louis DUCHEZ

REMERCIEMENTS

Je tiens à remercier tout ceux qui m'ont aidé à réaliser mon stage notamment Mr Jean Luis Duchez, mon maître de TFE de m'avoir accueilli au sein du laboratoire Epsilon Ingénierie, ainsi que tout le personnels (Michel, Xavier, Mehdi, Anne Catherine, Corinne, Rénata, Thierry, Guillaume, Jean Marc), je tiens à faire part de ma gratitude à Mr Thiep Dhoan mon président de jury pour le temps consacré à l'évaluation de mon travail de fin d'études.

Ma grande reconnaissance à mon pays l'Algérie, à ma tutelle le ministère des travaux publics, et la direction des travaux publics de la wilaya de Djelfa.

Enfin je dédie ce modeste travail à mes deux enfants Aymen et Sarah.

NOTICE ANALYTIQUE

	NOM	PRENOM
AUTEUR	ZEMMIRI	Anouar Abdelaziz
TITRE DU TFE	Comparaison des formulations d'enrobés à chaud pour couches de roulement des chaussées très circulées utilisées en France et en Algérie du point de vue sécurité (glissance) et orniérage.
	ORGANISME D'AFFILIATION ET LOCALISATION	NOM PRENOM
MAITRE DE TFE	EPSILON INGENIERIE	Jean Louis Duchez
COLLATION	Nbre de pages du rapport 59	Nbre d'annexes 5 (Nbre de pages) 3	Nbre de réf. biblio. 16
MOTS CLES	Enrobé bitumineux, formulation, orniérage, glissance
TERMES GEOGRAPHIQUES	Algérie, France
RESUME	L'objet de mon stage est de faire une comparaison entre les méthodologies de formulation des enrobés bitumineux à chaud pour revêtement des routes très circulés en Algérie et en France, des enjeux sont présents notamment l'orniérage et la texture, une solution d'utiliser un additif qui améliore les caractéristiques de l'enrobé est abordée. Des recommandations sont aussi données aux laboratoires Algériens afin de mieux maîtriser le comportement de l'enrobé avec les conditions locales (température et trafic).
ABSTRACT	The purpose of my internship was to make a comparison between the methodologies for formulating hot asphalt for paving roads very circulated in Algeria and France, the stakes are particularly rutting and texture, using a solution an additive that enhances the characteristics of the coating is discussed. Recommendations are also provided to laboratories Algerians in order to better control the behaviour of the mix with the local conditions (temperature and traffic).

Sommaire

REMERCIEMENTS 01

NOTICE ANALYTIQUE ... 02

INTRODUCTION .. 05

PRÉSENTATION DU LABORATOIRE 05

1 PHÉNOMÈNE D'ORNIÉRAGE ET DE GLISSANCE 07

1.1 L'orniérage à petit rayon...................................................................... 07

1.2 Le Glaçage....................................................................................... 08

1.3 Le ressuage...................................................................................... 08

2 LES COMPOSANTS D'UN ENROBÉ . 09

2.1 Bitumes............................................................................ 09

2.1.1 La viscosité................................................................................. 09

2.1.2 Caractéristiques viscoélastiques des bitumes.......................................... 09

2.1.3 Les asphaltènes ............................................................................ 10

2.1.4 Composition chimique de groupe des bitumes 10

2.2 Essais appliqués sur les bitumes 11

2.2.1 Essai bille -- Anneau....................................................................... 11

2.2.2 Essai pénétrabilité à l'aiguille................................................. 11

2.2.3 Essai de la résistance au durcissement RTFOT à 163 °C, 75 mn 12

2.2.4 Essai du point de fragilité FRAAS (°C).................................................. 12

2.2.5 Essai du point d'éclair en vase ouvert (CLEVELAND) (°C) 13

2.3 Spécifications des bitumes...................................................................... 13

2.3.1 Spécifications des bitumes fabriqués par distillation.......... 13

2.3.2 Spécifications des bitumes fabriqués par soufflage 14

2.3.3 Constatations.............................................................................. 15

2.4 Granulats.......................................................................................... 15

2.4.1 Granularité.................................................................................... 15

2.4.2 Angularité..................................................................................... 15

2.4.3 Propreté....................................................................................... 15

2.4.4 Indice de vide Rigden (IVR).................................................... 16

2.4.5 Pouvoir rigidifiant (?TBA) 16

2.4.6 Résistance à la fragmentation................................................. 16

2.4.7 Résistance à l'usure 16

2.4.8 Forme des gravillons..................................................................... 16

2.5 Spécifications des granulats.................................................................. 16

2.5.1 Recommandations du CTTP-Alger pour le BBSG 0/14............................. 16

2.5.2 Recommandations en France............................................................... 17

2.6 Les additifs 18

2.6.1 Bitumes de Trinidad épuré............................................................... 18

2.6.2 Poudre du Trinidad 50/50................................................................... 18

2.6.3 Gilsonite®:AMERICAN GILSONITE,(Gilsonite Resin, HMA Plus)......... 18

2.6.4 Selenizza SLN 120........................................................................ 19

2.6.5 PR PLAST MODULE 19

2.6.6 Plastomères de polyoléfines 19

Comparaison des formulations d'enrobés à chaud pour couches de roulement des chaussées très circulées utilisées en France et en Algérie du point de vue sécurité (glissance) et orniérage

2.6.7 Domaine d'application des additifs..................................................... 20

3 ESSAIS UTILISÉS DANS LES ÉTUDES DE FORMULATIONS D'ENROBÉ A CHAUD 21

3.1 Essai de compactage à la presse à cisaillement giratoire (PCG) 21

3.2 Essai Duriez.................................................................................... 22

3.3 Essai de fabrication des plaques............................................................... 23

3.4 Essai d'orniérage 23

3.5 Essai de module (MAER)...................................................................... 24

3.6 L'essai Marshall................................................................................. 24

3.7 Essai de Fatigue.................................................................................. 26

3.8 Essai sur chantier............................................................................... 26

4 MÉTHODOLOGIES DES ÉTUDES DE FORMULATIONS 28

4.1 Généralités....................................................................................... 28

4.1 Méthodologie de formulation en Algérie................................................... 28

4.2 Méthodologie de formulation en France.................................................... 32

5 EXEMPLES DE FORMULATIONS 36

5.1 Exemple de formulations Algérienne 36

5.1.1 Caractéristiques des granulats............................................................ 37

5.1.2 Caractéristiques du bitume .............................................................. 40

5.1.3 Performances mécaniques................................................................ 40

5.2 Exemple de formulation faite au laboratoire EPSILON.................................. 43

5.2.1 Caractéristiques du bitume avec ajout de sélène 43

5.2.2 Performances mécaniques d'un enrobés bitumineux 45

5.2.3 Performances mécaniques d'un enrobés bitumineux avec ajout de sélène......... 48

6 ANALYSE ECONOMIQUE 51

6.1 Instabilité du prix du bitume................................................................... 51

6.2 Enjeu du bitume en Algérie..................................................................... 51

6.3 Etude de prix (bitume + 15 % de sélène)..................................................... 52

CONCLUSION................................................................................................ 54

RECOMMANDATIONS 54

LISTE DES ILLUSTRATIONS................................................................ 56

LISTE DES ABRÉVIATIONS ET SIGLES UTILISÉS . 58

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES 59

ANNEXES .. 60

Comparaison des formulations d'enrobés à chaud pour couches de roulement des chaussées très circulées utilisées en France et en Algérie du point de vue sécurité (glissance) et orniérage

INTRODUCTION

Dans le cadre de la préparation de mon certificat des études supérieures (CES) à l'ENTPE de Lyon, option génie civil, sachant que j 'ai travaillé au sein de la direction des travaux publics de la wilaya de Djelfa (Algérie) comme ingénieur d'état (chef de projet) durant 14 ans, j'ai entamé un stage de fin d'études au sein du laboratoire Epsilon Ingénierie dans le domaine des enrobés bitumineux dont on sait la complexité de leurs comportement et la nécessitée de les étudier profondément, l'objet de ce sujet est la comparaison des formulations d'enrobé à chaud pour couches de roulement des chaussées très circulées en France et en Algérie du point de vue glissance et orniérage, une solution est proposée par le laboratoire qui consiste à ajouter un additif qui permettra d'éliminer le phénomène de l'orniérage à petit rayon, ainsi que l'augmentation de la durée de vie.

Cette étude contribuera à proposer une solution en Algérie dont l'objectif est l'élimination du phénomène de l'orniérage sous l'effet d'un trafic qui s'intensifie davantage et à des températures élevées, une connaissance de la texture de nos revêtements s'avère primordiale pour maîtriser les problèmes de la glissance souvent constatés.

Ce stage de trois mois améliorera sans doute mes capacités de suivi et de contrôle dans mon travail quotidien, ainsi que la contribution à une démarche qualité visant le perfectionnement des méthodes techniques appliquées dans le domaine de réalisation de nos routes.

Ce rapport de stage commence par un aperçu sur le laboratoire Epsilon Ingénierie, les principales dégradations d'un revêtement en béton bitumineux à chaud, les caractéristiques des composants de l'enrobé, l'appareillage nécessaire pour une étude de formulation, les méthodologies déduites des guides développés par le groupe de travail RST (Septembre 2005) ainsi que les recommandations du CTTP d'Alger (Février 2004), des exemples de formulations en Algérie et au sein du laboratoire Epsilon sont présentés, et pour conclure des recommandations sont données afin d'aboutir à la qualité permettant la réalisation de routes qui résistent à l'orniérage et ayant une meilleure texture.

PRÉSENTATION DU LABORATOIRE

EPSILON a été crée en mai 2000 par Jean-Louis DUCHEZ actuellement président de la société, elle emploie une dizaine de collaborateurs.

L'entreprise EPSILON a pour activité principale l'aide à la construction pour l'ensemble des intervenants dans le domaine des travaux publics notamment :

Elaboration d'études de formulations (liants hydrauliques et hydrocarbonés). Calcul de dimensionnement de chaussées.

Assistance technique à la maîtrise d'oeuvre et d'ouvrage.

Contrôle extérieur et externe (suivi de fabrication et mise en oeuvre).

Diagnostic d'ouvrages routiers.

La société dispose des moyens suivants :

Essais relatifs aux mélanges hydrocarbonés (permettant d'avoir une étude de niveau 2). Essais relatifs aux mélanges traités ou non aux liants hydrauliques.

Essais relatifs aux granulats.

Essais relatifs aux liants hydrocarbonés.

Essais relatifs aux sols.

Essais IN SITU.

CHAPITRE 1
PHÉNOMÈNE D'ORNIÉRAGE ET DE GLISSANCE

Les principaux facteurs de dégradations des chaussées en béton bitumineux sont essentiellement :

Le climat (gradient de température élevé, gel-degel)

Trafic poids lourds important et surcharges.

Défauts de réalisation.

Mauvais drainage des eaux pluviales.

Vieillissement de la surface du revêtement.

1.1 L'orniérage à petit rayon

C'est une déformation longitudinale qui se forme sous le passage des roues et dont la largeur est inférieure à 80 cm, l'orniérage à petit rayon n'intéresse que la couche de roulement, sa cause est la mauvaise formulation du béton bitumineux, ou une température élevée non prise en compte dans les études qui peut provoquer un fluage, elle peut évoluer par augmentation de la profondeur et donc présenter un problème sérieux de sécurité aux usagers.

L'orniérage provient des causes suivantes :

Utilisation de bitumes trop mous.

Présence de granulats roulés dans le mélange.

Formules trop riches en sable.

Dosages en bitumes trop élevés.

Ornière

Image 1 : Orniérage à petit rayon de la surface de revêtement

1.2 Le Glaçage

Le glaçage est un phénomène de fermeture de la couche de roulement qui devient lisse et glissante, l'évolution de ce problème pourra s'accentuer, les causes de ce phénomène sont : Problème de formulation (maniabilité).

Utilisation de granulats polissables.

Utilisation d'un bitume inapproprié.

Glaçage

Image 2 : Glaçage de la surface de revêtement 1.3 Le ressuage

C'est le phénomène de remontée de liant à la surface, qui recouvre les granulats et fait chuter la rugosité du revêtement, les causes sont :

La fabrication. Le compactage. L'excès de liant. Utilisation d'un bitume trop mou.

La formulation.

Ressuage

Image 3 : Ressuage de la surface de revêtement

CHAPITRE 2
LES COMPOSANTS D'UN ENROBÉ

2.1 Bitumes

Les bitumes ont un comportement complexe, plusieurs travaux ont été menés pour analyser au mieux ce matériau indispensable à la route, ces principales caractéristiques sont :

2.1.1 La viscosité

Est définie comme la propriété d'un fluide d'opposer une résistance à tout déplacement ou changement de forme, elle caractérise la résistance au cisaillement des films lubrifiants interfaciaux et les systèmes dispersés soumis à des charges de longue durée.

Il existe une variation asymptotique de la viscosité en fonction de la partie la plus condensée du bitume :

Figure 1 : Evolution de la viscosité du bitume

Bulletin de liaison des laboratoires des ponts et chaussées Spécial V. Décembre 1977

?

Viscosité

Teneur en asphaltène

Evolution asymptotique

Il existe un temps de relaxation des contraintes appliqués au bitumes qui caractérisent le temps pendant lequel les matériaux sous charge peuvent se déformer d'une façon élastique avant de commencer à couler, son aptitude au service sous l'effet d'une charge de longue durée.

2.1.2 Caractéristiques viscoélastiques des bitumes

Lorsque la durée de sollicitations est rapide le bitume répond de la façon d'un solide, il a un comportement élastique, par contre si la durée de sollicitations est prolongée le bitume se comporte de la façon d'un fluide visqueux, entre ces deux états le bitume a un comportement complexe.

Figure 2 : Arrangement de particules de bitume

Les sphères sont des masses moléculaires de dimensions variables.

On cite le traitement de fractionnement par la solubilité à l'heptane.

On appelle maltène la fraction soluble et l'asphaltène la fraction insoluble.

Il existe deux sortes de bitumes :

Les structures colloïdaux sols, dans ce cas le caractère visqueux l'emporte sur le caractère élastique.

Les structures colloïdaux gels, ou l'inverse se produit.

2.1.3 Les asphaltènes

C'est la fraction la plus condensée du bitume, leurs définitions repose sur le critère de solubilité dans le benzène et d'insolubilité dans les n-paraffines.

2.1.4 Composition chimique de groupe des bitumes

Les bitumes sont composés de : Les hydrocarbures :

y' Paraffino-naphténiques. y' Aromatiques légers.

y' Aromatiques lourds.

Résines :

y' Pétrole-benzéniques. y' Alcool-benzéniques. Asphaltènes.

2.2 Essais appliqués sur les bitumes
2.2.1 Essai bille - Anneau (NF EN 1427)

MESURE DE LA

5 °C / MN TEMPERATURE

è °C

Figure 3 : Essai Bille-Anneau

Cet essai consiste à mesurer le point de ramollissement, on rempli un anneau de cuivre par du bitume on place une bille en acier au dessus puis on immerge le tout dans de l'eau, on élève la température de 5 °C par minute, la température de ramollissement c'est celle ou la bille entraîne le bitume se trouvant dans l'anneau au fond du récipient.

Cet essai nous renseigne sur la consistance du bitume.

2.2.2 Essai pénétrabilité à l'aiguille (N F EN 1426)

AVANT 25 °C

100 g

100 g

APRES 5 S 25 °C

H

Figure 4 : Essai de pénétrabilité

Cet essai permet de connaître la dureté du bitume sur la base de la pénétrabilité dans un échantillon de bitume évalué au dixième du millimètre d'une aiguille normalisée supportant une masse de 100 g durant 5 secondes à une température de 25 °C.

Plus le bitume est dur plus la pénétrabilité est faible, cet essai explique le nom commercial du bitume et donne sa classification.

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2.2.3 Essai de la résistance au vieillissement RTFOT à 163°C, 75 mn (NF EN 12607-1)

air

Température : 163 °C Durée de l'essai : 75 mn

Figure 05 : Essai RTFOT

Le RTFOT (Rolling Thin Film Over Test) Cet essai permet d'avoir une idée sur l'évolution du bitume lors de la fabrication de l'enrobé, il s'agit de mettre un film mince de bitume dans un cylindre qui tourne horizontalement à une température de 163 °C et durant 1h15, on mesure après :

La variation du poids de l'échantillon

L'augmentation du point de ramollissement

La température de ramollissement

La pénétrabilité restante

Cet essai permet de s'assurer de l'absence d'une matière volatile liée à une pollution. 2.2.4 Essai du point de fragilité FRAAS (°C) (N F EN 12593)

Figure 6 : Schéma de principe de l'essai de Fraass
[Di Benedetto and Corté, 2004]

Cet essai permet de connaître le comportement du bitume à basse température, on étale un film de bitume sur une lame d'acier qu'on lui fait subir des flexions successifs normalisés, la température sera baissé de 1 °C par minute, le point de fragilité c'est la température ou le bitume se fissure.

2.2.5 Essai du point d'éclair en vase ouvert (CLEVELAND) (°C) (NF EN 22592)

è °C

Figure 7 : Essai du point d'éclair

Le bitume soumis à une élévation de température dégage des vapeurs qui s'enflamment au contact d'une flamme, cette température correspondante est le point d'éclair en vase ouvert, cette température intéresse la sécurité liée au transport et la manipulation des produits inflammables.

2.3 Spécifications des bitumes

2.3.1 Spécifications des bitumes fabriqués par distillation (-1 < IP =+1)

Ce procédé s'effectue dans une tour sous vide qui consiste à créer un vide à l'aide d'éjecteurs de vapeur, la pression réduite à l'intérieur de la tour est destinée à poursuivre la séparation physique des constituants sans les dégrader thermiquement, la température ne doit pas dépasser 400°C à la sortie du four.

Cette technique est utilisée par les raffineries en Algérie et permet d'obtenir tous les grades des bitumes.

Caractéristiques	Normes Françaises	Recommandations du CTTP d'Alger 40/50	EXEMPLE Shell Bitumes MEXPHALTE 35/50
Pénétrabilité à 25°C	35/50
100g , 5s , 1/10 mm	EN 1426	40/50	35/50
Point de ramollissement	55/63
bille et anneau ° C	EN 1427	52 à 57	50 à 56
Densité relative à	1,00 à 1,10
25 °C (au pycnomètre)	NF EN 1097-7	1,00 à 1,10	1,00 à 1,10
Point d'éclair (vase ouvert)	240
°C	EN 22592	> 230	> 250
Ductilité à 25 °C, cm	= 60
	NF T66-006	= 60	= 60
Teneur en paraffine %	4,5
	EN 12606-2	< 9	< 4,5
Température limite de	130
pompabilité , °C	NF P 98-150-1	125	125

Tableau 1 : Spécifications des bitumes fabriqués par distillation.

2.3.2 Spécifications des bitumes fabriqués par soufflage (+1 < IP =+3,5)

Cette technique consiste à injecter de l'air dans la colonne de soufflage à des températures comprises entre 240 et 280 °C et un débit de 1000 Nm³/h, l'introduction d'air diminue la susceptibilité à la température et permettra de créer les asphaltènes au détriment des aromatiques, ainsi qu'a un changement de structure colloïdale (sol gel).

Ce procédé existe à la raffinerie d'Arzew (Algérie)

Caractéristiques	Recommandations Françaises	Recommandations du CTTP d'Alger 40/50	Shel l Bitumes R 100/40
Pénétrabilité à 25°C	35/50	40/50	35/45
100g , 5s , 1/10 mm	EN 1426
Point de ramollissement bille	55/63	57 à 61	95 à 105
et anneau ° C	EN 1427
Densité relative à 25 °C	1,00 à 1,10	1,00 à 1,10	1,00 à 1,07
(au pycnomètre)	NF EN 1097-7
Point d'éclair (vase ouvert)	240	> 230	> 250
°C	EN 22592
Température limite de	130	125	185
pompabilité , °C	NF P 98-150-1

Tableau 2 : Spécifications des bitumes fabriqués par soufflage.

2.3.3 Constatations

On constate que la température de pompabilité du bitume Shell R 100/40 est beaucoup plus importante que celle du bitume recommandé par le CTTP d'Alger à cause du procédé de semi soufflage recommandé.

Il est à noter que la température ne doit pas descendre en dessous de la température de pompabilité car le bitume doit être réchauffée avec une précaution très importante à prendre en considération qui est la formation de vapeur d'eau dans les citernes de stockage et donc le risque de moussage ce qui influe négativement sur la qualité des enrobés par la suite.

2.4 Granulats (NF EN 130 43, XP P98-135)

2.4.1 Granularité (NF EN 933-1)

Elle est déterminée par analyse granulométrique par tamisage, traduite par une courbe granulométrique (% de passants cumulés en ordonnée, et les dimensions de tamis en abscisse à échelle logarithmique).

2.4.2 Angularité (EN 933-5)

Elle est applicable aux granulats d'origine alluvionnaire, elle représente les arrêtes vives obtenus après concassage.

Elle peut être appréciée indirectement par deux paramètres :

L'indice de concassage (IC) : c'est le pourcentage d'éléments supérieurs à la plus grande dimension du granulat élaboré contenu dans le matériaux d'origine soumis au concassage.

Rapport de concassage (RC) : c'est le rapport entre la plus petite dimension du matériau soumis au premier concassage et la plus grande dimension du granulat obtenu.

Plus IC et RC sont grands plus les granulats sont anguleux.

Ce sont des caractéristiques très importantes à prendre en considération en couche de roulement vis-à-vis de la texture.

2.4.3 Propreté (NF EN 933-9)

Pour savoir la propreté des granulats on utilise l'essai de propreté superficielle, qui consiste à mesurer le pourcentage d'éléments fins subsistant après lavage.

Pour les sables on utilise l'essai d'équivalent de sable, soit l'essai de bleu de méthylène Pour les fillers on utilise l'essai de bleu de méthylène.

Pour les fillers en plus de la granularité et la propreté d'autres essais sont préconisés :

2.4.4 Indice de vide Rigden (IVR) (NF EN 1097-4)

Il permet d'avoir la porosité des fillers, c'est le rapport du volume des vides inter granulaires au volume du conteneur occupé par ces particules.

2.4.5 Pouvoir rigidifiant (?TBA) (ASTM D2872-85)

Il exprime la capacité du filler à rigidifier le bitume c'est la différence entre la température de ramollissement bille et anneau d'un mastic composé de 60% de filler et de 40% de bitume 50/70 et celle de ce même bitume.

2.4.6 Résistance à la fragmentation (N F EN 1097-2)

Déterminé par l'essai Los Angeles (LA), on utilise un broyeur à boulets d'acier provoque une fragmentation des gravillons par chocs avec production d'éléments de toutes dimensions, LA représente la proportion d'éléments fins (passant au tamis 1,6 mm) produits pendant l'essai, plus LA est faible meilleur sera la résistance à la fragmentation.

2.4.7 Résistance à l'usure (NF EN 1097-1)

Déterminé par l'essai Micro Deval (MDE) en présence d'eau, on utilise un broyeur à billes d'acier, contenant de l'eau, provoque une usure des gravillons par frottements réciproques avec production d'éléments fins (passant au tamis 1,6 mm), MDE représente la proportion d'éléments fins produits pendant l'essai, plus MDE est faible meilleur sera la résistance à l'usure.

2.4.8 Forme des gravillons (NF EN 933-3)

Elle est évaluée par l'essai d'aplatissement qui donne le coefficient A

Elle s'applique aux granulats de d = 4 mm et D = 80 mm.

Le coefficient d'aplatissement d'une fraction d/D est le pourcentage en masse de la somme des éléments passant à travers une grille à fente d'écartement D/2.

2.5 Spécifications des granulats

2.5.1 Recommandations du CTTP-Alger pour le BBSG 0/14 : Nous considérons les granulats utilisables en couche de roulement notamment :

Les bétons bitumineux semi grenu BBSG 0/14.

Essais		Spécifications
		0/3	3/8	8/15
Coefficient LOS ANGELES (PLMJA=150)			= 25	= 25
Coefficient MICRO-DEVAL (PLMJA=150)			= 20	= 20
Coefficient d'aplatissement (PLMJA=150)			= 20	= 20
Propreté superficielle			= 2	= 2
Equivalent de sable à 10 % f (%)		= 60
Valeur au bleu de Méthylène		= 1
Analyse granulométrique	Tamis	Passant
	25	100	100	100
	15	100	100	85-99
	12,5	100	100
	8	100	85-99	1-15
	5	100		= 3
	3	85-99	1-15
	2		= 3
	0,08

Tableau 3 : Spécifications des granulats (CTTP d'Alger).

Les fines sont mélangés avec le sable leurs caractéristiques sont comme suit : Granulométrie :

Tamis	Passant
0,2	100
0,08	> 80

Tableau 4 : Spécifications des sables (CTTP d'Alger). Mesure de l'indice des vides Rigden (IVR) : = 40 %.

Mesure de la valeur de bleu des fines (MBF) : = 10 (EN 933-9).

2.5.2 Recommandations en France (NF EN 13043)

Les fractions granulaires autorisés (NF P98-130 à 141) sont : 2/4, 2/6, 4/6, 4/10, 6/10, 10/14 . La valeur de D (mm) est : 10 - 14.

Spécifications sur les sables :

Caractéristique	MBF	IVR
	g pour 1000 g	%
Spécification	= 10	= 40

Tableau 5 : Spécifications des sables (Recommandations RST). L'incorporation à 10% de sable roulé est admise.

Caractéristiques minimales des gravillons (résistance mécanique): Los Angeles (LA) : = 25 si trafic PL.MJA = 150

Micro Deval (M DE) : = 20 si trafic PL.MJA = 150

Aplatissement (A) : = 25 si trafic PL.MJA = 150

Spécifications sur les fillers d'apport :

Essais		Spécifications	Normes
Analyse granulométrique	Tamis (mm)	Passant	NFP 18-321
	2	100
	0,125	85 à 100
	0,063	= 70
Fines nocives MBF (g/kg)		= 10	EN 933-9
Caractéristiques rigidifiant	IVR (%) Indice de vide Rigden	28 à 45	NF EN 1097-4

Tableau 6 : Spécifications sur les fillers.

2.6 Les additifs

On les utilise pour augmenter les caractéristiques de l'enrobé notamment :

V' Le module.

V' La résistance à l'orniérage.

V' Ils augmentent la durée de vie des enrobés.

V' Ils réduisent la sensibilité à la température.

V' Augmentent le point de ramollissement bille-anneau.

V' Réduisent la pénétrabilité.

V' Améliorent la résistance à la déformation permanente.

On peut les introduire directement dans les cuves de bitume ou lors du malaxage en doses calculé d'après une formulation faite au niveau du laboratoire, quelques exemples d'additifs sont donnés ci dessous :

2.6.1 Bitumes de Trinidad épuré

Le bitume épuré est extrait par raffinage, ses caractéristiques sont comme suit : Masse volumique : 1,40 g/cm 3

Pénétrabilité à 25°C, 100g , 5s , 1/10 mm : comprise entre 1 et 4.

Température bille anneau : comprise entre 68 et 78 °C.

2.6.2 Poudre du Trinidad 50/50

C'est un mélange composé de 50 % de bitume de Trinidad épuré et de 50 % de filler de calcaire.

2.6.3 Gilsonite® : AMERICAN GILSONITE, (Gilsonite Resin, HMA Plus) C'est un hydrocarbure naturel qui se présente sous forme granulat sec 0/2, ses caractéristiques sont comme suit :

Masse volumique : 1,05 g/cm 3

Température bille-anneau : ? 150 °C .

Pénétrabilité à 25°C, 100g , 5s , 1/10 mm : 0 (1/10 mm).

Comparaison des formulations d'enrobés à chaud pour couches de roulement des chaussées très circulées utilisées en France et en Algérie du point de vue sécurité (glissance) et orniérage

2.6.4 Selenizza SLN 120^®

C'est un additif anti orniérant, livré sous différentes formes (blocs, granulés, poudre) Conditionné en sacs fusibles de poids variables facilitant l'utilisation dans les centrales d'enrobage discontinues dotées d'un malaxeur à pales.

Conditionné en « BIG BAGS » de 800 Kg à 1 tonne

Le matériau est traité préalablement par un produit anti-mottant afin d'éviter toute reprise en masse.

Très souple d'utilisation, il peut être introduit soit dans le liant chaud, soit au niveau de l'anneau de recyclage d'une centrale continue, soit dans le tapis enfourneur des centrales à double flux de matériaux.

Matières insolubles (fines siliceuses): 7 à 15 %

Pénétrabilité à 25 °C : 0

Point de ramollissement bille anneau : 120 °C

Perte de masse à 163 °C pendant 5 h :0.08%

Il s'agit d'une Asphaltite, d'origine naturelle en provenance de mine de SELENICE en Albanie.

2.6.5 PR PLAST S

C'est un additif anti orniérant pour les bétons bitumineux BBME, et les couches de liaison.

Il a une granulométrie de 0/5 mm, s'emploie directement au malaxage des enrobés, dosé en Big Bag pour les postes continues, et en sacs thermo fusibles pré dosés de 7 à 12 kg pour les postes discontinues, ses caractéristiques sont représentés comme suit :

Granulométrie : 0/5 mm

Densité : 0,93 à 0,965 gr/cm ³ .

Point de fusion : 175 °C.

2.6.6 Plastomères de polyoléfines

C'est un additif anti orniérant pour les bétons bitumineux, il se présente sous forme granulé et qui peut être introduit dans le mélange au moment du malaxage ses caractéristiques sont comme suit :

Densité (g/cm ³) : 0,91 à 0,96

Point de fusion (°C) : 140 à 150

Granulométrie : 4 mm

Plastomères (%) : > 95

2.6.7 Domaine d'application des additifs

Enrobés à module élevés.

Bétons Bitumineux à module élevés.

Routes à fort trafic.

Giratoires.

Zones canalisées et à fort trafic.

Zones portuaires.

Plates formes industrielles.

Aéroports.

Barrières de péage, arrêts de bus, ~

®

Remarque : pour le cas de mon travail l'additif utilisé est le Selenizza SLN 120 , détaillé ci-

dessus.

CHAPITRE 3

ESSAIS UTILISÉS DANS LES ÉTUDES DE

FORMULATIONS D'ENROBÉ A CHAUD

Les principaux essais utilisés dans une étude de formulation sont :

En France :

Essai de compactage à la presse à cisaillement giratoire NF EN 12697-31.

Essai Duriez NF EN 12697-12

Essai de compactage des plaques NF P 98-250-2

Essai d'orniérage NF EN 12697-22 Essai de module NF EN 12697-26 Essai de fatigue NFP 98-261-1

En Algérie :

Essai Duriez NF EN 12697-12 Essai Marshall EN 12697-34.

3.1 Essai de compactage à la presse à cisaillement giratoire (PCG)

Image 04 : Presse à cisaillement giratoire (PCG)

Force vert. : 600 kPa Angle : 1°

vitesse rot. : 30 tr/min Température : 150°C moule : 160 mm

L'essai de compactage à la PCG est une combinaison d'un cisaillement giratoire et d'une force résultante axiale appliquée par une tête mécanique. L'essai permet de calculer le pourcentage des vides et la compacité à n girations au moyen de la hauteur mesurée de l'éprouvette testée hn. Il faut savoir qu'à 100 % de compacité, la hauteur minimale de l'éprouvette est de 150 mm :

Pourcentage des vides = ((hn_150)/hn)x100 Compacité C = 100_% vides =(150X100)/hn.

L'essai PCG traduit la maniabilité de l'enrobé. En effet, plus la pente de la droite est forte, plus le matériau est maniable

Cette caractéristique découle des normes qui exigent un certain pourcentage de vides à n girations. La maniabilité est un facteur important puisqu'elle traduit la facilité de mise oeuvre de l'enrobé sur le chantier.

Si les valeurs du pourcentage des vides sont conformes et le coefficient de maniabilité est favorable, continuer les essais DURIEZ et la plaque d'orniérage, dans le cas contraire, modifier la formule d'enrobé.

3.2 Essai Duriez

Image 05 : Essai Duriez

Cet essai permet de connaître la tenue à l'eau d'un enrobé à chaud exprimé par un rapport des résistances à la compression avec immersion dans l'eau et à sec.

Le mode de cet essai consiste à confectionner 12 petits moules cylindriques d'enrobés : 2 destinés à mesurer la masse volumique à la pesée hydrostatique.

5 conservés 7 jours à l'eau.

5 conservés 7 jours à l'air.

Après ce temps les éprouvettes sont écrasées dans une presse hydraulique.

La résistance à la compression simple = (charge d'écrasement)/(section de l'éprouvette) La résistance de l'éprouvette stocké en immersion est : r

La résistance de l'éprouvette stocké à l'eau est : R

Le rapport r/R est le résultat du test qui donne la tenue à l'eau de l'enrobé et qui sera comparé à la norme en vigueur.

3.3 Essai de fabrication des plaques

Image 06 : Essai de fabrication des plaques

Cet essai permet de simuler au laboratoire le compactage de l'enrobé, on applique un plan de compactage assisté par ordinateur, la durée du compactage est de 20 mn par plaque, le nombre de passes et la pression de roue sont normalisés.

3.4 L'essai d'orniérage

Image 07 : Essai d'orniérage

Cet essai est très important pour les routes très circulés et avec un pourcentage de poids lourds assez élevé, il permettra de simuler au laboratoire la résistance de l'enrobé à l'orniérage.

Mode d'essai : on détermine la profondeur de l'ornière au passage répété d'un pneumatique, selon l'épaisseur de l'enrobé on confectionne une plaque de 5 ou 10 cm qu'on lui fait subir une énergie de compactage normalisée à 60°C, plusieurs cycles sont appliqués 1000, 3000, 10 000, 30 000, 100 000, le résultat (profondeur d'ornière) est comparé a la norme.

Comparaison des formulations d'enrobés à chaud pour couches de roulement des chaussées très circulées utilisées en France et en Algérie du point de vue sécurité (glissance) et orniérage

3.5 Essai de module (MAER)

Cet essai détermine les modules en traction directe, il est réalisé sur des éprouvettes cylindriques, il donne le module des enrobés à différentes températures et temps de charges, il est nécessaire pour les enrobés afin de connaître le respect des spécifications.

		Image 08 : Essai de module MAER
	Image 09 : Essai Marshall

Les modules sont déterminés à : 0°C, 5°C, 10°C et 15°C et aux temps de charges variant de 0,02 à 300 secondes.

Cet essai donne le module à 15 °C à 0,02 secondes qui est supérieure ou égale au module complexe à 15 °C et 10 Hz, il existe plusieurs théories donnant la relation entre ces deux modules.

(Il est à noter qu'un temps de charge de 0,02s correspond à un poids lourd à 60 km/h ).

3.6 L'essai Marshall

L'essai Marshall est largement utilisé par les laboratoires Algériens, il permet d'avoir les caractéristiques suivantes :

La stabilité qui est la résistance maximale à l'écrasement.

Le fluage qui est le raccourcissement du diamètre de l'éprouvette au moment de sa rupture.

le mode opératoire de cet essai ne renseigne pas sur la tenue à l'eau de l'enrobé, néanmoins au niveau du CTTP d'Alger une méthode de travail a été développée qui consiste à introduire l'immersion ainsi que le calcul de gonflement, cette pratique est expliquée comme suit :

On prépare un mélange hydrocarboné qu'on mettra dans des moules cylindriques, on fait subir à l'enrobé un compactage en appliquant 50 coups de dame, on fait refroidir les éprouvettes à l'air pendant 2 à 3 heures, chaque éprouvette est démoulée à l'aide d'une presse, conservé ensuite pendant 24 heures (phase de maturation).

On prépare 6 éprouvettes de même composition :

(03) éprouvettes conservées sans immersion.

(03) éprouvettes immergées pendant 2 heures sous une pression normalisée.

On calculera le volume, puis on fait immerger de nouveau pendant 7 jours (la température varie de 18 à 25 °C).

Les éprouvettes (immergés et non immergés) sont soumissent à l'essai Marshall, la vitesse du plateau de la presse est réglée à 0,85 mm/s.

On calcule ensuite le rapport immersion / compression.

(s/S_m) =(stabilité avec 7 jours en immersion)/(stabilité avec 7 jours sans immersion) Le pourcentage de gonflement =((Vi-V)/V)x1 00 .

V : volume de l'éprouvette après démoulage.

Vi : volume de l'éprouvette après : 1h sous vide, et 2h sous vide et à l'eau, ou après 7 jours d'immersion.

Tout de même cet essai est largement critiqué pour les raisons suivantes :

Le mode de confection des éprouvettes n'est pas représentatif du compactage obtenu sur chantier.

L'optimum en terme de stabilité Marshall n'assure pas la résistance à l'orniérage sous l'effet du trafic.

Le fluage donné par cet essai ne représente pas réellement ce phénomène sur terrain.

3.7 Essai de Fatigue

250 mm

Image 10 : Essai de Fatigue

25 mm

56 ou 70 mm

Forme de l'éprouvette

Cet essai permet d'étudier le comportement des enrobés bitumineux vis-à-vis de la fissuration, il est pratiqué sur des éprouvettes de forme trapézoïdales (Image 10), l'éprouvette est encastrée à la base, sollicités en tête en flexion sinusoïdale par déplacement imposé d'amplitude constante choisie afin de caractériser la rupture à un million de cycle.

L'essai est pratiqué à 10°C et à une fréquence de 25 Hz.

La répétitivité des cycles de flexion alternée entraîne un endommagement de l'éprouvette (des fissures sont localisées).

L'essai est conduit jusqu'à réduction de moitié de l'effort mesuré en tête, c'est le critère de la rupture.

Les résultats obtenus sont reportés sur un diagramme (déformation - nombre de cycles à rupture). Cette courbe de fatigue donne :

La déformation å6 correspondant à un million de cycles.

La pente de la courbe de fatigue b.

La dispersion sur la logarithmique décimale du nombre de cycles à rupture SN. Ces donnés sont utilisés pour les calculs de dimensionnement en France.

3.8 Essai sur chantier

Profondeur moyenne de texture PMT (Ex : Hauteur au sable vraie HSV) : NF EN 13036-1 Cet essai permet de connaître la macro texture d'une surface de revêtement qui consiste à mesurer la hauteur moyenne de la texture d'une surface par remplissage du volume des vides à l'aide d'un volume fixé de billes de verres spécifié, qu'on étale en forme de cercle, on mesure

Comparaison des formulations d'enrobés à chaud pour couches de roulement des chaussées très circulées utilisées en France et en Algérie du point de vue sécurité (glissance) et orniérage

après la surface de ce cercle, la profondeur moyenne de texture sera calculée par la formule suivante :

PMT (mm) = 4 V / . D2

V : volume de l'échantillon = 25 cm ³ de billes de verres calibrées

= 3,14

D : diamètre moyen de la surface couverte de billes de verres (en mm).

On mesure au moins 4 diamètres pour calculer la surface.

La gamme des résultats est de 0,3 à 3 mm selon l'état de la couche de roulement.

Cet essai ne s'applique que lorsque l'état de la chaussée est sec, on vérifie aussi l'état de propreté de la chaussée, afin que cet essai soit représentatif de la réalité.

Les caractéristiques de l'état de surface dépendent de la formule du mélange, effectivement lorsque la PMT est relativement élevée cela explique la présence d'un pourcentage de vides élevé, on peut déduire que la courbe granulométrique du mélange est discontinue ou l'existence d'un faible taux de fines dans la formule.

Image 11 : Méthode volumétrique dite « de la tache de sable »

Les irrégularités de la surface de la chaussée pour la macro texture sont de l'ordre de : 0,5 à 50 mm pour la gamme de dimension horizontale.

0,2 à 10 mm pour la gamme de dimension verticale.

La macro texture contribue essentiellement au drainage d'eau (à vitesse élevé), elle contribue aussi à l'indentation (déformation des pains de gomme au contact avec des aspérités de chaussée, ce qui est en relation directe avec l'adhérence et le phénomène de glissance (gérant de forces de frottements pneumatique - chaussée)

CHAPITRE 4
MÉTHODOLOGIES DES ÉTUDES DE FORMULATIONS

MVA

V : VOLUME DU VIDE

4.1 Généralités

La chronologie d'un travail de formulation d'enrobé suit les étapes suivantes :

sélection et identification des constituants

Mise au point du mélange qui n'est pas imposé seulement elle doit correspondre à des performances.

Epreuve de formulation.

Une étude de formulation permet de connaître le dosage des différents composants de granulats et de liant tout en assurant les performances permettant d'avoir un compromis entre la maniabilité (évolution du pourcentage du vide), la compacité, l'adhésivité, la rugosité, et surtout la résistance à l'orniérage.

Composition d'un enrobé bitumineux :

Granulats : (environ 90% en poids) composés de plusieurs fractions en pourcentages variables : Les fines < 80 um

Les sables (0/2, 2/4, 4/6)

Les cailloux (6/10, 10/14)

Bitumes : (5 à 6% en poids)

Vides : (de 2 à 20% selon les matériaux)

4.2 Méthodologie de formulation en Algérie

Le seul type de béton bitumineux utilisé est le BBSG 0/14, les fraction granulaires sont choisies parmi les suivantes : 0/3, 3/8, 8/15, les caractéristiques des granulats sont représentés comme suit :

Fuseau granulométrique :

Passant Tamis (mm)

	BB 0/14
20	/
14	94-100
10	72-84
6.3	50-66
2	28-40
0.08	7-10

Tableau 7 Courbe granulométrique BBSG 0/14

Recommandations sur l'utilisation des bitumes et des enrobés en béton bitumineux à chaud .CTTP Février 2004.

Caractéristiques mécaniques des granulats

Caractéristiques des sables et des fines. Proportion de chacune des fractions. Courbe granulométrique du mélange.

Détermination de la teneur en bitume :

On appelle teneur en bitume la masse de liant sur la masse des granulats secs exprimé en pourcentage, pour cela on utilise la formule suivante :

Teneur en liant = K . á . (Ó)^1/5

Ó : surface spécifique conventionnelle.

Ó : 0.25G + 2.3S + 12s + 135f en m²/kg

G : proportion pondérale des éléments supérieurs à 6.3 mm.

S : proportion pondérale des éléments compris entre 6.3 et 0.315

s : proportion pondérale des éléments compris entre 0.315 et 0.08

f : proportion pondérale des éléments inférieurs à 0.08 mm

K : module de richesse qui caractérise l'épaisseur moyenne du film autour des granulats.

á : coefficient destiné à tenir compte de la masse volumique des granulats (MVRg), si celle-ci diffère de 2.65 t/m3 , on utilise la formule suivante :

á = 2.65/MVRg (voir paragraphe 2.4.9)

Le dosage en liant est calculé avec les quatre modules de richesse, on aura donc quatre formulations :

Type d'enrobé		Module de richesse (K)
0 / 14	3.45	3.6 3.75	3.90

Tableau 8 : Les valeurs usuelles du module de richesse

Recommandations sur l'utilisation des bitumes et des enrobés en béton bitumineux à

chaud .CTTP Février 2004.

On constate que le formulateur ayant la composition granulaire du mélange établit quatre formulations correspondant aux modules de richesse cités ci-dessus.

On calcule après les caractéristiques mécaniques des enrobés pour les quatre formulations par deux essais :

Duriez :

Résistance en compression à l'air, R.

Résistance en compression à l'eau, r^'.

Rapport immersion/compression (r^' / R).

Marshall :

Stabilité Marshall : résistance à l'écrasement diamétral entre mâchoires à une température de 60°C .

Fluage Marshall : déplacement au moment de la rupture.

La compacité et le pourcentage des vides.

Calcul des masses volumiques :

> Masse volumique réelle des granulats MVRg (NF EN 1097-6) :

Calculé par la méthode du pycnomètre sur sables et granulats de D = 31,5 mm lavés à 0,063 et destinés aux mélanges bitumineux, cette méthode est résumée comme suit :

On lave d'abord la prise d'essai à 0,063 mm.

On fait sécher la prise d'essai en étuve.

On pèse le pycnomètre avec son bouchon (M1).

On pèse l'ensemble pycnomètre + bouchon + prise d'essai (M2).

On rempli le pycnomètre d'eau à 22°C jusqu'à 3CM environ sous le col. Il faut éliminer les bulles d'air, on replace le bouchon et on ajoute de l'eau jusqu'à 20 mm environ du repère.

Le pycnomètre est placé après dans un bain à 22°C au moins pendant 12 heures. On complète le niveau d'eau jusqu'au repère et on pèse (M3).

La masse volumique de granulats pré séchés sera calculée par la formule suivante : MVRg = (M2_M1)/[V_(M3_M2)/ ñ_w] en Mg/m³

Avec : V : volume du pycnomètre prédéterminé selon la norme.

ñ_w : 0,9978 Mg/m³

On prend une moyenne de deux déterminations, avec une tolérance de 0,1 % lors des pesées. > Les masses volumiques apparentes (MVA) et réelle (MVR) :

MVR VOLUME DES GRANULATS

Figure 8 : modèle de la masse volumique apparente et réelle.

Compacité % = 100 -- V %.

MVA = masse (kg) / volume (m 3)

MVR : la masse volumique réelle correspond à la masse volumique qu'aurait l'enrobé sans vides peut être déterminé à partir des masses volumiques des composants, par le formule suivante : MVR =100/[( % G1/ñ1)+ ( % G2/ñ2)+ ...+( Pb/Db)]

% Gi : pourcentages de fractions granulaires.

% Pb : pourcentage en poids du bitume.

ñi : masses volumiques des granulats.

Db est la masse volumique du bitume.

Pourcentage des vides % = 100 _ MVA / MVR

Ces paramètres sont calculés pour les quatre formules, on choisira celle qui correspond le mieux aux spécifications des normes Marshall et Duriez.

4.3 Méthodologie de formulation en France

Le schéma suivant illustre les principales étapes d'une formulation rationnelle:

Sélection des composants

Changement de(s)
composant(s)

Conception de la formule du mélange prototype

Ajustement de la courbe
granulométrique

NON

Essai PCG

Presse à cisaillement giratoire

OUI

Epreuve de

formulation

Figure 9 : Schéma des principales étapes d'une formulation en France. Groupe de travail RST. Septembre 2005

Les fractions granulaires sont choisies parmi les suivantes : 0/2, 0/4, 2/4, 4/6, 2/6, 6/10, 4/10, les démarches d'une formulation consistent à connaître les paramètres suivants :

Caractéristiques mécaniques des granulats

Caractéristiques des sables et des fines.

(Détaillés dans le chapitre les composants d'un enrobé)) . Proportion de chacune des fractions.

Courbe granulométrique du mélange.

Passant tamis en mm	Valeurs habituelles D = 14 mm			Valeurs habituelles D = 10 mm
	Mini	Visée	Maxi	Mini	Visée	Maxi
10		78			97
6.3	47	52	58	45	57	68
4		47			52
2	25	31	35	27	34	39
0,063	6,3	6,8	7,2	6,3	6,7	7,2

Tableau 9 Courbe granulométrique de départ. Détermination de la teneur en bitume :

On appelle teneur en bitume la masse de liant sur la masse des granulats secs exprimé en pourcentage, pour cela on utilise la formule suivante :

Teneur en liant = K . á . (Ó)^1/5

Ó : surface spécifique conventionnelle.

Ó : 0.25G + 2.3S + 12s + 135f en m²/kg

G : proportion pondérale des éléments supérieurs à 6.3 mm.

S : proportion pondérale des éléments compris entre 6.3 et 0.315

s : proportion pondérale des éléments compris entre 0.315 et 0.08

f : proportion pondérale des éléments inférieurs à 0.08 mm

K : module de richesse qui caractérise l'épaisseur moyenne du film autour des granulats.

á : coefficient correcteur destiné à tenir compte de la masse volumique des granulats (MVRg), si

celle-ci diffère de 2.65 t/m3 , on utilise la formule suivante : á = 2.65/MV Rg

Masse volumique réelle :

MVR peut être déterminé sur le mélange selon la norme NF EN 12697 - 5 par la méthode à l'eau, ou à partir des masses volumiques des composants, par les formules suivantes :

MVR =(100+ TLext)/[( % G1/ñ1)+ ( % G2/ñ2)+ ...+( % Gn/ñn)+( TLext/ñb)]

% Gi : pourcentages de fractions granulaires. ñi : masses volumiques des granulats.

ñb est la masse volumique du bitume.

TLext : teneur en liant extérieure qui représente le rapport de la masse de liant, à la masse de granulats secs.

Cependant il existe une autre méthode pour calculer MV R :

MVR =100/[( % G1/ñ1)+ ( % G2/ñ2)+ ...+( % Gn/ñn)+( TLint/ñb)]

TLint : teneur en liant intérieure qui représente le rapport de liant, à la masse du mélange total. Remarque : TLext est utilisées en France pour la plupart des enrobés, et TLint est utilisée pour les asphaltes coulés.

TLext et TLint sont liés par la formule suivante : TLint = TLext / (100 + TLext).

La masse volumique réelle (MVR) peut être calculée selon la norme NF EN 12697-5 par la méthode à l'eau :

On mesure le poids et le volume des éprouvettes.

On paraffine les éprouvettes.

On mesure leurs poids hydrostatique.

On mesure le volume des éprouvettes sachant que la densité des paraffines est 0,9 on calcule après la masse volumique réelle.

Masse volumique apparente : (NF EN 12697-6)

C'est le rapport entre la masse de l'échantillon et son volume apparent déterminé par mesure géométrique, on obtient alors Mva, ou par pesée hydrostatique, on obtient dans ce cas MVA Pourcentage de vides et compacité :

Ils sont déterminés à partir de MVR et MVA par les formules suivantes :

Compacité % = 100 x (Mva ou MVA) /MVR .

Pourcentage des vides % = 100 [1 _ (Mva ou MVA)]/ MVR Pourcentage des vides % = 100% _ Compacité %

Epreuve de formulation :

On établie une séquence d'essais en fonction du niveau d'épreuve, cela est fonction des exigences, des objectifs, et des enjeux.

La norme Française NF P 98-150-1 (janvier 2008) définie cinq niveaux de formulations :

Niveau 0 : courbe granulométrique et teneur en liant. Niveau 1 :

Essai PCG (NF EN 12697-31)

Essai de tenue à l'eau à 18 °C (NF EN 12697-12) Niveau 2 :

Essai PCG (NF EN 12697-31)

Essai de tenue à l'eau à 18 °C (NF EN 12697-12) Essai d'orniérage (NF EN 12697-22)

Niveau 3 :

Essai PCG (NF EN 12697-31)

Essai de tenue à l'eau à 18 °C (NF EN 12697-12) Essai d'orniérage (NF EN 12697-22)

Essai de module complexe (NF EN 12697-26) Niveau 4 :

Essai PCG (NF EN 12697-31)

Essai de tenue à l'eau à 18 °C (NF EN 12697-12) Essai d'orniérage (NF EN 12697-22)

Essai de module complexe (NF EN 12697-26) Essai de fatigue (NF EN 12697-24)

Les résultats de ces essais seront comparés a celles des normes cités si dessus, dans le cas de non vérification on reformule pour pouvoir atteindre l'objectif tracé.

Contrôle de la texture :

On peut mesurer la texture d'un revêtement au laboratoire sur des plaques réalisées au compacteur de plaques à l'épaisseur correspondant à celle du chantier et de préférence sur des plaques 500 X 600 mm.

En première approximation on peut retenir la formule suivante :

PMT labo = PMT chantier + 0,3 mm

Il est recommandé d'ajuster la formulation si la PMT montre une mauvaise texture de la surface de revêtement selon le tableau suivant :

Profondeur moyenne de texture PMT
Inférieure à la valeur visée	Très inférieure à la valeur visée
Diminuer le % sable et augmenter la proportion ? 6 mm.	Créer une discontinuité et ajuster pourcentage de sable.	le

Tableau 10 : Contrôle de la texture par la méthode PMT.

La norme NF EN 13036-1 explique l'utilisation de l'essai PMT (profondeur moyenne de texture), on recommande en France pour un BBSG 0/14 une valeur minimale de 0,5.

Le CTTP d'Alger recommande pour le contrôle de la macro texture du revêtement en enrobé bitumineux une hauteur au sable vraie de 0,6 mm à 1 mm.

CHAPITRE 5
EXEMPLES DE FORMULATIONS

5.1 Exemple de formulations Algérienne

Dans ce chapitre j'essaierai de donner un aperçu sur des formulations Algériennes : dosages en liant, en granulats, ainsi que les moyens utilisés par les laboratoires.

Le guide du CTTP (Février 2004) : Recommandations sur l'utilisation des bitumes et des enrobés en béton bitumineux à chaud découpe géographiquement l'Algérie en trois zones :

Zone I : côtière et humide à grande pluviométrie.

Zone II : des hauts plateaux semi aride à pluviométrie moyenne.

Zone III : désertique (aride) à faible pluviométrie.

Les formulations que je vais citer sont celles d'entreprises localisées dans la zone II.

En fonction des matériaux granulaires locaux, on choisi une formule qui donne un mélange ayant la meilleure aptitude au compactage et qui pourrait donner une meilleure stabilité au mélange hydrocarboné.

On doit vérifier d'abord que la courbe granulométrique du mélange s'inscrit parfaitement dans le fuseau spécifique de référence au béton bitumineux semi grenu 0/14 de SETRA- LCPC destiné pour une couche de roulement.

La méthodologie utilisé est de choisir pour le même mélange granulaire plusieurs formules avec des modules de richesses différents en vue d'avoir une bonne tenue dans le temps du point de vue désenrobage, vieillissement, joint de construction, ... on vérifiera après leurs performances mécaniques, il est à noter que seulement les essais Duriez et Marshall sont utilisés.

Les étapes de travail suivis par les laboratoires Algériens sont :

Analyse granulométrique des différentes fractions de granulats.

Vérification de la résistance aux chocs (essai Los Angeles).

Vérification de la résistance à l'usure en présence d'eau (essai Micro Deval). Vérification de la forme des granulats (essai d'aplatissement).

Vérification de la propreté des granulats.

Essai équivalent de sable.

Essai du bleu méthylène.

Masse volumique des granulats.

Vérification de la pénétrabilité du bitume.

Vérification de la température de ramollissement du bitume.

Vérification de la densité du bitume.

Vérification du point de flamme du bitume.

Vérification de la granulométrie du mélange.

Calcul du dosage en liant.

Vérification des performances mécaniques :

Densité théorique.

Densité apparente

compacité.

% des vides.

Résistance à 7 jours à l'air à 18°C .

Résistance à 7 jours avec immersion dans l'eau à 18 °C.

Rapport immersion/compression (Duriez).

Stabilité et Fluage (Marshall).

On considère les formulations des entreprises A, B, C, D, E, F et G. (indiquées dans la bibliographie).

5.1.1 Caractéristiques des granulats

Essais		Entreprises
		A	B	C	D	E	F	G
Analyse granulométrique	Tamis	Tamisats
	25	100	100	100	100	100	100	100
	16	96	97.10	100	97.27	100
	12.5		75.22	74.6	51.7	62.24	99.3	74.13
	10		22.34	47.5	19.7	26.43	79.7	37.13
	8	14	1.40	21.9	3.33	3.73	45.7	7.70
	5	0	0.40	1.83	1.60	1.07	3.30	1.87
Coefficient Los Angeles		20	25.20	25.34	24.16	19.10	22.96	21.90
Coefficient Micro Deval		21	22.80	19.70	14.8	23.80	11.60	19
Coefficient d'aplatissement		26	20.20	20.86	11.46	18.85	9.43	13.22
Propreté superficielle		0.47	0.47	0.38	0.48	1.14	0.84	1.46
Masse volumique		2.76	2.65	2.65	2.60	2.57	2.61	2.65

Tableau 11 : Spécifications de la fraction 8/15.

On constate que la granulométrie est variable, des écarts de passants considérables sont à constater entre les différentes entreprises pour chaque tamis, cela est en relation avec les conditions de fabrication des granulats au niveau des carrières ce qui explique les irrégularités du coefficient d'aplatissement.

On constate que les entreprises B et C ont un Los Angeles légèrement supérieure à la spécification qui est 25, ce qui explique l'aspect fragmentable de ces roches calcaires.

Les entreprises A, B et E ont un micro deval supérieur à la spécification qui est de 20, leurs granulats résistent mal à l'usure en présence d'eau.

L'entreprise A a un coefficient d'aplatissement qui dépasse la spécification qui est de 20, les entreprises B et C légèrement.

Essais		Entreprises
		A	B	C	D	E	F	G
Analyse granulométrique	Tamis	Tamisats
	12.5	100	100	100	100	100	100	100
	8	100	80.60	100	91.8	86.11		98.06
	6.3			88.94	63.1	56.63	99.1	78.81
	4	27	15.49	27.44	22.8	20.05	28.2	4.31
	2	2.5	0.95	2.31	3.25	3.08	1.56	4.31
Coefficient Los Angeles		23	26.50	23.68	30	26.7	25.36	25.10
Coefficient Micro Deval		27	19.60	17.62	28.4	36	13.40	21.60
Coefficient d'aplatissement		42	28.12	24.59	21.79	20.01	23.36	21.44
Propreté superficielle		1.5	1.83	1.48	1.44	3.13	1.05	2.32
Masse volumique		2.81	2.64	2.66	2.59	2.60	2.61	2.63

Tableau 12 : Spécifications de la fraction 3/8.

On constate que la granulométrie est variable, des écarts de passants considérables sont à constater entre les différentes entreprises pour chaque tamis, cela est en relation avec les conditions de fabrication des granulats au niveau des carrières ce qui explique les irrégularités de forme.

Les entreprises B, D, E ont un Los Angeles qui dépasse la spécification qui est de 25.

Les entreprises A, D, E et G ont un micro deval qui dépasse la spécification qui est de 20.

Toutes les entreprises ont un coefficient d'aplatissement qui dépasse la spécification qui est de 20.

On note que la fraction 3/8 de l'entreprise B correspond a une fraction 4/10, pour l'entreprise D elle correspond à une fraction 0/8.

Essais		Entreprises
		A	B	C	D	E	F	G
Analyse granulométrique	Tamis	Tamisats
	5	100	99.5	99.80	100	100	100	99
	4			92.2	99.9			95.3
	3	99
	2		86.37	63.4	77.3	79.13	80.5	64.6
	1			42.1	52.6	50.35	55	42.7
	0.08	16	19.82	18.80	20	18.30	20	14.40
Equivalent de sable à 10% f (%)		59	40	61.11	50.14	29.10	57.50	46.50
Valeur au bleu de Méthylène		0.50			0.43		0.56
Masse volumique		2.82	2.66	2.62	2.58	2.62	2.60	2.55

Tableau 13 : Spécifications de la fraction 0/3.

On constate que la condition équivalent de sable n'est généralement pas vérifiée (spécification = 60), la valeur du bleu de Méthylène n'a pas été calculée pour toutes les formulations.

Les laboratoires Algériens se basent sur la spécification suivante pour cet essai : un ES > 35% pour une teneur en fines > 15% est considérée acceptable à condition que les fines ne soit pas nocives, alors que les fines sont d'origine calcaire et ne sont pas nocives.

On note que la fraction 0/3 de l'entreprise B correspond à une fraction 0/6.

Les fines au niveau du tamis 0.08 mm ont un pourcentage compris entre 14.40 et 20 % ce qui permet de classer cette fraction en classe 0/5.

Remarque : On constate des irrégularités de fabrication de granulats ce qui influe d'une façon directe sur la fabrication des enrobés, un audit au niveau des carrière est nécessaire en vue de pallier aux défauts cités ci dessus.

5.1.2 Caractéristiques du bitume

Essais	Entreprises
	A	B	C	D	E	F	G
Pénétrabilité à 25°C (1/10 mm)	45	48	44	43.5	43	41	44
Point de ramollissement Billes et anneaux (°C)	52	47	55	55	56	54.5	55
Densité relative à 25°C	1.01	1.00	1.02	1.04	1.03	1.04	1.02
Point de flamme		345	312		293		312

Tableau 14 : Spécifications du bitume.

La classe de bitume utilisée en Algérie est le 40/50 avec une fourchette de pénétrabilité variant de 41 à 48, et une température de ramollissement variant de 47 à 56.

Le point de flamme n'est pas vérifié pour toutes les entreprises.

5.1.3 Performances mécaniques Essai Duriez

Essais	Entreprises
	A	B	C	E	G
Module de richesse	3.60	3.75	3.60	3.60	3.60
Teneur en liant (%)	5.74	6.24	6.03	6.18	6.06
Densité théorique	2.74	2.42	2.42	2.38	2.39
Densité apparente	2.52	2.29	2.26	2.25	2.24
Compacité en pourcentage % (92 à 96)	92	94.62	93.38	94.53	93.72
Pourcentage des vides %	8	5.38	6.62	5.47	6.28
Résistance à 7 jours à 18°C (MPa) R (> 70 )	81.8	75	73.50	73.00	73.5
Résistance à 7 jours immergé à 18 °C (MPa) r^'	72.8	65	56	54.00	59
Rapport Immersion/Compression (r^' / R ) (> 0,75)	0.89	0.86	0.76	0.74	0.8

Tableau 15 : Performances mécaniques (Essai Duriez).

Les histogrammes suivants illustrent les valeurs dans le tableau ci dessus.

,

ZEMMIRI Anouar Abdelaziz Travail de fin d'études ENTPE 2007/2008

41

Figure 10 : Histogramme donnant le dosage en liant.

Variation du dosage en liant 91,5

On constate que la différence du dosage en bitume entre l'entreprise A et l'entreprise B est de
0,52 % ce qui est considérable, cette observation pose un doute d'optimisation du bitume dans

1

les formulations, il est à noter aussi que les dosages en liant sont relativement élevés.

91

	SEUIL 92 % E

Figure 10 : Histogramme donnant le dosage en liant.

Compacités : Les compacités de toutes ces entreprises sont acceptables.

PRISE ,

	SEUIL 0,75

Figure 11 : Histogramme donnant le rapport immersion / compression (r^'/R)

L'entreprise E a un rapport immersion/compression inférieure au seuil 0,75 ce qui influera sur la

14

tenue à l'eau de l'enrobé, et pour améliorer cette tenue à l'eau il suffit d'utiliser un dope d'adhésivité.

Essai Marshall

Essais	Entreprises
	A 1	B 2	C	D	E	F	G
Module de richesse	3.60	3.75	3.60	3.75	3.60	3.60	3.60
Teneur en liant (%)	5.74 1	6.24 1	6.03	6.51	6.18	6.27	6.06
Densité théorique	2.60	2.42	2.42	2.36	2.38	2.38	2.39
Densité apparente	2.52 1	2.32 0	2.28	2.27	2.30	2.25	2.29
Compacité en pourcentage % (= 97)	97	95.87	94.21	96	96.63	94.53	95.82
% vides	3	4.13	5.79	4	3.37	5.47	4.18
Stabilité (KN) (> 8)	10.66	10.83 9	11.87	11.50	10.54	11.05	13.72
Fluage (mm) (< 4)	3.86	3.4	2.41	3.5	3.2	2.4	2.3

Tableau 16 : Performances mécaniques (Essai Marshall).

8

On constate que les entreprises C et F ont un pourcentage de vides qui dépasse 5 seuil fixé dans le guide du CTTP (Février 2004) .

	SEUIL 8 KN R

Figure 12 : Histogramme donnant la stabilité.

On constate que les stabilités sont variables, mais correspondent tous à la norme (> 8)

Comparaison des formulations d'enrobés à chaud pour couches de roulement des chaussées très circulées utilisées en France et en Algérie du point de vue sécurité (glissance) et orniérage

	SEUIL 4 mm

Figure 12 : Histogramme donnant le fluage.

Le fluage pour toutes les entreprises correspond aux spécifications (< 4 mm), néanmoins il est considérablement variable.

5.2 Exemples de formulations faites au laboratoire EPSILON

Après avoir vu des exemples de formulations Algériennes, basés sur la vérification des caractéristiques des composants ainsi que sur les essais Duriez et Marshall, j'ai entamé un travail de calcul de formulation au laboratoire Epsilon en vue d'avoir un béton bitumineux avec un additif (le sélène) anti orniérant.

Dès mon début de stage j 'ai commencé à pratiquer des manipulations d'essais au laboratoire Epsilon, j'ai pratiqué d'abord des essais sur les bitumes notamment :

Les pénétrabilités : à 25°C et 35°C.

Points de ramollissements

Différents dosages de sélène ont été utilisés : 0%, 10%, 15%, 20%.

L'additif sélène extrait d'un gisement naturel d'Albanie qu'on a ajouté dans le bitume 35/50 aux dosages cités ci-dessus.

5.2.1 Caractéristiques du bitume avec ajout de sélène

Pourcentage de sélène ajouté au Bitume 35/50		Température de ramollissement (°C)
0	%	52,75
10	%	55,80
15	%	57,20
20	%	58,75

Tableau 17 : Influence de l'ajout de sélène sur la température de ramollissement (TBA).

Comparaison des formulations d'enrobés à chaud pour couches de roulement des chaussées très circulées utilisées en France et en Algérie du point de vue sécurité (glissance) et orniérage

Figure 13 : Courbe donnant la variation du point de ramollissement en fonction du dosage en sélène.

L'évolution de la température de ramollissement en fonction du dosage en sélène est une courbe logarithmique, elle croit en fonction de l'ajout d'additif, on remarque bien que le bitume devient plus consistant, plus visqueux.

	Pénétrabilité
Bitume 35/50 + % Sélène			Susceptibilité	Indice de pénétrabilité
	25 °C	35 °C		(IP)
Bitume 35/50 + 0 % de sélène	36	83	0,03627756	0,8
Bitume 35/50 + 10 % de sélène	30	69	0,03617278	0,85
Bitume 35/50 + 15 % de sélène	22	49	0,03477734	0,95
Bitume 35/50 + 20 % de sélène	18	40	0,03467875	1

Tableau 18 : Influence de l'ajout de sélène sur la pénétrabilité.

On constate que l'évolution de la pénétrabilité est décroissante en fonction de l'ajout de sélène cela explique que l'ajout d'aditif donne plus de rigidité au bitume.

Susceptibilité = (log pent2-log pent1)/ (t2- t1)

L'indice de pénétrabilité IP est calculé par l'abaque donnant l'IP en fonction de deux pénétrabilités mesurées à deux températures différentes.

Comparaison des formulations d'enrobés à chaud pour couches de roulement des chaussées très circulées utilisées en France et en Algérie du point de vue sécurité (glissance) et orniérage

ZEMMIRI Anouar Abdelaziz Travail de fin d'études ENTPE 2007/2008 35%	45
		0 % de sélène 10 % de sélène 15 % de sélène 20 % de sélène

Figure 14 : Courbe donnant la variation du point de ramollissement en fonction de la

15%

température pour différents dosages en sélène.

Les pentes de ces droites donnent les susceptibilités du bitume à différents pourcentages de

10%

sélène (0, 10, 15 et 20 %).

Dosage en sélène en fonction de la susceptibilité (A) :

Figure 15 : Courbe donnant le dosage en sélène en fonction de la susceptibilité.

La variation de l'ajout de sélène en fonction de la susceptibilité est presque linéaire similaire à une droite croissante.

On constate bien que l'ajout de sélène augmente la performance du bitume vis-à-vis de la dureté.

5.2.2 Performances mécaniques d'un enrobé bitumineux

Au cours de mon stage au laboratoire Epsilon j'ai pratiqué des essais de formulations d'enrobé bitumineux avec les dosages suivants :

Granulats (origine : champonoise)

33 % de 0/2, 24 % de 2/6, 20 % de 6/10, 20 % de 10/14 et 3 % de filler.

Bitume : 5,7 % de classe 10/20.

Comparaison des formulations d'enrobés à chaud pour couches de roulement des chaussées très circulées utilisées en France et en Algérie du point de vue sécurité (glissance) et orniérage

ZEMMIRI Anouar Abdelaziz Travail de fin d'études ENTPE 2007/2008 ^2																						46
COURBES GRANULOMETRIQUES
TAMIS	0/2. 2/6. 6/10			10/14	MÉLANGE %
20	100	100	100	100	100
16	100	100	100	98,2	100
14	100	100	100	86,8	97,4
12,5	100	100	100	63,5	92,7
10	100	100	85,6	14,6	80,0
8	100	100	42,7	3,0	69,1
6,3	100	99,0	10,2	1,7	62,1
5	100	84,8	2,0	1,2	57,0
4	100	53,0	1,1	1,1	49,2
2	87,9	2,4	1,0	0,9	33,0
							COMPACITE								92,6%
1	57,9	1,4	1,0	0,9	22,8
							INDICE VIDES								7,4%
							MVRG t/m^3								2,722
0,315	29,7	1,3	0,9	0,8	13,5
							MVR t/m^3								2,499
0,25	26,0	1,3	0,9	0,8	12,2
							MVA t/m^3								2,313
							K								3,53
0,125	17,8	1,2	0,8	0,8	9,4
							RC à 18°C (Mpa)								19,925
0,08	14,0	1,2	0,8	0,8	8,0
							R'C à 18°C (Mpa)								18,233
							R'C/ RC								0,915
0,063	12,1	1,2	0,7	0,6	7,2
MV RG	2,731	2,718	2,719	2,720

Tableau 19 : Courbe granulométrique du mélange (carrière champonoise)

J'ai calculé les MVRG au laboratoire par la méthode au pycnomètre (paragraphe 2.4.9).

Le calcul de MVR, MVA, compacité, et indice de vides ont été calculés d'après les méthodes développés dans le paragraphe 4.2

Le rapport R'C/ RC montre que l'enrobé présente une bonne tenue à l'eau.

On constate que la compacité est supérieure à 92 %, on est bien dans la fourchette comprise entre 92 et 96 %.

On applique ensuite les essais nécessaire pour connaître les performances de l'enrobé.

Tableau 20 :

Résultats de l'essai PCG, donnant la maniabilité de

l'enrobé

GIRATIONS

	HAUTEUR DE L'EPROUVETTE (mm)	VIDES (%)	COMPACITE (%)
5	182,3	17,0	82,3
10	177,1	14,7	84,7 30
15	173,8	13,0	86,3
20	171,0	V 11,6	87,7
25	169,9	11,0	88,3
30	168,4	10,2	89,1
40	166,5	9,2	90,1 25
50	164,8	8,3	91,0
60	163,8	7,7	91,6
80	161,8	6,6	92,7
100	160,6	5,9	93,4
120	159,7	5,4	93,9 20
150	158,6	4,7	94,6
200	157,4	4,0	95,3

La hauteur des éprouvettes est calculée de la façon suivante : Pourcentage des vides = ((hn_1 50)/hn)x1 00 (paragraphe 3.1)

15

La compacité et le pourcentage de vide sont liés par la formule suivante : Compacité C = 100_% vides =(150X100)/hn. (paragraphe 3.1)

%

Figure 16 : Courbe donnant l'indice de vides en fonction du nombre de girations (carrière champonoise).

La pente K1=-9,18 représente l'indicateur de maniabilité du mélange qui varie sensiblement en

fonction de la teneur en fines, on constate qu'à 100 girations le pourcentage des vides est inférieure à 6 (valeur de la norme voir annexe 5, cas d'un EME 0/14 de classe 2).

Profondeur d'orniérage en fonction du nombre de cycles :

Comparaison des formulations d'enrobés à chaud pour couches de roulement des chaussées très circulées utilisées en France et en Algérie du point de vue sécurité (glissance) et orniérage

ZEMMIRI Anouar Abdelaziz Travail de fin d'études ENTPE 2007/2008 ^80

48

Figure 17 : Courbe donnant l'orniérage en fonction du nombre de cycles (carrière champonoise). D'après ces valeurs d'orniérage à différents cycles on constate que la tenue de l'enrobé à

l'orniérage est très bonne . 20

5.2.3 Performances mécaniques d'un enrobés bitumineux avec ajout de sélène

COURBES GRANULOMETRIQUES

TAMIS	0/4	4/10.	10/14.	Filler	MÉLANGE %
20	100	100	100	100	100
16	100	100	96,9	100	99,2
14	100	100	86,0	100	96,6
12,5	100	100,0	56,9	100	89,6
10	100	97,1	12,4	100	78,0
8	100	80,1	1,4	100	70,9
6,3	100,0	57,9	0,9	100	64,9
5	100,0	33,8	0,8	100	58,5
4	93,2	13,4	0,8	100	50,0
							COMPACITE							94,2%
2	65,8	2,7	0,7	100	34,3
							INDICE VIDES							5,8%
1	38,9	2,1	0,7	100	21,7		MVRG t/m^3							2,686
							MVR t/m^3							2,463
0,315	18,4	1,8	0,7	100	12,0
							MVA t/m^3							2,320
							K							3,55
0,25	16,4	1,8	0,7	100	11,1
							RC à 18°C (Mpa)							17,777
0,125	12,3	1,7	0,7	100	9,2
							R'C à 18°C (Mpa)							19,177
							R'C/ RC							0,927
0,08	10,6	1,7	0,7	100	8,4
						Tableau 21 : Courbe granulométrique du mélange (carrière crochet)
0,063	10,3	1,7	0,6	90,0	8,0
MVRG	2,672	2,698	2,698	2,690

Comparaison des formulations d'enrobés à chaud pour couches de roulement des chaussées très circulées utilisées en France et en Algérie du point de vue sécurité (glissance) et orniérage

J'ai travaillé sur une autre formulation avec un ajout de sélène afin de constater son influence sur

40

la maniabilité et les caractéristiques de l'enrobé (tenue à l'eau, et orniérage). Les dosages en constituants d'enrobé sont comme suit :

Bitume : 4,64 % de 35/50.

Sélène : 1,66 %.

Gravier : 46,6 % de 0/4, 26,4 % de 4/10, et 24,2 % de 10/14 (provenance : CROCHET). Filler d'apport : 2,4 %.

Pourcentage de vides en fonction du nombre de girations :

30

GIRATIONS

HAUTEUR (mm)

V VIDES (%)

COMPACITE (%)

Tableau 22 :

Résultats de l'essai PCG, donnant la maniabilité de l'enrobé

5

	179,2 173,8 170,3 168,0 166,1 164,5 162,2 160,4 159,1 157,1 155,6 154,6 153,5 152,6	16,3	83,7
10		13,7	86,3
15		11,9	88,1 25
20		10,7	89,3
25		9,7 D	90,3
30		8,8	91,2
40		7,5 E	92,5
50		6,5	93,5 20
60		5,7	94,3
80		4,5	95,5
100		3,6	96,4
120		3,0	97,0
150		2,3	97,7 15
200		1,7	98,3

Figure 18 : Courbe donnant l'indice de vides en fonction du nombre de girations (carrière CROCHET).

L'indicateur de maniabilité est la pente K1= -9,58.

Cet enrobé présente un très bon aspect de maniabilité, à 100 girations on a un indice de vide
inférieure à 6 %, l'ajout de sélène dans le mélange favorise considérablement cette

100

caractéristique.

Profondeur d'orniérage en fonction du nombre de cycles :

Figure 19 : Courbe donnant l'orniérage en fonction du nombre de cycles (carrière CROCHET). On constate que le sélène mélangé à l'enrobé diminue l'orniérage, et on observe bien que pour 30 000 cycles on a une profondeur d'orniérage de 4,15 % obtenue par un essai d'orniérage sur une plaque de 10 cm d'épaisseur, alors que la norme exige un orniérage = 7,5.

On constate bien que le sélène augmente la dureté d'un bitume moins dur (3 5/50), et on pourra avoir donc un bitume qui a les caractéristiques d'un bitume dur 20/30 ou 10/20.

Tableau comparatif :

	Formulation Champonoise Bitume 10/20	Formulation Crochet Bitume 35/50 avec sélène
Tenue de l'enrobé à l'orniérage à 30 000 cycles	2,2 %	4,15 %
Maniabilité Indice de vides à 100 cycles	5,9 %	3,6 %
Tenue à l'eau R'C/ RC	0,915	0,927

Tableau 23 : comparaison de deux formulations avec et sans sélène

Comparaison des formulations d'enrobés à chaud pour couches de roulement des chaussées très circulées utilisées en France et en Algérie du point de vue sécurité (glissance) et orniérage

CHAPITRE 6

ANALYSE ECONOMIQUE

6.1 Instabilité du prix du bitume

Le prix du pétrole brut ne cesse d'augmenter d'une façon croissante, actuellement le baril (159 litres) a atteint 130 dollars américains, les dérivés connaissent aussi de grandes fluctuations notamment le bitume qui est un résidu du pétrole a augmenté de 30 % au point d'atteindre 400 euros la tonne.

Le système économique de l'offre et la demande, la forte sollicitation du pétrole dans les pays industriels, la situation géopolitique, cela a provoqué une augmentation non maîtrisable du prix du baril, une répercussion négatif s'est enchaînée depuis quelques années sur les industries pétrolières et notamment les raffineries de fabrication de bitumes qui sont prisent entre deux feux :

> assurer leurs crédibilités et la confiance de leurs clients.

> Disposer d'une marge bénéficiaire très restreinte pour une bonne continuité d'activité.

6.2 Enjeu du bitume en Algérie

90 % des bitumes dans le monde sont utilisés dans le domaine routier, en Algérie on évalue un besoin de 2,5 millions de tonnes par an pour couvrir les projets lancés dans le cadre du programme de la relance économique sous le haut patronage du président de la république, néanmoins certaines problématiques existent notamment :

> Disponibilité du produit sur le marché internationale.

> Production nationale loin de couvrir la demande et les raffineries de Skikda et d'Arzew nécessitent une modernisation.

> Insuffisance des niveaux de production.

> Insuffisance des infrastructures de stockage (au niveau des raffineries et des ports).

La production de bitume en Algérie est estimée actuellement à 800 000 tonnes par an, dont 500 000 est assurée par Naftec (entreprise nationale filiale de SONATRACH) et 300 000 par des opérateurs privés, le reste de la demande est couverte par les importations.

Des grands projets sont actuellement en construction en Algérie notamment :

> L'autoroute est ouest sur 1216 kms

> Plusieurs rocades.

> Dédoublement des routes nationales.

Comparaison des formulations d'enrobés à chaud pour couches de roulement des chaussées très circulées utilisées en France et en Algérie du point de vue sécurité (glissance) et orniérage

> L'autoroute des hauts plateaux sur 1300 kms, le démarrage est prévue cette année. > Entretien et renforcement du réseau existant.

On estime le besoins en bitume pour seule l'autoroute est ouest de 5 à 6 millions de tonnes, d'où la nécessité à élargir les capacités de production en développant les raffineries existantes, Naftec a investie un montant de 10 milliards de dollars pour atteindre cet objectif d'ici 2020, elle encourage aussi l'investissement dans le cadre du partenariat, plusieurs contrats sont en cours avec des entreprises étrangères pour moderniser les raffineries et élargir les capacités de stockage, ainsi que pour le stockage au niveau des ports en vue de l'importation.

Actuellement une vingtaine d'opérateurs privés satisfont 40 % des besoins du marché.

6.3 Etude de prix (bitume + 15 % de sélène)

Le but de ce chapitre est d'expliquer l'impact financier de l'ajout de l'additif sélène à l'enrobé qui est compatible avec tout les bitumes de raffinage, une comparaison entre deux variantes est nécessaire pour l'analyse des coûts avantages.

> La première variante est la formule classique d'un dosage de bitume dans une tonne

d'enrobé destiné à une couche de roulement, on considère un dosage de 6 %.

> La deuxième variante est l'ajout de 15 % d'additif sélène au bitume ce qui représente un

dosage de 0,9 % dans le mélange d'enrobé, cela va diminuer le dosage en liant de 0,9 %, on aura donc 5,1 % de bitume au lieu de 6 %, on comparera les prix des variantes pour une tonne d'enrobé.

Les fluctuations des prix des produits noires imposent la recherche de solutions optimisant l'utilisation de bitume et assurant une qualité de routes meilleure vis-à-vis des performances et des exigences de qualité.

Données :

Prix d'une tonne de bitume est : 400 euros.

Prix d'un kilogramme de sélène est : 0,60 euros.

> Première variante :

Dosage en bitume dans une tonne d'enrobé : 6 %.

6 % de bitume dans une tonne d'enrobé représente 60 kg.

Le prix du bitume pour une tonne d'enrobé est :

(60*400)/1 000 = 24 euros.

> Deuxième variante :

Dosage en bitume dans une tonne d'enrobé : 5,1 %.

Dosage en sélène dans une tonne d'enrobé : 0,9 %.

5,1 % de bitume dans une tonne d'enrobé représente 51 kg.

Le prix du bitume pour une tonne d'enrobé est :

(51 * 400)/1000 = 20,4 euros.

0,9 % de sélène dans une tonne d'enrobé représente 9 kg.

Le prix du sélène pour une tonne d'enrobé est :

9 * 0,60 = 5,4 euros.

Le prix représentant cette variante (bitume + 15 % de sélène) est :

20,4 + 5,4 = 25,8 euros.

On constate que l'ajout de sélène avec un dosage de 15 % dans une tonne d'enrobé augmente le prix de seulement 1,8 euros, la deuxième variante est plus avantageuse elle assure une meilleure performance de l'enrobé, une réduction du dosage en bitume, pour une très légère incidence financière, il est à noter que le prix du sélène n'a pas subit des fluctuations au cours des dernières années, il est pratiquement stable au contraire du prix de bitume extrait du pétrole qui ne cesse d'augmenter d'une façon inquiétante.

Un autre aspect est à prendre en considération qui est le coût d'entretien durant la durée de vie d'une route moins performante, ce qui augmente considérablement son prix, en France les routes incluses dans le réseau structurant sont dimensionné pour une période de 30 ans toutes les garanties sont donnés dans les contrats.

RECOMMANDATIONS

Elargir l'utilisation des additifs en vue d'avoir un comportement des enrobés bitumineux qui résistent mieux au phénomène d'orniérage, la solution d'ajout de sélène apportée par le laboratoire Epsilon est un exemple traitant cette problématique.

Procéder à des planches d'essai sur des sections à grand trafic pour constater l'évolution des bétons bitumineux avec additif et étudier leurs comportements.

Faire des essais de convenances qui consistent à définir une population de référence sur les caractéristiques (pourcentage de vide, densité, texture,...) qui seront comparées aux valeurs du chantier.

Généraliser en Algérie l'utilisation des moyens nécessaires pour mieux maîtriser les études de formulations notamment : (la presse à cisaillement giratoire PCG, essai de fabrication de plaque, l'essai d'orniérage, essai de module complexe, essai de fatigue) Concevoir des niveaux d'études selon l'exigence et l'importance de la route et les introduire dans les cahiers de charges.

Développer la recherche locale sur le comportement des enrobés bitumineux avec les matériaux locaux ainsi que les températures par régions.

Introduire le contrôle de la texture du revêtement par l'essai profondeur moyenne de texture (voir paragraphe 3.8) lors des réceptions des travaux des enrobés bitumineux. Exiger un audit et une démarche qualité au niveau des stations d'enrobage et des carrières en vue d'avoir une conformité avec les normes internationales.

CONCLUSION

Cette étude comparative a porté sur les méthodologies utilisées par les laboratoires en France et en Algérie pour élaborer des formulations de béton bitumineux à chaud et qui sont différentes.

Le CTTP d'Alger a développé une méthode de choix de quatre modules de richesse et donc on aboutira au même nombre de formulations, celle qui correspondra le mieux aux performances de l'essai Marshall sera choisie, par contre en France on utilise d'autres outils qui consistent à vérifier d'abord la maniabilité par l'essai de presse au cisaillement giratoire, puis on passera à d'autres essais pour atteindre un niveau d'étude préalablement défini.

Certaines routes très circulées présentent des pathologies de dégradations comme l'orniérage à petit rayon et la mauvaise texture de la surface de revêtement, l'origine de ces phénomènes est du essentiellement à la formulation d'enrobé, le laboratoire Epsilon Ingénierie propose un additif (le sélène) qui est un bitume naturel compatible avec tous les bitumes de raffinage, ajouté

à l'enrobé en pourcentage étudié donne des résultats très satisfaisants vis-à-vis de la maniabilité, l'orniérage (1,5 à 3,5 %) et de l'augmentation du module complexe de l'enrobé (18 000 à 21 000) , ainsi que de la durée de vie de la route, une réduction de l'épaisseur de la chaussée est envisageable.

Nous devons prendre en considération en suivant cette méthodologie en Algérie les facteurs suivants :

Le climat : il faudra choisir une température de référence propre à chaque région d'Algérie (côtière humide, haut plateaux semi aride, sud aride) pour chaque type d'essai, en France les températures sont normalisés comme suit :

> La température de référence de l'essai donnant le module complexe est 15 °C.

> l'essai d'orniérage se calcule à une température de 60 °C.

> L'essai de fatigue se calcule à 10 °C avec une fréquence de 25 Hz.

Le trafic : l'évolution considérable des véhicules poids lourds en Algérie assurant la majorité du transport de marchandises augmente le risque d'agressivité sur les chaussées, ce qui réduit la durée de vie de la route.

Ce travail a développé plusieurs aspects fondamentaux de formulations d'enrobé bitumineux à chaud.

Des solutions ont étés apportés pour résoudre les phénomènes d'orniérage et de mauvaise texture, une démarche d'application est nécessaire, elle permettra d'atteindre l'objectif tracé.

ZEMMIRI Anouar Abdelaziz Travail de fin d'études ENTPE 2007/2008			56
LISTE DES ILLUSTRATIONS
Image 01	:	Orniérage à petit rayon de la surface de revêtement	07
Image 02	:	Glaçage de la surface de revêtement....................................	08
Image 03	:	Ressuage de la surface de revêtement 08
Figure 01	:	Evolution de la viscosité du bitume 09
Figure 02	:	Arrangement de particules de bitume....................................	10
Figure 03	:	Essai Bille-Anneau.........................................................	11
Figure 04	:	Essai de pénétrabilité......................................................	11
Figure 05	:	Essai RTFOT...............................................................	12
Figure 06	:	Schéma de principe de l'essai de Fraass................................	12
Figure 07	:	Essai du point d'éclair.....................................................	13
Tableau 01	:	Spécifications des bitumes fabriqués par distillation..................	14
Tableau 02	:	Spécifications des bitumes fabriqués par soufflage.................... 14
Tableau 03	:	Spécifications des granulats (CTTP d'Alger)........................... 17
Tableau 04	:	Spécifications des sables(CTTP d'Alger).......... ...................	17
Tableau 05	:	Spécifications des sables (Recommandations RST)	17
Tableau 06	:	Spécifications sur les fillers	18
Image 04	:	Presse à cisaillement giratoire (PCG)	21
Image 05	:	Essai Duriez 22
Image 06	:	Essai de fabrication des plaques.......................................... 23
Image 07	:	Essai d'orniérage...........................................................	23
Image 08	:	Essai de module MAER	24
Image 09	:	Essai Marshall.............................................................	24
Image 10	:	Essai de Fatigue	26
Image 11	:	Méthode volumétrique dite « de la tache de sable »..................	27
Tableau 7	:	Courbe granulométrique BBSG 0/14 28
Tableau 8	:	Les valeurs usuelles du module de richesse 29
Figure 8	:	Modèle de la masse volumique apparente et réelle	31
Figure 9		Schéma des principales étapes d'une formulation en France	32
Tableau 9	: :	Courbe granulométrique de départ 32
Tableau 10	:	Contrôle de la texture par la méthode PMT...........................	35
Tableau 11	:	Spécifications de la fraction 8/15.......................................	37
Tableau 12	:	Spécifications de la fraction 3/8	38
Tableau 13	:	Spécifications de la fraction 0/3	39
Tableau 14	:	Spécifications du bitume	40
Tableau 15	:	Performances mécaniques (Essai Duriez)	40
Figure 10	:	Histogramme donnant le dosage en liant............................... 41
Figure 11	:	Histogramme donnant le rapport immersion / compression (r^'/R)	41
Tableau 16	:	Performances mécaniques (Essai Marshall)..........................	42
Figure 12	:	Histogramme donnant la stabilité......................................	42

Figure 12 : Histogramme donnant le fluage....................................... 43

Tableau 17 : Influence de l'ajout de sélène sur la TBA............................ 43

Figure 13 : Courbe donnant la variation du point de ramollissement en 44

fonction du dosage en sélène.

Tableau 18 : Influence de l'ajout de sélène sur la pénétrabilité.................... 44

Figure 14 : Courbe donnant la variation du point de ramollissement en 45

fonction de la température pour différents dosages en sélène.

Figure 15 : Courbe donnant le dosage en sélène en fonction de la 45
susceptibilité.

Tableau 19 : Courbe granulométrique du mélange (carrière champonoise)......... 46

Tableau 20 : Résultats de l'essai PCG, donnant la maniabilité de l'enrobé......... 47

Figure 16 : Courbe donnant l'indice de vides en fonction du nombre de 47

girations (carrière champonoise).

Figure 17 : Courbe donnant l'orniérage en fonction du nombre de cycles 48

(carrière champonoise).

Tableau 21 : Courbe granulométrique du mélange (carrière crochet)............... 48

Tableau 22 : Résultats de l'essai PCG, donnant la maniabilité de l'enrobé........ 49

49

50

Figure 18 : Courbe donnant l'indice de vides en fonction du nombre de

girations (carrière CROCHET).

Figure 19 : Courbe donnant l'orniérage en fonction du nombre de cycles

(carrière CROCHET).

Tableau 23 : comparaison de deux formulations avec et sans sélène............... 50

LISTE DES ABRÉVIATIONS ET SIGLES UTILISÉS

RST : Réseau scientifique et Technique de l'équipement (France)

CTTP : Contrôle technique des travaux publics (Algérie)

RTFOT : Rolling Thin Film Over Test

IP : Indice de pénétrabilité

Pent : Pénétrabilité à une température t.

?TBA : Pouvoir régidifiant

IVR : Indice de vide Rigden

IC : Indice de concassage

RC : Rapport de concassage

LA : Los Angeles

MDE : Micro Deval

A : Applatissement

MBF : Valeur du bleu de Méthylène des fines

ES : Equivalent de sable

PCG : Presse à cisaillement giratoire

PMT : Profondeur moyenne de texture

Hsv : Hauteur au sable vraie

BBSG : Béton bitumineux semi grenu BBME : Béton bitumineux à module élevé

EME : Enrobé à module élevé

GB : Grave bitume

MVRg : Masse volumique réelle des granulats

Mva : Masse volumique apparente, volume obtenu par des méthodes géométriques

MVA : Masse volumique apparente, volume obtenu par des méthodes hydrostatique

MVR : Masse _hydrotatique volumique réelle

TL : Teneur en liant

TLint : Teneur en liant intérieure

TLext : Teneur en liant extérieure

K : Module de richesse

Naftec : Société Nationale de raffinage de pétrole (Algérie).

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

[1] Bitumes et enrobés bitumineux, Bulletin de liaison des laboratoires des ponts et chaussées Spécial V, Décembre 1977, 313 pages

[2] Les enrobés bitumineux (USIRF), Tome1, Décembre 2001, 229 pages

[3] Manuel LCPC d'aide à la formulation des enrobés à chaud, Groupe de travail RST, Septembre 2005, 172 pages

[4] Recommandations sur l'utilisation des bitumes et des enrobés bitumineux à chaud, fascicule1 (Les bitumes), CTTP, Février 2004, 29 pages

[5] Recommandations sur l'utilisation des bitumes et des enrobés bitumineux à chaud, fascicule2 (La formulation), CTTP, Février 2004, 37 pages

[6] Recommandations sur l'utilisation des bitumes et des enrobés bitumineux à chaud, fascicule3 (La fabrication), CTTP, Février 2004, 17 pages

[7] Recommandations sur l'utilisation des bitumes et des enrobés bitumineux à chaud, fascicule4 (La mise en oeuvre), CTTP, Février 2004, 43 pages

[8] Recommandations sur l'utilisation des bitumes et des enrobés bitumineux à chaud, fascicule5 (Le contrôle), CTTP, Février 2004, 62 pages

[9] Formulation de béton bitumineux 0/14 (entreprise EPTP Alger), CTTP, Mai 2003, 9 pages

[10] Formulation de béton bitumineux 0/14 (entreprise EPTP Alger), Septembre 2003, LCTP, 10 pages

[11] Formulation de béton bitumineux 0/14 (entreprise SARL GRBR BOUIRA), LCTP, Juin 2007, 12 pages

[12] Formulation de béton bitumineux 0/14 (entreprise ETBR KHALDI ABDERAHMANE DJELFA), LCTP, Mars 2007, 10 pages

[13] Formulation de béton bitumineux 0/14 (entreprise ETP NAOUI BRAHIM), LCTP, Juin 2006, 13 pages

[14] Formulation de béton bitumineux 0/14 (entreprise SARL SATEC DJELFA), LCTP, Avril 2007, 12 pages

[15] Formulation de béton bitumineux 0/14 (entreprise COSIDER T98), LCTP, Mai 2007, 12 pages

[16] Julien Van ROMPU. Travail de fin d'étude : Etude du comportement mécanique des mastics bitumineux à l'aide d'un rhéomètre à cisaillement annulaire : ENTPE de Lyon, juin 2006, 112 pages

ANNEXES

ANNEXE 1 : Epaisseurs d'utilisation (NF EN 13108-1)

Nom	GB		EME			BBSG		BBME
0/D	0/14	0/20	0/10	0/14	0/20	0/10	0/14	0/10	0/14
Epaisseur minimum en cm	6	8	5	6	8	4	5	4	5
Epaisseur moyenne en cm	8 à 14	10 à 16	6 à 8	7 à 13	9 à 15	4 à 7	6 à 9	5 à 7	6 à 9

ANNEXE 2 : Définition de la valeur de D admise en fonction du type de mélange (NF EN 13108-1)

Nom	GB	EME	BBSG	BBME
Classe	2-3-4	1-2	1-2-3	1-2-3
	2	3	2	2
Nombre de type	0/14 ou 0/20	0/10 ou 0/14 ou 0/20	0/10 ou 0/14	0/10 ou 0/14

ANNEXE 3 : Valeur minimales du module de richesse (NF EN 13108-1)

Nom	GB			EME		BBSG		BBME
0/D	0/2	0/3	0/4	0/1	0/2	0/10	0/14	0/10	0/14
K mini	2,5	2,8	2,9	2,5	3,4	3,4	3,2	3,5	3,3

ANNEXE 4 : Composition granulométrique, courbe de départ (NF EN 13108-1)

ANNEXE 5 : Spécifications et recommandations par type de matériau (NF EN 13108-1)