Vieillissement des bitumes modifiés polymère à usage routier par simulation et techniques spectroscopiques

Thèse Jérôme Lamontagne soutenue le 25 Janvier 2002 (thèse Pont et Chaussée) 

Directeur de thèse: DR Jacky Kister

Compte tenu des différentes possibilités de formulation, il existe une grande variété de liants routiers pouvant être modifiés par divers agents (polymères, dopes d'adhésivité\ antioxydants,..). Les méthodes de caractérisation physico-chimique de ces liants doivent s'adapter a des systèmes plus complexes et mettre en œuvre non plus uniquement des approches macroscopiques mais également des approches microscopiques, mieux adaptées a la caractérisation in situ des différents constituants sans intervenir sur les équilibres internes.

Les bitumes routiers subissent lors de leur "vie" sur la chaussée, des réactions de vieillissement entrainant une perte des performances mécaniques des enrobes. Les Bitumes modifiés par des Polymères (BmP), sont des matériaux composites dont la structure extrêmement complexe dépend a la fois de la nature du polymère, de sa concentration, de la composition chimique du bitume et du procédé de fabrication. Leur vieillissement dépend donc principalement de ces quatre paramètres. Notre étude bibliographique montre que les connaissances relevant de 1'évolution chimique et de la réactivité des BmP restent insuffisantes.

Comprendre comment la micromorphologie de ces systèmes est affectée par la composition chimique lors du vieillissement est un objectif de recherche important. Par conséquent, les techniques d'analyses microspectrométriques, en particulier la microscopie infrarouge, s'avèrent indispensables pour caractériser chimiquement les microphases dans les mélanges complexes que sont les BmP. Pour suivre en continu le vieillissement des BmP, une méthodologie, absente de la littérature, a été développée : la conception et le développement d'une cellule de vieillissement adaptée au microscope IRTF permet de simuler en continu le vieillissement des BmP, de visualiser et d'analyser les différentes rnicrophases de ces systèmes sans intervenir sur l'équilibre de répartition des phases bitume et polymère lors du vieillissement.

II a été possible de démontrer dans le cas du vieillissement des bitumes modifiés par un SBS (mélanges physiques et chimiques) une homogénéisation de la répartition du copolymères au sein du BmP avec deux phénomènes se déroulant simultanément: la dégradation des copolymères et l'homogénéisation de leur répartition Les fractions bitumes a 1'origine du gonflement des copolymères restent impliquées dans le gonflement après vieillissement malgré les évolutions chimiques qu'elles subissent (augmentation de l'aromaticité et baisse de l'aliphaticité). Pour les bitumes modifiés par l'EVA et FEBA, le taux de gonflement de ces copolymères diminue lors du vieillissement. Les espèces chimiques de bitumes vieillies ne sont plus impliquées dans le gonflement de ces copolymères car devenues incompatibles.

Mots-clefs : Systèmes Chimiques Complexes, Systèmes Moléculaires Organises, Bitumes, Bitumes modifiés par des Polymères, Vieillissement, Oxydation, IRTF, Fluorescence UV, Microscopie IRTF, Imagerie infrarouge, Cellule de simulation.