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Analyse du corps granulaire d’un enrobé recyclé par comparaison à sa courbe
granulométrique de formulation.
Sadoun Souhila1, Rahab khedidja
2, Morsli Meriem
3
1 Département de Génie Civil, Laboratoire LCE, Ecole Nationale Polytechnique
d’Alger, Algérie, [email protected]
2, Département de Génie Civil, Laboratoire LCE, Ecole Nationale Polytechnique
d’Alger, Algérie, [email protected]
3, Département de Génie Civil, Laboratoire LCE, Ecole Nationale Polytechnique
d’Alger, Algérie, [email protected]
RÉSUMÉ. L'objectif du recyclage est de fabriquer un enrobé ayant des qualités
comparables à celles d'un enrobé neuf en réutilisant le plus possible de matériaux récupérés.
Un des pivots de la formulation des enrobés bitumineux, selon l’approche empirique encore
en usage dans plusieurs pays, est le choix des fractions granulaires de sorte que la courbe du
mélange s’insère dans un fuseau de référence. L’incorporation d’Agrégats d’Enrobé (AE)
doit tenir compte de cette exigence. Cependant, la granulométrie des AE pose problème :
faut-il tenir compte de la granulométrie avant ou après désenrobage. Cette étude vise à
apporter des éléments de réponse à cette question pratique. Notre étude consiste à formuler
un enrobé recyclé à 30%, 40 et 50% à partir de deux situations citées plus haut. Des
mélanges ont été fabriqués et des éprouvettes Marshall ont été confectionnées et testées. A
leur tour, ces échantillons ont été désenrobés et les courbes granulométriques tracées. Une
comparaison entre les courbes expérimentales a montré que les courbes des mélanges
formulés dans les deux cas sont similaires. Cette conclusion pratique nous a permis d’élever
le taux d’incorporation des AE qui était de 30% dans le cas du non désenrobage à plus de
50% d’AE sans que la courbe ne sorte du fuseau de référence. Les tests de performances ont
confirmé le choix de l’hypothèse du désenrobage des AE lors de la formulation.
ABSTRACT. The objective of recycling is to manufacture a bituminous mix having qualities comparable with those of a new bituminous mix by as much as possible re-using recovered materials. One of the pivots of the formulation of the bitumen binders, according to the empirical approach still of use in several countries, is the choice of the granular fractions so that the curve of the mixture fits in an envelope of grading. The incorporation of
Bituminous mix Aggregates (AE) must take account of this requirement. However, the granulometry of the AE poses problème : is necessary it to take account of granulometry before or after désenrobage. This study aims at bringing brief replies to this practical question. Our study consists in formulating a recycled bituminous mix with 30%, 40 and 50%
Analyse du corps granulaire d’un enrobé recyclé par comparaison à sa courbe
granulométrique de formulation 2
starting from two situations referred to above. Mixtures were manufactured and of the Marshall test-tubes were made and tested. In their turn, these samples were désenrobés and the plotted grading curves. A comparison between the experimental curves showed that the curves of the mixtures formulated in both cases are similar. This conclusion practises enabled us to raise the rate of incorporation of the AE which was 30% in the case of the nondésenrobage to more than 50% of AE without the curve not leaving the envelope of
grading. The benchmarks confirmed the choice of the assumption of the désenrobage of AE lors of the formulation.
MOTS-CLES enrobés, recyclage, Agrégat d’Enrobés, formulation, courbes granulométriques.
KEY WORDS: bituminous mix, recycling, Aggregate of Bituminous mix, formulation, grading curves.
1. INTRODUCTION
Le recyclage des enrobés bitumineux consiste à réutiliser des Agrégats
d’Enrobés (AE) mélangés à des granulats neufs et à un liant d’apport, dans une
nouvelle formulation d’enrobé. Ce dernier doit avoir des qualités comparables à
celles d'un enrobé neuf. La difficulté est de fixer, à partir des caractéristiques de
chacun des matériaux mis en œuvre, la quantité maximale de matériaux récupérés
pouvant être réutilisés pour atteindre cet objectif. Des travaux de recherches [NAV
11]- [ELB 08]- [MCD 00]-[HAJ 07] ont montré que pour de faibles taux de
recyclage (< 25%), les performances de l’enrobé élaboré ne sont pas influencées par
la présence des AE. Au delà des 25%, la composition des agrégats d’enrobé est alors
étudiée afin de déterminer les caractéristiques du squelette granulaire et du liant
bitumineux qui le lie. La formulation des enrobés recyclés consiste alors à ajuster les
caractéristiques du liant d’apport et des granulats neufs afin que les caractéristiques
du liant et des granulats de l’enrobé recyclé soient comparables à celles d’un enrobé
neuf.
Le principe de l’ajustement des caractéristiques du liant d’apport permet de
réduire la rigidité du liant d’agrégat d’enrobé. Les caractéristiques du liant d’apport
dépendent de la proportion de liant d’agrégats d’enrobé dans le liant de l’enrobé recyclé et des caractéristiques de chaque liant. Des méthodes de sélection du liant
d’apport existent [HAR 2001], [SAM 2001], [ELB 2008] [LAB 1998].
La correction granulaire a pour principe l’ajout de granulats neufs pour obtenir une
granulométrie comparable à celle d’un enrobé neuf [DEL 2007]. A ce propos, les
règles établies concernent la caractérisation de l’agrégat d’enrobés, avant et après
désenrobage dans le but de confirmer son utilisation ou non dans de nouvelles
formulations [NF EN 8], [NAV 2011]. Le mode de caractérisation à prendre en
compte dans l’élaboration du squelette granulaire du mélange n’est pas spécifié (tout
au moins dans la documentation consultée), or, c’est un élément essentiel dans la
formulation des enrobés bitumineux, selon l’approche empirique encore en usage
dans plusieurs pays dont l’Algérie.
Analyse du corps granulaire d’un enrobé recyclé par comparaison à sa courbe
granulométrique de formulation 3
Le sujet traité concerne l'influence du mode de caractérisation de la
granulométrie d'un enrobé recyclé (en tenant compte ou pas de la présence du liant)
sur l'obtention d'un nouvel enrobé à mélange granulaire optimisé. Un désenrobage
pour confronter les courbes des squelettes des mélanges ainsi que des essais de performances (Marshall er Duriez) ont été réalisés sur des éprouvettes
confectionnées selon les deux modes étudiés.
2. PROTOCOLE EXPERIMENTAL
Il s’agit de déterminer la formulation d’un Béton Bitumineux Semi-Grenu 0/14
(BBSG0/14-) recyclé à différents taux. La méthodologie d’étude est donnée dans les
normes [NF P98 08], [NF EN 08] :
- Formulation de l’enrobé témoin : BBSG 0/14.
- Caractérisation des Agrégats d’Enrobé.
- Correction granulaire pour des formulations à différents taux : 30, 40 et 50 %
du poids total des granulats de l’enrobé neuf pour les deux modes :
AE Non Désenrobés : la courbe de mélange sera désignée par CMA.
AE Désenrobés : la courbe de mélange sera désignée par CMB
- Ajustement de la teneur et du grade du liant d’apport pour chaque taux.
- Fabrication de deux séries d’éprouvettes :
Série A : éprouvettes formulées avec AE non désenrobés.
Série B : éprouvettes formulées avec des AE désenrobés.
- Test de performance (Marshall) pour les deux séries.
- Désenrobage des éprouvettes(le mode opératoire est signalé en bas de page 7) et
tracé courbe granulométrique du squelette des deux séries.
- Analyse des résultats.
Remarque :
Pour chaque mode de correction granulaire, on a confectionné 06 éprouvettes
par taux d’AE : 03 pour l’essai Marshall et 03 pour retracer la courbe
granulométrique du squelette des échantillons réalisés.
Lors de la confection des éprouvettes, les AE sont introduits dans le mélange
sans désenrobage pour les deux modes de caractérisation de la granulométrie des AE
donnant les deux modes de formulation retenues.
3. MATERIAUX
3.1 Le BBSG0/14
Le squelette granulaire du mélange est formé de 40% de Sable 0/3 ; 20% de
Gravillon 3/8 ; 40% de Gravier 8/15. La courbe granulométrique du mélange est
donnée sur la figure 1. La teneur en bitume est de 5,9%. Le Bitume est de classe
40/50.
Analyse du corps granulaire d’un enrobé recyclé par comparaison à sa courbe
granulométrique de formulation 4
3.2 Les Agrégats d’Enrobé
Les AE proviennent d’un tronçon du fraisage de la couche de roulement d’un
tronçon l’autoroute Est Ouest à BOUIRA, Algérie. Le bitume d’origine est un
bitume 40/50. L’enrobé était un BBSG0/14.
3. 2.1 Caractéristiques du liant d’AE
Tableau 1. Les caractéristiques des AE
3.2.2 Granulométrie des Agrégats d’Enrobés avant et après désenrobage
Figure 1. Courbe granulométrique des AE avant et après désenrobage
Ces agrégats d’enrobés récupérés par fraisage peuvent être réutilisés sans
conditionnement supplémentaire car ils répondent aux exigences moyennes
suivantes [MCD 00]
- Une granularité de 0/20 à 0/31 mm,
- Une teneur en eau inférieure à 3%.
- Un refus à 25mm inférieur à 7% ;
Les caractéristiques moyennes de ces agrégats après désenrobage
- Granularité comprise entre 0/10 à 0/14mm,
- % en fines variant de 8 à 12.
3.3 Formulation du squelette granulaire des mélanges
La formulation du squelette granulaire des mélanges sera effectué selon deux
granulométries caractéristiques des AE données en figure 1.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,010,1110
Tam
isat
[%
]
Tamis [mm]
AED
AEND
Fuseau BB 0/14
Essais Résultats du labo CTTP
Teneur en liant % 4,85
Pénétrabilité (25°c) [1/10mm] 21
TBA (°C) 60
Analyse du corps granulaire d’un enrobé recyclé par comparaison à sa courbe
granulométrique de formulation 5
3.3.1 Courbes théoriques des Mélanges selon les deux modes de formulation
Figure 2. Courbes des mélanges : granulats neufs+ AE non désenrobés
Figure 3. Courbes des mélanges : granulats neufs+ AE désenrobés
Les courbes CMA sont les courbes de mélange de la série A correspondant à la
formulation sans désenrobage et CMB les courbes de mélange de la série B
correspondant à la formulation avec désenrobage.
On remarque que dans le premier cas (CMA) les courbes théoriques sont
quasiment toutes à l’extérieur du fuseau de référence BBSG0/14 (figure 2) : l’ajout
de 50%, 60% et 70% de granulats neufs n’ont pas pu apporter la correction
nécessaire pour obtenir une granulométrie comparable à celle d’un enrobé neuf comme préconisé dans la documentation technique [DEL 2007].
0102030405060708090100110
0,010,1110
Tam
isat
[%]
Tamis [mm]
CMA-50%-
CMA-40%
CMA-30%
Fuseau BB 0/14
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,010,1110
Ta
mis
at
[%]
Tamis [mm]
CMB-50%
CMB-40%
CMB-30%
Fuseau BB 0/14
Analyse du corps granulaire d’un enrobé recyclé par comparaison à sa courbe
granulométrique de formulation 6
On notera donc que :
1. Dans les conditions de formulation des AE non désenrobés, le taux de
recyclage ne saurait atteindre les 30% (figure 2).
2. Dans les conditions de formulation avec des AE désenrobés, le taux de
recyclage, du point de vue du squelette granulaire atteindrait les
50% (figure 3).
3.4 Détermination de la teneur et de la classe du Liant d’Apport –LA-
Les caractéristiques (penétrabilité et TBA) et la teneur du Liant de l’Enrobé
Recyclé (LER) doivent correspondre à celles de l’enrobé du BBSG0/14.
3.4.1Caractéristiques et teneur en liant d’apport « LA »
Il existe trois règles [NF EN 2007] permettant de déterminer les caractéristiques
du liant d’apport (PenLA et TBALA) à partir des caractéristiques du liant d’agrégats
d’enrobé (PenLAE et TBALAE) et des caractéristiques résultantes du mélange (PenLER
et TBALER).
Les règles de mélange applicables aux liants bitumineux sont les suivantes :
Règle d’addition des pénétrabilités :
𝑙𝑜𝑔 𝑃𝑒𝑛𝐿𝐸𝑅 = 𝐶𝐿𝐴𝐸𝐿𝐸𝑅 𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑒𝑛𝐿𝐴𝐸 ) + (1 − 𝐶𝐿𝐴𝐸
𝐿𝐸𝑅 )𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑒𝑛𝐿𝐴) [Eq 1]
Règle d’addition des températures bille - anneau :
𝑇𝐵𝐴𝐿𝐸𝑅 = 𝐶𝐿𝐴𝐸𝐿𝐸𝑅𝑇𝐵𝐴𝐿𝐴𝐸 + (1 − 𝐶𝐿𝐴𝐸
𝐿𝐸𝑅)𝑇𝐵𝐴𝐿𝐴 [Eq 2]
Avec: 𝐶𝐿𝐴𝐸𝐿𝐸𝑅 =
𝑚𝐿𝐴𝐸
𝑚𝐿𝐴𝐸 +𝑚𝐿𝐴
Les règles présentées supposent que la totalité du liant apporté par les AE se
mélange parfaitement avec le LA. On parle alors de remobilisation totale du liant
d’agrégats d’enrobé pour imager sa participation au liant de l’enrobé recyclé.
Tableau 2. Classes et teneurs en liants en fonction du taux de recyclage
EA %
LER
% LAE (%)
LA (%)
Pen LA (25°c) (1/10mm)
TBALA (C°)
Classe-LA (CTTP)
30 5.9 0.3 5.6 65 42 60/70
40 5.9 0.6 5.3 80 39 80/100
50 5.9 0.9 5.00 102 34 80/100
On remarquera que la présence de 0.3% du liant d’AE impose un grade de bitume de 60/70 à la place du 40/50 prévu pour le BBSG0/14. Une contribution de
0.9% du liant d’AE impose un bitume 80/100.
Analyse du corps granulaire d’un enrobé recyclé par comparaison à sa courbe
granulométrique de formulation 7
3.5 Essai Marshall, Confection et dérenrobage des éprouvettes
L’essai Marshall [NF P 98] permet de détermination la compacité et la stabilité
l’enrobé.
Figure 4. Principe de l’essai Marshall [SIT]
Confection des éprouvettes
Deux séries d’éprouvettes ont été confectionnées.
- Série A : échantillons correspondant aux 30% de recyclage formulés avec
des AE non désenrobé.
- Série B : ensemble des échantillons correspondant aux squelettes
granulaires formulées avec des AE désenrobés pour les différents taux (30,
40 et 50%)
Différentes étapes suivies :
- Pesage des différentes fractions granulaires, les AE et le bitume. - Mise à l’étuve tous de tous ces éléments, à 160°c pendant 2 heures.
- Malaxage des (granulats neufs + AE) pendant 4 à 5mn.
- Incorporation du bitume d’apport (tableau 2).
- Malaxage encore pendant 10mn.
- Confection des éprouvettes selon la procédure Marshall (figure 4).
Désenrobage
- Mise à l’étuve, à 60°C pendant une heure les échantillons, puis les
désagréger à l’aide d’un marteau en bois.
Analyse du corps granulaire d’un enrobé recyclé par comparaison à sa courbe
granulométrique de formulation 8
- Analyse granulométrique du squelette recueilli après désenrobage au
KUMAGAWA.
Remarque : même pour les 30% de la série A, le squelette est hors fuseau, mais
pour le besoin de l’étude nous avons retenu ce taux.
3.6 Résultats expérimentaux
3.6. 1 Performances mécaniques
Les résultats obtenus par l’essai Marshall sont représentés dans les figures 5, 6
et 7. On notera que la compacité de l’enrobé ainsi que la stabilité augmentent avec
le taux d’AE. Les résultats sont conformes à ceux décrits dans la littérature. [NAV
11] [ELB 08].
Le mode de caractérisation de la granulométrie des AE ne semble pas affecter les
performances mécaniques (figures 5, 6 et 7).
Figure 7. Fluage des enrobés formulés selon les deux méthodes,
en fonction du taux de recyclage.
95,5
96
96,5
97
0 30 40 50
Com
paci
té e
n (
%)
Taux d'AE (%)
Série A
Série B
10,7
11,2
11,7
12,2
0 30 40 50
Sta
bil
ité
(kN
)
Taux d'AE (%)
Série A
Séris B
Série
A
Série
B
2,6
2,7
2,8
2,9
3
3,1
3,2
0% 30% 40% 50%
Flu
age
(mm
)
Taux d'AE
Figure 5. Compacité des enrobés formulés selon les deux méthodes, en
fonction du taux de recyclage.
Figure 6. Stabilité des enrobés formulés selon les deux méthodes, en
fonction du taux de recyclage.
Analyse du corps granulaire d’un enrobé recyclé par comparaison à sa courbe
granulométrique de formulation 9
L’enrobé recyclé à 30% de la série A, présente des performances supérieures à
celles de l’enrobé de référence (BBSG0/14) et quasi identiques à celles de
l’enrobé équivalent de la série B.
L’enrobé de la série B reste performant au- delà des 30% tout en répondant à l’exigence granulaire.
3.6. 2 Granulométrie des squelettes granulaires des échantillons des deux séries
Les courbes granulométriques des mélanges à divers taux et selon les deux
méthodes, après confection puis désenrobage (figures 8), s’insèrent toutes dans le
fuseau de spécification.
Figure 8. Courbes des mélanges à différents % d’AE après désenrobage.
Après ces deux résultats, nous sommes tentés de suggérer le tracé de la courbe
granulométrique du mélange avec les granulats des AE désenrobés afin de
déterminer le taux maximal de recyclage (sous réserve de confirmer ce taux par des
essais de performances).
Le choix du mode de formulation avec désenrobage pourrait être expliqué par
un désenrobage des AE pendant la confection de l’enrobé recyclé, les granulats
libérés de leur liant s’associent en tant que tel aux granulats neufs pour former le
squelette des mélanges. Cette hypothèse est en adéquation l’hypothèse de la
« remobilisation totale du liant des AE » même si cette dernière ne fait pas
l’unanimité [NAV 11] [ELB 08].
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,060,66
Tam
isat
[%]
Tamis [mm]
B 50%
B 40%
A 30%
B 30%
Fuseau BB 0/14
Analyse du corps granulaire d’un enrobé recyclé par comparaison à sa courbe
granulométrique de formulation 10
4. Conclusions
L’introduction des Agrégats d’Enrobés dans de nouvelles formulation d’enrobés
améliore les qualités du nouveau matériau.
La classe du liant d’apport change en fonction du taux de recyclage : ainsi à 30%, on passe d’un bitume 40/50 à un bitume 60/70, puis à un bitume 80/100 pour les 40 et
50% de recyclage.
Le mode de caractérisation de la granulométrie des AE ne semble pas affecter les
performances mécaniques :
L’enrobé recyclé à 30% de la série A, présente des performances supérieures à
celles de l’enrobé de référence (BBSG0/14) et quasi identiques à celles de
l’enrobé équivalent de la série B.
L’enrobé de la série B reste performant pour l’ensemble des taux testés tout en
répondant à l’exigence granulaire.
Ces résultats pourraient être expliqué par un désenrobage des AE pendant la confection de l’enrobé recyclé, les granulats libérés de leur liant s’associeraient en
tant que tel aux granulats neufs pour former le squelette des mélanges. Cette
hypothèse est en adéquation avec l’hypothèse de la « remobilisation totale du liant
des AE » émise par certains auteurs et parfois non partagée par d’autres [NAV 11] [ELB 08].
Nous suggérons une caractérisation de la granulométrie des AE sans prise en
compte de présence du liant afin de déterminer le taux de recyclage. Ce taux doit
être confirmé à travers les performances mécaniques des enrobés recyclés, telles
que : la mesure du module de rigidité et la mesure de la résistance à la fatigue, la
résistance à l’orniérage complètera ces mesures. La mesure de l’influence du taux de
recyclage devrait être couplée avec la mesure de l’influence des paramètres de
fabrication température et durée de malaxage.
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