N° d'ordre: 4214 Année 2010

THÈSE

présentée à

L'UNIVERSITE BORDEAUX-I

Par M. M’hammed MERBOUH

pour l’obtention du grade de DOCTEUR

SPÉCIALITÉ : MECANIQUE ET INGENIERIE

CONTRIBUTION A LA MODELISATION DU COMPORTEMENT RHEOLOGIQUE DES

ENROBÉS BITUMINEUX Influence des conditions extrêmes de température

et de trafic en fatigue

Soutenue le 21 décembre 2010 Devant la commission d'Examen : Pr Christophe Petit..............L3MSGC..U de Limoges.........................................Rapporteur Mr Pierre Hornych ......Directeur d'unité Manège de fatigue, HdR LCPC …Rapporteur Pr Belkacem Draoui............Université de Bechar Algérie................................Examinateur Pr Denys Breysse................GhyMac.U. Bordeaux1.................................Directeur de thèse Mme Sylvie. Yotte………..........McF GhyMac U. Bordeaux1..........................Examinateur Mr Touhami Abdelhamid …....McF HdR..U. de Bechar……………… ..….Examinateur Mme Fatima Allou……………..McF L3MSGC U. de Limoges……………… ….Invitée

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Remerciements

Arrivé au bout de ce travail effectué au sein du laboratoire Géoscience Hydraulique et Matériaux de Construction, à l’université Bordeaux-1, je tiens à exprimer ma sincère reconnaissance à l’ensemble des personnes qui m’ont permis de le mener à terme.

Je tiens à remercier tout d’abord Denys Breysse, Professeur à l’université Bordeaux-1, mon directeur de thèse, de m’avoir intégré à son équipe au sein du GHyMaC, pour m’avoir mis le pied à l’étrier pour toute les parties de ce travail, de m’avoir fait bénéficier aussi bien de ses conseils et compétences scientifiques que ses qualités humaines, et me donner toute l’autonomie nécessaire pour mener à bien ce projet et sans qui ce manuscrit ne serait pas ce qu’il est, ainsi pour ses réponses à mes nombreuses « petites questions ». Merci à mon frère, amis et co-encadreur, le défunt Pr N. Laradi, qui nous a quitté depuis 2007. Que dieu l’accepte dans son paradis.

Je remercie les rapporteurs, le Pr. C. Petit et Mr Pierre Hornych, pour avoir expertisé avec attention ce manuscrit ainsi qu’aux membres du jury.

Je suis reconnaissant à C. Such et E. Chailleux pour m’avoir accueilli dans leur unité LMR au sein de la division MSC, lors de mon séjour en plusieurs reprises au LCPC-Nantes pour les essais rhéologiques et mécaniques sur bitumes. A L. Moriceau au LRPC-Bordeaux lors de mon stage pour essais de fatigue sur enrobé. Je souhaite remercier J. Riss directrice du laboratoire GHyMaC de m’avoir facilité les procédures administratives.

Je voudrais remercier S. M. Elachachi pour ses conseils et ses compétences scientifiques, à S. Yotte, H. Niandou, Pr R. Fabre, M.C. Lavenier et J. Chambert pour leur soutien, leur bonne humeur lors de mon séjour au GHymac et leur disponibilité offrant un bon cadre de travail.

Sans oublier mes collègues doctorants, j’ai beaucoup apprécié leur joie de vivre, les nombreuses pauses et discussions notamment leur soutien. Ces quelques années sont pour moi inoubliables.

Je ne saurais exprimer tout l’amour et la reconnaissance que j’ai pour mes parents, ma femme, et mes enfants, pour la paine qui l’ont pris pour moi, ainsi que le soutien qu’ils m’ont apporté, pour m’avoir donné leurs moyens, leur patience et sacrifice depuis le début de réaliser mon devoir et ma passion.

Enfin un merci affectueux à B. Z. qui est le pilier indispensable à ce travail.

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RESUME

La stabilité et la durabilité des chaussées routières et aéronautiques en enrobé bitumineux dépendent principalement de sa résistance aux sollicitations, dans le temps et sur le site pour des conditions spécifiques extrêmes, telles que les particularités de climat dans les différentes régions et les chargements des nouvelles conceptions d’avions très gros porteurs.

Ces types de sollicitation entraînent des dégradations dangereuses dans les couches de roulement et demeurent des préoccupations majeures des maîtres d’ouvrages, en particulier avec l’accroissement de l’agressivité du trafic.

Les simulations en laboratoire de ces phénomènes ont montré que les qualités viscoélastiques du bitume sont fonction des variations extrêmes de la température que subit la couche de surface. Elles influent directement sur les propriétés rhéologiques et mécaniques de l’enrobé. Les déformations permanentes et le durcissement du bitume sont associés à une perte de résistance et un vieillissement accéléré dus aux cycles thermiques.

En ce qui concerne les sollicitations sous trafic en fatigue, les lois de comportement déterminées prouvent que les grandes amplitudes de déformations et la forme des signaux tandem endommagent sévèrement la couche d’enrobé en comparaison avec les signaux classiques.

L’évaluation des propriétés rhéologiques et mécaniques intrinsèques de ces matériaux, sous l’influence des conditions extrêmes de climat et de trafic, permet de mieux prévoir l’évolution du comportement in situ de l’enrobé et la durée de vie des chaussées.

Mots clés : bitume, enrobé, variation de température, tandem, cycles, comportement, fatigue.

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TABLE DES MATIERES

TABLE DES MATIERES………………………………………………………………05

INTODUCTION GENERALE…………………………………………………………10

CHAPITRE I :

COMPOSITION ET COMPORTEMENT DES BITUMES ET ENROBES ……..…12

1- INTRODUCTION…………………………………………………… …………..…12

2- COMPOSITION, STRUCTURE ET PROPRIETES DES BITUMES……….....13

2.1.- Origine et grandes catégories…………………………………….………………13

2.2.- Structure colloïdale du bitume…………………………………………………...13

2.3.- Caractéristiques chimiques du bitume………………………………………….. 17

2.3.1.- Séparation par précipitation…………………………………………………....17

2.3.2.- Séparation par chromatographie d'adsorption…………………………............18

2.3.3.- La chromatographie sur gel perméable (GPC)………….……………………..19

2.3.4.- La spectroscopie infra–rouge………………………………..…………………20

2.4.- Propriétés thermo-physiques des bitumes……………………….……………….20

3 - METHODES DE MESURE DES PROPRIETES RHEOLOGIQUES………....21

3.1.- Les différentes familles d’essais………………….……………….……….…….21

3.2.- Les essais « technologiques » ………………………….………………. ….….. 21

3.2.1.- Mesure de la fragilité…………………………….……………. ….….………21

3.2.2.- Mesure de la pénétration……………………………..…………… .……….…22

3.2.3.- Mesure du point de ramollissement………………………….….. ……………23

3.2.4.- Influence de la température sur les propriétés……………..…………..………23

3.3.- Essais mécaniques………………………………………… ……………………28

3.3.1.- Essais à vitesse imposée………………………………………… ……………29

3.3.2.- Essai à charge imposée………………………………………….. ……………..31

3.3.3.- Essai de module complexe………………………………………… ……….…34 3.3.4.- Mesure de la viscosité………………………………………………………….37

3.3.5.- Présentation des résultats : isothermes et isochrones……………….………….37

4- LES MODELES DE COMPORTEMENT………………………..………………38

4.1.- Les familles de modèles…………………………………………… ……………38

4.2.- Influence de la composition sur la rhéologie des bitumes……………....… …… 40

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5- CARACTERISATION ET FORMULATION DES ENROBES

BITUMINEUX………………………..……………… …………………..……………41

5.1- Méthodes de formulation basées sur les essais mécaniques traditionnels…….… 42

5.2- Méthodes de formulation basées sur les essais mécaniques « modernes » …...… 42

5.2.1.- Essai de module complexe……………………………………………. ………42

5.2.2.- Essais de fatigue ………………………………………...… ………….………43

5.2.3.- Essais de fluage dynamique……………………………..…………… .………44

5.3.- Méthodes analytiques de formulation………………………..…….…………… 44

6- INFLUENCE DES CARACTERISTIQUES DES LIANTS SUR

LES PROPRIETES MECANIQUES DES ENROBES……..……….………………44

6.1.- Rôle de la température, fragilité, rigidité et viscosité……………….….……… 45

6.2.- Propriétés rhéologiques et spécifications……………………………….………. 45

6.3.- Du liant à l´enrobé : prévision du module et de la résistance…………….………46

6.4.- Influence du bitume sur la fatigue des enrobés…………………….…………....47

6.5.- Résistance aux déformations permanentes et orniérage…………….…………....48

7- EVOLUTION ET VIEILLISSEMENT DES BITUMES… ……….……………...48

7.1.- Mécanismes de vieillissement et facteurs influents……………...……………….48

7.1.1.- Le vieillissement physique……………………………….…..…….…… ……49

7.1.2.- Le vieillissement chimique…………………………….………….…… ………49

7.2.- Essais de vieillissement accéléré des bitumes………….…………………………50

7.2.1.- Essai RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test) ……………..….…….………… 50

7.2.2.- Autres essais de vieillissement du bitume……………………….….…………. 51

8- FATIGUE MECANIQUE DES ENROBES BITUMINEUX…… …...……………53

8.1- Comportement en fatigue des chaussées bitumineuses…………....………………53

8.1.1.- Les chaussées : structures soumises à des chargements répétés….……… …….53

8.1.2.- Phénomènes résultant de la fatigue…………………………….…………… … 55

8.1.3.- L’essai normalisé de fatigue et son exploitation………………..……… ………56

8.2.- Paramètres influençant le comportement en fatigue…………….….……… …….61

8.2.1.- Effet du mode de sollicitation et critère de rupture…………….…….…… ……62

8.2.2.- Effet de l’échauffement………………………………………...… …… ………62

8.2.3.- Effet de la forme du signal et de la fréquence de sollicitation…….…… ………63

8.2.4.- Effet de la température d’essai……………………………….….……... ………64

8.2.5.- Effet du temps de repos………………………………………...… …… ………67

9- CONCLUSION …………………………………………..…….……… …………….67

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CHAPITRE II :

ESSAIS RHEOLOGIQUES ET MECANIQUES SUR BITUMES FATIG UES

THERMIQUEMENT…………… …..……………………………………………….....70

1- INTRODUCTION……………………………………………………………….....70

2- CARACTERISATION DU COMPORTEMENT VISCO-ELASTIQUE DE

BITUMES FATIGUES THERMIQUEMENT: ESSAIS DE FLUAGE-

RECOUVRANCE…………………………………………………………………….71

2.1.- Phénomène de fatigue thermique et conséquences sur les propriétés du bitume.71

2.2.- Fatigue thermique et fissuration des chaussées : expression des besoins…….…73

2.3.- Etat de l’art sur la fatigue thermique…………………………………………....74

2.4.- Approche expérimentale des effets de la fatigue thermique……………………76

2.4.1.- Matériau……………………………………………………… …...…………76

2.4.2.- Programme expérimental : simulation de la fatigue thermique……………...76

2.4.3.- Programme expérimental : essais de fluage-recouvrance…………………....78

2.5.- Analyse des résultats expérimentaux………………………………….……….. 81

2.5.1.- Procédure de traitement de la réponse des échantillons……………………...81

2.6.- Analyse des résultats – influence de la fatigue thermique………………………91

2.6.1.- Identification en fluage et analyse…………………………………………….91

2.6.2.- Analyse du modèle en recouvrance…………………………………… ..….99

2.7.- Analyse des résultats – influence du phénomène de gel-dégel…………..…….102

2.7.1.- En fluage……………………………………...……………… …….……….102

2.7.2.- En recouvrance……………………………………...……………….………104

2.7.3.- Conclusion sur l’effet du gel-dégel…………………………….…………….105

2.8.- Influence du phénomène d’échauffement/refroidissement…….………..…….105

2.8.1.- En fluage……………………………………………………….………….....105

2.8.2.- En recouvrance…………………………………………...…….……………108

2.8.3.- Conclusion sur l’effet d’Echauffement/refroidissement………………...……108

3- COMPORTEMENT EN TRACTION UNIAXIALE DES BITUMES F ATIGUES

THERMIQUEMENT…………………………………… ………..……….…………109

3.1.- Introduction…………………………………………………………….……....109

3.2.- Approche expérimentale du comportement en traction uniaxiale….…….…….110

3.2.1. - Matériel d’essai………………………………………… …….….…………110

3.2.2.- Programme expérimental………………………………………………….....112

3.3.- Analyse des résultats expérimentaux…………………………………………..114

3.3.1.- Types de comportements observés……………………………… …………..114

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3.3.2.- Influence de la vitesse de sollicitation………………….……… ……………118

3.3.3.- Exploitation synthétique des résultats………………………….……….……120

3.3.4.- Influence de la fatigue thermique……………………………….………… ...127

3.4.- Conclusions sur le comportement uniaxial en traction…………..……………..129

4- CONCLUSION GENERALE: EFFET DE LA FATIGUE THERMIQ UE...….129

CHAPITRE III :

FATIGUE MULTIPIC SOUS SOLLICITIONS MECANIQUES

A GRANDE DEFORMATION………………………….………………….……..……132

1- INTRODUCTION………………………………….…………….…… .…..………132

2- ENJEUX ET OBJECTIFS……………………….……………….……..………....133

3- APPROCHE EXPERIMENTALE DE LA FATIGUE SOUS

CHARGEMENT COMPLEXE… ………………………………………………........135

3.1.- Moyens expérimentaux……………………………………………… …………135

3.1.1.- Le matériau…………………………….……….…..… .……………………135

3.1.2.- Eprouvettes et sollicitations expérimentales………………………………...136

3.1.3. Matériels d’essai……………………………….…………… ….……………142

3.1.4.- Caractérisation des éprouvettes - mesure du module complexe….…… ……144

3.1.5.- Programme d’essai de fatigue à grande déformation………………… …….145

3.1.6.- Mesure du module complexe : effet de la fréquence…..………… …………146

4. PROCEDURE DE DEPOUILLEMENT DES ESSAIS…………….… ……….....149

4.1.- Analyse des sollicitations effectives…………...…………………….….……… 149

4.1.1.- Des essais individuels aux caractéristiques de la loi de fatigue…….… .……149

4.1.2.- Des enregistrements bruts aux résultats consolidés…..….……….… ………150

4.2.- Procédure de traitement des résultats sur un essai…..…………….…… …......153

4.2.1.- Détermination de la durée de vie………..…………………….…… …….....154

4.2.2- Détermination du niveau de déformation….………………..….…… ………155

5. - ANALYSE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX… …….…….…… ………157

5.1.- Droites de fatigue pour l’ensemble des essais…………………….….… …….....157

5.2.- Effets de la fréquence et de la forme du signal tandem………………… ……….161

5.3.- Analyse de l'agressivité de la sollicitation en tandem…………..……… .………163

6. - CONCLUSIONS…………..………………..……………..…………… ………… 165

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CHAPITRE IV :

MODELISATION DE L’EFFET DES VARIATIONS JOURNALIERES

DE LA TEMPERATURE… …...……………………………………….………………...167

1- INTRODUCTION……………..…………………………………………………167

2- POSITION DU PROBLEME……………………………………………………168

3- APERÇU HISTORIQUE……………………...…………………………………169

4- EQUATIONS DE BASE POUR LE COMPORTEMENT

THERMO-MECANIQUE DES BITUMES ET ENROBES……………………...1 71

4.1- Sollicitation thermique………………………………………………………....171

4.2- Equation de la chaleur………………………………….………………………174

4.3- Coefficient de dilatation/contraction thermique linéique……………………....174

5- COMPORTEMENT THERMOMECANIQUE AU COURS

D’UN CYCLE DE GEL…………………………………..…………………………177

5.1- Modélisation numérique de l’évolution de la température au cours

d’un cycle de gel……………………………………………………………….……177

5.2- Analyse thermomécanique au cours d’un cycle de refroidissement…………...178

5.2.1- Retrait thermique empêché…………………………………………………178

5.2.2- Contrainte thermique…………………………………………… …………178

5.2.3- Procédure de calcul de la contrainte thermique……………….……………181

5.3- Simulation des cycles thermiques………………………………………………191

5.3.1. Simulation d’un refroidissement brusque, progressif suivie

d’une stabilisation de la température…………………… ……………..…………191

5.3.2- Cas d’une variation sinusoïdale de la température………..………………..202

6. ANALYSE QUALITATIVE ET QUANTITATIVE

DES RESULTATS - BILAN………………………………………………………...214

7- CONCLUSION………………………………………… …………………..…… 215

CONCLUSION GENERALE………………..………………….…..…………………217

ANNEXE A1 :

Courbes de traction directe sur bitumes……………………………………………222

ANNEXE A2.a- :

Courbes de déformation et de raideur……………………………………………...226

ANNEXE A2.b- :

Critères de fatigue, Lois de fatigue………………………………………………....244

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INTRODUCTION GENERALE

La croissance économique agressive des pays a engendrée un développement très important des moyens et des infrastructures de transport, même dans les zones à climat spécifique, telles que les régions sahariennes chaudes ou à climat continental et les régions froides. Ainsi, plus récemment, le besoin aux engins de transport géants assurant de grandes capacités à conduit à des modifications significatives dans la conception des appareils.

Cependant les aspects dimensionnement et optimisation du choix des matériaux routiers, en particulier le liant bitumineux, reste pratiquement limité. Il suffit d’observer la surface de certaines chaussées à faible trafic, mais situées dans des régions à fortes amplitudes thermiques journalières ou saisonnières, pour constater qu’elles sont parfois le siège de graves dégradations dés les premières années de mise en service. Ce phénomène s’est en plus aggravé par l’intensification du trafic et des charges supportées par les structures de chaussée, étant due en particulier à l’accroissement du trafic Poids Lourds. Ces dégradations préoccupent les maîtres d’ouvrages et posent un gène voire des risques aux usagers, la durabilité et la rentabilité des investissements sont un défit permanent.

Le comportement mécanique en contrainte-déformation du bitume et enrobé dépond des conditions de chargement « thermiques et mécaniques), comme il dépond aussi de son histoire (thermique et mécanique).

Il apparaît donc nécessaire d’approfondir les connaissances concernant les propriétés des bitumes et enrobés, ainsi que leur évolution dans le temps, qui permettra à terme de formuler des enrobés durable dans leur environnement climatique et suffisamment performant face aux exigences modernes.

Cette étude décrit la simulation en laboratoire de deux phénomènes de fatigue sur bitume et sur enrobés. Le premier concerne l’effet cyclique des variations de la température sur le bitume, souvent rencontrés dans les régions à climats spécifiques. Le deuxième s’intéresse à la reproduction de l’effet cyclique des grandes déformations, sur l’enrobé, imposées par les nouveaux avions très gros porteurs.

Dans le matériau composite, le liant bitumineux est l’élément le plus sensible aux effets thermiques. Lors de la caractérisation des bitumes soumis à la fatigue thermique deux types d’essais ont été réalisés, l’essai de fluage-recouvrance et l’essai de traction directe à froids « DTT », pour évaluer les différences de comportement en fonction des plages thermiques d’une part et le nombre de cycle de température de l’autre part.

La proposition d’un modèle analologique cohérant a permis d’analysée et de déduire les paramètres de la réponse viscoélastique des bitumes testés en fluage-recouvrance, ainsi que le comportement en traction directe à basse température et la rupture ductile/fragile sont également étudiées. Une comparaison des résultats conduit à des constations qui expliquent les différences enregistrées entre les bitumes fatigués thermiquement et le bitume neuf à l’origine.

A fin de déterminer l’effet des grandes intensités sur les couches d’enrobé de surface, des

essais de fatigue mécanique ont été effectués sur des éprouvettes prismatiques d’enrobé bitumineux de classe « 0/6 », selon la méthode française. La dépendance de la réponse du

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matériau à l’amplitude et au type de chargement (sinus ou tandem) est prise en compte dans le programme expérimental, par la variation de l’intensité et la profondeur du creux entre les deux extrêmes d’un tandem.

De l’autre coté des lois de comportement en fatigue sont établies dans des conditions de chargement dynamique analogues à celles que subit la chaussée sous l’effet d’un gros essieu tandem, afin d'étudier la relation entre ce dernier et un essieu classique.

Une simulation numérique de l’évolution des contraintes thermiques a été établie, selon un

modèle simple de Burger, lors des variations brusques, monotones et sinusoïdales de la température dans le but de l’estimation des contraintes générées.

L’ensemble de cette thèse s’inscrit dans le cadre de collaboration entre le laboratoire de

génie civil à l’université de Bechar et le laboratoire GHyMAC à l’université Bordeaux-1. Le LCPC Nantes et le LRPC-Bordeaux sont également associés à cette étude dans la mesure où la majorité des essais ont été réalisés.

Ce mémoire de thèse est constitué de quatre chapitres : Le premier chapitre est entièrement consacré à une étude bibliographique sur les

propriétés physiques, thermo-mécaniques, rhéologie et quelques modèles rhéologiques, évolution des bitumes issus de la littérature, ainsi que les essais de fatigue sur enrobés bitumineux sont présentés en fin de chapitre.

Le deuxième chapitre présente l’étude expérimentale consacrée au traitement des

échantillons de bitume par différents types de cycles thermiques, suivi par deux types d’essai de caractérisation. Des essais de fluage-recouvrance ont été réalisés, dont on a proposé un modèle rhéologique dit de Jeffrey et qui consiste en un modèle viscoélastique simple à trois éléments, il permet de décrire facilement et efficacement le phénomène de fluage-recouvrance des bitumes. Egalement des essais de traction directe ont été effectués afin d’étudier la réponse de ces échantillons à basse température. Certaines caractéristiques à la rupture des liants testés ont été étudiées en réalisant des essais sous des vitesses de déformation constante. Finalement, des comparaisons entre les différentes courbes peuvent conduire à des constatations très utiles sur l’effet de ce phénomène et l’évolution des bitumes sur site.

Le troisième chapitre est consacré à des essais de fatigue sur éprouvettes trapézoïdales en

enrobés bitumineux. Des essais de flexion deux points à grandes déformations, la forme du signal (tandem) et la profondeur du creux entre les deux extrêmes, ont également été développés. L’effet de l’amplitude du tandem, ainsi que de la fréquence en mode sinus ont pu être étudiés et comparés.

En quatrième chapitre, le comportement des enrobés bitumineux en retrait thermique

empêché a été simulé numériquement, prenant en considération l’évolution des propriétés viscoélastiques du matériau en fonction des différents types de variations de la température (brusques, monotones et cycliques). Cette méthode constitue un outil simple de prévision du comportement de l’enrobé bitumineux sous diverses sollicitations thermiques. Le modèle rhéologique de Burger a permit de faire le lien entre les caractéristiques viscoélastiques de l’enrobé et le phénomène du retrait empêché.

Enfin, une conclusion générale reprend les principaux résultats ainsi que les évolutions

possibles de nos développements.

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CHAPITRE I

COMPOSITION ET COMPORTEMENT

DES BITUMES ET ENROBES

1- INTRODUCTION

L’asphalte a été utilisé sous forme de liant hydrocarboné depuis l’antiquité, il y a plus de 5000 ans. En particulier pour le génie civil, le bitume naturel a été employé généralement comme adhésif dans des mortiers ou en tant qu'un agent d'imperméabilisation dans certaines parties des bâtiments. Au cours du 19ème siècle, l'utilisation du bitume s’est répandue dans les techniques routières.

Les bitumes sont devenus aujourd’hui des matériaux de haute technicité, et il existe un

nombre très important de gammes variées et même certains additifs commerciaux, minéraux ou organiques, dans le but d'améliorer leurs qualités selon les propriétés recherchées. Actuellement l´utilisation principale du bitume est la technique routière.

Le bitume présente des propriétés de grande complexité à la fois sur le plan de sa

composition chimique et de sa réponse aux sollicitations mécaniques. Il possède un grand pouvoir adhésif pour agglomérer les matériaux minéraux et les empêcher de désunir sous les diverses sollicitations. Les variations importantes de sa viscosité avec la température permettent un mélange adéquat avec les granulats lors des différentes étapes de fabrication et de mise en œuvre de l’enrobé et par conséquent une bonne stabilité lors de l’exploitation de la chaussée, sous sollicitation, mécanique, thermiques et climatiques.

Les performances demandées aux bitumes sont généralement antinomiques et sont essentiellement basées sur leurs propriétés rhéologiques, pour garantir la durabilité des chaussées. Il est demandé par exemple au bitume d’avoir une viscoélasticité convenable durant tout le temps d’exploitation, dans le domaine le plus large des températures de service extrêmes, pour éviter sa fissuration.

Les essais de point de ramollissement, pénétrabilité, Fraass et de viscosité donnent des indications satisfaisantes sur la susceptibilité et la fragilité du bitume, mais non suffisantes pour identifier son comportement viscoélastique. Les propriétés du bitume déterminent principalement les variations de la rigidité de l’enrobé.

A haute température de service le bitume doit demeurer suffisamment rigide pour maintenir le squelette granulaire et limiter le fluage des enrobés, permettant d’éviter ainsi le phénomène d’orniérage qui se manifeste typiquement autour de 50°C, sous l’effet du trafic.

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Enfin, il doit être suffisamment souple à basse température de service pour permettre aux contraintes de se relaxer et résister ainsi à la fissuration due au retrait thermique ou par fatigue.

Ces propriétés sont généralement difficilement conciliables, sinon incompatibles, il est donc difficile d'obtenir un bitume utilisable et durable sous tous les climats et trafics possibles.

2- COMPOSITION, STRUCTURE ET PROPRIETES DES BITUMES

2.1.- Origine et grandes catégories

Le bitume de pétrole est obtenu par raffinage des pétroles bruts. Il s’agit de la fraction la plus lourde obtenue après distillation. Tous les bruts ne sont pas propres à produire du bitume. Des bruts légers, dépourvus d’asphaltènes, peuvent avoir un rendement insuffisant en bitume. Partant d’une qualité de brut, divers modes de fabrication sont possibles, cependant ils impliquent toujours le passage par la distillation.

Suivant les conditions d’emploi et les propriétés recherchées, le bitume peut être utilisé pur ou en association avec d’autres composants (modificateur, fluidifiants, fluxants, eau ou émulsifiant) [AIP99], on définit ainsi les différentes catégories :

- les bitumes purs spéciaux, modifiés ou naturels ; - les bitumes industriels ou oxydés ; - les bitumes fluidifiés ou fluxés obtenus par soufflage à l’air ; - les bitumes en émulsion.

Les deux premiers s’utilisent à chaud (T supérieure à 100 °C). Pour avoir des viscosités

faibles (grande pénétrabilité), on a recours aux bitumes appelés fluidifiants ou fluxés. Les bitumes fluidifiés sont des solvants assez volatils, qui sont utilisés à des températures plus basses. Les bitumes fluxés sont assez peu volatils (huile et huile de pétrole), utilisés à des températures variables, mais souvent au delà de 100°C.

Pour des viscosités trop faibles les bitumes émulsionnés peuvent être utilisé à froids ou à températures intérmédiaires.

2.2.- Structure colloïdale du bitume

Dans l'enrobé, le bitume sert de colle à des granulats de forme, de nature et de taille différentes; l’air et l’eau peuvent y circuler à peu près librement. En ce milieu très hétérogène, le bitume est soumis à des sollicitations mécaniques, chimiques et physiques diverses et combinées. Dans ce cas que deviennent alors les caractéristiques obtenues sur le produit pur ?

Le bitume peut être décrit comme une substance colloïdale, dans laquelle les phases

dispersées, constituant des asphaltes sont couvertes par une couche protectrice de résines. Ce complexe appelé micelle est dispersé dans une phase continue de maltènes qui constituent un mélange de huile aromatique et saturé [CLA91], [CLA92], [PLA02], [TEU00]. Cette structure a été proposée dès les années 1920 par Nellensteyn, qui fut ainsi le premier à décrire le bitume comme une suspension colloïdale [RAM90].

Les asphaltènes sont des éléments solides, noirs ou bruns, aromatiques. L’arrangement lâche des asphaltènes entourés par des composantes aromatiques d’un bitume lui confère un

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comportement de « type sol ». Le degré de peptisation des asphaltènes influe directement sur la viscosité du bitume (plus faible), les micelles résultantes ont une bonne mobilité dans le bitume [SAA40], [PFE39] dont les propriétés rhéologiques sont essentiellement newtoniennes à température ambiante.

Si la fraction d'aromatique/résine n'est pas présenté en quantité suffisante au peptisés des

micelles les asphaltes peuvent s'associer plus loin. Ces liants hydrocarbonés sont connus en tant que « type gel », dans ce cas les asphaltènes sont moins peptisés que pour les bitumes de « type sol ». Ce caractère peut disparaître quand ils sont chauffés à haute température. La viscosité des saturés, aromatiques et résines dépend de leur distribution moléculaire respective [MOR95], [COR041]. Plus le poids moléculaire est élevé, plus la viscosité de la phase continue, c.-à-d. les maltènes confèrent au bitume une viscosité intrinsèque qui est augmentée par la présence de la phase dispersée (les asphaltènes). Les propriétés rhéologiques de ces bitumes à température ambiante sont nettement non-newtoniennes.

Dans la pratique, ils existent des liants hydrocarbonés qui présentent un caractère

intermédiaire, appelé « sol-gel » [GAW00], [TEU00]. La teneur en asphaltènes a une incidence très importante sur les propriétés rhéologiques d’un bitume : leur augmentation conduit au durcissement du bitume qui devient plus visqueux, de plus faible pénétration et de point de ramollissement (TBA) plus élevé.

Fig. I. 01- Représentation schématique des deux types de structures de bitumes

Asphaltènes

Hydrocarbures aromatiques A haut poids moléculaire

Hydrocarbures aromatiques à bas poids moléculaire

Hydrocarbures naphténo-aromatiques

Hydrocarbures naphténiques et aliphatiques

Hydrocarbures saturés

Bitume type « SOL »

Bitume type « GEL »

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Selon le caractère « sol » ou « gel » les propriétés diffèrent : les bitumes sols présentent une excellente résistance aux sollicitations rapides, mais ils sont plus sensibles que les bitumes gels aux sollicitations lentes, ainsi qu’aux variations de température [COR041].

Pour résumer, le bitume peut être décrit comme un matériau hétérogène avec une phase de

maltènes et une phase d'asphaltènes [DJO96], [LES96]. La partie dissoute- les maltènes - a l'aspect d'une huile visqueuse de couleur foncée ; la fraction précipitée- les asphaltènes - est constituée par de corps de poids moléculaire très élevé [PFE50]. Les maltènes se comportent comme un fluide parfaitement visqueux (fluide newtonien). La présence des asphaltènes confère aux bitumes des propriétés caractéristiques de l'état colloïdal.

Pour l'analyse de structure d'un bitume, de nombreuses difficultés peuvent être

rencontrées, comme la nature du produit, tel que le grand nombre des molécules, et les écarts de composition. L’identification chimique d’un bitume passe alors par la détermination qualitative et quantitative de ses constituants principaux ou groupes génériques (saturés, aromatiques, résines et asphaltènes). Il est aussi impératif d’apprécier la façon dont ces molécules vont s’associer pour former une structure spatiale tridimensionnelle qui donne au bitume ses propriétés physiques et mécaniques. Selon le modèle de Yen [YEN81], les molécules d’asphaltène sont dans un état associé soit sous forme de micelles (entité élémentaire de quelques feuillets de molécules), soit sous forme de paquets de micelles qu’on appelle agglomérats. Les forces qui lient ces paquets sont de type hydrogène, dipolaires induites ou permanentes (fig. I.01).

Les maltènes ne dissolvent pas entièrement leurs micelles et leurs agglomérats; il en

résulte une dispersion plus ou moins forte selon la composition de la phase maltènes. Les molécules isolées constituent la phase continue, les micelles et les agglomérats la phase dispersée. Le bitume est donc un milieu colloïdal complexe dans lequel se crée un équilibre:

molécules ↔ micelles ↔ agglomérats.

Cet équilibre est caractérisé par un indice d’instabilité colloïdal (IC) selon Gaestel

[GAE71]:

)()sin(

)()(

sAromatiqueesRé

SatuéssAsphaltèneI C +

+=

Plus la valeur de l'indice d'instabilité colloïdal est élevée, moins les asphaltènes sont

peptisés dans la phase maltanique. Les résines s’adsorbent sur les asphaltènes et permettent leur dispersion dans le mélange "aromatiques + saturés". Les aromatiques jouent le rôle de solvant et les saturés de précipitant ou de floculant.

Les propriétés d’un bitume sont en relation avec sa composition chimique. La présence

des résines et d’éléments polaires explique sa bonne adhésion aux minéraux, la viscosité de celui ci est bien choisie et d’une quand le matériau enrobé résiste au phénomène de désenrobage par l’eau ou par la plupart des agents chimiques (étanchéité).

16

Fig. I.02.a- Coupe d’un modèle de micelles d’asphaltènes selon Yen et Erdman [RAM90].

Fig. I. 02.b- Macrostructure des Asphaltènes selon Dickie et Yen [RAM90]. A: molécule, B: micelle, C: agglomérat

C

B

A

Plages aromatiques polynucléaires

8 à 15 A°

16 à 20 A°

16 à 20 A°

3,55 à 3,70 A°

17

Fig. I. 03- Schématisation de la structure colloïdale d’un bitume routier [LES02].

2.3.- Caractéristiques chimiques du bitume

La chimie du bitume est née avec les premiers travaux de Boussingault, qui a séparé une fraction distillable qu´il a nommé « pétrolènes », maintenant appelée plutôt «maltènes», et une fraction non-distillable, les asphaltènes. Plus récemment, le développement des techniques de chimie analytique a permis de mieux définir et caractériser ses fractions, mais la séparation des bitumes en maltènes et asphaltènes est encore très largement acceptée, avec toutefois des méthodes d´obtention différentes.

L´analyse élémentaire d´un bitume révèle la domination des atomes de carbone (typiquement 80 à 87 % massique) et d'hydrogène (8-12 %). En outre, des hétéroatomes tels que le soufre (1-9 %), l'azote (0- 1,5 %) et l'oxygène (0,5-1,5 %) et des traces de métaux tels que le vanadium ou le nickel sont présentes [MER00]. Une bonne partie de ces derniers est à l’état colloïdal ou sous forme de sels [COR041]. Devant la complexité des mélanges bitumineux, il semble judicieux de vouloir déterminer leur composition plus précisément.

2.3.1.- Séparation par précipitation

La séparation par solvant la plus utilisée est celle qui permet de séparer les bitumes en asphaltènes et en maltènes : les asphaltènes constituent la partie insoluble des bitumes dans les solvants de type n-alcanes, les maltènes la partie soluble. Ces derniers sont séparés en résines, hydrocarbures aromatiques et saturés (huile) par précipitation sélective ou par chromatographie d'adsorption (figure II.03).

Les constituants des maltènes sont :

milieu inter micellaire (huiles saturées et

aromatiques)

particule d'asphalte

résine

18

- Les huiles : cette fraction est généralement soluble dans tous les solvants organiques, elle représente 40% à 60% du bitume, sa masse moléculaire moyenne est généralement relativement faible et leur viscosité peu élevée.

Fig. I. 04 - Séparation d'un bitume en asphaltènes, résines et huiles.

- Les résines : elles ont un caractère nettement plus aromatique. La structure des résines est beaucoup plus complexe que celle des huiles et leur masse moléculaire moyenne est plus élevée. Les résines ont un rôle essentiel vis-à-vis la stabilité colloïdale du bitume. Elles ont un rôle tensioactif qui permet de stabiliser la dispersion d´asphaltènes dans la matrice maltène.

Les constituants des asphaltènes :

Les asphaltènes représentent de 10 à 30% des bitumes et leur masse moléculaire est assez variable suivant l'origine du bitume et selon qu'il a été soufflé ou non. Ils se présentent sous la forme d'un solide dur friable, brun-noir qui contribue largement à la couleur noir du bitume. Ce sont des composés très lourds à structure condensée, cylindrique et aromatique. Les asphaltènes sont considérés comme l'entité la plus responsable du comportement rhéologique des bitumes.

2.3.2.- Séparation par chromatographie d'adsorption

Les techniques chromatographiques ont été les plus utilisées pour l'étude chimique des bitumes. Dans la plupart des méthodes, les asphaltènes sont préalablement séparés des maltènes par précipitation. La chromatographie est alors faite sur la fraction maltenique en solution dans les solvants de type n-alcane. C'est la méthode de fractionnement sur colonne d'alumine mise au point par Corbett, qui a servi de base à la séparation des bitumes en fonction de la polarité des composés. Cette chromatographie schématisée sur la figure I.04 sépare le bitume en quatre familles génériques :

• saturé • aromatique • résine

BITUME

MALTENE (Solution)

ASPHALTENES (Précipité)

HUILES RESINES

19

• asphaltène

Fig. I. 05- Séparation d'un bitume en familles génériques selon Corbett [COR67].

2.3.3.- La chromatographie sur gel perméable (GPC)

La considération du cas du soufflage, l’oxydation chimique accidentelle (surchauffe à l’enrobage), le vieillissement artificiel ou sur route sont des facteurs responsables de la création des sites réactifs [BRU83].

L’équilibre : molécules micelles agglomérats

se déplace alors pour former des entités de grosses tailles (micelles et agglomérats) et le caractère « gel » du bitume est plus marqué.

La GPC est une technique qui permet d’obtenir une image de la répartition des tailles moléculaires. Elle est suffisamment précise pour classer les bitumes du point de vue leur

Bitume

Précipitation au n-heptane

Maltènes

CHROMATOGRAPHIE

Résines

Aromatiques

Saturés

Asphaltène

2) Benzène

3) Méthanol/Benzène 4) Trichloréthylène

1) n-Heptane

20

structure, mais ce n’est qu’en association avec d’autres paramètres, telles que les propriétés rhéologiques et mécaniques, qu’on peut décrire le comportement du liant dans un enrobé. La chromatographie sur gel perméable est utilisée pour la séparation de composés ayant des tailles moléculaires très différentes (espèces présentes dans la phase malténique comme les bitumes), en fonction de la polarité des solvants d’élution utilisés [BEG03].

Le tableau suivant (Tab.I.01) résume les résultats trouvés par certains auteurs sur la

composition chimique des bitumes Algériens en groupes génériques (SARA), appréciée par la méthode Iatroscan (séparation et détermination des familles génériques) ou par chromatographie liquide [DEK96], [IDD98], [LAR962], [RAB96]:

BITUMES Saturés (%) Aromatiques (%) Résines (%) Asphaltènes (%)

80 / 100 8.72 à 19.0 34.7 à 58.55 18.33 à 30.30 14.61 à 23.0

40 / 50 10.97 à 19.0 30.40 à 50.19 20.41 à 30.50 17.91 à 35.55

Tableau I. 01- Composition chimique des bitumes algériens selon certains chercheurs algériens.

2.3.4. La spectroscopie infra–rouge

La spectroscopie infra–rouge est bien adaptée pour déterminer les principales fonctionnalités des bitumes et leur évolution dans le temps. Elle est principalement utilisée pour déceler la présence de constituants chimiques de nature très différente de celle des bitumes.

2.4. Propriétés thermo-physiques des bitumes

La densité: n’est pas très importante du point de vue performance. Elle est utile dans les calculs des formulations. Elle est mesurée à l’aide d’un pycnomètre entre 15 et 25°C. Elle vaut généralement entre 1,0 et 1,10 et dépend du grade et de l’origine du brut. Elle décroît sensiblement quand la température augmente.

Les propriétés thermiques sont très importantes sur le plan du comportement et

performance. Le bitume a une chaleur spécifique relativement faible, dans l’ordre de 2,0 kJ / kg °C à 25°C (celle de l’eau est de 4,18kJ / kg °C), qui croît faiblement quand la température augmente (1,7 à 0°C et 2,15 à 200 °C). Le bitume ne requiert donc pour augmenter sa température qu’une quantité d’énergie modérée. La quantité nécessaire par °C décrit légèrement quand la température augmente de 0 à 70°C.

Le bitume a en revanche une faible conductibilité thermique (0,163 W/m °C à 20°C) et de

ce fait nécessite de grande surface de chauffe pour les manipulations et l’enrobage (on peut dire qu’il est relativement isolant). Il possède enfin un coefficient de dilatation volumique relativement faible (de l’ordre de 0,00066 /°C) [BP09]. Lors de l’enrobage et de la mise en

21

œuvre à très haute température, le bitume subit une légère perte de masse liée au départ d’éléments volatils, ce qui explique en partie le vieillissement du bitume.

3 - METHODES DE MESURE DES PROPRIETES RHEOLOGIQUES

3.1. Les différentes familles d’essais

Les essais rhéologiques sont effectués pour caractériser la consistance, ils ont pour but de déterminer la température de fragilité Fraass, les pénétrations à diverses températures, l’indice de pénétrabilité qui en dérive et la détermination de la TBA (température de ramollissement bille-anneau).

On peut aussi effectuer des essais mécaniques qui permettent de mesurer des grandeurs

physiques définies (module, complaisance, viscosité…). On peut distinguer :

* Des essais comportant un échelon de sollicitation créé instantanément : - l’essai de relaxation, à déformation constante, - l’essai de fluage, à contrainte constante, et sa recouvrance. Le fluage comporte une partie dynamique ou fluage primaire, une partie quasi-statique où l’écoulement est stationnaire ou fluage secondaire, et une partie qui précède la rupture ou fluage tertiaire [RAM90];

* Des essais à sollicitations périodiques, la déformation sinusoïdale étant la sollicitation la plus simple et la plus utilisée, permettant la mesure du module complexe.

On rencontre aussi dans la pratique différents essais à vitesse de déformation imposée, des essais à vitesse d’élongation imposée, des essais à vitesse de chargement imposée, etc… Les sollicitations dans ces essais peuvent s’effectuer en traction, cisaillement, flexion ou torsion.

Pour les bitumes, on utilise principalement la traction (à froid) et le cisaillement (à chaud). Par contre pour les composites (enrobés), on pratique des essais de traction, de compression et de flexion.

3.2.- Les essais « technologiques »

Ces essais tendent à caractériser la consistance du liant et son évolution en fonction de la température. Du point de vue technologique, le passage de la zone élastique à la zone médiane peut être défini par la température de fragilité, celui de la zone médiane à la zone fluide par la température de ramollissement. Mais en réalité les limites des zones de comportement dépendent étroitement des conditions thermomécaniques des essais de caractérisation. La consistance dans la zone intermédiaire peut être caractérisée par la pénétration à diverses températures.

3.2.1.- Mesure de la fragilité

Le point de fragilité Fraass est la température pour laquelle un film mince de bitume rompt sous l’effet d’une flexion dans des conditions opératoires de fabrication et d’essais bien définies. C’est un indicateur permettant de caractériser la fragilité du bitume à basse température.

D'après les travaux de Van der Poel [BOU962], il s’agit d’une température d’isoconsistance correspondant à un module de 100 MPa pour un temps de charge de 11s et une pénétration de 1,25 dixième de millimètre.

22

Selon le rapport du groupement de laboratoires européens (rapport BitVaL) l’essai est discutable et à fidélité médiocre, mais il est le seul à l’heure actuelle à permettre de caractériser le maintien de l’élasticité du bitume lorsque la température baisse [BIT02].

Ramond et Such [RAM90] précisent que, par expérience, on sait que la zone critique où se présentent les phénomènes de fissuration correspond à des liants bitumineux dont:

- la pénétrabilité est inférieure à 20 1/10ème de mm; - la température de ramollissement est supérieure à 70°C ; - la température de fragilité Fraass est supérieure à 0°C.

3.2.2.- Mesure de la pénétration

La pénétration est la profondeur d’enfoncement d’une aiguille normalisée dans des conditions opératoires définies de température, de charge et de temps. Sa valeur à 25°C est souvent employée pour spécifier la qualité d'un bitume [ASTM25], [ASTM66]. Le bitume est plus mou lorsque la température est plus haute, et la pénétration plus forte. Pfeiffer [RAM90], a montré en 1936 l'existence d'une relation linéaire entre le logarithme de la pénétration et la température.

CATpen +=lg (1)

où A est la susceptibilité thermique. La valeur de A varie entre 0.015 à 0.06. On définit aussi l’indice de pénétrabilité IP :

AIP

IP50

10

20 =+−

ou encore A

AIP

501

50020

+−= (2)

Selon la susceptibilité à la température, l'indice de pénétrabilité IP va de –3.0 (bitumes très

susceptible) jusqu'à environ +7.0 (bitumes moins susceptible). A partir des mesures de pénétration à deux températures T1 et T2, les valeurs de A et IP

peuvent être calculées :

21

2lg1lg

TT

penpenA

−−= (3)

La pénétration fonction du temps – relation avec la viscosité Selon Saal [RAM90], le logarithme de la pénétration est une fonction linéaire du

logarithme du temps de charge.

CtBATpen ++= loglg (4) Où A, B, C sont des constantes, T: la température (°c), pen : la pénétration (1/10 mm).

23

Saal et Koens [RAM90], ont proposé une équation empirique reliant la viscosité η à la

pénétration. Après une légère rectification cette formule peut s'écrire comme suit :

Popen 16.2

101058.1 ×=η (5)

P0: pénétration de référence (1/10 mm).

Il est à noter que la pénétrabilité reste une propriété empirique. Cela est particulièrement

constaté lors des essais, le taux de cisaillement à proximité de l’aiguille de pénétration varie considérablement, la vitesse de déformation est non linéaire, confondant ainsi l’effet de l’effort et le taux de cisaillement [PET94].

3.2.3.- Mesure du point de ramollissement

La plus connue est le point de ramollissement de bille et anneau, réalisée dans des conditions opératoires de fabrication et d’essai bien définies. Selon Van der Poel [BOU962], il s’agit d’une température d’isoconsistance correspondant à un module de 0,01MPa pour un temps de charge de 0,4s et une pénétration de 800 dixièmes de millimètre. Autour de cette température, la viscosité du bitume peut varier d’une façon très importante.

Le point de ramollissement TBA des bitumes, peut être exprimé en terme de pénétration, à

la fois par extrapolation linéaire de lg pen en fonction de T, et par mesure directe à la température TBA.

TBAT

penA T

−−= 800lglg (6)

A: la susceptibilité thermique TBA: température de ramollissement de bille et anneau [°c]. Pour des températures supérieures à la TBA, la viscosité d'un bitume varie fortement avec

la température, comme l’exprime la relation de Williams, Landel et Ferry (WLF) [RAMO90]; qui a été utilisée avec succès pour toutes sortes de fluides :

( )

ref

ref

ref TTY

TTX

−+−−

=ηη

lg (7)

refη : viscosité de référence.

refT : température de référence.

Dans cette expression, les facteurs X et Y sont des constantes pour un liquide donné.

3.2.4.- Influence de la température sur les propriétés.

Le bitume a une très large et progressive plage de variation de la consistance avec la température. Cette variation caractérise la susceptibilité thermique.

24

La susceptibilité thermique est définie comme le changement de consistance, de la raideur ou de la viscosité d’un matériau en fonction de la température, elle est généralement quantifiée par les paramètres calculés à partir de mesures de cohérence (consistance) prises à deux températures différentes [PET94]. Les chaussées souples ou les liants bitumineux sont soumis à une large gamme de températures de service.

Bon nombre de problèmes observés sur les chaussée en résulte clairement de la grande dépendance Température-Variations- Consistance, la température de susceptibilité est souvent proposée comme moyen de caractérisation du bitume. En revanche, on rencontre des difficultés majeures dans l’analyse et l’interprétation de ce paramètre. Les propriétés rhéologiques du bitume sont fonctions du temps de chargement et de la température, la susceptibilité thermique est un paramètre basé sur des mesures à différentes températures, mais aussi sous les mêmes temps de chargement. En revanche, ce paramètre sera confondu avec le temps de chargement comme c’est le cas avec la TBA, la pénétrabilité,… les mesures sont combinées pour créer une température, un IP.

Idéalement, les paramètres rhéologiques utilisées devrait être parfaitement distincts et l’effet de la température doit être largement indépendant du temps et des plages thermiques sur lesquelles ils sont calculés.

• Abaques de rigidité

Ces abaques ont été utilisés pour estimer la raideur du bitume sans accès directe aux mesures de laboratoire. Ils sont déduits à partir des données des essais classiques sur bitume.

L’IP a été initialement développé par Pfeiffer et Van Doormaal [PFE36] et fut plus tard utilisée par Van der Poel [POE54], qui a réalisé des essais au fluage dynamique sur des mélanges denses bien compactés pour l’élaboration d’un monogramme de prédiction de la rigidité. Il a indiqué que la rigidité de l’asphalte et la concentration en volume des fines dans les agrégats. Sur la base des résultats de ce test, il a développé un abaque dont on peut raisonnablement estimer la raideur du bitume à température ambiante, ainsi que le point de ramollissement et l’IP, si le chargement est lent.

Heukelom et Klomp [HEU64] ont modifié ce nomogramme par l’inclusion des mesures de pénétration à trois températures pour corriger l’IP.

Le diagramme d'Heukelom représente la variation de la consistance en fonction de la température. On y reporte [RAM90]: - la température de fragilité Fraass Fr (pour P= 1,2 dixième de millimètre), - les pénétrations P, - la TBA (pour P = 800 dixièmes de millimètre), - les mesures de viscosité aux températures élevées, consistance. La pente, la variation de pente et cassures éventuelles donnent des informations très importantes sur la structure et le comportement du liant. - la consistance.

McLeod [LEO76] ensuite a adapté la méthode d’Heukelom en proposant la notion de

PVN (Pen-Vis Number), qui est un autre paramètre de sensibilité à la température, au lieu de l’IP. Ce paramètre est basé sur la pénétration à 25°C et la viscosité à 135°C ou à 60°C, qui sont habituellement des données requises. Le PVN est déterminé à partir de la formule suivante :

25

)5,1(−−−=ML

LXPVN (8)

D’où

X : le logarithme de la viscosité en centistokes mesurée à 135°C L : le logarithme de la viscosité à 135°C pour un PVN de 0,0 L : le logarithme de la viscosité à 135°C pour un PVN de -1,5

Les valeurs de L et M peuvent être lu à partir d’un graphique développé par McLeod qui

donne la pénétration à 25°C vis-à-vis la viscosité à 135°C pour deux bitumes typiques. Ce graphique contient deux lignes avec les valeurs PVN allant de 0,0 à -1,5. Plus la valeur de PVN est grande, plus sa sensibilité à la température augmente. La plupart des bitumes ont un PVN entre 0,5 et -2,0.

Une différence notable est enregistrée entre l’IP et le PVN, l’IP change au cours du vieillissement, mais le PVN reste relativement constant.

Ces méthodes indirectes de détermination de la raideur ont leurs limites, mais peuvent etre utilisées avec prudence pour des estimations préliminaires.

Ces chercheurs ont eux aussi reconnu la confusion entre les effets du temps et de la température qui est indispensable dans le calcul de l’IP, mais ils ont constaté que, dans la plus part des cas, la dépendance au temps ou au type rhéologique du liant [PFE94].

A des températures plus de 80°C, le bitume se présente sous la forme d’un liquide newtonien peu visqueux. Il devient solide vitreux élastique et fragile à température négative, en passant par des états intermédiaires qui appartiennent au domaine dit viscoélastique (linéaire et non linéaire).

Donc la consistance peut être caractérisée par différentes caractéristiques et grandeurs mécaniques. Elles sont fonction des deux paramètres physiques qui sont la température et le temps d’application des charges [COR041].

Les choses peuvent être encore plus compliquées avec l’IP si on prend en considération la dépendance du phénomène de vieillissement au changement de la température. En revanche, la notion du PVN, qui demeure inchangé avec l’âge, semble être invalide avec ce type de liant. On constate que l’effet du temps et le comportement rhéologique est dominant. Selon Anderson et al. [AND91], l’évaluation traditionnelle des paramètres de sensibilité à la température pour la caractérisation des liants est rejetée.

Les abaques développés par différents chercheurs proposent un moyen de calcul de la raideur à différentes températures. Ces abaques fournis des estimations raisonnables de la rigidité de l'asphalte à des températures supérieures à la température ambiante; cependant, ces estimations fournies donnent des erreurs considérables à des températures plus basses. Compte tenu de la faible fiabilité de ces abaques et leur incertaine applicabilité aux différents types de liants (modifiés, vieillis, recyclés,…), des mesures plus directes de la rigidité sont indispensables.

La susceptibilité cinétique ou dynamique est liée aux variations de ces propriétés dans le temps sous chargement mécanique (mouvement des véhicules). Dans la pratique les durées d’application de ces charges varient de quelques fractions de seconde à plusieurs heures.

26

Cette grande susceptibilité (thermique et cinétique) du bitume influence directement le comportement à long terme et la résistance du matériau enrobé.

Bien que la quantité de liant bitumineux dans le mélange soit faible par rapport aux composants minéraux, il apporte au mélange la susceptibilité thermique et la susceptibilité cinétique. La susceptibilité thermique et cinétique du mélange bitumineux se traduisent sous forme d’un changement de ses propriétés´es m´mécaniques: le module de rigidité, la r´résistance aux d´déformations permanentes,... en fonction de la température et du temps d’application des charges.

Des essais de lois de chargement sinusoïdale dans le domaine fréquentiel ou monotone, mettent en évidence les variations du module de rigidité |E*|(module du module complexe, paragraphe 3.3.3) des matériaux bitumineux suivant les température et les fréquences de chargement, paramètres qui influencent le plus la valeur du module de rigidité, plus la température et/ou la durée de sollicitation sont élevées plus le module de rigidité est faible.

L’angle de phase φ, paramètre caractérisant le déphasage entre le chargement fréquentiel

et la déformation, varie également avec la température. Il augmente avec la température jusqu’à une valeur de température palier puis diminue au-delà. Cela peut être expliqué par le fait qu’au-delà d’une certaine température, le bitume devient suffisamment fluide pour ne plus intervenir dans la rigidité du mélange, il joue le rôle de lubrifiant entre des grains minéraux et le comportement tend vers celui d’un matériau granulaire non lié [COR05].

Le module de rigidité du mélange est influencé également par les paramètres de composition. La teneur en liant influence la compacité du mélange, son augmentation conduit à une augmentation du module de rigidité du mélange jusqu’`a une valeur optimale et au-delà de cette limite, le module diminue [MOU91]. L’augmentation du volume relatif de granulats donne un module de rigidité plus ´élevé [JAC96]. Il est également observé que la diminution de la teneur en vides va améliorer le mélange avec une rigidité plus ´élevée et une susceptibilité thermique plus faible [SOL76], [MOU92].

La relation entre le module de rigidité des mélanges bitumineux |E*| et les propriétés du

liant, en particulier le module de rigidité du bitume Ebit, est pertinente. Jackson [JAC96] donne une évaluation de |E*| à partir de Ebit dans la zone où ce module est relativement élevé. A une température et une fréquence donnée, plus le bitume est dur et plus le module de rigidité du mélange est élevé [FRA77], [ROC94]. E* en fonction de Ebit pour différents mélanges [JAC96].

La résistance des matériaux bitumineux à l’orniérage dépend également de la température. Aux basses températures, le bitume est rigide, la résistance de cohésion des éléments est alors élevée, le mastic contribue à rigidifier le mélange, et la résistance du mélange est élevée. A température élevée, le bitume devient plus visqueux (Figures I. 06 et I. 07), la force de cohésion est alors affaiblie, la résistance à la déformabilité du squelette granulaire ainsi que du mastic est diminuée, le mélange devient beaucoup plus déformable. A températures faible on constate une rigidification des matériaux bitumineux.

27

Fig. I. 06 : Comportement en compression simple, selon la température [YAN97]

Fig. I. 07: Comportement en traction simple, selon la température [YAN97]

Selon les essais réalisés par Erkens sur des enrobes bitumineux, le niveau de déformation permanente est également sensible aux durées d’application des charges. Les essais de

compression simple à différentes vitesses de chargement, Fig. I. 08, montrent que plus la vitesse est faible, plus le niveau de déformation atteint est élevé [ERK98].

28

Fig. I. 08 : Essais de compression simple à différentes vitesses [ERK98]

3.3.- Essais mécaniques

Les propriétés peu courantes du bitume et la complexité de sa composition ont d'abord conduit à introduire des essais empiriques destinés à repérer les différentes variétés obtenues, mais l'importance et la multiplicité des applications qui en sont faites ont ensuite amené producteurs et utilisateurs à l'étudier plus complètement.

Les moyens modernes d'investigation ont permis d'analyser l'influence de la composition sur les propriétés physiques et de s'orienter ainsi vers des qualités répondant mieux aux besoins des utilisateurs. L'étude des propriétés viscoélastiques a permis de comprendre la signification d'essais empiriques utilisés jusqu'alors et de les relier à des notions fondamentales. Elle a également permis de caractériser du comportement mécanique des bitumes au même titre que celui des autres matériaux de construction, tels que le béton ou les métaux.

Le bitume pur est considéré comme matériau continu isotrope. Selon les hypothèses de la viscoélasticité linéaire les caractéristiques mécaniques restent indépendantes du niveau de sollicitation. Les variables contrôlées sont la température, le temps et les niveaux de contraintes ou de déformation

On distingue les essais selon la manière dont les sollicitations sont appliquées en fonction

du temps : - Essais sous charge ou déformation constante (fluage-relaxation) ; - Essais à vitesse de chargement ou déformation imposée ;

29

- Essais à chargement sinusoïdal (module complexe). Les types de géométrie d’échantillon sont différents et donc permettre l’étude de plusieurs

modes de sollicitation.

TYPES DE SOLLICITATION Charge

constante Déplacement

constant Vitesse de

déformation constante

Chargement sinusoïdal

Fluage Viscosité

Relaxation Viscosité Module complexe

Flexion

x

Traction Compression

x

x

x

Cisaillement

x

x

x

x

Torsion

x

x

Tableau I.02 : - Types et modes de sollicitation pour l’étude des bitumes

3.3.1.- Essais à vitesse imposée

Ils se subdivisent en [WHO80]: - essais à vitesse de déformation imposée : c’est le cas de la plupart des viscosimètres cône-plateau ou cylindre-cylindre. Ils s’effectuent le plus souvent, pour les bitumes, aux températures ambiantes avec des géométries cône-plateau; - essais à vitesse d’allongement imposée : c’est le cas des presses de traction ou des ductilomètres.

L’essai de traction directe s’effectue sur des presses uniaxiales. Les éprouvettes en forme de I sont soit coulées dans des moules aux formes prédéterminées, soit découpées à partir de films d’épaisseur donnée. Cette dernière est imposée lorsque les échantillons sont des mélanges macroscopiquement hétérogènes.

Le DTT avait été originalement introduit en 1992 dans le cadre du système d'origine de

spécification SuperPave concernant les liants, il est utilisé pour mesurer les propriétés du liant bitumineux lors de la rupture en traction à basse température. Après plusieurs modifications, un nouvel essai DTT de Superpave a été introduit en 1995. Ce système améliorer utilise un fluide pour le contrôle de la température et a été procurer de donner des résultats plus précis [DON97].

30

Lors de l'essai DTT on applique une charge de traction uniaxiale à l'échantillon dans une enceinte à environnement contrôlé, ce qui simule le chargement.

Dans cet essai, l’échantillon est placé dans l’environnement d’un fluide, maintenu à la température désirée et tiré en traction jusqu'à la rupture. Le système de Spécification SuperPave est conçu pour déterminer l’allongement à la rupture afin de s'assurer qu'elle est au environ de 1% à 10%, où la zone de transition fragile/ductile peut être définie.

La rupture est définie, dans le cahier des charges SuperPave sur les liants, comme le point

de la courbe de traction lorsque la l’effort atteint son maximum (Fig. I. 09). Elle peut se produire lorsque l’échantillon se fissure comme dans la courbe B, ou

l’éprouvette continue à s’étirer après avoir passer par le maximum comme dans les courbes C et D. Ces spécifications sur les liants routiers indiquent que l’allongement minimale à la rupture doit être supérieure à 1%, donc, la courbe A sera moins importante conformément à la spécification [AND94].

Fig. I. 09 : Différents types de courbe lors d’un essai DTT, selon Imad Al-Qadi [QAD08]

Ces essais ne peuvent se réaliser que dans le domaine de températures où le liant possède encore une cohésion suffisante. Pour les températures comprises entre –10 et +10°C, des essais de traction classiques peuvent être réalisés sur des éprouvettes semblables à celles déjà citées. L’essai est conduit à une vitesse imposée de 100 ou 1 mm/mn jusqu’à la rupture. Cependant, on est capable de déterminer certains paramètres utiles. Les courbes effort-allongement sont conventionnellement exploitées en termes de cohésion et d’énergie de cohésion (Norme AFNOR). En règle générale, ces valeurs d’énergie conventionnelles permettent de distinguer les bitumes purs des mélanges physiques de bitume et de polymère en concentration suffisamment élevée.

31

L’essai de rupture à basse température (SHRP) est réalisé à 1mm/mn, pour des taux de déformation allant de quelques 10-3 à des valeurs maximales de 4 à 5.10-2. Ce type d’essai a été développé pour caractériser le comportement à basse température en traction des liants bitumineux, mais les résultats restent dispersés et n’ont pas encore été bien corrélés avec le comportement sur route en régions très froides [COR041].

Contrainte (MPa)

3.5

3.0

2.0

1.0

0 20 40 60 80 100 Temps (s)

Fig. I. 10 :- Courbe de traction SHRP d’un bitume 50/70 à deux températures θθθθ

Plus les températures sont basses, elles conduisent à des ruptures fragiles. Quand elles sont élevées, la ductilité du liant augmente et engendrent des ruptures ductiles [MAI05].

3.3.2.- Essai à charge imposée

Il s’agit principalement des essais de fluage et de relaxation: [DER83], [SUC86], [SUC54].

• Essai de fluage

On peut utiliser des sandwichs, pour mesurer le fluage sur les bitumes entre:

* deux disques plats; * un cône et un plateau; * deux cylindres coaxiaux; - tournant l’un dans l’autre; - coulissant l’un dans l’autre; * deux lames parallèles, etc.

Une contrainte σ est engendrée par une charge connue. Le déplacement mesuré à l’aide d’un capteur permet de calculer la déformation ( )Tt,ε et l’on a :

( ) ( )TtJTt ,, 0σε =

θ élevée

θ basse

32

Où J(t, T) est la complaisance en fluage.

Les résultats peuvent être représentés, pour une température donnée, par une courbe de fluage (fig. I.11).

Fig. I. 11- Essai de fluage, comportement à déformation imposée

L’essai de fluage en cisaillement est pratiqué souvent par des rhéomètres plan-plan (disques), deux cylindres coaxiaux ou cône-plateau. Dans le domaine des températures moyennes (25 à 60°C), on peut également utiliser un disque de bitume entre deux plans, la régularité de l’épaisseur est appréciée.

Le fluage est un autre phénomène qui exprime les propriétés visqueuses des matériaux

bitumineux [HIL73], [LOO74]. Les essais de fluage statique avec ou sans confinement mettent en évidence des déformations qui évoluent avec la durée d’application d’une charge constante (Fig. I. 12).

Déformation

Contrainte

ε0

σ0

Temps

Temps

t0

t0

33

Fig. I. 12 : Essais de fluage statique [SOU94]

• Essai de relaxation On impose une déformation ε0 et on détermine à chaque instant la contrainte σ(t, T), qui

en résulte. En viscoélasticité linéaire le module de relaxation est donné par la relation : σ(t, T)= ε0 R(t, T) (9)

Sur les bitumes ces essais sont pratiqués après une rampe de déformation (croissance rapide imposée). Les courbes expérimentales de variation de la contrainte en fonction du temps présentent rarement la forme attendue d’exponentielle décroissante qui correspondrait au comportement newtonien [COR041].

Fig. I. 13- Essai de relaxation, comportement à déformation imposée

ε0

σ0

Temps

Déformation

Contrainte

t0

Temps t0

34

3.3.3.- Essai de module complexe Le module complexe peut se mesurer sur les bitumes [RAM85], [SUC54]: - à basse température, en traction-compression sur des éprouvettes cylindriques. Le

module identifié en traction-compression est symbolisé par E ; - à plus haute température, en cisaillement annulaire (cylindres coaxiaux coulissant l’un

dans l’autre). On a alors le module de cisaillement symbolisé par G. Pour les matériaux homogènes et isotropes [LAR961], [TEU00], sachant que E est le

module d’Young, G le module de cisaillement et ν le coefficient de Poisson : On a E= 2(1+ν)G,

E= 3G avec ν= ½ (10)

L'essai est réalisé en appliquant un déplacement ou une force qui varie dans le temps selon

une fonction sinusoïdale. On impose la fréquence et l’intensité (déformation ou contrainte maximale). La majorité des essais s’effectuent à déformation imposée.

Les résultats peuvent être représentés soit par les isothermes des parties réelles du module

G1 (f) et imaginaire G2 (f) en fonction de la fréquence, soit par celle de la norme G (f) et de l’argument φ (f). Par ailleurs, le fait d’avoir, pour chaque couple fréquence-température, deux valeurs (partie réelle et partie imaginaire ou norme et argument) permet, par élimination de la fréquence et de la température, de tracer des représentations spécifiques au module complexe comme :

La représentation Cole-Cole:

)),((),( 12 TfGgTfG = (11) La représentation de Black:

)),((lg),( TfGhTf =φ (12) L'avantage de ces représentations est de résumer les propriétés rhéologiques sur une seule

courbe. Selon l'étude effectuée sur des bitumes Algériens de classes 80/100 et 40/50, à l’aide d’un

viscoanalyseur de type METRAVIB, pour des fréquences de 7.8 à 250 Hz, en traction- compression à basses températures (–20°C à 25°C) et en cisaillement annulaire (cylindres

35

φ 90 45 0 Norme du module (Pa) 1000 106 109

Fig. I. 14- Espaces de Black de deux liants Algérien 40/50 et 80/100 [LAR961

1/J” (Pa) 106 105 104 103 40 50 60 70 Température (°c)

Fig. I. 15- Complaisances complexes à 7.8 Hz de certains liants Algériens [LAR961].

coaxiaux) à hautes températures (25°C à 70°C), aucun bitume n’a resté encore consistant à plus de 50°C, ce qui confirme déjà la grande fragilité des bitumes étudiés [LAR961]. La plage de température permettant de recouper les résultats des deux essais varie selon la consistance du bitume testé.

Plus le temps de relaxation est large, moins l'angle varie en fonction de la norme du module. La forme de la courbe dans l'espace de Black dans les conditions opératoires adoptées est liée à la structure du bitume [LAR961].

A basse température et haute fréquence, dans la zone élastique du comportement, la valeur limite généralement admise dans la littérature concernant les modules des bitumes tend vers un maximum de l'ordre de 3.0 GPa, comme représentant de la rigidité maximale des bitumes [TEU00].

40/50 80/100

40/50 80/100

36

Fig. I. 18: Inverse de la complaisance de perte 1/J"[Pa]

Fig. I. 16: Norme du module

Fig. I. 17: Angle de phase

Dans une étude sur les enrobés bitumineux [IDD00], Il est confirmé que les enrobés algériens à base de bitume plus dur ont donnés des modules plus élevés.

Dans une autre étude menée au LCPC

par Ramond et Laradi, le module du liant 40/50 tel quel est de l’ordre de 5,5.106 Pa pour un angle de phase de 45° environ. Les exigences des avis techniques sont donc satisfaites et on ne devrait pas observer de fissuration par retrait empêché à basse température, sous réserve, toutefois, d’une faible évolution ultérieure par vieillissement en place [RAM00].

Le liant 40/50 répond aux exigences

des avis techniques à basse et à hautes températures, mais l’évolution à l’enrobage est forte ; aux températures de service élevées, l’influence du sinus de l’angle de phase est faible et doncG(f) est un bon estimateur deG(f)/sin φ(f). DoncG(f) est un bon estimateur deG(f)/sin φ(f). Les valeurs seuils, traduisant les grandeurs limitant les performances exigées par les avis techniques sont atteintes respectivement pour 72,3 °C pour le liant tel quel et 70 °C dans le cas du bitume testé après l’essai RTFOT.

Sur le plan pratique, ils ont vu que les

conséquences des caractéristiques mesurées sur ce liant sont à examiner sur trois plans, classés dans un ordre d’importance décroissante, compte-tenu de l’ensemble du climat algérien :

La déformation permanente, la fissuration par fatigue thermique, la fissuration à

basse température.

Isochrone de la norme du module, de l’angle de phase et de l’inverse de la complaisance de perte à 7,8Hz d’un bitume algérien 40/50 tel quel et après évolution simulée ou réelle Selon Ramond et Laradi [RAM00]

37

3.3.4.- Mesure de la viscosité

Dans une expérience « rhéologique », en sollicitation pure, la viscosité η est définie, par la relation suivante [TEU00]:

η = σ / (dε /dt) (13)

Qui devient en cisaillement :

η = τ / (dγ /dt) (14) On peut calculer la viscosité à partir d’un essai de fluage, d’un essai à vitesse imposée, ou

d’une mesure de module complexe. Concernant les bitumes, on ne mesure la viscosité que dans un domaine de température où il est malaisé ou impossible d’effectuer des mesures de pénétration (nous avons vu plus haut que les mesures de pénétration fournissent une information que l’on peut corréler à la viscosité).

La viscosité est en particulier une propriété intéressante à 60°C pour estimer la

consistance des liants aux températures de service élevées, pour lesquelles la structure des bitumes peut évoluer de façon importante en fonction de la température, des contraintes mécaniques et du temps, l’influence de l’hystérésis thermique peut être considérable. Les variations de structures conduisant à de fortes fluctuations de viscosités révèlent des profondes modifications de l’état colloïdal du liant.

• Déformation visqueuse du liant bitumineux Il est nécessaire de rappeler que le liant bitumineux possède un comportement qui est

thermiquement et cinétiquement susceptible. Sous une température élevée et/ou une longue durée d’application de charge, le liant bitumineux réagit asymptotiquement comme un fluide visqueux.

C’est avant tout dans ces propriétés visqueuses du liant bitumineux que réside l’origine physique des déformations permanentes des matériaux bitumineux. Une fois suffisamment fluidifié, le liant agit comme un agent de lubrification plutôt que de cohésion entre les agrégats, et ceci permet au squelette granulaire de se déformer plastiquement.

Ce phénomène est vérifié en observant le comportement d’autres matériaux granulaires, comme les bétons hydrauliques, les roches ou les bétons bitumineux eux-mêmes à basses températures dont la relation entre les agrégats du squelette granulaire est de type rigide et ne se déforme pas facilement [NGU06], [COR05].

Ceci explique la relation importante entre la viscosité du liant et le niveau de déformations permanentes des matériaux. Pour cette raison, l’orniérage des couches bitumineuses est

souvent appelée par la profession ”orniérage par fluage”. Mais il est nécessaire de noter que cette terminologie n’est ici justifiée que dans la mesure où l’on tient compte de l’hétérogénéité des mélanges bitumineux et que l’on n’utilise le terme que pour qualifier le comportement du liant [NGU06], [COR05].

38

3.3.5.- Présentation des résultats : isothermes et isochrones

Diverses méthodes d'essai sont utilisées actuellement [RAM85]. Elles diffèrent par le type de chargement, la direction de chargement, et le mode de chargement. Un grand effort a été fourni pour établir la liaison entre ces mesures (temps/fréquence, température de référence), ce qui a été rendu possible par l'utilisation du principe de superposition de la temps-température, qui est applicable aux matériaux thermorhéologiquement simples.

La disponibilité de telles mesures rhéologiques permet de décrire le comportement

viscoélastique linéaire dans une gamme étendue de temps/fréquences, ce qui peut être utilisé pour développer les représentations mathématiques d'un tel comportement en utilisant différentes techniques de modélisation. A partir des couples température-temps de charge t (ou fréquenceƒ), on trace les isothermes et les isochrones des fonctions:

- J pour le fluage, - G1, G2, G*, et |G| pour le module complexe.

4- LES MODELES DE COMPORTEMENT 4.1.- Les familles de modèles

Deux techniques principales de modélisation sont employées pour exploiter les données rhéologiques rassemblées. La première technique est phénoménologique (c.-à-d., empirique) : une formulation mathématique est choisie a priori, puis elle est adaptée aux données et les valeurs des paramètres du modèle sont identifiées par des techniques convenables statistiques. La deuxième technique est « mécanique » et repose sur des modèles rhéologiques, dans la mesure où une combinaison de composants mécaniques (a priori un ensemble de ressorts et d’amortisseurs) est employée pour décrire respectivement les aspects élastiques et visqueux du comportement du matériau. Les modèles mécaniques ont des avantages considérables par rapport aux modèles empiriques :

• ils peuvent être aisément mis en application dans des techniques d'analyse numérique, • ils sont amendables aux solutions de forme analytique précise, puisque les équations régissant leur déformation sont aisément différenciées et intégrées, • leurs constantes mécaniques (c.-à-d., des ressorts et des amortisseurs) reflètent les comportements qui peuvent être facilement visualisés en termes de technologie (élasticité linéaire, viscosité newtonienne, plasticité,…). En pratique les bitumes peuvent être assimilés: - à haute température (T >70 °C), à des liquides généralement newtoniens, fluides de

viscosité plus ou moins élevée. - à moyenne température (conditions usuelles de service), à des liquides ou des solides

viscoélastiques plus ou moins complexes selon le type de bitume, - à très basses températures, à des solides élastiques fragiles.

De nombreux auteurs ont proposé des modèles phénoménologiques ou mécaniques pour

les polymères ou les matériaux bitumineux, tels que: Laradi [LAR90], Christensen-Anderson [CHRI92], Neifar [NEI97], Huet-Sayegh [ROC96], Shenoy [SHE99], Heck [HEC01], Olard [OLA03]. Les deux modèles de base souvent utilisés pour former des modèles plus compliqués et plus précis sont le modèle de Maxwell et le modèle de Kelvin Voigt (Fig. I. 19):

39

Fig. I. 19: (a) Modèle de Maxwell, (b) Modèle de Kelvin, (c) Modèle de Burger, (d) Modèle de Kelvin généralisé (e) Modèle de Maxwell généralisé.

Selon les saisons et même durant la journée, le liant peut avoir plusieurs valeurs de consistance aux différentes plages de température et selon les conditions climatiques spécifiques à chaque région en passant par des états intermédiaires qui appartiennent au domaine dit viscoélastique. On dispose d’une palette d’essais pertinents pour apprécier les propriétés significatives correspondantes [COR041]:

40

Phénomène

Fissuration Fragilité

Fatigue thermique

et mécanique

Orniérage Fabrication et Mise en œuvre

Marge de température (°C)

Basse -20

Moyenne +20

Elevée +60

Très élevée 130 à 180

Essais « technologiques »

Fraass - BBR

Pénétra