Fabrication du bitume

Fabrication du bitume

Distillation atmosphérique

La distillation atmosphérique permet de séparer les fractions légères du pétrol des fractions lourdes. Ce mode de raffinage consiste à chauffer en continu par passage dans un four, le brut préalablement décanté et dessalé. Ce brut, porté à une température voisine de 340 °C, est envoyé dans une colonne de fractionnement maintenue à la pression atmosphérique. Le produit récupéré en fond de tour est le brut réduit.

Distillation sous –vide

A ce stade, le brut réduit provenant de la distillation atmosphérique est, après réchauffage aux alentours de 400 °C, envoyé dans une colonne où règne une pression réduite à quelques dizaines d’hecto Pascal. La distillation sous – vide permet d’ obtenir directement des bitumes de classes différentes

Désasphaltage au solvant et le soufflage 

Le désasphaltage au solvant 

Le désasphaltage au solvant est le plus souvent pratiqué sur le fond de distillation sous – vide, dont il est difficile de séparer complètement les fractions lubrifiantes dans les conditions normales d’utilisation des colonnes sous – vide opérant sur des bruts peu denses.

Le soufflage 

Le soufflage consiste à oxyder les résidus sous vide par soufflage d’air chaud à 250 °C.

STRUCTURES DES BITUMES 

Composition chimique 

Les bitumes routiers sont essentiellement obtenus par distillation sous vide du pétrole et sont ainsi des mélanges complexes d´hydrocarbures différents par leur masse, leur degré d´aromaticité et le nombre ainsi que la nature de leurs groupements polaires. La composition élémentaire d’un bitume dépend d’ une part, de l’origine de son brut et d’ autre part des techniques de raffinage. L´analyse élémentaire d´un bitume met en évidence les éléments ci dessous :

● des atomes de carbone (typiquement massique) ;
● des atomes d’Hydrogène ;
● des hétéroatomes tels que le soufre, l’azote et l’oxygène et des traces de métaux tels que le vanadium ou le nickel sont présentes.

Les éléments chimiques sont arrangés en molécules complexes différant par leur masse molaire qui varie typiquement entre 400 et 4000 g/mol. Généralement, ces molécules sont séparées par leur caractère plutôt aliphatique ou aromatique, et la présence de groupements polaires.

Caractérisation chimique du bitume

La diversité et le grand nombre de molécules présentes dans les bitumes rendent la détermination exacte de leur composition délicate à déterminer. Aussi, pour décrire globalement les divers constituants des bitumes, une approche «réductionniste » fondée sur lacaractérisation chimique des « fractions » de bitumes a été développée. La stratégie consiste à séparer (extraction par des solvants, séparations chromatographiques,…) les constituants du bitume en « fractions » plus ou moins irréductibles, puis à les étudier séparément pour ensuite remonter aux propriétés observées. En suivant ce concept de fractionnement, le bitume est constitué d’ une part une fraction distillable appelée maltènes ; qui a l’aspect d’une huile visqueuses de couleur foncé et d’autre part, une fraction non distillable appelée asphaltènes qui est constituée par des corps de poids moléculaire très élevé se présentant sous la forme d’une substance solide et noirâtre.

A l’aide de solvants (n-heptane,toluène,toluène/méthanol), le maltène peut être séparé en trois fractions appartenant principalement à trois familles : résines, huiles aromatiques et huiles saturées. Il représente 70 à 100% du bitume et ont une masse moléculaire d’environ 300 à 1500.

a) Huiles saturées
D´une manière simplifiée, les saturés ont de faibles masses molaires, autour de 600 g/mol et comportent un faible pourcentage d´alcanes linéaires pouvant cristalliser, qui se rapprochent des cires ou paraffines et généralement appelés « fractions cristallisables ». Ces fractions dépassent rarement les 5 % massiques du bitume.

b) Huiles aromatiques
Les aromatiques sont les fractions présentes en majorité (environ 60 %) et sont notamment les espèces impliquées dans la transition vitreuse du bitume, en conjonction avec les saturés non-cristallisés. Leur vitrification se produit ainsi pour des températures de l´ordre de –50 à –10ºC, suivant la nature du brut, ce qui correspond aux températures de transition vitreuse des bitumes. Leur masse moyenne est généralement autour de 800 g/mol et ils sont peu différents d´une huile minérale de forte viscosité.

c) Résines
Les résines, parfois appelées aromatiques polaires, sont peu nombreuses, mais ont un rôle essentiel vis-à-vis de la stabilité colloïdale du bitume. Elles se rapprochent des asphaltènes et en diffèrent surtout par leur plus faible masse, proche de 1100 g/mol [4]. Elles ont un rôle tensioactif qui permet de stabiliser la dispersion d´asphaltène dans la matrice maltène.

d) Asphaltènes
Les asphaltènes représentent généralement moins de 20 % d´un bitume routier de distillation directe. Ils contribuent largement à la couleur noire du bitume. Leur masse molaire est estimée à 800-4000 g/mol. Leur composition élémentaire est stable d´un bitume à l´autre et ils contiennent l´essentiel des métaux de transition du bitume (jusqu´à quelques dixièmes de % de Ni, Va, Fe,…).

Selon Witherspoon et Winniford, la masse moléculaire moyenne serait entre 10³ et 10⁴ et représentent 10 à 30% de bitume.

Structure colloïdale du bitume

Le bitume possède une structure essentiellement biphasique où les asphaltènes sont dispersés dans une matrice maltène. La présence de ces asphaltènes dans la matrice maltène confère au bitume des propriétés caractéristiques de l’état colloïdal. Dans les bitumes routiers, les asphaltènes ne sont pas solubles dans les huiles mais la présence des résines dont la masse moléculaire et surtout la structure chimique sont intermédiaires à celles des huiles et des asphaltènes permet d’entourer ces derniers d’une enveloppe protectrice qui les conduit à rester en suspension dans la phase maltène.

Gaestel et COLL.[7] considèrent trois principaux constituants du bitume:
●  les asphaltènes ;
●  l’huile à tendance paraffénique et naphténique ;
●  le peptisant à caractère aromatique.

Table des matières

INTRODUCTION
ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE I : BITUME
I-1 Définition
I-2 Fabrication du bitume
I-2-1 Distillation atmosphérique
I-2-2 Distillation sous –vide
I-2-3 Désasphaltage au solvant et le soufflage
I-3 STRUCTURES DES BITUMES
I-3-1 Composition chimique
I-3-2 Caractérisation chimique du bitume
I-4 Structure colloïdale du bitume
I-5 Principaux types de bitumes utilisés couramment
I-5-1 Bitume fluidifié
I-5-2 Bitume fluxée
I-5-3 Bitume modifié
I-5-4 Emulsion de bitume
I-6 Caractéristiques des bitumes routiers
I-6-1 Mesure de pénétrabilité (NF EN 1426)
I-6-2 Température de ramollissement bille et Anneau TBA (NF EN 1427)
I-6-3 Perte de masse au chauffage (NF T 66-011)
I-7 Classification des bitumes selon la pénétrabilité et TBA
I-8 Rhéologie
I-8-1 Propriétés mécaniques des bitumes
I-8-2 Rigidité du bitume
I-8-3 Comportement mécanique du bitume
CHAPITRE II : POLYMERES ET BITUME MODIFIES
II-1 Polymères
II-1-1 Définition
II-1-2 Différents types de polymères utilisés pour la modification des bitumes
II-2 Bitumes modifiés
II-2-1 Dénomination des bitumes modifiés
II-2-2 Compatibilité bitume-polymère
II-2-3 Mécanisme de la modification
II-3 Aperçu sur la poudrette de caoutchouc
II-3-1 Définition pneu
II-3-2 Constitution du pneu
II-4 Valorisation des pneus usagés
II-5 Caractérisation des poudrettes de caoutchoucs
Chapitre III : Enrobé
III-1 Définition
III-1-1 Granulats
III-2 Enrobé à chaud
III-2-1 Formulation de l’enrobé à chaud
III-3 Essai d’adhésivité passive
III – 4 Caractéristiques des enrobés
III-4-1 Essai Marshall
III-4-2 Essai Duriez
III-5 Utilisation des enrobés
III-5-1 Enrobé pour la couche d’assise
III-5- 2 Enrobé pour la couche de roulement
Chapitre IV : CARACTERISATION DE LA POUDRETTE DE CAOUTCHOUC
IV-1 Obtention de la poudrette de caoutchouc
IV-2 Essai granulométrique du caoutchouc
IV-2-1 But
IV-2-2 Principe
IV-2-3 Appareillage
IV-2-3 Mode opératoire
IV-2-4 Résultats
IV-3 Masse volumique apparente
IV-3-1 But
IV-3-2 Principe
IV-3-3 Appareillage
IV-3-4 Mode opératoire
IV-3-5 Résultat
CHAPITRE V : CARACTERISATION DES BITUMES
V-1 Pénétrabilité à l’aiguille
V-1-1 But
V-1-2 Appareillage
V-1-3 Mode opératoire
V-1-4 Résultats
V-1-5 Interprétation
V-2 Température de ramollissement Bille et Anneau (TBA)
V-2-1 But
V-2-2 Appareillage
V-2-3 Mode opératoire
V-2-4 Résultats
V-2-5 Interprétation
V-3 Densité
V-3-1 But
V-3-2 Appareillage
V-3-3 Mode opératoire
V-3-4 Résultats
V-3-5 Interprétation
V-1 Perte à la chaleur
V-1-1 But
V-1-2 Principe
V-1-3 Appareillage
V-1-4 Mode opératoire
i. Résultats
V-1-5 Interprétation
V-1-6 Conclusion
Chapitre VI : Essais sur les Enrobés
VI-1 Caractérisation des granulats
VI-1-1 Granulométrie
VI- 2 Formulation du BBSG
VI-2-1 Traçage de la courbe de mélange
VI-2-2 Résultat
VI-2-3 Interprétation
VI-3 ESSAI D’ADHESIVITE PASSIVE (XP T66-043)
VI-3-1 Appareillage
VI-3-2 Mode opératoire
VI-3-3 Résultats
VI-3-4 Interprétation
VI-4 ESSAI DURIEZ (NF EN 98 251-1)
VI-4-1 But
VI-4-2 Principe
VI-4-3 Appareillage
VI-4-4 Mode opératoire
VI-4-5 Résultats
VI-4-6 RAPPORT DE STABILITE (r)
VI-4-7 Interprétation
VI-5 ESSAI MARSHALL
VI-5-1 But
VI-5-2 Principe
VI-5-3 Appareillage
VI-5-4 Mode opératoire
VI-5-5 Résultats
VI-5-6 Interprétation
VI-5-7 Conclusion
CONCLUSION

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