Les bitumes pétroliers

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LA LITTÉRATURE
1.1 Introduction au bitume
1.1.1 Différents types de bitume
1.1.1.1 Les bitumes naturels
1.1.1.2 Les bitumes pétroliers
1.2 Introduction au pétrole
1.2.1 Origine du pétrole
1.2.1.1 Perspective historique
1.2.1.2 Perspective moderne
1.2.2 Définition et terminologie
1.2.3 Processus naturel de création du pétrole
1.2.4 Protocole d’extraction du brut pétrolier
1.2.4.1 Reconnaissance des sites pétroliers
1.2.4.2 Récupération du pétrole par forage
1.2.5 Protocole de distillation du pétrole
1.2.5.1 Processus de raffinage du pétrole
1.2.5.2 Sélection des bruts
1.3 Propriétés du bitume
1.3.1 Introduction de termes chimiques utilisés dans ce rapport
1.3.2 Composition chimique du bitume
1.3.2.1 Composition élémentaire
1.3.2.2 Fractions chimiques du bitume – SARA
1.3.2.3 Structure du bitume
1.3.2.4 Relation entre structure du bitume et comportement rhéologique
1.3.3 Propriétés du bitume
1.3.3.1 Propriété rhéologique du bitume
1.3.3.2 Polarité
1.3.3.3 Oxydation
1.4 Caractérisations rhéologique et mécanique du bitume
1.4.1 Module complexe
1.4.2 Principe d’équivalence temps – température (PETT)
1.5 Méthodes de caractérisation rhéologique du bitume
1.5.1 Le Grade de Performance
1.5.1.1 Principe du grade de performance
1.5.1.2 Détermination des températures hautes et basses du bitume
1.5.1.3 Résistance à l’orniérage
1.5.1.4 Résistance à la fatigue
1.5.1.5 Résistance à la fissuration thermique
1.5.2 Méthode du « Dynamic Shear Rheometer » (DSR
1.5.3 Méthode du « Bending Beam Rheometer » (BBR)
1.5.4 Méthode « Multiple Stress Creep Recovery » (MSCR)
1.6 Méthodes d’analyse chimique du bitume
1.6.1 La diffraction SARA
1.6.2 La spectroscopie infrarouge FTIR
1.6.2.1 Spectres infrarouge à transformée de Fourier
1.6.2.2 Spectre infrarouge pour analyse du bitume
1.6.3 Analyse thermogravimétrique et analyse enthalpique différentielle (TGA/DSC)
1.7 Méthodes de vieillissement du bitume
1.7.1 Protocole de vieillissement à court terme « Thin-Film Oven Test » (TFOT)
1.7.2 Protocole de vieillissement à court terme « Rolling Thin-Film Oven Test » (RTFO)
1.7.3 Protocole de vieillissement à long terme «Pressure Aging Vessel » (PAV)
CHAPITRE 2 PROGRAMME DE RECHERCHE ET MÉTHODE D’ESSAI
2.1 Phase I : Vieillissement des bitumes
2.2 Phase 2 : Caractérisation rhéologique des différents états du bitume
2.3 Phase 3 : Caractérisation chimique des différents états du bitume
2.4 Phase 4 : recherche de corrélations entre les deux caractérisations
CHAPITRE 3 CARACTÉRISATION RHÉOLOGIQUE DES BITUMES
3.1 Essais de détermination du module en cisaillement complexe (DSR)
3.1.1 Description de l’équipement
3.1.2 Préparation des échantillons
3.1.3 Programme expérimental
3.1.3.1 Choix des domaines de températures et fréquences
3.1.4 Essais préliminaires pour déterminer le domaine de linéarité
3.1.5 Présentation et discussion des résultats des essais de module complexe
3.1.5.1 Obtentions des isothermes de module complexe en cisaillement et angle de phase
3.1.6 Traitement des résultats : obtention de courbes maîtresses
3.1.7 Analyses des résultats
3.1.7.1 Étude comparative des courbes maîtresses d’un même bitume
3.1.7.2 Étude comparative des courbes maîtresses des mêmes états de vieillissement entre les deux bitumes
3.2 Essais de détermination du module de rigidité et taux de fluage à basses températures (BBR)
3.2.1 Descriptions de l’équipement
3.2.2 Préparation des échantillons
3.2.3 Programme expérimental
3.2.4 Présentation des résultats obtenus
3.2.5 Traitement des résultats
3.2.6 Analyse des résultats obtenus
3.3 Conclusion sur la caractérisation rhéologique
CHAPITRE 4 CARACTÉRISATION CHIMIQUE DES BITUMES
4.1 Caractérisation par spectroscopie infrarouge type FTIR
4.1.1 Description de l’équipement
4.1.2 Préparation des échantillons
4.1.3 Programme expérimental
4.1.4 Présentation des résultats obtenus
4.1.5 Traitements des résultats
4.1.5.1 Discussions sur les pics à considérer et les bornes d’intégration de leur aire
4.1.5.2 Discussion sur la formule de calcul des indices
4.1.6 Analyse des résultats
4.1.6.1 Groupement aliphatique
4.1.6.2 Groupement aromatique
4.1.6.3 Groupements contenant de l’oxygène : Aldéhyde, Carbonyle et sulphoxyde
4.2 Méthodes de caractérisation non-concluantes pendant cette étude
4.2.1 Caractérisation par analyse thermique (TGA/DSC)
4.2.1.1 Équipement et principe
4.2.1.2 Résultats des tests préliminaires et limite de cette méthode
4.2.2 Caractérisation par analyse des dégagements gazeux (EGA)
4.2.2.1 Équipement et principe
4.2.2.2 Visualisation des résultats issus du logiciel « Timebase »
4.2.2.3 Résultats des tests préliminaires et limite de cette méthode
4.3 Conclusion sur la caractérisation chimique
CHAPITRE 5 CORRÉLATION ENTRE LES CARACTÉRISATIONS RHÉOLOGIQUE ET CHIMIQUE
5.1 Sélection des critères de corrélations
5.2 Résultats de la recherche de corrélations
5.3 Analyse des résultats obtenus
5.4 Conclusion sur la recherche de corrélations entre les deux caractérisations des bitumes
CONCLUSION
ANNEXE I RÉSULTATS DES ESSAIS DSR
ANNEXE II REPRÉSENTATION GRAPHIQUES DES ISOTHERMES DES DIFFÉRENTS BITUMES
ANNEXE III REPRÉSENTATIONS GRAPHIQUES DES COURBES MAÎTRESSES ET FACTEURS DE VARIATION DU BITUME « B » DANS SES SEPT ÉTATS DE VIEILLISSEMENT
ANNEXE IV RÉSULTATS DES ESSAIS BBR
ANNEXE V RÉSULTATS DES SPECTRES INFRAROUGES FTIR
ANNEXE VI RECHERCHE DE CORRÉLATIONS ENTRE L’INDICE SULPHOXYDE ET DIFFÉRENTS CRITÈRES RHÉOLOGIQUES
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES