Comportement thermomécanique d’enrobés bitumineux contenant des granulats de caoutchouc, issus de pneumatiques usagés, ajoutés par voie sèche - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Thermomechanical behaviour of mixtures containing crumb rubber added by dry process

Comportement thermomécanique d’enrobés bitumineux contenant des granulats de caoutchouc, issus de pneumatiques usagés, ajoutés par voie sèche

Résumé

End-of-life tires represent an important source of waste. Currently, one way to increase the recycling of tires as raw material is the incorporation of crumb rubber from tires into road materials, after separation from other components. Two main processes exist to use rubber in bituminous mixtures: the wet process, where the crumb rubber is added in bitumen as a modifier and the dry process, where the rubber replaces a part of mineral aggregates. The research in this thesis was devoted to the study of the dry process. Contrasting results are available in the literature on this method, which yet is simpler and cheaper to implement than the wet process. In addition, the dry process would allow the mobilisation of larger quantities of rubber granulates.One of the first objectives of the thesis was to optimise the formulation of bituminous mixtures containing rubber incorporated by dry process. An extensive mixture design study was carried out to investigate some aspects that could affect the performance of the mixtures, in particular the swelling of the rubber aggregates and the absorption of the light fractions of the bitumen as a result of the physico-chemical interactions between the bitumen and the rubber. A second objective was the experimental study of the mechanical properties of the produced bituminous mixtures. The three-dimensional linear viscoelastic properties of the different mixtures produced were determined and experimental results were modelled using the 2S2P1D analogical model. From these results, the dissipated energy during one sinusoidal loading cycle was calculated and numerical simulations were carried out to determine energy dissipation at the scale of a pavement structure, using a finite element software to perform the calculations in the frequency domain. A study of large strain cracking was also carried out, by determining the tensile strength at different temperatures and the resistance to thermal cracking.
Les enjeux environnementaux et sociétaux de ces dernières décennies ont rendu vitale la nécessité de développer de nouveaux matériaux moins impactants d’un point de vue environnemental.En France, environ 33 millions de tonnes d’enrobés sont produites chaque année et plus d’un tiers des ouvrages de génie civil sont des travaux routiers. Or, leur construction et entretien consomme environ la moitié de la production française en granulats extraits annuellement. Un des principaux objectifs de la recherche dans le domaine de la construction routière réside donc dans la réduction de l’impact environnemental des travaux routiers, avec notamment la préservation des ressources naturelles par valorisation de matériaux recyclés. Du constat faisant des déchets pneumatiques une ressource peu exploitée dans le domaine de la construction routière en France, une alternative à l’utilisation de matières premières dans la fabrication des infrastructures routières pourrait être de réutiliser le caoutchouc issu du broyage de Pneumatiques Usagés Non Réutilisables (PUNR) en l’incorporant dans les enrobés bitumineux. Pour cela, deux principales méthodes d’incorporation des granulats de caoutchouc dans les enrobés existent : Ils peuvent être utilisés comme remplacement partiel des granulats minéraux dans la formulation de l’enrobé (« voie sèche ») ou comme modifiants du bitume en remplacement ou complément d’autres additifs (« voie humide »).Les recherches dans le cadre de cette thèse se sont consacrées à l’étude de l’incorporation par voie sèche. En effet, des résultats contrastés sont disponibles dans la littérature sur cette méthode, dont la mise en application est pourtant, en principe, plus simple et moins couteuse que la voie humide. De plus, la voie sèche permettrait de mobiliser des quantités de granulats de caoutchouc plus importantes.Un des premiers objectifs de la thèse a été d’optimiser la formulation d’enrobés bitumineux contenant du caoutchouc incorporé par voie sèche. Une étude de formulation poussée a ainsi été réalisée, afin d’étudier certains aspects pouvant altérer les performances des enrobés, notamment les phénomènes de gonflement des granulats de caoutchouc et d’absorption des fractions légères du bitume, conséquences des interactions physico-chimiques ayant lieu entre le bitume et le caoutchouc. Cela a nécessité la réalisation de mesures fines de laboratoire afin de quantifier ces phénomènes.Un deuxième objectif a été la vérification de ces formulations par l’étude expérimentale des propriétés mécaniques des enrobés produits. Les propriétés viscoélastiques linéaires tridimensionnelles des enrobés ont été déterminées par des essais de module complexe et de coefficient de Poisson complexe, et les résultats ont été modélisés en utilisant le modèle analogique 2S2P1D, développé à l’ENTPE. Une étude de la fissuration en grandes déformation a également été menée, par la détermination de la résistance à la traction à différentes températures et de la résistance à la fissuration thermique. L’énergie dissipée par cycle de chargement sinusoïdale a été enfin déterminée au cours des essais de module complexe, pour chaque enrobé avec et sans granulat de caoutchouc. Les propriétés viscoélastiques obtenues ont également permis de déterminer l’énergie dissipée dans une structure simplifiée de chaussée via un calcul par éléments finis réalisé dans le domaine fréquentiel sur le logiciel Comsol®.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04155514 , version 1 (07-07-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04155514 , version 1

Citer

Yasmina Mahmoudi. Comportement thermomécanique d’enrobés bitumineux contenant des granulats de caoutchouc, issus de pneumatiques usagés, ajoutés par voie sèche. Matériaux et structures en mécanique [physics.class-ph]. École Nationale des Travaux Publics de l'État [ENTPE], 2022. Français. ⟨NNT : 2022ENTP0002⟩. ⟨tel-04155514⟩
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