Spectroscopie des liants routiers : nouvelles approches macroscopiques. Relations pétroles bruts et caractéristiques des liants. Etude des interactions bitumes / polymères par microscopie IRTF
Institution:
Aix-Marseille 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
At present, considering crude oils diversity and different formulations, there is a great variety of road bitumens, with chemical compounds or not (polymers,. . . ). So, physico-chemical methods of modified bitumens must set of macroscopic approaches and microscopic approaches too, ideal to characterize in situ differents components. Nevertheless, one of industrial difficulties of bitumens manufacturing is to choose quickly a crude oil or mixture of crude oils leading to the final characteristics wished for bitumens. In order to answer to this industrial matter, a new macroscopic approach of bitumens spectroscopic study, based upon statistical treatment, have been developped to create bitumens maps. These ones present a great benefit industrial as an decisional help. Explanatory patterns by multiple regression or partial least squares have enabled to identify links between chemical and physical parameters. So, inspite of the judicious choice of crude oils, bitumens, during their road service life, asphalts harden due to weathering (temperature, UV,. . . ). Consequently, their mechanical properties are modified. Then, in order to limit theses phenomenons, a polymer can be added. Polymer Modified Bitumens (PMB) are composite materials with a highly complex structure. Understanding how this microstructure is affected by any changes in PMB composition is a very important objective. So, for this purpose, FTIR microscopy and UV Fluorescence microscopy were used in order to characterize in situ differents components. FTIR microscopy displayed promising results to make a mapping of the specimen with respect to local polymer concentration. Most PMB display a biphasic structure with polymer rich areas along with polymer poor regions. The size and the composition of those areas are bitumen dependent. They also dramatically change through the cross linking process. The chemical species that swell the polymer involve certain types of aliphatics and slighty condensed aromatics. In any case, the polymer dispersion is greatly enhanced by the cross linking process.
Abstract FR:
Actuellement, compte-tenu de la diversité des pétroles et des différentes possibilités de formulation, il existe une grande variété de liants routiers, pouvant être modifiés par divers agents (polymères,. . . ). Aussi les méthodes de caractérisation physico-chimique de ces bitumes modifiés doivent mettre en oeuvre non plus uniquement des approches macroscopiques mais également des approches microscopiques, idéales pour caractériser in situ les différents constituants. Cependant, une des difficultés industrielles de fabrication des bitumes est de pouvoir choisir rapidement, suivant les contraintes du moment, un brut ou mélange de bruts conduisant aux caractéristiques finales désirées pour le matériau. Afin d'apporter des réponses à ce problème industriel, une nouvelle approche macroscopique de l'étude spectroscopique des bitumes, basée sur le traitement statistique d'indices spectroscopiques, a été développée et a permis de définir des "atlas" de bitumes. Ceux-ci sont d'un grand intérêt pratique industriellement comme aide décisionnelle. Une mise au point de modèles explicatifs par régression multiple ou par régression des moindres carrés partiels a également permis d'identifier les liens existant entre les descripteurs chimiques et physiques. Néanmoins, malgré un choix judicieux de pétroles, les bitumes subissent toujours des réactions de vieillissement, entraînant une perte des performances mécaniques. Aussi, afin de limiter cela, un ajout de polymères est nécessaire. Les Bitumes Modifiés par des Polymères (BmP) sont donc des matériaux composites ayant une structure extrêmement complexe. Comprendre comment la micromorphologie de ces systèmes est affectée par la composition chimique est un objectif de recherche important. Par conséquent, la microscopie infrarouge et la microscopie de fluorescence UV/visible s'avèrent indispensables pour caractériser chimiquement in situ les microphases en équilibre dans les BmP. Il a ainsi été possible de démontrer la présence, au sein des BmP, de zones bitumineuses fortement enrichies en polymère suivant un continuum à gradient, de préciser la répartition homogène du polymère dans le cas d'une réticulation au soufre et de définir les espèces gonflant le polymère (qui seraient des aromatiques faiblement condensés substitués par des aliphatiques).