INSA de Strasbourg Spécialité GÉNIE CIVIL

INSA de Strasbourg – Spécialité GÉNIE CIVIL.

École de Technologie Supérieure de Montréal.

LUCREB – Laboratoire Universitaire sur les Chaussées, Routes et
Enrobés Bitumineux.


èmeTHOMAS Romain, élève ingénieur de 5 année

Projet de Fin d’Études
PREMIERE APPROCHE DE LA CAPACITE ISOLANTE DES
ENROBES A FORTE POROSITE
–
DETERMINATION DE LA CONDUCTIVITE THERMIQUE
AU MOYEN DE LA METHODE PAR COMPARAISON.





Enseignant-superviseur : M. Cyrille CHAZALLON, Maître de conférences - INSA de Strasbourg.
Tuteur : M. Alan CARTER, Ph.D. (Auburn University) – École de Technologie Supérieure.
Soutenance de PFE : Jeudi 16 juin 2011.

2
Remerciements

Je tiens tout d’abord à remercier Monsieur Alan Carter, professeur à l’ÉTS, de m’avoir
proposé ce sujet de Projet de Fin d’Études, suivi et guidé tout au long de son déroulement.
Je remercie également l’équipe du LUCREB, Francis Bilodeau et Alain Desjardins, de m’avoir
aidé à de nombreuses reprises. Je pense aussi à tous les doctorants et autres personnes en
stage à l’ÉTS pour leur conseil et leur bonne humeur. Tout particulièrement mes collègues de
l’INSA Strasbourg, Simon Lachambre et Arnaud Montalant, avec qui j’ai partagé ce séjour à
Montréal.
Enfin, je remercie Monsieur Cyrille Chazallon pour son suivi et ses conseils pendant le
déroulement de mon étude.
Sans oublier toutes les personnes qui, de près ou de loin, m’ont fait avancer dans mon
travail.

3
Résumé

Les routes du Québec sont parsemées de fissures ou encore de nids-de-poule. Tout ceci est
dû à un problème dont la source se trouve en profondeur : avec le gel puis dégel du sol. En
effet, le froid n’est pas le cœur du problème, c’est plutôt les variations de volume de la
fondation qu’il entraîne qui le sont. Les enrobés constituant les chaussées possèdent une
granulométrie qui peut être modifiée dans le but d’obtenir une porosité plus ou moins forte.
Ces vides pourraient agir comme isolant en supposant les mouvements d’air faible au sein de
la structure. Une approximation de la conductivité thermique d’un matériau peut être
donnée en utilisant une méthode par comparaison en état stationnaire. Cette étude servira
de première évaluation quant à l’amélioration des caractéristiques isolantes d’une chaussée
en augmentant son pourcentage de vides.


Abstract

In Quebec, roads are dotted with cracks and pothole. All of this is with a problem whose
source is underground: freezing then thawing of the ground. Indeed the cold is not the heart
of the problem; they are rather variations of volume of the foundation brought by the frost.
Asphalt mixes constituting roads have a particle size which can be modified to obtain the
required air void. These spaces could act like insulator by supposing air motionless within the
structure. An approximation of the thermal conductivity of a material can be given by using a
steady-state comparative technique. This study will serve as first evaluation when with the
improvement of the insulating characteristics of a roadway by increasing its porosity.


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TABLE DES MATIÈRES

Remerciements .......................................................................................................................... 3
Résumé ....................................... 4
Abstract ...................................................................................................... 4

TABLE DES ILLUSTRATIONS......................................................................................................... 7
TABLE DES TABLEAUX ................. 8
TABLE DES ÉQUATIONS .............. 8
Sommaire des Annexes .............................................................................................................. 9

Introduction .............................................................................................................................. 10

1 Avant-propos ................................................................................................................ 11
1.1 Présentation de l’ÉTS [4] ........................ 11
1.2 Présentation du LUCREB [5] ................... 12
2 Etat de l’art ................................................................................................ 13
2.1 Rappels sur les enrobés bitumineux ...... 13
2.1.1 Définition ........................................................................................................ 13
2.1.2 Les différents types ......................................................................................... 13
2.1.3 Composition .... 13
2.1.4 Les différents mélanges .................................................................................. 14
2.1.5 Le pourcentage de vide 15
2.1.6 Les propriétés visées ...................... 16
2.2 Les effets du gel ..................................................................................................... 18
2.3 Les enrobés drainants ............................ 21
2.4 Les graves bitumes . 23
3 Isolation des chaussées ................................................................................................ 24
3.1 Les transferts thermiques ...................... 24
3.2 L’isolation de la chaussée ................................................................ 26
5
3.2.1 Isolation classique ........................................................................................... 26
3.2.2 Polystyrène pour construction routière ......................... 27
3.3 Les méthodes de mesure de la conductivité thermique ....................................... 29
3.3.1 La conductivité thermique .............................................. 29
3.3.2 Les différentes méthodes de mesure ............................................................. 30
4 Expériences .................................................. 33
4.1 Principe de l’étude ................................................................. 33
4.2 Choix de la composition des mélanges et préparation d’enrobé .......................... 33
4.2.1 Compositions .................................. 33
4.2.2 Préparation d’un enrobé ................................................ 35
4.3 L’épreuve de formulation ...................................................... 37
4.3.1 La détermination de la densité maximale du mélange .................................. 37
4.3.2 La Presse à Cisaillement Giratoire .................................. 38
4.3.3 Remarque : la tenue à l’eau ............................................ 40
4.4 Obtention des échantillons .................................................... 40
4.5 Méthode choisie pour la mesure de la conductivité thermique ........................... 41
5 Résultats ....................................................................................... 45
5.1 Obtention de la GB-20 témoin ............................................... 45
5.2 Obtention des échantillons modifiés ..................................... 49
5.3 Caractéristiques des échantillons tests ................................. 51
5.4 Résultats de mesure de la conductivité thermique ............................................... 52
5.4.1 Validation de l’expérience par les matériaux témoins ... 52
5.4.2 Conductivité thermique des enrobés réalisés ................ 54

Conclusions ............................................................................................................................... 57

Bibliographie ...................................................................................................................... 59

ANNEXES ................................................................................................................................... 62

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TABLE DES ILLUSTRATIONS
Figure 1.1 - Bâtiment principal de l'ETS. .................................................................................. 11
Figure 1.2 - Laboratoire de bitume de l'ETS. ............ 12
Figure 1.3 - Laboratoire des enrobés de l'ETS. ......... 12
Figure 2.1 - Exemple des différents mélanges possibles. ........................................................ 15
Figure 2.2 - Approche volumétrique d'un mélange. [8] ........................... 16
Figure 2.3 - Schéma du front de gel et formation des lentilles de glaces. [13] ....................... 19
Figure 2.4 - Schéma explicatif de la fissuration par basse température. [11] ......................... 20
Figure 2.5 - Exemple de différentes épaisseurs de la structure de chaussée [15]. ................. 21
Figure 2.6 - Points d