Par Pierre T. Dorchies, ing. M.Sc. Directeur Développement et Ingénierie. sintra inc. sintra inc Journée Bitume Québec 2003.

Transcription

1 Par Pierre T. Dorchies, ing. M.Sc. Directeur Développement et Ingénierie sintra inc

2 Le bitume: 3800 avant JC Dans un panier enduit de bitume, le futur roi Sargon est confié aux flots de l Euphrate par sa mère la prêtresse Itti-Bel Le bitume: Devenu Roi Akkadien, il deviendra le premier fondateur d un empire mondial; sur les terres qui sont aujourd hui l IRAK

3 Le bitume: Tablette en bitume 2039 avant JC Pour écriture cunéiforme Babylone Le bitume: Coupe Tripode en bitume 1700 avant JC Suse ( Empire AKKADIEN)

4 Le bitume: Dans les jardins suspendus de Babylone, le bitume sert de ciment et d étanchéité. En Assyrien, «qui fait tomber» se dit SPHALTO, Les grecs ont repris en disant du bitume qu il «empêche de tomber» ASPHALTO Le bitume: Le bitume permet à Noé de faire flotter l Arche

5 Le bitume: TOUT ANKH AMON 1345 à 1326 av.j.c. Les Égyptiens embaumaient leur mort avec du bitume BITUME = MUMIA en égyptien D où le mot momie Le bitume: En Sanskrit, langue des Indes jatu 永 = résine, poix donnera Jatu-Krit (poisseux) puis en latin Gwitumem puis pixtumen enfin BITUMEN

6 Le bitume: Dans l Antiquité, le bitume sert aussi de médicament : pommade collyre ou de fumigation des maisons contre la peste Le bitume: Au Moyen-Age, on se sert de ses propriétés inflammables pour envoyer des projectiles et brûler les défenses ennemies

7 Le bitume: Le bitume permet à Christophe Colomb de traverser l Atlantique et de découvrir. l Amérique Le bitume: Aux États-Unis, on s en sert avec des plumes pour s attaquer aux percepteurs anglais des impôts. Par la suite, on fera subir le même sort aux tricheurs de poker dans l Ouest

8 Le bitume: En 1824, Nicéphore NIÉPCE place des pierres lithographiques recouvertes de bitume au fond d une chambre obscure et obtient, pour la première fois au monde, l'image fixée d un paysage. Le bitume: Milieu du XIX ème siècle Découverte des gisements de pétrole Gaz d éclairage Mais que faire du reste.

9 Le bitume: Fin du XIX ème siècle L automobile va résoudre l utilisation des surplus de produits légers ( essence) Mais que faire du reste. Le bitume: Début du XX ème siècle La protection de la santé face à la poussière des routes, va permettre l utilisation des résidus LE BITUME

10 Pétrole et Bitume Conditions pour la formation du pétrole

11 Pétrole et Bitume Conditions pour la formation du pétrole Pétrole et Bitume Nappe de pétrole

12 Pétrole et Bitume Gisement de bitume naturel : LAKE ASPHALT Trinidad Pétrole et Bitume Très grande variété de bruts : chaque puits a des propriétés caractéristiques Selon la densité degré API (lié à la densité à 60 F ) Léger moyen lourd extra-lourd API Selon la composition chimique naphténique aromatique Autres critères : teneur en soufre, acidité, métaux

13 Pétrole et Bitume API Degré Densité % Soufre BOSCAN VENEZUELA ARABIAN HEAVY NIGERIA LIGHT Essencee Kerosene léger. Gas Oil Vol. % Lourd. Gas Oils Bitume Residu Pétrole et Bitume DISTILLAT LEGER ENTREPOSAGE TOUR DE DISTILLATION STATION DE POMPAGE DISTILLAT MOYEN DISTILLAT LOURD GAZ RESERVOIRCHAUFFAGE PETROLE SABLE ET EAU CONDENSATEUR REFROIDISSEUR RESIDU Le Raffinage

14 Pétrole et Bitume Distillation sous vide et cracking ESSENCE BASE CHIMIQUE RESIDU AIR BITUME SOUFFLÉ RESIDU COURT PROCESS UNIT BITUME Huile et lubrifiant Le Raffinage

15 Bitume et Chimie Carbone Soufre 83 % Azote Hydrogène 7 % 10 % Oxygène Bitume et Chimie Cela conduit à un cocktail de molécules plus ou moins grosses

16 Bitume et Chimie Asphaltènes 15 % Résines 20 % Aromatiques 55 % Maltènes Saturés 10 % Les tamis chimiques sont des solvants Bitume et Chimie couleur aspect masse moléculaire Asphaltènes noir solide cassant 10,000 infusible Résines noir vernis 5,000 fusible Aromatiques brun huile 1,500 foncé visqueuse Saturés incolore liquide 700 pâteux

17 Bitume et Propriétés Le bitume est un matériau visco- élastique A/ COMPORTEMENT ELASTIQUE B/ COMPORTEMENT VISQUEUX Déformation est proportionnelle à la charge Déformation est fonction du temps et de la température σ σ T T

18 Bitume et Propriétés Le bitume est un matériau visco- élastique Ses propriétés changent selon: -la température Contraintes -le temps de charge Déformations Temps Déphasage Bitume et Propriétés Une façon de mesurer sa dureté et son ramollissement - l essai de pénétration à 25 oc - l essai de bille et anneau (TBA)

19 Bitume et Propriétés Essai de pénétration à 25 oc g h en 1/10 de mm = pénétrabilité 100 g à 25 C Avant Après 5 s Bitume et Propriétés Essai de bille et anneau (TBA) BILLE BILLE BITUME BITUME D D EAU CHAUFFAGE EAU CHAUFFAGE

20 Bitume et Propriétés P Pénétration 0,1mm 1 10 I.P (TBA) Pénétration T800 Pen =54,5 C P T800 Pen Viscosité, Poises Indice de pénétrabilité IP Viscosité en fonction de la température Température C IP relie la péné, le TBA et la viscosité Bitume et Propriétés Pénétration 0,1mm (TBA) P I.P -2 C P A T800 Pen B MOUS DURS Viscosité, Poises Température C 10 IP une idée du comportement selon la température

21 Bitume et Propriétés C A B 100% 90% saturés 80% 70% 60% MOUS aromatiques DURS 50% 40% 30% 20% 10% résines asphaltènes 0% IP et composition SARA Bitume et Propriétés ASPHALTÈNE RÉSINES AROMATIQUES SATURÉES Température Haute PG Péné =

22 Bitume et Propriétés Bitume SOL: Les asphaltènes «nagent» dans une mer de maltènes Tendance BITUME MOU ie: PG Bitume et Propriétés Bitume GEL: Les asphaltènes forment un réseau 3D Tendance: BITUME DUR ie:pg 64-22

23 SOLUTION 1 Modifier les ratios asphaltène- aromatique- saturé 1- mélanger des bitumes provenant de pétroles de diverses origines, car les bruts ont divers contenus en asphaltènes ie: Laguna (Vénézuela 7.2%), Maya ( Mexique 16%) PG mou + PG dur

24 SOLUTION 1 Modifier les ratios asphaltène- aromatique- saturé 2- augmenter la partie des saturés par ajout d huiles «dites régénérantes» Permet baisser le température basse SOLUTION 1 Modifier les ratios asphaltène- aromatique- saturé 3- incorporer des bitumes naturels riches en asphaltènes PG PG 58-34

25 SOLUTION 1 Modifier les ratios asphaltène- aromatique- saturé 4- oxyder le bitume ( soufflage) Saturés Aromatiques Résines Aromatiques Résines Asphaltènes SOLUTION 2 Modifier chimiquement en grossissant les asphaltènes 1- ajouter du soufre 2- ajouter des acides ( PPA)

26 SOLUTION 3 Modifier avec des polymères Ex: avec du SBS Création d un réseau 3D BITUME SOL + SBS IE: PG % SBS

27 Le bitume devient à la fois dur ( aspect GEL ) et mou (aspect SOL) SOL + SBS PG GEL PG 64-22

28 Bitume et Enrobés Le bitume est un matériau visco- élastique A/ COMPORTEMENT ELASTIQUE B/ COMPORTEMENT VISQUEUX SON MODULE : rapport entre charge et la déformation est fonction: 1. du temps de charge 2. de la température 3. du type de bitume (I.P.) Bitume et Enrobés I.P. Module Température Fréquence des sollicitations Module du bitume ( Abaque de Van Der Poel)

29 Bitume et Enrobés % en volume des agrégats Module de l enrobé Module du bitume Module de l enrobé et Module du bitume ( Abaque Shell) % en volume de bitume Le BITUME, Jusqu où nous conduira t-il?

30 Nous l espérons en mars 2004 pour une autre journée du bitume Merci de votre attention Cette présentation ne peut pas être reproduite sans l accord de Pierre T. Dorchies