Analyse d eaux de «rupture» d'enrobés à l'émulsion de bitume V. Gaudefroy, D. Demare, M. Legret LCPC C. Durrieu ENTPE L. Odie LRPC de Saint Brieuc L. Wendling LRPC d Autun 03/12/2009 Lyon Analyse des eaux de rupture des enrobés à froid 1
Sommaire 1. Contexte / Problématique 2. Méthodologie / Démarche expérimentale 3. Résultats 4. Conclusions / Perspectives 03/12/2009 Lyon Analyse des eaux de rupture des enrobés à froid 2
1- Contexte / Problématique Techniques à l émulsion de bitume : répandage, enrobage = 1 millions tonnes d émulsion / an (20% consommation de bitume en France) enrobage à l émulsion = économie en énergie (pas de chauffage des granulats) + pas de fumée Techniques routières à fort potentiel environnemental surtout dans le contexte actuel de promotion du recyclage (accord cadre MEEDAD, FNTP, ) Recyclage en place à l émulsion jusqu à 100% 03/12/2009 Lyon Analyse des eaux de rupture des enrobés à froid 3
1- Contexte / Problématique Emulsion de bitume : Emulsion de bitume cationique Dispersion de gouttes de bitume dans de l eau - bitume : 60 à 70% - phase aqueuse : 30 à 40% stabilisée par un émulsifiant Gouttes de bitume 15 µm (amines protonées en milieu acide) qui favorise l adhésivité entre la surface H 3 C minérale et le liant bitumineux N+ CH 3 Partie liposoluble H Partie hydrosoluble 03/12/2009 Lyon Analyse des eaux de rupture des enrobés à froid 4
1- Contexte / Problématique Emulsion de bitume : Emulsifiants (cationiques) Classés : Xn Nocif N Dangereux pour l environnement 03/12/2009 Lyon Analyse des eaux de rupture des enrobés à froid 5
1- Contexte / Problématique Emulsion de bitume : Emulsion de bitume cationique début de déstabilisation (rupture) dès la fabrication de l enrobé à froid : 1. le couple bitume / émulsifiant est en partie adsorbé sur la surface minérale, 2. l eau est libérée enrobés : évaporation, écoulements gravitaires, exsudation Gouttes de bitume composés dangereux potentiellement libérables dans le milieu naturel eaux de rupture et de percolation dans les chaussées 03/12/2009 Lyon Analyse des eaux de rupture des enrobés à froid 6
1- Contexte / Problématique Enjeux de la recherche enrobés à l émulsion 1. Problématique «technique» Rationaliser les essais de caractérisation, méthodologie de formulation et de dimensionnement des enrobés à l émulsion 2. Problématique «environnementale» Evaluation des impacts des eaux de rupture et de percolation (traces d émulsifiants, acides) Opération LCPC OPTIMIRR (L063) OPTImisation des Matériaux économes en énergie et Incorporant des Recyclés de la Route sujet n 1 : enrobés à l émulsion + Groupe de travail spécifique eaux de «rupture» : LCPC / LRPC / ENTPE / SETRA 03/12/2009 Lyon Analyse des eaux de rupture des enrobés à froid 7
1- Contexte / Problématique Problématique «environnementale» PRODUIT / OUVRAGE MILIEU émulsifiant émulsion enrobés à l émulsion rupture eaux de percolation Jusqu à 100% de principe actif sub. / prépa. classée dangereuse Xn; N R50 Liquide / solide hydrophobe 0,5 à 1% d émulsifiant préparation non classée dangereuse Associé au bitume 0,03 à 0,8% d émulsifiant préparation non classée dangereuse Associé au bitume / granulat? quantité / potentiel libérable relargage immédiat et différé (eaux de rupture / de percolation)? quantification impact / milieu naturel 03/12/2009 Lyon Analyse des eaux de rupture des enrobés à froid 8
2- Méthodologie / Démarche expérimentale Graves Emulsion issues de chantiers expérimentaux Fabrication Mise en œuvre Enrobé à l émulsion Spécificité émulsion RD20 (Toulouse) Octobre 2006 SCREG Parc DDE31 GE 0/14 alluvionnaire 15% de vides Bitume 160/220 Émulsifiant inconnu RD44 (Rennes) Juillet 2008 Parc DDE35 Parc DDE35 GE 0/14 Cornéenne 15% de vides Bitume 70/100 Émulsifiant connu 03/12/2009 Lyon Analyse des eaux de rupture des enrobés à froid 9
2- Méthodologie / Démarche expérimentale Eau de PERCOLATION (relargage «t0») Prélèvements à partir de la fabrication «chantier» égouttage gravitaire ou exsudation de surface exsudation essai PCG embarquée Analyses physico-chimiques Analyses écotoxicologiques 03/12/2009 Lyon Analyse des eaux de rupture des enrobés à froid 10
2- Méthodologie / Démarche expérimentale Eau de PERCOLATION (relargages «t0 i») Prélèvements à partir d une fabrication «laboratoire» essai de percolation à écoulement ascendant NF CEN/TS 14405 Série d analyses physicochimiques Analyses écotoxicologiques Masse = 2 3 kg Débit = 40 ml/h Durée = 1 mois (L/S = 10) 03/12/2009 Lyon Analyse des eaux de rupture des enrobés à froid 11
3- Résultats / eaux de rupture Analyses Physico Chimiques (LCPC Nantes) des eaux d exsudation essai PCG (RD44) ph neutre : 6,5 (eau de réseau ph = 7,9) Teneur importante en Cl ; SO4 : 2590 mg Cl /l et 1644 mg SO4/l Conductivité importante : 6,8 ms/cm (réseau 0,4 ms/cm) COT : 73,79 mg C/l Présence de métaux : utilisation de la PCG? Pas de méthode disponible pour doser à l état de traces les émulsifiants cationiques dans les eaux 03/12/2009 Lyon Analyse des eaux de rupture des enrobés à froid 12
3- Résultats / eaux de rupture Analyses écotoxicologiques (ENTPE) Tests normalisés - Basés sur la croissance, la mortalité, la reproduction - Organismes cibles : algues, daphnies, brachionus Tests non normalisés - Basés sur des activités enzymatiques algales - Organismes cibles : Chlorella vulgaris 03/12/2009 Lyon Analyse des eaux de rupture des enrobés à froid 13
3- Résultats / eaux de rupture [cellules] 4000000 3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 Effet sur la croissance de Chlorella vulgaris inhibition de la croissance algale (Chlorella vulgaris) par : - les eaux de rupture - l eau du réseau 0-500000 Témoin Réseau 3% Réseau 17% Réseau 33% Eau prép 3% Eau prép 17% Eau prép 33% Eau rupt 3% Eau rupt 17% Eau rupt 33% FLUORESCENCE 60000 50000 40000 30000 20000 10000 24H00 phosphatase estérase activité enzymatique (phosphatase alcaline et estérase) de Chlorella vulgaris induite par : - les eaux de rupture - l eau du réseau 0 T ED ER 03/12/2009 Lyon Analyse des eaux de rupture des enrobés à froid 14
3- Résultats / eaux de percolation Analyses Physico Chimique (LRPC St-Brieuc) teneur en chlorures (mg/l) 500 450 400 350 300 250 200 150 100 colonne 1-GE sans maturation colonne 2-GE 5jours 20 C/ 65%HR seuil de potabilité des eaux 250 mg/l seuil déchet inerte perco. 460mg/l (L/S=0,1) relargages assimilables à ceux d un déchet inerte concentrations inférieures aux seuils «eau potable» pour les paramètres recherchés : ph, conductivité, chlorures 50 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 rapport L/S (L/kg MS) 03/12/2009 Lyon Analyse des eaux de rupture des enrobés à froid 15
4- Conclusions / Perspectives L évaluation environnementale des eaux de «rupture» des enrobés à l émulsion est nécessaire pour conforter leur diffusion Conforter l hypothèse des faibles relargages d émulsifiants par une méthode de dosage dans l eau des traces d émulsifiants cationiques Poursuivre l évaluation en laboratoire des relargages (essai de percolation) sur un panel représentatif d enrobés (émulsifiants) Evaluer sur chantier de la cinétique de relargage Compléter les essais de caractérisation écotoxicologiques (évaluation et quantification de l impact) 03/12/2009 Lyon Analyse des eaux de rupture des enrobés à froid 16