Additifs pour application bitume. Formulation de bitumes renforcés aux températures d’usage et fluidifiés au-delà de 140 °C

Additives for bitumen application. Formulation of bitumen reinforced at service temperatures and thinned above 140 °C

• Auteur / Autrice : Lise Devès
• Direction : Ludwik Leibler
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 20/02/2017
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie moléculaire, macromoléculaire, matériaux (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Hélène Montes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Charles-André Fustin, Renaud Nicolaÿ, Carole Ruot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Colombani, Christine Joly-Duhamel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères -- Viscosité

Bitume

Diels-Alder, Réaction de

Mots clés libres

Diels-Alder

Thermoréversibilité

Bitume

Réseau

Stabilité et réactivité des diénophiles

Diels-Alder

Thermoreversibility

Bitumen

Résumé

Des polymères et molécules présentant des fonctions réactives maléimide et furane ont été synthétisés. Des systèmes modèles en solvant et en masse ont permis d'étudier la réaction de Diels-Alder et de valider le concept d’association thermoréversible. La transition sol-gel a été caractérisée plus finement par rhéologie en appliquant le critère de Winter-Chambon, et des paramètres essentiels tels que l’énergie d’activation du matériau ont pu être déterminés. Les additifs synthétisés ont ensuite été introduits dans le bitume, avec pour objectif de renforcer le bitume à toutes les températures d’usage sans augmenter sa viscosité à chaud pour faciliter sa mise en œuvre. Une formulation particulièrement prometteuse a pu être identifiée et étudiée en détail. Il a ainsi pu être mis en évidence que les additifs apportent de l’élasticité à 5 °C et du module entre 40 et 80 °C. Au-delà de 135 °C, une réduction de viscosité, par rapport au bitume seul, a été observée. Une étude portant sur la synthèse de nouveaux diénophiles, la caractérisation de leur stabilité à 140 °C et de leur réactivité avec le furane a également été menée. Des diénophiles stables à 140 °C ont pu être identifiés mais cette stabilité accrue se traduit également par une diminution de leur réactivité.

Polymers and molecules bearing reactive furan and maleimide moieties were synthesized. Diels-Alder reaction was studied in solution and in mass using model systems which allowed the concept of thermoreversible association to be validated. Sol-gel transition was characterized thoroughly by rheology, employing the Winter-Chambon criterion and essential parameters such as the activation energy were obtained. Synthesized additives were then introduced into the bitumen with the aim of reinforcing the bitumen at service temperature without increasing its viscosity at high temperature to prevent any processing difficulties. One of the studied formulations was found to be particularly promising and its properties were thoroughly investigated. It was thus shown that the additives bring elasticity at 5 °C and that rigidity is enhanced between 40 and 80 °C. Above 135 °C the viscosity of the formulation became lower than that of the bitumen alone. The synthesis of new dienophiles was presented and, their stability at 140 °C and their reactivity towards the furan moiety were investigated. Some dienophiles proved to be stable at 140°C but this enhanced stability went along with a reduced reactivity.