Synthèse d’additifs supramoléculaires pour le renfort du bitume

Synthesis of supramolecular additives for the reinforcement of bitumen

• Auteur / Autrice : Océane Fort
• Direction : Laurent Bouteiller, Sandrine Pensec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 20/02/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut parisien de chimie moléculaire (2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Cloitre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Françoise Mechin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Mesini, Guillaume Ovarlez
• DOI : 10.70675/5253448cza910z4a94z81e0z4a698b16d965

Mots clés

Mots clés contrôlés

Organogels

Bitume

Propriétés mécaniques

Chimie supramoléculaire

Liaisons hydrogène

Mots clés libres

Bitume

Organogélateur

Propriétés mécaniques

Science des matériaux

Chimie supramoléculaire

Liaisons hydrogène

Bitumen

Organogelator

Mechanical properties

Material Science

Supramolecular chemistry

Hydrogen bonds

Résumé

En raison de l'augmentation constante du trafic au cours des dernières années et de l'accroissement de la vitesse et de la charge des véhicules, les chaussées sont de plus en plus sollicitées. Cela a pour conséquence de réduire leur durée de vie. L'amélioration des propriétés du bitume, matériau essentiel dans la production des routes, est donc une question d'actualité. Plusieurs additifs ont été développés afin d'améliorer les propriétés du bitume (dureté, résistance à l'orniérage, etc.). Malheureusement, l'ajout de ces molécules (principalement des polymères) dans le bitume conduit à une augmentation de la viscosité et donc à une augmentation des températures de mise en œuvre. Dans ce contexte, nous avons étudié une nouvelle classe d'additifs basée sur la chimie supramoléculaire, les organogélateurs, qui sont capables d'améliorer les performances mécaniques du bitume aux températures de service (0 - 70 °C) tout en limitant l'augmentation de la viscosité à haute température (150 - 180 °C) afin de limiter les coûts énergétiques. Les paramètres structuraux de plusieurs molécules organogélatrices ont été ajustés pour optimiser les propriétés mécaniques. L'ajout d'un polymère présentant deux segments cohésifs a également permis d'améliorer la résistance aux grandes déformations. Enfin, les mécanismes responsables de l'auto-assemblage des organogélateurs ainsi que la relation structure/propriété sont appréhendés grâce à des caractérisations multi-échelles approfondies.

Due to a steady increase of the traffic in recent years together with an increase in the speed and load of the vehicles, the roadways are more and more stressed. This has the consequence of reducing their service life. Improving the properties of bitumen, an essential material in the production of roads, is therefore a current issue. Several additives are developed in order to improve the properties of bitumen (hardness, resistance to rutting, etc.). Unfortunately, the addition of these molecules (mainly polymers) into bitumen is leading to an increase in viscosity and therefore to an increase in the processing temperatures. In this context, we have investigated a new class of additive based on supramolecular chemistry, organogelators, that are able to improve the mechanical performance of bitumen at service temperatures (0 – 70 °C) while limiting the increase in viscosity at high temperatures (150 – 180 °C) to limit energy costs. Structural parameters of several organogelators have been adjusted to optimize mechanical properties. Moreover, addition of a polymer end-capped with two cohesive segments has allowed improving the resistance to high deformation. Finally, the mechanisms responsible for the self-assembly of the organogelators as well as the structure/property relationship are understood through extensive multiscale characterizations.