Les particularités de climat et les nouveaux avions très gros porteurs, imposent des effets cycliques dangereux sur les couches de roulement. Les simulations en laboratoire de ces phénomènes ont montrées leur influence sur les qualités viscoélastiques du bitume et enrobé, qui sont fonctions des variations de la température. Telles que les déformations permanentes avec perte de résistance et le durcissement du bitume associé au vieillissement accéléré. Les lois de comportement en fatigue sous trafic prouvent que les grandes amplitudes de déformation en tandem endommagent sévèrement l’enrobé. Les informations recueillies permettent de mieux prévoir l’évolution du comportement in situ du bitume et enrobé. / Abstract

A tese apresenta o estudo de revestimentos asfálticos delgados a quente para pavimentos rodoviários do tipo BBTM, nas graduações 0/6 e 0/10, com diâmetro nominal máximo de 6 mm e 10 mm, respectivamente. Este estudo introduz uma nova tecnologia de restauração de pavimentos no Brasil e identifica as possíveis adaptações para a execução, aplicação e controle tecnológico para a utilização do BBTM em rodovias brasileiras de tráfego intenso e pesado. As atividades experimentais foram desenvolvidas no Brasil, no Laboratório de Tecnologia de Pavimentação da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (LTP/EPUSP) e na França, no Centro de Nantes do Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC). Além dos ensaios de dosagem da metodologia francesa (Ensaio PCG, Ensaio Duriez, Ensaio de Deformação Permanente e Evolução da Macrotextura) e ensaios suplementares (Ensaio Cântabro e a avaliação da textura sem contato ? raio laser) em laboratório, a tese descreve o acompanhamento das obras de restauração (produção em usina, aplicação e controle tecnológico) de duas rodovias, uma no Brasil em BBTM 0/10, a Rodovia Presidente Castelo Branco e outra na França em BBTM 0/6, a Auto-estrada A6 (Paris-Lyon). No LTP foram realizados os ensaios disponíveis para a dosagem das misturas de BBTM (exceção feita à PCG) e o Ensaio Cântabro (resistência ao desgaste por abrasão). Essas misturas apresentaram resultados satisfatórios de resistência ao dano à umidade induzida, à deformação permanente e pequena redução da macrotextura durante a simulação do tráfego em laboratório. No LCPC, foram produzidas misturas de BBTM 0/6 e BBTM 0/10 (traço utilizado na Rodovia Presidente Castelo Branco), as quais apresentaram bons resultados de resistência à deformação permanente e pouca alteração da macrotextura. Ao comparar os traços de BBTM 0/10 verificou-se que garantir a descontinuidade na distribuição granulométrica das misturas é tão importante quanto atender os limites de porcentagem de vazios recomendados pelas normas. Durante as obras de restauração da rodovia brasileira foram fabricadas, com o BBTM 0/10 produzido na usina, placas para o ensaio de deformação permanente e avaliação da macrotextura, além de corpos-de-prova Marshall para investigar a possível quebra de agregados durante a compactação. Constatou que a Metodologia Marshall apresenta limitações para a dosagem de misturas asfálticas descontínuas. As avaliações da macrotextura identificaram uma certa heterogeneidade no início da obra. Simultaneamente às obras de restauração da rodovia francesa, foram feitos ensaios de verificação da dosagem em laboratório. A partir das avaliações da textura com o raio laser de placas extraídas do pavimento e fabricadas em laboratório, concluiu-se que o método de compactação empregado em laboratório é suficientemente representativo da compactação em campo. / Le travail de thèse présenté ici est une étude des enrobés bitumineux à chaud très minces (BBTM) de granularité 0/6 et 0/10 dans le but d?introduire ce nouveau type de technologie pour l´entretien des routes brésiliennes à fort trafic. Cette etude identifie les possibles adaptations pour la production, la mise en oeuvre sur chantier et les essais de contrôle pour l´utilisation de tels BBTM. Les activités expérimentales ont été développées au Brésil, au sein du Laboratório de Tecnologia de Pavimentação de l´Escola Politécnica de l?Universidade de São Paulo (LTP/EPUSP) et en France, au Laboratoire Central des Ponts et Chaussées ? Centre de Nantes. En plus des essais classiques de formulation (Essai PCG, Essai Duriez, Orniérage, évaluation de la macrotexture) et de quelques essais supplémentaires em laboratoire (essai Cantabre et évaluation de la texture sans contact), cette thèse décrit les activités, de laboratoire et de contrôle sur chantier, entreprises lors du suivi dês travaux de renouvellement des couches de roulement de deux routes: une au Brésil avec un BBTM 0/10 (Rodovia Presidente Castelo Branco) et une autre en France pour un BBTM 0/6 (Autouroute A6). Les essais de formulation (excepté l´essai PCG) et l?essai de Cantabre pour la tenue à l´eau ont tous été réalisés au LTP. Lês mélanges de BBTM conçus au LTP présentent des résultats de résistance à l´orniérage, de tenue à l´au et de perte de macrotexture (pendant la simulation de trafic en laboratoire) qui sont satisfaisants. Les formulations de BBTM 0/6 et de BBTM 0/10 (formule du BBTM 0/10 de l´Auto-route Presidente Castelo Branco) testées en France ont également donné de bons résultats d´orniérage et de perte de macrotexture. Pour la formulation du BBTM 0/10, ces essais ont montré la necessite d´assurer la discontinuité granulométrique des mélanges étudiés et pas seulement lê pourcentage de vides établie par les normes. Pendant le suivi du chantier de l´Autoroute Castelo Branco, des échantillons du mélange produit à la centrale d´enrobage nous ont servi à la réalisation de plaques (pour effectuer des essais d´orniérage et évaluer la macrotexture) et d?éprouvettes Marshall (pour vérifier la fracturation des granulats lors du compactage). Ces résultats ont montré les limites de la Méthodologie Marshall pour la formulation de enrobés à granulométrie discontinue en raison de la fracturation des granulats. Les essais de macrotexture montre, eux, une macrotexture très hétérogène au début du chantier. En parallèle du suivi du chantier de l´Autoroute A6, la vérification de la formule a été effectuée en laboratoire. La comparaison de la texture par une méthode sans contact (rayon laser) entre des plaques prélevées sur le chantier et des plaques fabriquées en laboratoire, amène à la conclusion que la méthode de compactage utilisée en laboratoire est assez représentative de celle sur chantier.

Cette thèse est un apport à la compréhension de l'évolution des propriétés rhéologiques des enrobés bitume soumis à une irradiation γ. La prédiction du gonflement suivant la composition radiologique d'un enrobé est nécessaire pour évaluer l'intégrité des colis, en particulier durant la phase de réversibilité du stockage (durée séculaire). Le but de cette thèse est donc d'acquérir les données expérimentales rhéologiques et leur évolution sous irradiation pour in fine prédire l'évolution dans le temps des colis de bitume en terme de gonflement. C'est la raison pour laquelle une stratégie a été mise en place. Après avoir caractérisé le comportement du bitume exempt de sels grâce aux mesures rhéologiques et thermiques, une série d'extrusion d'enrobés modèles a été préparée. En extrusion bivis, l'état de dispersion dépend fortement des conditions opératoires (vitesse N et débit Q) et principalement du rapport N/Q ; des valeurs extrêmes de N/Q montrent un seuil d'écoulement élevé qui est un indicateur de l'amélioration de l'état de dispersion. Par ailleurs, l'enrobé industriel montre la viscosité la plus importante par rapport aux enrobé modèles, ce qui limite la migration des bulles. Une grande partie de ce travail a été consacrée à l'effet de l'irradiation γ sur le comportement du bitume et des enrobés. Des modifications externes et des changements structuraux ont lieu sous irradiation. A la fin de ce manuscrit, un modèle basé sur l'expression de Krieger-Dougherty a été établi et qui montre une très bonne adaptation aux résultats expérimentaux.

Les performances des matériaux routiers se dégradent dans le temps sous l’effet des sollicitations mécaniques et environnementales. Parmi les facteurs influents, l’eau apparait comme l’un des éléments principaux impliqués dans les mécanismes de dégradation en provoquant une décohésion progressive du matériau. Les essais normalisés disponibles en France et à l’International permettant d’évaluer en laboratoire le comportement du mélange en présence d’eau peinent à prédire son comportement sur site. Il apparait donc nécessaire de comprendre plus fondamentalement l’évolution du matériau en présence d’eau pour prédire et prévenir de l’action de l’eau. A l’inverse du mouillage, le démouillage est défini comme le retrait du film de bitume à la surface du granulat. Il pourrait être à l’origine de la dégradation des matériaux routiers en présence d’eau. Une méthodologie expérimentale a été développée pour caractériser le phénomène de démouillage à partir d’un système modèle bitume/granulat. De plus, des essais normalisés ont été réalisés sur des mélanges foisonnés et compactés. Les protocoles expérimentaux des essais se différencient par le mode de conditionnement et le type de sollicitation mécanique. Les avantages et les limites des différents essais sont exposés. Les différents modes de dégradation identifiés ont été interprétés à la lumière des connaissances acquises lors de l’étude du démouillage de systèmes modèles. Ce travail a également permis de définir le pouvoir discriminant des essais et de sélectionner les plus pertinents pour évaluer l’impact de différents paramètres de formulation sur la durabilité des enrobés bitumineux en présence d’eau et notamment l’additivation chimique du bitume. / Performance of asphalts pavement are lowered under mechanical and environmental loadings. Among influent factors, water appears to be one of the major element leading to deterioration of the material cohesion. Numerous test in the world are available to evaluate moisture damage in laboratory. However, most of them show poor correlation with field performances. A fundamental understanding is still needed to predict and prevent its effects.Contrary to wetting, stripping is defined as the shrinkage of the bitumen on aggregate surface. It could be one of the road pavement materials moisture damage mechanisms in presence of water. An experimental method was used to characterize the stripping kinetic using a model bitumen/aggregate interface. Additionally, standardized laboratory tests were carried out on loose and compacted mixes. Experimental procedures vary from one to another regarding conditioning process and mechanical loading types. Advantages and limits of these test methods are exposed. Different moisture damage mechanism have been identified using the acquired knowledge from the stripping evaluation on model system. This work also allow to evaluate the discriminating power of test methods. It allows to select the most relevant one able to evaluate several parameter influences on material durability in presence of water,in particular the chemical additivation of bitumen.

Dans un contexte politique où les enjeux énergétiques et environnementaux sont de plus en plus importants, il faut favoriser les techniques économes en énergie et plus respectueuse de l'environnement. Parmi ces pratiques, l'utilisation d’enrobés à l’émulsion de bitume s'est révélée être prometteuse. La fabrication et la conception d’une chaussée comprenant une couche d’enrobé à l’émulsion sont très empiriques et reposent sur des compétences locales qui tendent à en limiter le développement. La première étape pour concevoir une chaussée consiste à connaître le comportement mécanique réversible engendrées par de lourd trafic de chaque matériau qui la compose. Lors d'une deuxième étape, ces valeurs doivent être comparées aux critères de durabilité mécanique des matériaux. Dans le cas de l'enrobé à l’émulsion, aucune loi de comportement mécanique n'a été établie pour tenir compte à la fois de son états frais et durcis. Ce travail de thèse vise donc à pallier à ce manque et à améliorer les connaissances acquises sur ce matériau. Pour cela, un modèle évolutif pour l’enrobé à l’émulsion intégrant l'évolution du matériau de son état frais à l'état durci a été développé. De plus, un nouvel essai de caractérisation a été développé et mis en place pour permettre de suivre l’évolution des performances mécaniques réversibles du matériau. Les résultats obtenus à partir des différentes campagnes d’essais ont permis de caler le modèle et de montrer la pertinence du modèle. / Given a political context in which energy and environmental stakes have become increasingly dominant, road engineering practices have favoured saving energy and protecting the environment. Among these practices, the use of cold mixes treated with bitumen emulsion has proven to be a suitable technique. Cold mix design however, as well as the design of pavements including cold mix asphalt layers, is highly empirical and based on local skills. From prior experience, the transposition of established local rules from one site to another and their application to medium or heavy traffic pavements are not simple steps and tend to limit the development of this environmentally-friendly pavement technique. The first step in designing a pavement consists of knowing the stress-strain relationship of its constitutive materials in order to determine the stresses and strains generated by heavy lorry traffic. During a second step, these values must be compared with the mechanical durability of materials by reliance on damage tests comprising large numbers of load cycles. In the case of CMA, no mechanical behaviour law has been established to take into account both the fresh and cured states. This work aims to improve the knowledge acquired on this material. For this, an evolutiv model for the cold mix asphalt with bitumen emulsion incorporating the evolution of the material from its fresh state to its cured state has been developed. In addition, a new characterization test was developed and put in place to monitor the evolution of the reversible mechanical performance of the material. The results obtained from the test campaigns helped to calibrate the model and show the relevance of the model.

Au Québec, lors de la période de gel et dégel, l’enrobé bitumineux, constituant le revêtement de la chaussée, est soumis à des conditions sévères qui le dégradent. Ces conditions sont : précipitations de pluie et fontes de neige générant une saturation partielle du matériau, présence de sel déverglaçant, passages de véhicule lourd sollicitant mécaniquement le matériau, variations de températures engendrant la création de déformations et de contraintes au sein du revêtement, et présence de cycles de gel-dégel.A cet effet, la revue de la littérature porte sur l’étude : des conditions sévères (sollicitations mécaniques, climatiques, hydriques et chimiques), et des caractéristiques physiques de l’enrobé qui affectent sa durabilité, ses comportements mécaniques (viscoélastique linéaire et en fatigue) et thermomécaniques (coefficient de dilatation-contraction thermique).Notamment, un programme expérimental de laboratoire a été réalisé en vue de vérifier l’influence de ces conditions sévères sur la dégradation et le comportement de l’enrobé. Premièrement, des essais thermiques, incluant des cycles de gel et dégel, ont été réalisés sur des éprouvettes d’enrobé à l’état sec et partiellement saturé en eau ou en saumures. Les éprouvettes sont instrumentées d’une jauge axiale et de deux thermocouples. L’éprouvette partiellement saturée en eau, comparativement à celles partiellement saturées en saumures, est soumise à des dilatations et des contractions nettement plus importantes lors de la formation et la fonte de la glace. De +10 à +23°C, les coefficients de dilatation linéique des éprouvettes partiellement saturées sont assez similaires, mais supérieurs à celui de l’enrobé à l’état sec, ce qui implique que l’enrobé partiellement saturé se contracte et se dilate un peu plus que celui a l’état sec à ces températures.Deuxièmement, les éprouvettes ont été soumises à des essais mécaniques, de module complexe, afin d’évaluer l’évolution de leur endommagement suite aux cycles de gel et dégel. Les résultats des essais et du modèle rhéologique 2S2P1D ont été utilisés afin de simuler le comportement de l’enrobé selon les divers états. Au fil des cycles de gel et dégel, un endommagement est observable pour l’ensemble des éprouvettes, mais nettement supérieur pour l’éprouvette partiellement saturée en eau. De plus, pour les éprouvettes partiellement saturées, un comportement distinct est observable en dessous et au-dessus de la température de solidification des liquides.Pour terminer, l’étude du comportement à la fatigue de l’enrobé suivant l’état sec et partiellement saturé en eau est réalisée. A +10°C et 10Hz, seules des diminutions légères ont été observées au niveau du module (3%) et de la résistance à la fatigue (ɛ6 de 105 vs 109ƒμdef) pour l’enrobé partiellement saturé en eau. Ces faibles diminutions sont attribuables à la faible période d’immersion des éprouvettes d’enrobé dans l’eau, à la faible température de l’eau et de l’essai, à la faible teneur en vides des éprouvettes, au bitume modifié et aux granulats de qualité utilisés / During winter and spring in the province of Quebec, hot mix asphalt (HMA) pavement could be subjected to sever conditions over their design life. These conditions are: 1) rainfall and snowmelt, which generates the partial saturation of the HMA, 2) winter maintenance requiring the presence of de-icing salt, which acting chemically on HMA, 3) traffic, which acting mechanically on HMA, and 4) temperature changes and presence of freeze-thaw cycles (FTC) creating thermal stress and deformation (thermo-mechanical coupling) within the pavement, and pressure, within the material, generated by freezing water or brines. More specifically, the literature review of this work focuses on the study of: 1) severe conditions such as climatic, chemical and mechanical solicitations, 2) physical characteristics of HMAthat affect its durability, mechanical properties (viscoelastic and fatigue) and thermomechanical properties (coefficient of thermal contraction).An experimental laboratory program was conducted to verify the influence of these severe conditions on the degradation and behavior of HMA. First, thermal testing (-18 to +23°C), including freeze-thaw cycles (FTC, -18 to +10°C) were performed on samples under dry (D)and partially saturated (PS), with water or brine, states. The samples were instrumented with an axial gauge and two thermocouples. During FTC (-18 to +10°C), sample partially saturated with water, compared to those partially saturated with brines, is subject to expansions and contractions significantly greater during formation and melting of ice. In the temperature range from +10 to +23°C, the linear coefficients of thermal contraction of partially saturated samples are quite similar, but higher than that of HMA in dry state. At such temperature range, this implies that the partially saturated HMA contracts and expands a little more than that in dry state. Secondly, the samples were subjected to mechanical testing.The complex modulus test was performed in order to evaluate the damage of samples due to FTC. The test results and rheological model 2S2P1D were used to simulate the behavior of the HMA according to the various states. Over FTC, damage is observed for all samples, butmuch higher for the PS sample with water. Moreover, for PS samples, a distinct behavior is observable below and above the solidification temperature of the liquid. Finally, the study of the fatigue behavior of HMA under PS, with water, and D states is performed. At +10°C and 10Hz, only slight decreases were observed for complex modulus (3%) and fatigue (ε6 = 105 vs 109μstrain) for HMA partially saturated with water. These small decreases are due to the low period of immersion of samples in water, lowers temperatures of water and test, low void content of the samples, modified bitumen and good aggregates used.

Le travail de recherche présenté dans ce document a été réalisé dans le cadre d’une collaboration entre l’ENTPE/ niversité de Lyon et la SNCF. L’objectif de l’étude est la caractérisation des propriétés thermomécaniques des enrobés bitumineux à être utilisés dans la construction de voies ferrées. Le comportement viscoélastique linéaire (VEL) et la résistance à la fatigue d’enrobés pour couche de base couramment utilisés en France ont été étudiés. L’influence de l’eau sur ces propriétés a été aussi étudiée du fait que l’exposition à l’eau des couches bitumineuses en structure ferroviaire peut les altérer et réduire la durée de vie de l’ouvrage. La caractérisation du comportement VEL et de la résistance à la fatigue des matériaux a été faite en réalisant des essais mécaniques en traction-compression sur des éprouvettes cylindriques au laboratoire LTDS/ENTPE. Une nouvelle procédure de conditionnement à l’eau et au gel a été proposée sur la base des méthodes d’essai normalisées française et américaine. La susceptibilité à l’eau des matériaux a été obtenue par comparaison des résultats des essais mécaniques entre éprouvettes conditionnées et non conditionnées. Le comportement VEL des matériaux a été simulé avec le modèle 2S2P1D, développée à l’ENTPE. Trois formules pour couche de base ont été testées : une GB3, une GB4 et une formule appelée GB PMB. Cette dernière est la même formule GB3 mais avec un bitume modifié aux polymères SBS. La GB3 sert comme matériau de référence. La GB4 est un matériau de meilleures performances que la GB3. La formule GB4 étudiée correspond à celle mise en place dans la couche sous-ballast de la Ligne à Grande Vitesse (LGV) Bretagne-Pays de Loire. L’intérêt d’étudier la GB PMB est de savoir si l’utilisation de bitumes modifiés aux polymères est pertinente dans un contexte ferroviaire ou pas. 2 La zone test construite dans la LGV Est-Européenne près de la ville de Reims avec une couche sous-ballast en enrobé bitumineux a servi comme cas d’étude pour cette thèse. Les différents avantages de l’utilisation de matériaux bitumineux en structure ferroviaire retrouvées dans la bibliographie ont été confirmés avec le retour sur l’expérience de cette zone test. Les résultats obtenus des travaux expérimentaux montrent que les trois formules étudiées présentent des capacités portantes (rigidité) suffisantes pour leur utilisation comme couche sous-ballast. La méthode de conditionnement à l’eau et au gel utilisée n’a pas altéré le comportement VEL des matériaux. En ce qui concerne les essais de fatigue, les résultats ont montré que l’utilisation d’un bitume modifié aux polymères augmente sensiblement la résistance à la fatigue de la GB3. La GB PMB a aussi montré une plus faible susceptibilité de la résistance à la fatigue à l’eau et au gel que la GB3. Du fait que les niveaux de sollicitation de la base de la couche d’enrobé de la zone test LVG EE sont très faibles, tous les matériaux étudiés présentent des propriétés satisfaisantes de résistance à la fatigue en couche sous-ballast. / The research presented in this document was carried out in collaboration between the National School of Public Works (Ecole Nationale des Travaux Publics de l’Etat – ENTPE) of the University of Lyon and the French National Railway Company (Société Nationale des Chemins de Fer français – SNCF). The objective of this study is the characterisation of the thermomechanical properties of road base-course bituminous mixtures commonly used in France for their use in railway track structures. Linear Viscoelastic (LVE) and fatigue resistance properties have been investigated. The influence of moisture damage including freeze-thaw cycles on the properties of the studied mixtures was also studied. LVE and fatigue resistance properties were obtained by means of sinusoidal tension-compression tests on cylindrical samples at the ENTPE/LTDS laboratory. A protocol for moisture conditioning of bituminous mixtures samples was developed based on the French and American standard test methods for moisture susceptibility and on the literature review on the subject. Moisture damage was assessed using complex modulus and fatigue tests. The LVE behaviour of the materials was described using the 2S2P1D (2 Springs, 2 Parabolic elements and 1 Dashpot) model developed at the ENTPE/LTDS laboratory. Three road base-course mixtures available in the French market were studied: a GB3, a GB4 and a mixture called GB PMB (for Polymer-Modified Bitumen). The GB3 mixture stands as the reference material since it is commonly used for the base-courses of conventional roads in France. The GB4 mixture stands as a better performing material than the GB3. The specific studied GB4 formulation corresponds to that used as sub-ballast of the Brittany-Loire high-speed line (HSL) in western France. The GB PMB stands as an improved version of the GB3 in which the base bitumen is replaced by polymer-modified bitumen. The interest of the study of this third mixture is to assess the relevance of using PMB’s in bituminous mixtures intended for railway platforms. The test zone of the East-European HSL served as case study to identify the loading conditions and the behaviour of a bituminous sub-ballast layer in a French track. The several advantages of using bituminous mixtures as sub-ballast material identified in the literature are confirmed by the feedback from this test zone. The results obtained show that the studied bituminous mixtures present excellent bearing capacities (stiffness) for their use as sub-ballast layers in France. The used moisture conditioning protocol did not alter the LVE behaviour of the materials. The good performance of the materials is then expected to be perennial regarding the effect of moisture on the LVE behaviour. With respect to fatigue resistance, the results show that the use of a PMB provides an important increase of the fatigue life as well as a reduction of the susceptibility to moisture damage. However, given the identified loading levels of the bituminous sub-ballast in a common French track structure, all three mixtures present adequate fatigue resistance properties.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les routes sont le moyen de transport le plus utilisé dans le monde et le développement d'un pays est souvent mesuré en termes de kilométrage total des routes revêtues. Les chaussées sont essentielles à notre réseau social et l’enrobé bitumineux est le matériau le plus utilisé pour leur fabrication. À l'heure actuelle, le réseau routier européen n’est plus en forte croissance et nécessite surtout un entretien. Dans un contexte de développement durable de plus en plus exigeant,la route pourrait donc représenter sa propre source d’approvisionnement en tirant parti du recyclage. Elle doit aussi limiter les quantités d’énergies et de ressources naturelles nécessaires à sa propre maintenance.La combinaison des techniques d’enrobés tièdes (WMA) et de taux de recyclage élevés d’agrégats d’enrobés (RAP) apparaît comme une solution permettant d’économiser à la fois l’énergie et les ressources naturelles. Mais sa durabilité doit être éprouvée. Un programme expérimental a donc été mis en place pour montrer l'évolution des performances de ces enrobés bitumineux avec le temps, mettant en évidence la notion de vieillissement essentiellement lié à la fraction bitumineuse. A l'échelle du bitume, l'évaluation à long terme est effectuée notamment en appliquant la δ-méthode et en comparant avec les mesures de masses moléculaires par GPC à la fois sur des échantillons modèles à teneur en asphaltènes controllée et sur des échantillons de laboratoire. A l’échelle de l’enrobé bitumineux, une étude comparative a été réalisée entre un enrobé à chaud traditionnel et des WMAs incluant 0% ou 50% de RAP soumis à une procédure de vieillissement en laboratoire. Les performances à long terme des mélanges sont comparées au moyen d’essais de module complexe et de fatigue.Les résultats montrent une relation entre l’évolution de la structure des bitumes par vieillissement et les performances mécaniques. Le vieillissement à court terme au moment de la fabrication est beaucoup moins marqué pour les procédés tièdes. Après vieillissement à long terme, les tendances générales sont similaires pour tous les procédés. / Roads are the most widely used mode of transportation in the world, and a country’s development is often measured in terms of its total paved roads mile age. Pavements are an essential part of our social network and asphalt concrete is the main material used for manufacturing them. Currently, the European road network is not much growing anymore and mostly needs only maintenance. In a context of increasing demand of performance and durability of asphalt mixtures, a sustainable, durable and economical conceptionis required. Indeed it could be oriented towards a self sufficient road providing its own raw materials through recycling while limiting the use of energy and other natural resources for its maintenance.The combination of warm mix asphalts (WMA) technologies and high rates of reclaimed asphalt pavements (RAP)appears as a solution to achieve both energy and natural resources savings. But it is still ambiguous in terms of durability. Therefore, an experimental program is set up to show the evolution of the performances of such asphalt concretes with time, highlighting the notion of ageing mostly related to the bituminous fraction. At the bitumen scale, the long term assessment is carried out in particular by applying the δ-method compare with GPC measurements both on model samples with controlled asphaltene content and laboratory aged ones. At the asphalt mixture scale, a comparison studyis carried out between a reference HMA and WMAs with 0%- 50% of RAP submitted to a laboratory ageing procedure. The long term performances of the mixtures are compared by means of complex modulus and fatigue testing. Results show a relation between the evolution of the structure of the bitumen with ageing and the mechanical performances. Short term ageing is less important for warm processes. After ageing, the overall tendencies are similar for all processes.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre l'Ecole Nationale des TPE et les entreprises routières APPIA et EUROVIA. La société pétrolière TOTAL a également été associée à l'étude. Ce travail traite de l'analyse du comportement thermo-mécanique des enrobés bitumineux aux températures basses et intermédiaires et vise à mettre en évidence les relations entre les propriétés des liants et des enrobés. Un large travail expérimental de laboratoire a été réalisé en vue de répondre à ces deux objectifs. Il s'agit notamment de mieux cerner les critères existants de caractérisation des liants, voire d'en proposer de nouveaux, en relation avec le comportement en place des enrobés.<br /><br />Après une étude bibliographique sur la rhéologie et les propriétés thermo-mécaniques des bitumes, des mastics et des enrobés bitumineux, le travail expérimental mené aussi bien dans le domaine des petites déformations que des grandes déformations, est exposé.<br /><br />Le comportement à basse température des bitumes a été évalué avec trois tests fondamentaux largement répandus : i)l'essai de module complexe, ii)l'essai de fluage au BBR, iii)l'essai de traction directe SHRP à vitesse de déformation constante et températures constantes. En outre, un nouvel essai de fissuration, consistant en un essai de flexion trois points sur éprouvettes de bitume préentaillées, a été développé à l'ENTPE. Les paramètres de ténacité et d'énergie de rupture des bitumes à basses températures ont pu être déterminés en utilisant les hypothèses de la MLR (Mécanique Linéaire de la Rupture). <br /><br />Le comportement thermo-mécanique des enrobés bitumineux à basse température a été étudié en réalisant i)des essais de module complexe, ii)des mesures du coefficient de dilatation-contraction thermique, iii)des essais de traction à vitesses de déformation constantes, iv)ainsi que des essais de retrait thermique empêché.<br /><br />Tout d'abord, des liens pertinents entre les propriétés des liants et des enrobés, et des caractéristiques suffisamment discriminantes au regard des propriétés à basse température des enrobés ont été mis en évidence. Ensuite, l'analyse a consisté à effectuer un travail de modélisation du comportement des liants et des enrobés, en petites et grandes déformations.<br /><br />Un modèle rhéologique monodimensionnel, qui consiste en une généralisation du modèle analogique de Huet-Sayegh, a été développé dans le domaine des petites déformations. Ce modèle, appelé modèle “2S2P1D”, permet de simuler correctement à la fois le comportement visco-élastique linéaire des bitumes et celui des enrobés bitumineux. A partir de ce modèle, une transformation originale –indépendante du modèle– permettant de prédire le module complexe de l'enrobé à partir de celui du liant est proposée, puis validée.<br /><br />Enfin, la dernière partie de cette thèse est consacrée à la loi généralisée monodimensionnelle “DBN” (Di Benedetto-Neifar) à partir de laquelle un programme a été développé sur l'interface Visual Basic du logiciel Excel. Ce programme constitue un outil simple de prévision du comportement de l'enrobé bitumineux sous diverses sollicitations (mécaniques et/ou thermiques). Ce modèle rhéologique permet de faire le lien entre les petites et les grandes déformations. Des simulations d'essais de traction à vitesses de déformation constantes, ainsi que des simulations d'essais de retrait thermique, monotones ou cycliques, sont enfin présentées.