Depuis les années 2000, les grandes entreprises routières axent leurs recherches sur l’abaissement des températures de fabrication et de mise en œuvre des enrobés bitumineux à chaud (de 30 à 50°C). Le développement de ces nouveaux enrobés, dits tièdes, a fait apparaître sur les chantiers des problématiques de maniabilité qui n’existaient pas dans le cas des enrobés à chaud, notamment lors des mises en œuvre manuelles. Ce sujet de thèse, inscrit dans cette thématique des enrobés bitumineux tièdes, vise à étudier leur comportement aux températures de mise en œuvre et à développer une démarche de caractérisation et d’évaluation de leur maniabilité. Pour cela, le travail expérimental a été réalisé à différentes échelles du matériau (liant, mastic et enrobé), sur des matériaux réels (aux liants bitumineux) et modèles (aux huiles de silicone), en s’articulant autour de deux axes principaux : les propriétés de viscosité des liants et des mastics d’une part, puis les propriétés de maniabilité des enrobés évaluées par un outil depuis peu normalisé, à savoir le maniabilimètre. Après un état de l’art sur les enrobés bitumineux, notamment tièdes, leur mise en œuvre et méthodes de caractérisation, et les propriétés rhéologiques des liants et des mastics bitumineux, une présentation des différents matériaux utilisés est faite. Les études rhéologiques menées sur liant et sur mastic sont présentées dans une première partie, depuis la mise en place des protocoles de mesure en plan-plan jusqu’à l’analyse des différents comportements, en fonction de paramètres choisis tels que la température, le taux de cisaillement, le taux de fines ou la présence d’additif tiède. Outre la vérification du caractère newtonien des bitumes et la validation des matériaux modèles, cette partie met en évidence le comportement non newtonien des mastics aux taux de fines testés, ainsi que la présence d’un phénomène de sédimentation dans les mastics, particulièrement à haute température, qui amène à s’interroger sur la pertinence de l’étude à l’échelle mastic par rapport à celle sur liant. En deuxième partie, l’analyse de la maniabilité à l’échelle de l’enrobé est menée à l’aide du maniabilimètre (NF P 98 258-1) ; l’intérêt de maîtriser la compacité de l’échantillon pour une bonne pertinence de l’essai est démontré. Une analyse de différents paramètres, tant géométriques que produits, initialement sur enrobés modèles puis réels, a permis de mettre en évidence la capacité et les limites de cet outil à caractériser la maniabilité, en corrélation avec les études rhéologiques sur liant et mastics / Since the 2000s, road industries have focused their researches on lowering the mixing and implementation temperatures of Hot Mix Asphalt (HMA) (from 30 to 50°C). These new asphalt concretes, called Warm Mix Asphalt (WMA), created a workability issue that did not exist in the case of HMA, especially during manual implementation. This thesis aims to study the behavior of these WMA at implementation temperatures and to develop a method to characterize and evaluate their workability. For that, the experimental work was done at several scales of the material (the binder, the mastic and the mixture), some made with bituminous binders and some with silicone oils. Two properties were studied: on the one hand the viscosity of binders and mastics, and on the other hand the workability of mixtures measured by the workability device, newly standardized. After a state of the art on asphalt concretes, in particular WMA, on their implementation and characterization techniques, on the rheological properties of bituminous binders and mastics, the different materials used are presented along with their characterizations. The rheological studies conducted on binder and mastic are exposed in a first part, from the setup of measure procedures to the analysis of different behaviors with respect to the chosen parameters such as temperature, shear rate, filler content. This part highlights not only the Newtonian nature of binders but also the non-Newtonian behavior of mastics and the sedimentation phenomenon they endured at high temperatures which leads to investigate the legitimacy of the study at the mastic scale. In a second part, the workability of the mixtures is measured with the workability device (NF P 98 258-1), showing the importance of controlling the void content of the sample to guaranty a relevant test. An analysis of several parameters highlighted the ability and the limits of this device to characterize workability, with regard to the rheological studies on binders and mastics

Le recyclage des enrobés bitumineux fabriqués selon un procédé tiède répond aux exigences du développement durable: il limite l'apport de matériaux neufs, permet la gestion des déchets et réduit la consommation d'énergie. Le recyclage des enrobés date des années 70 ; ce qui a changé depuis, c'est la volonté de pérenniser le recyclage à fort taux, définit ici à plus de 25% d'agrégats d'enrobés (AE). Les AE contiennent une part de bitume qui est valorisable pour ses propriétés viscoélastiques de liant hydrocarboné. Il est ainsi recherché une mobilisation de ce liant vieilli dans le processus de recyclage. L'un des problèmes suspectés lors du couplage recyclage/procédé tiède est le phénomène de double enrobage pouvant impacter la rhéologie du nouveau matériau: le liant de l'AE et le liant d'apport ne se mélangeraient pas totalement du fait de l'abaissement des températures de fabrication et formeraient des couches superposées. Ce phénomène serait la cause de dysfonctionnements mécaniques au niveau de l'enrobé. Il se pose donc la question de la qualité de l'enrobage de surfaces granulaires déjà enrobées et du manque de moyens de caractérisation pour l'observation in situ de l'interface. Dans ce travail de thèse, la qualité d'enrobage des agrégats d'enrobés par un liant d'apport a été évaluée à l'échelle microscopique et macroscopique. Au niveau microscopique, il a été proposé d'utiliser un outil de micro-spectroscopie infrarouge pour évaluer in situ la qualité d'interface entre l'AE et le liant d'apport et suivre la répartition spatiale de ces deux composants au sein d'enrobés de laboratoire. Cela a nécessité un important développement expérimental afin de pouvoir appliquer un accessoire d'imagerie infrarouge aux mélanges complexes que sont les formules d'enrobés bitumineux constitués de différentes fractions granulaires et de liant bitumineux. Il a ainsi été possible, grâce à l'identification préalable de traceurs internes, de suivre la remobilisation partielle du liant vieilli de l'AE. En parallèle, au niveau macroscopique, un protocole d'essai a été développé afin d'évaluer la durabilité des enrobés contenant des forts taux d'AE (50%), notamment des enrobés fabriqués selon un procédé tiède. L'essai actuel de fatigue est l'un des essais qui permet le mieux d'évaluer la durée de vie d'une couche de chaussée. Mais cet essai accéléré est biaisé car le bitume des échantillons testés n'a pas eu le temps de vieillir comme c'est le cas sur une vraie chaussée. Dans ce travail, il a donc été proposé d'ajouter une étape de vieillissement du matériau avant les essais de fatigue, d'orniérage, de tenue à l'eau et de module complexe. Il est supposé que le comportement réel du matériau se situerait entre celui du matériau non vieilli et celui du matériau vieilli. Les principaux résultats obtenus montrent qu'un enrobé tiède contenant un taux élevé d'AE présente de bonnes performances mécaniques excepté qu'il a tendance à être plus sensible à la fatigue qu'une même formulation de matériau fabriqué à chaud ou selon un procédé tiède mais sans ajout AE. / The recycling of asphalt mixtures manufactured with a warm process meets the requirements of sustainable development: it limits the use of new materials, allows waste management and reduces energy consumption. The recycling of asphalt mixtures dates from the 70's. What has changed since that is the will to sustain high rate recycling, defined here by more than 25% of Reclaimed Asphalt Pavement (RAP). RAP contains a part of bitumen that is recoverable for its viscoelastic properties of asphalt binder. It is thus desired to mobilize this aged binder in the recycling process. One of the suspected problems when coupling recycling and warm process is the phenomenon of double coating that could affect rheological properties of the new material: the RAP binder and the new binder do not would mix completely due to the reduction of processing temperatures and would form superimposed layers. This phenomenon would cause mechanical dysfunctions in the asphalt mixture. This raises the question of the quality of the coating of granular surfaces, previously coated, and lack of characterization tools for in situ observation of the interface. In this thesis work, the quality of coating of RAP by a new binder has been evaluated at the microscopic and macroscopic scales. At the microscopic level, it has been proposed to use infrared micro-spectroscopy tool to evaluate the quality of interface between the RAP and the new binder and to follow the spatial distribution of these two components within mixtures produced in laboratory. To do that, it has been necessary to carry out an important experimental development in order to apply an infrared imaging accessory to complex mixtures that are the bituminous mixtures made of different granular fractions and bituminous binder. It was then possible, based on previous identification of internal tracers, to follow the partial remobilization of RAP aging binder. In parallel, at the macroscopic level, a testing protocol has been developed to evaluate the durability of high rate recycled asphalt mixtures (50% of RAP), including mixes produced in a warm process. The current fatigue test is one of the tests that best evaluate the lifetime of a pavement layer. But this accelerated test is biased because the bitumen of the mixtures tested did not have time to aged, as occurs in the case on a real road. In this work, it was proposed to add an aging step of the material before fatigue test, rutting test, modulus test and moisture damage test. It is assumed that the real behavior of the material would range between that of the unaged material and that of aged material. The main obtained results show that warm mixture asphalt containing high rate of RAP exhibit good mechanical performance, with a trend to be more susceptible to fatigue than a similar hot mixture or a warm mixture without added RAP.

L'additivation chimique des bitumes est un des procédés employé industriellement pour produire des enrobés bitumineux tièdes. Bien que différents additifs commerciaux soient disponibles sur le marché, les mécanismes d'actions impliqués dans la réduction des températures de mise en œuvre demeurent relativement mal connus. Dans le cadre de cette thèse CIFRE TOTAL, trois approches complémentaires ont été étudiées afin d'avoir une meilleure compréhension de ses mécanismes. La particularité de notre démarche vient du fait que ces études ont été réalisées aux températures de mise en œuvre des enrobés bitumineux (90°C - 165°C). Dans un premier temps, une étude rhéologique indique qu'à ces températures, le bitume possède un comportement newtonien sur une large gamme de taux de cisaillement. Nous avons montré que la viscosité du bitume est peu sensible à l'ajout d'additifs mais qu'elle dépend essentiellement de la température. Nous suggérons que la viscosité volumique n'est pas adaptée pour comprendre les phénomènes mis en jeu. Nous proposons alors d'étudier le comportement rhéologique des bitumes en films minces (de quelques dizaines de micromètres). Dans un deuxième temps, nous avons employé une approche tribologique afin de mieux appréhender le comportement des systèmes liant/granulats. Des tests de frottement menés sur avec des matériaux modèles en présence de bitume révèlent qu'en régime de lubrification hydrodynamique, la réponse en frottement n'est pas sensible à l'additivation des bitumes mais à la température. En régime de lubrification limite, notre étude a montré que la réponse en frottement dépend de la température, des matériaux et de l'additivation des bitumes. Enfin, une approche interfaciale indique que les additifs modifient peu la tension superficielle du bitume et le mouillage des granulats dans l'air. En milieu aqueux, l'effet tensioactif de certains additifs est clairement mis en évidence par des essais de détermination de tension interfaciale et par des essais de mouillage. La combinaison de ces trois approches permet une meilleure compréhension des phénomènes se produisant aux niveaux des interfaces granulat/granulat et granulat/bitume. / One way to produce Warm Mix Asphalt (WMA) consists in adding chemicals to bitumen. Although several! kinds of additives are available on the market the mechanisms of this technology remains still not well understood. This thesis realized within a partnership between TOTAL and the Laboratory of Tribology and Systems Dynamic is focus on three axes to get a better understanding of these mechanisms. One singularity of our approach is due to the fact that experiments were performed at industrial processing temperatures (90°C- 165°C). ln a first lime, a rheological study has shown that bitumen exhibits a Newtonian behaviour at mixing and compacting temperatures. Bitumen viscosity mainly depends on temperature but in not very affected by the chemical additivation. We suggest that the bulk rheology is not adapted to understand the phenomena which are involved and we propose to study the behaviour of thin films of few tens of microns instead. ln a second lime, a tribological approach was employed to better understand mechanisms involved in binder/aggregate systems. Friction tests were performed with model materials. Results are that the friction answer is not sensible to the presence of additives but ta temperature in hydrodynamic lubrication range. ln boundary lubrication range, the response is material-, temperature- and additive-dependant. Finally, results of an interfacial study have shown that the interfacial tension of bitumen and that the wettability of aggregates are not very sensitive ta additives when the experiments are performed in air. When performed in an aqueous medium, interfacial tension measurements and wettability tests clearly allow to reveal the surfactant behaviour of effect of some additives. The combination of the three approaches allow a better understanding of phenomena which are involved at bitumen/aggregates and aggregates/aggregates interfaces.

A reciclagem de misturas asfálticas usando técnicas de misturas mornas atende às exigências da sustentabilidade, limitando o consumo de energia e de novos materiais. A reciclagem de revestimentos asfálticos fresados (RAP) é praticada há mais de 40 anos, por meio de usinagem a quente do RAP adicionado a agregados e ligante novos. Todavia, o uso de elevadas taxas de RAP (acima de 25% no total), é um grande desafio até o presente, pois limita a perda de durabilidade da mistura asfáltica final. O RAP contém ligante asfáltico envelhecido aderido aos agregados, porém uma parte desse ligante pode ser remobilizada durante a reciclagem pelo aumento da temperatura no processo de usinagem. Esta tese busca compreender o processo de remobilização do ligante envelhecido durante a reciclagem do RAP e as consequências da magnitude de temperatura empregada no processo de reaquecimento deste material envelhecido. Atualmente, tem-se buscado o uso da tecnologia de usinagem morna, permitindo a redução de temperatura total no processo de fabricação. Um dos problemas possíveis da combinação das técnicas reciclagem morna é a ocorrência do fenômeno de recobrimento duplo, que pode impactar na reologia do novo material: o ligante do RAP e o ligante novo não se misturariam totalmente, devido à redução das temperaturas de fabricação, formando camadas superpostas. Este fenômeno seria a causa de disfuncionamentos mecânicos da mistura asfáltica final. Questiona-se então a qualidade do recobrimento dos agregados do RAP, já recobertos, e a falta de um meio de caracterização para a observação da interface. Neste estudo, a qualidade do recobrimento do RAP foi avaliada em escala microscópica e macroscópica. No nível microscópico, foi proposto o uso de uma ferramenta de micro-espectroscopia infravermelha para avaliar a interface entre o RAP e o ligante novo, e seguir a distribuição espacial desses dois componentes na mistura asfáltica. Para tanto, foi realizado um desenvolvimento experimental detalhado que permitisse o uso de um acessório de imagem infravermelha em misturas asfálticas recicladas. Graças à indentificação prévia de marcadores internos, foi possível acompanhar a mobilização parcial do ligante envelhecido do RAP. Em paralelo, no nível macroscópico, foi desenvolvido um protocolo de ensaio com o objetivo de avaliar a durabilidade das misturas asfálticas recicladas com taxas elevadas de RAP (50%), com o objetivo princial de compreender se há benefícios nas propriedades mecânicas de misturas mornas recicladas. O ensaio de fadiga é um dos ensaios que permitem melhor avaliar e comparar diferentes misturas asfálticas para comporem uma camada de pavimento. Porém, este ensaio não pode ser diretamente transposto à previsibilidade de campo por ter restrições, tais como o ligante das amostras ensaiadas não teve tempo de envelhecer; e as misturas asfálticas, dependendo da quantidade de RAP e da temperatura de usinagem, podem envelhecer em velocidades diferentes em campo. No presente trabalho, foi proposta a adição de uma etapa de envelhecimento previamente aos ensaios mecânicos. Foi suposto que o comportamento real do material estaria situado entre o do material não envelhecido e do envelhecido. Os principais resultados mostram que uma mistura reciclada morna apresenta resultados satisfatórios de comportamento mecânico que atestam seu uso como camada de revestimento asfáltico, exceto que ela tem a tendência de ser mais sensível à fadiga que uma mistura com a mesma composição de agregados e de teor de ligante, fabricada a quente ou morna, mas sem a adição de RAP. / Le recyclage des enrobés bitumineux fabriqués selon un procédé tiède répond aux exigences du développement durable: il limite lapport de matériaux neufs, permet la gestion des déchets et réduit la consommation d\'énergie. Le recyclage des enrobés date des années 70 ; ce qui a changé depuis, cest la volonté de pérenniser le recyclage à fort taux, définit ici à plus de 25% dagrégats denrobés (AE). Les AE contiennent une part de bitume qui est valorisable pour ses propriétés viscoélastiques de liant hydrocarboné. Il est ainsi recherché une mobilisation de ce liant vieilli dans le processus de recyclage. Lun des problèmes suspectés lors du couplage recyclage/procédé tiède est le phénomène de double enrobage pouvant impacter la rhéologie du nouveau matériau: le liant de lAE et le liant dapport ne se mélangeraient pas totalement du fait de labaissement des températures de fabrication et formeraient des couches superposées. Ce phénomène serait la cause de dysfonctionnements mécaniques au niveau de lenrobé. Il se pose donc la question de la qualité de lenrobage de surfaces granulaires déjà enrobées et du manque de moyens de caractérisation pour lobservation in situ de linterface. Dans ce travail de thèse, la qualité denrobage des agrégats denrobés par un liant dapport a été évaluée à léchelle microscopique et macroscopique. Au niveau microscopique, il a été proposé dutiliser un outil de micro-spectroscopie infrarouge pour évaluer in situ la qualité dinterface entre lAE et le liant dapport et suivre la répartition spatiale de ces deux composants au sein denrobés de laboratoire. Cela a nécessité un important développement expérimental afin de pouvoir appliquer un accessoire dimagerie infrarouge aux mélanges complexes que sont les formules denrobés bitumineux constitués de différentes fractions granulaires et de liant bitumineux. Il a ainsi été possible, grâce à lidentification préalable de traceurs internes, de suivre la remobilisation partielle du liant vieilli de lAE. En parallèle, au niveau macroscopique, un protocole dessai a été développé afin dévaluer la durabilité des enrobés contenant des forts taux dAE (50%), notamment des enrobés fabriqués selon un procédé tiède. Lessai actuel de fatigue est lun des essais qui permet le mieux dévaluer la durée de vie dune couche de chaussée. Mais cet essai accéléré est biaisé car le bitume des échantillons testés na pas eu le temps de vieillir comme cest le cas sur une vraie chaussée. Dans ce travail, il a donc été proposé dajouter une étape de vieillissement du matériau avant les essais de fatigue, dorniérage, de tenue à leau et de module complexe. Il est supposé que le comportement réel du matériau se situerait entre celui du matériau non vieilli et celui du matériau vieilli. Les principaux résultats obtenus montrent qu\'un enrobé tiède contenant un taux élevé dAE présentent de bonnes performances mécaniques excepté quil a tendance à être plus sensible à la fatigue quune même formulation de matériau fabriqué à chaud ou selon un procédé tiède mais sans ajout AE.

Pendant plusieurs années, les aménagements de la voirie urbaine ont été adaptés à un accroissement continuel de la circulation automobile avec l’élargissement des emprises roulables et la prédominance du noir des revêtements bitumineux. Or, la route accueille maintenant des usagers variés. Elle doit donc tenir compte de tous ces utilisateurs, leur donner la place qui leur revient et réussir à les faire cohabiter. La route doit mettre en valeur les territoires qu’elle traverse, tout en répondant à sa mission première qui est de desservir adéquatement les communautés avoisinantes. Il faut concevoir des routes de façon à ce que les conducteurs de véhicules motorisés fassent naturellement ce qu’on attend d’eux. Les revêtements colorés peuvent être utilisés pour créer des ambiances urbaines, renforcer l’identité d’une ville et faciliter la lecture des espaces. Plusieurs nouveaux aménagements routiers, allant des carrefours giratoires aux stationnements en passant par la signalisation et toutes les mesures qui permettent de modérer la circulation, sont à la disposition des concepteurs. De plus, dans un contexte de développement durable, de nouvelles techniques routières ont fait leur apparition. Parmi celles-ci, en plus des revêtements colorés, il y a les enrobés tièdes. Cette thèse, basée sur une trentaine d’années de recherches, d’enseignements, de réalisations et d’observations à travers le monde, présente ces nouveaux aménagements routiers et ces nouveaux matériaux / For years, the development and maintenance of urban road systems responded to a continuous increase in automobile traffic by extending the network, with the blacktop for asphalt pavements taking the lead. However, the road now serves a wide variety of users, which it must now satisfy even as it struggles to meet their competing end goals. The road must enhance the landscape, while adequately serving the surrounding communities. Road design must be realized in a manner that allows drivers to perform what is expected of them naturally. Coloured bituminous surfaces can be used to create urban atmospheres, to reinforce the identity of a city, to facilitate the reading of spaces, to support the cohabitation of different users and to identify different places. Several new road engineering measures, such as roundabouts, parking, traffic signs and traffic calming measures, are now available to urban planners, traffic engineers and road designers. Furthermore, in the framework of sustainable development, new road techniques have emerged, including coloured bituminous pavements and a variety of warm mix asphalt techniques. This thesis, wich is based on thirty years of research, teaching, accomplishments and observations from around the world, presents these new road management measures and materials