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CA 02676743 2009-07-28
WO 2008/101798 PCT/EP2008/051348
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COMPOSITION DE REVETEMENTS ROUTIERS
THERMOCHROMIQUES DE COULEUR MODULABLE EN FONCTION DE LA
TEMPERATURE
L'invention concerne l'utilisation de pigments thermochromiques dans
des revêtements routiers divers composés d'un liant clair d'origine végétale
ou
pétrochimique, seul ou en mélange, d'au moins un pigment thermochromique et
de granulats.
Par liant clair, on entend de façon générale un liant à base d'une ou
plusieurs résine(s) éventuellement couplée(s) par un ou plusieurs
plastifiants.
Le cas échéant et en fonction de la destination particulière du revêtement
considéré, un ou plusieurs renfort(s), par exemple de nature polymèrique,
peut(vent) être ajouté(s).
Ces liants sont utilisés en substitution des liants bitumineux utilisés dans
le domaine routier pour de nombreuses applications tels que les enrobés
bitumineux, qui sont des mélanges comprenant un liant bitumineux et des
granulats, qui sont utilisés de manière courante pour construire des couches
de
chaussée (couche d'assise ou de roulement) en construction routière ou pour
des travaux d'étanchéité. Parmi ces applications l'homme de l'art y
reconnaitra
différentes formules d'enrobés bitumineux, généralement normalisées, tels que
les Bétons Bitumineux Semi-Grenus, les Bétons Bitumineux minces, les Bétons
Bitumineux très minces, les Bétons Bitumineux Ultra Minces, les enrobés
drainants, les Bétons Bitumineux Aéronautiques, les Bétons Bitumineux
Cloutables, les Asphaltes, les Enrobés coulés à Froid et les Bétons Bitumineux
à Froid.
Il est connu de l'homme de l'art que de nombreux additifs peuvent être
ajoutée à l'enrobé, à l'enduit ou au liant, tel quel, fluidifié ou en
émulsion, de
manière à en réguler les propriétés. Par exemple, et de manière non
limitative,
il est possible d'ajouter des additifs tels que les zéolithes, les cires, les
fibres
naturelles ou synthétiques pour en ajuster la maniabilité et/ou des additifs
favorisant l'adhésion du liant au granulat et/ ou des polymères et/ou des
additifs
visant à réguler la rupture des émulsions.
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Toutefois, de tels liants bitumineux présentent un inconvénient majeur
lorqu'ils sont utilisés en construction routière : leur couleur noire est
difficilement
modifiable.
Les revêtements colorés améliorent la sécurité des usagers de la route
en identifiant clairement les voies spécifiques (voies piétonnes, pistes
cyclables,
voies de bus, etc.), en matérialisant certaines zones de danger (entrées
d'agglomération, virages dangereux, etc.) en favorisant la visibilité en
condition
de faible luminosité (par exemple la nuit ou dans des sites particuliers comme
les tunnels), mais aussi et tout simplement pour l'aspect esthétique (places,
cours d'école, etc.).
Les couleurs possibles sont limitées par les choix des pigments
disponibles commercialement et leur rendu en présence des autres
composants de l'enrobé, notamment des granulats.
Les bitumes routiers classiques de couleur noire, ayant une teneur
élevée en asphaltène seront évidemment exclus puisqu'ils interdiront toute
coloration efficace du revêtement. En revanche, il sera possible d'utiliser
différents types de bitumes de synthèse ou liants clairs, par exemple des
produits issus de la chimie du pétrole. Dans ce cas, ces bitumes de synthèse
clairs sont obtenus par des procédés de rafinage spéciaux du pétrole qui
conduisent précisément à une base pratiquement totalement débarassée
d'asphaltènes.
Dans le cadre de la présente invention, on utilisera dans la composition
de revêtement, un liant clair ou translucide d'origine végétale ou
pétrochimique.
De tels liants de synthèse peuvent être additivés par différents polymères
élastomériques ou thermoplastiques de manière à modifier leurs propriétés
mécaniques pour mieux les adapter à la destination finale du revêtement selon
l'invention, en application des connaissances générales de l'homme du métier.
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Selon un mode de réalisation particulier de la présente invention, les
liants clairs utilisables dans le cadre des compositions de revêtement objet
de
l'invention, comprendront un agent structurant, un agent plastifiant et
éventuellement un ou plusieurs polymère(s) de renfort.
L'agent structurant pourra être choisi en raison de ses propriétés
recherchées par l'homme du métier, parmi les résines naturelles ou
synthétiques, et/ou parmi des polymères naturels, naturels modifiés
chimiquement ou synthétiques ainsi que leurs mélanges.
L'agent plastifiant pourra de façon classique, être constitué par une huile
d'origine végétale, animale, minérale ou synthétique ou par un mélange de
telles huiles.
En fonction de la nature particulière des constituants de la composition
de l'invention, le mélange pourra être obtenu, soit dans des centrales de
fabrication classique de type continu ou discontinu, soit à froid sous forme
d'émulsion de bitume de synthèse.
De façon plus détaillée, les compositions décrites sous termes de liant
clair de synthèse comportent :
- un agent structurant ou tackéfiant, généralement un mélange d'une
ou plusieurs résines
- un agent plastifiant jouant le rôle de fluidifiant, généralement une
huile
- et éventuellement un renfort correspondant généralement en un ou
plusieurs polymère(s)
Par agent plastifiant, on entend tout constituant chimique permettant de
fluidifier et de réduire la viscosité et le module du liant obtenu. Il s'agit
par
exemple d'une huile végétale, animale, minérale ou synthétique seule ou en
mélange en toutes proportions.
Par agent structurant, on entend tout agent augmentant la température
ramollissement du liant, mesurée selon la méthode bille et anneau (NF EN
1427). Il s'agit par exemple d'une résine et/ou un polymère ainsi que leurs
mélanges en toutes proportions.
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Par résine, on entend toute résine, naturelle, qui peut alors d'être
d'origine fossile ou dite de récolte ou encore synthéthique. On entend
également les résines obtenues par la modification chimique de l'une ou
plusieurs de ces résines naturelles ou synthétiques. On entend également leurs
mélanges en toutes proportions.
Par polymère on entend les polymères naturels, naturels modifiés ou
synthétiques, ainsi que leurs mélanges en toutes proportions.
Les propriétés et proportions des ingrédients formant le liant clair sont
ajustées de manière à obtenir un liant qui ait au final des propriétés
adhésives
et mécaniques proches de celles des liants bitumineux usuels. En particulier,
il
est recherché des liants dont les propriétés répondent au mieux aux
spécifications pour bitume routiers, tels que décrites dans la norme NF EN
12591 Spécifications des bitumes routiers .
Afin de décrire au mieux les différentes familles constituants le liant de
synthèse ou d'origine végétale nous pouvons citer les brevets suivants :
FR 1 316 712, GB 1 226 234, EP 0 179 510, EP 0 330 281 et US 5 021 476.
Par granulats on entend des granulats d'origine diverses, parmi lesquels
les granulats issus de carrières ou de gravières, les granulats artificiels de
toute
origine utilisés seuls ou en mélange en toutes proportions.
Les granulats seront avantageusement choisis de préférence pour leur
couleur qui devra se rapprocher le plus possible de la couleur finale
recherchée. En l'occurrence, on choisira donc principalement des granulats de
couleurs claires assez neutres. De façon classique et bien connue de l'homme
du métier, les propriétés mécaniques et géométriques des granulats utilisés
dans le cadre de la présente invention devront également être choisies de
manière à satisfaire aux classes de performances des normes sur les granulats
en fonction de leur utilisation, en particulier ils devront tenir compte des
sollicitations mécaniques du trafic lourd et d'éventuelles contraintes liées à
des
problèmes d'adhérence sur des sections à trafic rapide important.
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Dans le cas où la composition de revêtement devra également contenir
des fines d'apport, il sera évidemment avantageux de les choisir dans une
couleur semblable à celle du produit final. De préférence, les fines
proviendront
de la même roche que celle des granulats.
5 Des spécifications pour ces matériaux sont décrites dans la norme NF
EN 13043 portant sur les Granulats pour mélanges hydrocarbonés et pour
enduits superficiels utilisés dans la construction des chaussées, aérodromes
et
d'autres zones de circulation .
On nommera par le terme granulats aussi bien des fractions granulaires
0/D (avec D<_14mm) ou une fraction d/D (2mm<_ d<_14 mm et 4 mm <_ D<_20mm).
L'invention a pour objet l'incorporation de pigment thermochromique
dans des revêtements routiers à base de liant clair de synthèse qui
permettront
à celui-ci de changer de couleur en fonction de la température à laquelle il
est
soumis. L'utilisation d'un liant synthétique de coloration claire permettra au
formulateur d'obtenir un nuancier de couleurs plus varié, fondé sur une gamme
plus importante de pigments thermochromiques.
La demande de brevet FR 2 874 631 décrit l'utilisation de ce type de
pigment pour la fabrication d'un matériau de marquage routier. Le pigment est
mélangé avant application et l'épaisseur du marquage est de 2 à 5 mm (de
préférence 2 mm). L'objectif essentiel de ce procédé est d'améliorer la
sécurité
routière lorsque des routes verglacées peuvent survenir. La formulation de ces
pigments est adaptée pour que le changement de couleur de ces pigments
apparaisse à des températures voisines de 0 C. Le matériau de base est un
matériau thermoplastique de type connu, qui convient à une extrusion ou
éjection depuis une machine sur la surface de la route, afin de former des
bandes, des sections ou des points cohérents.
Le domaine d`application visé est large. En effet, l'intérêt de ces
revêtements reprend ce qui a été décrit précédemment sur les revêtements
colorés (voie piétonnes, pistes cyclables, etc.) mais avec un aspect qui peut
être soit de prévention pour indiquer des variations de température notamment
en arrière saison, soit de nature purement esthétique.
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L'application à base de pigment thermochromique pourra être ponctuel
dans le revêtement routier. Par exemple, si la température est supérieure à
C la chaussée présentera une couleur homogène, en dessous on pourra voir
apparaître des bandes d'enrobés colorées.
5 L'utilisation de différents pigments thermochromiques permet de jouer
sur une variation de couleur tout au long de la journée en fonction de la
température. Ces variations apporteront un effet esthétique.
Par revêtement routier, on entend tous procédés à base de liant clair de
synthèse contenant des granulats. Comme exemple d'application nous
pouvons citer :
(i) Les enrobés coulés à froid. Ces procédés sont décrits dans le livre les
émulsions de bitume publié en 2006 par l'USIRF. Ce pigment
thermochromique est ajouté dans la fraction 0/d (d est préférentiellement
<_ 6mm) lors de la fabrication de l'enrobé sur la machine ECF ou lors de
la recomposition en centrale.
(ii) Les enrobés à chaud à base de liant de synthèse. Les pigments
thermochromiques sont incorporés en centrale lors de la fabrication de
l'enrobé. Par enrobé à chaud, on entend tous les procédés consistant à
mélanger des granulats chauffés en partie ou en totalité a une
température comprise entre 40 et 160 C avec du liant .
(iii) Les enduits superficiels. Ces procédés sont décrits dans le livre les
émulsions de bitume publié en 2006 par l'USIRF, et le guide technique
Setra "enduits superficiels d'usure" publié en mail 1995. Le pigment
thermochromique sera ajouté dans une émulsion de liant de synthèse ou
dans un liant de synthèse fluxé par une huile végétale, un fluxant
d'origine pétrochimique ou un fluxant d'origine carbochimique. Ce liant
pouvant être sous forme d' Le granulat pourra être utilisé tel quel ou
traité selon l'exemple (iv).
(iv) Une autre application novatrice de ce procédé consiste à la préparation
de granulat d/D prélaqué par un liant de synthèse en présence de
pigment thermochromique. Ce nouveau granulat pourra être utilisé dans
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les différentes applications routières connues notamment dans le cas
des enduits superficiels à base de liant bitumineux. Ces granulats
pourront être prélaqués à chaud, entre 80 et 180 OC et préférentiellement
entre 120 et 160 C par le liant de synthèse les pigments
thermochromiques seront ajoutés soit avant ou après le liant. Ce
prélaquage pourra également être réalisé à froid avec une émulsion de
liant de synthèse de formule adaptée.
Dans ce dernier cas le granulat pourra également être recouvert par une
résine polymérique naturelle ou synthétique pour favoriser la fixation des
pigments thermochromiques. Cette résine pourra être utilisée sous forme
d'émulsion de type élastomère ou de type plastomère.
(v) Les revêtements à base de pavés synthétiques. Ces revêtements sont
constitués de pavés synthétiques, collés ou non par un liant ou une
résine synthétiques ou naturelles, qui présentent l'aspect visuel et les
dimensions en plan des pavés en pierre naturelle. Ces pavés sont
fabriqués en usine ou sur site, par agglomération d'agrégats et d'un liant
synthétique ou d'une résine synthétiques ou naturelles. L'épaisseur de
ces pavés pourra atteindre 5 cm et sera préférentiellement inférieure à
1 cm.
On entend par pigment thermochromique tout composé de nature
organique, minéral ou métallique chromophore dont la couleur varie en fonction
de la température. Dans le cadre de ces composés, on pense plus
particulièrement aux pigments thermochromiques de type cristaux liquides ou
de type gélatines microencapsulées (leucodye).
Ces pigments thermochromiques sont caractérisés par une température
de transition qui se traduit par un changement de couleur. La température de
changement de couleur peut être choisie arbitrairement entre -5 et +60 C et
plus particulièrement entre -5 et +35 C. Ces composés peuvent être utilisés
sous forme de dispersion en phase liquide (dispersion dans une phase aqueuse
ou dans une phase organique) ou sous forme pulvérulente. L'incorporation des
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pigments thermochromiques dans les compositions selon l'invention peut se
faire directement dans un malaxeur à une température compatible pour dosage
en vrac ou en sachets prépesés fusibles. L'adaptation de la couleur du
granulat,
d'un liant de synthèse et l'ajout éventuellement d'un pigment de couleur
permettront au formulateur d'adapter au mieux les variations de couleur du
revêtement. L'ajout d'un pigment classique, par exemple l'oxyde de titane,
permettra d'accentuer la variation de température : blanc à rose contre jaune
à
rouge.
La concentration massique en pigment thermochromique pourra être
comprise entre 0.2 % et 40 % par rapport à la teneur en liant et
préférentiellement entre 1% et 20 % et encore préférentiellement entre 1% et
10%.
Exemple 1 :
Une fraction de granulats de la carrière Chailloué (quartzite) de
granularité 0/6 est mélangée avec 0.5 ppc de ciment blanc, 10 ppc d'eau et 12
ppc d'émulsion de synthèse à base d'un liant synthétique fourni par la société
SHELL (à 60% de Mexphalt C).
A ce mélange est ajouté 1.1 ppc d'une solution de pigment
thermochromique en suspension (17 % de matière sèche).
L'ECF ainsi formé présente à 18 C, après rupture, une couleur miel .
Ce même ECF présentera une coloration rouge à - 2 C.
Ces colorations ont été caractérisées par un colorimètre CR 410 de la
société MINOLTA:
ECF à 18 C ECF à-1 C
L* 36.5 32.7
a* 10.3 20.7
b* 16.9 11.4
Description Miel Rouge
qualitative
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Exemple 2 :
Selon la formule ECF présentée dans l'exemple 1, 1 ppc d'oxyde de
titane est ajouté dans l'ECF. La couleur initiale de l'ECF, après rupture à 18
C,
est blanche pour devenir rose à-2 C.
Les caractéristiques de ces couleurs sont :
ECF à 18 C ECF à-1 C
L* 63.3 61.4
a* 3.0 15.5
b* 19.5 11.1
Description Blanc Rose
qualitative
