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DISPOSITIF D'ENROBAGE DE GRANULATS, PROCEDE ET UTILISATIONS
Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine des enrobés destinés à la
réalisation
de couches de roulement, de liaison, de base et/ou de fondation des chaussées.
En particulier, la présente invention se réfère à un dispositif d'enrobage
apte à
recycler une teneur conséquente en Agrégat d'enrobé (AE), à un procédé
d'utilisation du
dispositif, ainsi que ses utilisations.
Etat de la technique
Sous l'action du trafic routier toujours plus contraignant et des agressions
climatiques, les chaussées vieillissent, ce qui conduit au terme de leur durée
de vie, à des
couches ne présentant plus les caractéristiques compatibles avec les fonctions
demandées.
Le recyclage de ces anciennes chaussées est devenu une nécessité au regard de
la protection de l'environnement : économie de ressources naturelles
(granulats), d'espaces
naturels (décharges), d'énergie, réduction des gaz à effet de serre.
Tous les matériaux routiers sont recyclables. Ils peuvent être réutilisés,
soit en
centrale, soit en place. Le recyclage en place procure des économies de
transport
supplémentaires.
Les granulats recyclés ou récupérés comprennent les Agrégats d'Enrobés (AE) ou
Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) en anglais.
Par AE , on entend un mélange granulaire provenant du fraisage, du
concassage, de la démolition de plaques, de surplus ou déchets de productions
d'anciens
enrobés bitumineux (anciennes chaussées), et entrant dans la composition
d'enrobés de
recyclage (NF P 98-149 de juin 2000).
Par granulats recyclés ou recyclats , on entend un ensemble de grains
de
dimensions comprises entre 0 et 125 mm provenant de la démolition d'ouvrages
ou faisant
l'objet d'une réutilisation (NF EN 13-043 d'août 2013).
Les AE peuvent être distingués entre les agrégats spécifiques qui
proviennent
d'une grande quantité d'enrobés à recycler, généralement bien identifiés et
homogènes
(origine unique, archives, carottages) et les agrégats tout-venant qui
proviennent
essentiellement de petits chantiers, de démolitions diverses ou encore de
retours de
chantier. Ce dernier type d'AE est en général émietté dans un concasseur ou un
granulateur,
pour être criblé à une dimension maximale allant de 10 à 20 mm,
exceptionnellement 25 mm
pour le recyclage en couche d'assise. Les AE sont en général contrôlés et
caractérisés afin
d'établir une fiche technique d'agrégats d'enrobés (FTAE) dans laquelle
diverses
informations sont fournies : la teneur en liant résiduel, la pénétrabilité du
liant résiduel,
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l'analyse granulométrique des granulats d'enrobés, ainsi que les
caractéristiques
intrinsèques des granulats (essai Los Angeles LA, essai du coefficient de
polissage en
accéléré (CPA), etc.)
Le degré de pénétration des opérations de recyclage est très variable d'un
pays à
l'autre, et même d'une région à l'autre. Ainsi, en Europe du Nord, le
recyclage est quasiment
systématique. Aux États-Unis, la situation est fort différente d'un Etat à
l'autre. Quel que soit
le pays, le recyclage s'est développé plus tôt et plus vite dans les zones
fortement
urbanisées, confrontées à l'éloignement croissant des carrières et à la rareté
des sites de
décharge.
En France, la loi du 13 juillet 1992 interdit en particulier la mise en
décharge de
matériaux autres que les déchets ultimes (non réutilisables) et impose de
valoriser les
matériaux existants dans des chaussées. Au terme de leur durée de vie, les
matériaux
existant dans les chaussées, doivent être utilisés avec un apport minimum de
matériaux
neufs .
Diverses techniques et dispositifs de recyclage, dont le choix dépend de la
nature
du matériau à réutiliser, de son mode de traitement, et de la destination
finale du produit en
résultant, ont ainsi été développés.
En effet, le pourcentage d'introduction des AE dans les formules d'enrobés, à
savoir le taux de recyclage est très dépendant des outils de production, c'est-
à-dire du poste
d'enrobage.
Les postes d'enrobage peuvent permettre soit un recyclage en poste discontinu
(1),
soit un recyclage en poste continu (2).
Pour le recyclage en poste discontinu (1), les postes d'enrobage (encore
appelés
les centrales d'enrobage) comportent généralement plusieurs prédoseurs, un
tambour
sécheur, un élévateur, et un malaxeur à deux arbres à palettes, horizontaux et
contrarotatifs.
Le recyclage implique de chauffer les recyclats ( agrégats ) sans brûler
leur bitume et de
les doser précisément dans le mélange final.
Diverses méthodes d'introduction sont utilisées :
- Introduction à partir d'un prédoseur
Les recyclats (minimum 5%) sont envoyés vers le tambour sécheur avec les
granulats neufs. Cette méthode est très peu employée, car s'il y a
récupération de granulats,
le vieux bitume est incinéré et donc perdu.
- Introduction au pied de l'élévateur
Les recyclats sont ajoutés aux granulats neufs préalablement surchauffés dans
le
tambour sécheur. Le séchage et le chauffage des enrobés recyclés s'effectuent
par
conduction dans l'élévateur et il est nécessaire d'allonger le cycle de
fabrication. Cette
méthode est simple et nécessite peu d'investissement. Toutefois, la surchauffe
des
granulats vierges (jusqu'à plus de 200 C) est très consommatrice d'énergie. De
plus, cette
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surchauffe peut dégrader superficiellement certains types de granulats,
produisant une
quantité non négligeable d'ultrafines. Par ailleurs, son efficacité est vite
limitée par l'humidité
des recyclats et la vaporisation dans l'élévateur à chaud. Le taux de
recyclage maximum est
de 10% avec des recyclats secs. Il ne peut généralement dépasser 5% s'ils sont
humides.
- Introduction dans le tambour sécheur
Les recyclats peuvent également être ajoutés dans le tambour sécheur par
l'intermédiaire d'un tapis lanceur installé en façade du tambour sécheur, ou
par
l'intermédiaire d'un anneau de recyclage monté sur le tambour sécheur. Le
temps de
recyclage maximum obtenu selon cette technique dépend du type d'installation.
Il peut être
de 10% (recyclats très humides) à 25% (recyclats secs) pour un sécheur
standard combiné
à un tapis lanceur, de 15% (recyclats très humides) à 25% (recyclats secs)
pour un sécheur
rallongé combiné à un tapis lanceur, ou de 20% (recyclats très humides) à 35%
(recyclats
secs) pour un sécheur rallongé combiné à un anneau de recyclage.
- Introduction dans le malaxeur
Les recyclats sont introduits par l'intermédiaire d'une trémie peseuse qui
débouche
directement dans le malaxeur. Cette méthode permet un taux de recyclage allant
jusqu'à
10% avec des recyclats très humides, 20% avec des recyclats secs. Elle est
parfois
combinée avec une introduction de recyclats dans le tambour sécheur, auquel
cas le taux de
recyclage total peut atteindre 30 à 50%, selon l'humidité des recyclés.
- Introduction dans deux tambours sécheurs équipant le poste/la centrale de
recyclage
Quelques centrales fixes sont équipées de deux tambours sécheurs. Les
recyclats
sont séchés et préchauffés vers 120 C dans un tambour parallèle fonctionnant
comme un
Tambour sécheur-Enrobeur (TSE) à équicourant. Ils sont stockés dans un silo
calorifugé,
puis dosés et envoyés dans le malaxeur. Parallèlement, les granulats vierges
sont
surchauffés dans le tambour sécheur à contre-courant. Après dosage, ils sont
envoyés dans
le malaxeur et homogénéisés avec le recyclé et le bitume d'apport. Dans ce
type
d'installation, le taux maximal de recyclage est de 35 à 40%, lorsque les
recyclats sont très
humides. Il atteint 60% avec des recyclats secs. Cependant, cette technique
présente
l'inconvénient d'être consommatrice d'énergie et d'être assez onéreuse.
Pour le recyclage en poste continu (2), les postes d'enrobage sont
majoritairement
équipés de TSE(s) qui fonctionne(nt) à équicourant ou à contre-courant.
- Recyclage en TSE à équicourant
Les recyclats sont introduits dans la partie centrale du tambour par un anneau
de
recyclage. Les recyclats sont d'abord dosés en continu, puis séchés et
chauffés par les gaz
chauds issus du brûleur présent dans le TSE et par les granulats vierges
surchauffés dans
la première partie du tube. Les recyclats sont protégés de la flamme du
brûleur par l'écran
que forment les granulats vierges grâce à la disposition des augets situés à
l'intérieur du
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TSE en forme de tube. Granulats vierges et recyclats sont alors homogénéisés
en
granulométrie et en température. Le mélange passe ensuite dans la zone de
malaxage, où
sont injectés le bitume et le filler d'apport. Le taux maximal de recyclage
dépend de
l'humidité des constituants et du niveau de température visé pour le produit
final ; il est en
général de 20 à 30%.
En effet, cette limite ne peut être dépassée en raison du risque de colmatage
à
l'intérieur du TSE.
- Recyclage en TSE à contre-courant
Les recyclats sont introduits par un anneau de recyclage positionné un peu
plus loin
que le milieu du tube. Ils sont automatiquement protégés de la flamme du
brûleur. Ils sont
ensuite mélangés aux granulats vierges préalablement surchauffés dans la
partie amont du
tambour. Le bitume et le filler d'apport arrivent un peu en aval. L'ensemble
passe alors dans
la zone de malaxage. Le taux maximal de recyclage varie de 30 à 50% selon
l'humidité des
recyclats et la température du mélange final.
Le poste à double tambour est une variante de TSE à contrecourant,
répandue,
entre autres, aux États-Unis sous l'appellation de Double Barrel . La partie
aval est
constituée d'un cylindre fixe concentrique dans lequel arrivent les granulats
vierges
surchauffés et sont introduits les recyclats, le bitume, et le filler
d'apport. La partie tournante
est munie de bras avec palettes, qui effectuent un malaxage énergique.
Là encore, le taux de recyclage maximal est limité par le risque de colmatage
à
l'intérieur du TSE lié à la présence des recyclats comme les AE.
On connait également de l'état de la technique les documents suivants.
Le document EP 0 146 939 décrit un dispositif de fabrication d'un nouvel
asphalte
comprenant un dispositif de chauffage d'un asphalte usagé préalablement broyé.
Ce
dispositif de chauffage comporte notamment des radiateurs infra-rouges.
Le document WO 2018/165768 décrit un appareil de chauffage d'enrobé
bitumineux, ainsi que son procédé de mise en oeuvre. En particulier,
l'appareil de chauffage
d'enrobé bitumineux peut être utilisé pour réparer un revêtement d'enrobé
bitumineux
existant ou pour la construction de nouveau revêtement d'enrobé. L'appareil de
chauffage
comprend notamment un émetteur infrarouge, un tube de brûleur couplé à
l'émetteur
infrarouge et un tube Venturi.
Le document ON 101 187 196 décrit un dispositif de chauffage d'un agrégat
d'enrobé afin de les recycler. Le dispositif de chauffage comprend notamment
un émetteur
infrarouge.
Ainsi, il existe un besoin de disposer de nouveaux dispositifs
d'enrobage/recyclage
permettant de fabriquer des enrobés bitumineux comprenant une teneur
relativement élevée
en recyclats, tels qu'en AE.
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Il existe également un besoin de disposer d'un nouveau dispositif
d'enrobage/recyclage qui évite au moins les risques de colmatage au sein des
tambours
sécheurs, tout en étant simple à mettre en oeuvre et qui puisse être adapté
aux différents
postes d'enrobage/recyclage existants tels que ceux mentionnés ci-dessus
(poste en
5 continu, poste en discontinu).
Un but de la présente invention est ainsi de proposer un nouveau dispositif
d'enrobage/recyclage qui évite, au moins en partie, les inconvénients
susmentionnés.
La présente invention fournit une solution technique aux problèmes identifiés
ci-
dessus.
Présentation de l'invention
La présente invention propose un dispositif d'enrobage apte à fabriquer des
enrobés bitumineux comprenant :
au moins un moyen d'amenée d'au moins un granulat, tel qu'un agrégat recyclé,
vers un malaxeur et/ou un tambour sécheur, ledit moyen d'amenée présentant une
face
supérieure apte à recevoir le granulat,
plusieurs groupes d'émetteur(s) infrarouge(s)s (IR), disposés au droit de
ladite face
supérieure dudit au moins moyen d'amenée et qui sont aptes à émettre une
longueur d'onde
qui correspond sensiblement à la longueur d'onde maximale dans le spectre
d'absorption
déterminé dudit au moins granulat à une température voulue, chaque groupe
d'émetteurs
infrarouges étant apte à émettre une longueur d'onde spécifique qui est
différente entre
chaque groupe, ledit au moins moyen d'amenée étant apte à et/ou configuré pour
résister
aux radiations électromagnétiques émises par lesdits groupes d'émetteurs
infrarouges.
La Demanderesse a découvert de manière surprenante qu'il était possible de
chauffer un ou plusieurs types de granulats, et en particuliers des AE par
l'intermédiaire d'au
moins un émetteur infrarouge et notamment d'au moins deux groupes
d'émetteur(s)
infrarouge(s), dimensionné(s) au regard des caractéristiques du ou des
agrégats à chauffer.
Ainsi, le ou les granulats est/sont préalablement chauffés à une température
pouvant
avoisiner les 250 C en quelques secondes (90 s) avant d'être acheminé(s) vers
le malaxeur
ou le tambour sécheur évitant par conséquent tout risque de colmatage,
notamment lorsque
le granulat est un AE.
En outre, selon l'invention, le dispositif d'enrobage comprend plusieurs
groupes
d'émetteur(s) infrarouge(s), tels qu'au moins deux groupes d'émetteur(s)
infrarouge(s) qui
sont chacun apte à émettre une longueur d'onde spécifique qui est dédiée à un
granulat
précis. Les longueurs d'onde émises sont ainsi généralement différentes.
D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du dispositif
d'enrobage
conforme à l'invention, prises individuellement ou selon toutes les
combinaisons
techniquement possibles, sont les suivantes :
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- la longueur d'onde dudit au moins un émetteur (à savoir le ou les
émetteur(s)
infrarouge(s) des groupes émetteur(s) infrarouge(s) selon l'invention) varie
de 0,7
micromètre à 1 mm, de préférence de 1 à 80 micromètre(s) et typiquement de 1 à
50
micromètre(s) ;
- le dispositif comprend au moins une enveloppe, disposée de façon à former un
tunnel avec au moins une portion dudit au moins moyen d'amenée, de préférence
la totalité
dudit moyen d'amenée et qui présente une face intérieure sur laquelle est
agencé ledit au
moins émetteur, à savoir tout ou une partie desdtis groupes d'émetteur(s)
infrarouge(s) ;
- est/sont agencé(s) sur ladite face intérieure de ladite au moins enveloppe,
de 1 à
20 panneaux d'émetteur(s) comprenant chacun de 1 à 50 émetteur(s)
infrarouge(s), de
préférence de 2 à 40 émetteur(s) infrarouge(s) et typiquement de 4 à 24
émetteur(s)
infrarouge(s) ;
- ledit au moins un émetteur (à savoir le ou les émetteur(s) infrarouge(s) des
groupes émetteur(s) infrarouge(s) selon l'invention) est un émetteur
infrarouge en carbone ;
- les groupes d'émetteur(s) infrarouge(s) se présentent sous la forme de
panneaux
d'émetteur(s) infrarouge(s), de préférence chaque groupe d'émetteur(s)
infrarouge(s) se
présente sous la forme d'un ou de plusieurs panneaux d'émetteur(s)
infrarouge(s).
- la distance d entre la face intérieure de ladite au moins enveloppe où
est
positionné le ou les émetteurs ou le ou les panneux d'émétteur(s)
infrarouge(s) et ladite face
supérieure dudit moyen d'amenée varie de 10 à 250 mm, de préférence de 15 à
200 mm et
typiquement de 20 à 200 mm et en particulier de 35 à 100 mm ;
- le tunnel s'étend sur un axe longitudinal nommé X et mesure de 8,0 m à 12,5
m
(dépendamment des paramètres de production) ;
- le tunnel s'étend sur un axe longitudinal X, l'écart latéral nommé y
entre deux
panneaux d'émetteur(s), considéré dans un plan de section transversal à l'axe
longitudinal X,
varie de 600 mm à 1200 mm, de préférence 600 mm à 800 mm et typiquement de 600
mm
(dépendamment des paramètres de production) ;
- l'écart longitudinal nommé z entre deux panneaux d'émetteur(s),
considéré
dans le plan longitudinal X, varie de 0 mm à 100 mm, de préférence 50 mm à 100
mm et
typiquement de 100 mm;
- le dispositif comprend au moins :
un moyen d'amenée pour chaque type de granulats, tel qu'un moyen d'amenée
pour des granulats vierges (gravillons, sables) et un moyens d'amenée pour des
granulats
recyclés (agrégats d'enrobés) ; et/ou
un moyen d'amenée pour différents types de granulats, tel qu'un moyen d'amenée
à la fois pour des granulats vierges et des granulats recyclés ; le moyen
d'amenée est donc
unique;
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- tous les moyens d'amenée sont aptes à et/ou configurés pour résister aux
radiations électromagnétiques émises par le ou les émetteurs infrarouges ;
- le ou les moyens d'amenée est/sont en acier ;
- le dispositif comprend plusieurs groupes d'émetteurs ou plusieurs groupes de
panneaux d'émetteurs, chaque groupe étant apte à émettre une longueur d'onde
spécifique
qui est différente entre chaque groupe (en particulier, la longueur d'onde
spécifique de
chaque groupe d'émetteurs ou chaque groupe de panneaux d'émetteurs correspond
sensiblement à la longueur d'onde maximale dans le spectre d'absorption d'un
type de
granulat auquel les émetteurs ou panneaux d'émetteurs sont associés à une
température
voulue) ;
- les groupes d'émetteurs ou de panneaux d'émetteurs sont répartis sur
différentes
portions de l'enveloppe, tel que dans le cas où le dispositif est pourvu d'un
moyen d'amenée
pour différents types de granulats, ou les groupes d'émetteurs ou de panneaux
d'émetteurs
sont répartis sur différents moyens d'amenée, tel que dans le cas où le
dispositif est pourvu
d'un moyen d'amenée différent par type de granulats.
Ainsi, le dispositif comprend :
- une unique enveloppe, chaque groupe d'émetteur(s) infrarouge(s) étant
réparti sur
des portions différentes de ladite enveloppe, de sorte que le dispositif est
pourvu du même
moyen d'amenée pour différents types de granulats ;
- différentes enveloppes, chaque envelope étant spécifique d'un moyen
d'amenée,
qui est lui-même dédié à un type de granulat et chaque groupe d'émetteur(s)
infrarouge(s)
étant réparti sur une enveloppe différente, de sorte que ledit dispositif est
pourvu de
différents moyens d'amenée pour différents types de granulats.
La présente invention se réfère également à un procédé de mise en oeuvre du
dispositif d'enrobage tel que décrit ci-dessus, comprenant les étapes
suivantes :
(a) déterminer, à une température voulue, la longueur d'onde maximale dans le
spectre d'absorption déterminé par spectrographie de plusieurs types de
granulats à
chauffer qui sont généralement différents, tels qu'un premier agrégat recyclé,
un deuxième
agrégat recylclé (d'une origine différente du premier), un granulat vierge
comme des sables,
des gravillons;
(b) disposer sur ledit dispositif d'enrobage plusieurs groupes d'émetteur(s)
infrarouge(s), chaque groupe d'émetteur(s) infrarouge(s) étant apte à ou étant
configuré à
émettre sensiblement la longueur d'onde déterminée à l'étape (a) pour un type
de granulat
donné;
(c) amener succesivemment via ledit ou lesdits moyen(s) d'amenée, chaque type
de granulat au droit dudit groupe d'émetteur(s) infrarouge(s) qui lui
correspond et appliquer
la longueur d'onde, de sorte à le chauffer par radiation thermique :
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(d) amener chaque type de granulat chauffé issu de l'étape (d) vers le
malaxeur
et/ou le tambour sécheur comportant préalablement au moins un liant
hydrocarboné et
optionnellement au moins un granulat vierge (fines, sables, gravillons), de
sorte à fabriquer
un enrobé bitumineux.
De préférence, les étapes (a) à (c) sont ainsi réalisées pour différents types
de
granulats susceptibles de présenter une longueur d'onde maximale différente,
tels que des
granulats vierges (fines, sables, gravillons) ou encore des granulats recyclés
(agrégats
d'enrobés).
La présente invention propose également l'utilisation du dispositif tel que
décrit ci-
dessus pour recycler des agrégats non vierges, ou pour fabriquer un enrobé
bitumineux.
Description détaillée de l'invention
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre
d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention
et comment elle
peut être réalisée.
Sur les dessins annexés :
[Fig. 1] est une vue de côté représentant de façon schématique un dispositif
d'enrobage présentant un axe longitudinal X-X selon un mode de réalisation de
la présente
invention ;
[Fig. 2] est une vue de section transversale par rapport à l'axe longitudinal
X-X du
dispositif d'enrobage de la figure 1, et
[Fig. 3] est une vue de dessus d'une section transversale du dispositif
d'enrobage
de la figure 1 selon l'axe Y-Y.
Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels
communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références.
En se référant aux figures 1 à 3, un dispositif d'enrobage selon un mode de
réalisation de l'invention va être décrit. Selon le mode de réalisation décrit
ci-après et qui est
non-limitatif de l'invention, différents groupes d'émetteur(s) infrarouge(s)
qui sont aptes à
émettre une longueur d'onde spécifique qui est différente entre chaque groupe,
sont
disposés sur un unique moyen d'amenée. En variante, on peut prévoir que chaque
groupe
d'émetteur(s) infrarouge(s) soit disposé sur un moyen d'amenée différent, à
savoir le
dispositif comporte plusieurs moyens d'amenée qui sont chacun dédié à
acheminer un type
de granulat et qui comporte chacun un groupe précis d'émetteur(s)
infrarouge(s).
Tel que mentionné ci-dessus, un dispositif d'enrobage 100 selon l'invention
est apte
à fabriquer des enrobés bitumineux. Par enrobés bitumineux , on entend un
granulat
recouvert de bitume, utilisé dans les revêtements de chaussées. En
particulier, le dispositif
d'enrobage 100 est apte à fabriquer des enrobés de recyclage (NF P 98-149 de
juin 2010).
Tel que défini ici, un enrobé de recyclage signifie un enrobé hydrocarboné
à chaud ou à
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froid comportant tout ou partie de matériaux recyclés (agrégats d'enrobés
provenant soit du
fraisage-fraisât, soit de la démolition d'enrobés existants), que la
fabrication ait lieu en
centrale ou sur site.
Pour cela, le dispositif d'enrobage 100 comprend au moins : un moyen d'amenée
1
d'au moins un granulat 5 qui est généralement un convoyeur à raclette 1, un
malaxeur et/ou
un tambour sécheur 3 et une enceinte de stockage du granulat 5.
Pour la suite de la description, on utilisera le terme de convoyeur à
raclette tel
que représenté sur les figures.
En particulier, ce convoyeur à raclette 1 est relié à une de ses extrémités à
l'enceinte de stockage du granulat 5, tel qu'un prédoseur 2 et à son autre
extrémité au
malaxeur ou un tambour sécheur 3. En variante, le convoyeur à raclette 1 peut
être relié à
une ou plusieurs enceintes de stockage de granulat, à savoir à plusieurs
prédoseurs,
chaque prédoseur étant spécifique d'un granulat donné (AE, sables, gravillons,
etc.).
Selon l'invention, par granulat , on entend un ensemble de grains de
dimensions
comprises entre 0 et 25 mm intervenant notamment dans la composition d'une
chaussée. Le
terme granulat englobe différents types de matériaux, tels que des fines, des
sables, des
gravillons, des graves ou encore de AE.
L'enceinte de stockage ou prédoseur 2 convenant pour la présente invention est
connu de l'homme du métier et ne sera pas plus décrit en détail ci-après. Il
peut s'agir d'une
trémie-doseuse permettant le stockage, et le dosage volumétrique ou pondéral
d'un granulat.
De même, le malaxeur et le tambour sécheur 3 sont connus de l'homme du métier
et ne seront pas plus décrits en détail ci-après. Ces moyens servent
respectivement à
malaxer/sécher les différents composés entrant dans la formulation de l'enrobé
bitumineux.
Dans le cas d'un TSE, le malaxage et le séchage s'effectue dans le même
appareillage.
En particulier, le convoyeur à raclette 1 selon l'invention d'axe X-X est
disposé
horizontalement (par rapport au sol) comme cela est représenté sur la Fig.1.
En alternative,
le convoyeur à raclette 1 peut être incliné, la partie basse étant en général
disposée du côté
du prédoseur 2 et la partie haute étant disposée du côté du tambour sécheur 3.
Généralement, le convoyeur à raclette 1 présente notamment une face supérieure
4 apte à recevoir le ou les granulats 5. Tel que représenté ici, le granulat 5
peut être dans un
premier temps de préférence un AE et dans un second temps un autre granulat,
tel que des
sables et/ou des gravillons. Comme expliqué ci-dessus, actuellement le
recyclage des AE
est limité en raison notamment des problèmes de colmatage au sein des tambours
sécheurs.
Le dispositif 100 selon l'invention permet de remédier à ce problème.
A cet effet, le dispositif d'enrobage 100 comporte au droit de la face
supérieure 4 du
convoyeur à raclette 1, au moins plusieurs groupes d'émetteur(s)
infrarouge(s), à savoir au
moins deux qui sont aptes à émettre une longueur d'onde qui correspond
sensiblement à la
longueur d'onde maximale dans le spectre d'absorption déterminé par
spectrographie
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d'absorption dudit au moins granulat à une température voulue. En particulier,
chaque
groupe d'émetteurs infrarouges est apte à émettre une longueur d'onde
spécifique qui est
différente entre chaque groupe et qui est donc dédié à un type de granulat
(soit par exemple
un premier AE , soit une deuxième AE différent du premier, soit des sables ou
encore des
5 gravillons, etc.).
Généralement, le spectre d'adsorption du ou des granulats est déterminé par
spectroscopie. Comme chaque matériau granulaire émet une longueur d'onde
propre à sa
composition moléculaire qui est directement fonction de sa température, il est
possible, à
l'aide d'une caméra spectral ou une caméra Infrarouge d'avoir un retour sur la
longueur
10 d'onde émise par le matériau granulaire à température voulue (Loi de
Planck).
En effet, les différences de structure atomique des granulats à chauffer (en
raison
notamment de leur teneur en eau, en bitume ou encore de leur nature : granit,
calcaire, etc.)
impliquent que ces granulats disposent chacun de leur propre domaine spectral
à l'intérieur
duquel l'absorption du rayonnement est optimale. Chaque granulat possède en
effet son
propre taux d'absorption. Les particules de rayonnement non absorbées par le
granulat le
traversent ou subissent une réflexion.
En outre, ledit moyen d'amenée, ici le convoyeur à raclette 1, est apte à
et/ou
configuré pour résister aux radiations électromagnétiques émises par le ou les
émetteurs
infrarouges.
Typiquement, le convoyeur à raclette 1 est en acier.
De préférence, le dispositif d'enrobage 100 comprend une enveloppe 6, disposée
de façon à former un tunnel avec au moins une portion du convoyeur à raclette
1, de
préférence la totalité du convoyeur à raclette 1. L'enveloppe 6 présente une
face supérieure
9 et une face intérieure 8 sur laquelle est agencé lesdits groupes
d'émetteur(s) infrarouge(s).
De préférence, les groupes d'émetteur(s) infrarouge(s) se présentent sous la
forme
de panneaux d'émetteur(s) infrarouge(s), de préférence chaque groupe
d'émetteur(s)
infrarouge(s) se présente sous la forme d'un ou de plusieurs panneaux
d'émetteur(s)
infrarouge(s).
Par exemple, de 1 à 20 panneaux d'émetteur(s) infrarouge(s) comprenant chacun
de 1 à 50 émetteurs infrarouge(s), de préférence de 2 à 40 émetteurs
infrarouges et
typiquement de 4 à 24 émetteurs infrarouges est/sont agencé(s) sur ladite face
intérieure 8
de l'enveloppe 6. L'enveloppe 6 peut également comprendre des orifices
d'aération 7.
Généralement, le tunnel s'étend sur l'axe longitudinal X et mesure de 8,0 m à
12,5 m.
De préférence, afin de déterminer l'absorption maximale du granulat tel qu'un
agrégat d'enrobé AE, on peut procéder de la façon suivante : dans un four à
agrégats
conventionnel, un échantillon d'agrégats AE (granulat) est monté à la
température désirée
(échantillon représentatif d'environ plus ou moins 5,0 kg). Une fois
l'échantillon à la
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température voulue, une caméra spectrale est utilisée afin de déterminer la
longueur émise
par les agrégats AE/matériaux recyclés. On détermine ainsi la longueur d'onde
maximale
dans le spectre d'absorption de l'échantillon d'agrégats AE à une température
voulue. Cette
longueur d'onde sera ensuite appliquée afin de chauffer l'agrégat. On procède
de même
pour le ou les autres type de granulats (AE d'origine différente, sables,
gravillons, etc.)
Généralement, la longueur d'onde dudit au moins un émetteur, à savoir ledit au
moins émetteur constituant un des groupes d'émetteur(s) infrarouge(s), varie
de 0,7
micromètre à 1 mm, de préférence de 1 à 80 micromètre(s) et typiquement de 1 à
50
micromètre(s).
En particulier, la température au sein du granulat 5, mesurée par exemple avec
un
ou plusieurs thermomètres infrarouges localisé(s) à la sortie du ou des
différents convoyeurs
à raclette 1 varie de 20 à 200 C, de préférence de 80 à 150 C et typiquement
de 110 à
150 C.
Ainsi, lorsque le granulat 5 arrive dans le malaxeur ou le tambour sécheur 3,
il
présente généralement une température d'entrée qui est inférieure de 20 à 50
CC, de
préférence de 30 à 40 C par rapport à la température à l'intérieur du
malaxeur/tambour
sécheur 3.
De préférence, les émetteurs infrarouges sont des émetteurs infrarouges en
carbone.
Selon ce mode de réalisation, un émetteur infrarouge en carbone convenant pour
la
présente invention peut correspondre à l'émetteur infrarouge commercialisé par
Heraeus
sous la marque commerciale CIR .
Il peut présenter les caractéristiques résumées dans le tableau 1 suivant :
Emetteurs
[Tableau 1]
Emetteurs infrarouge à Emetteurs infrarouges à tubes
tubes doubles en carbone ronds en carbone
Puissance 60 W/cm 30 W/cm
Longueur
5000 mm 1500 mm
chauffée max.
Section 34x14 mm 19 mm
Température du
1200 C 1200 C
filament
Longueur d'onde 2 micromètres 2 micromètres
Rendement 110 kW/m2 85 kW/m2
surfacique max.
Temps de
1 - 2 s 1 - 2 s
réaction
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En particulier et tel que mentionné ci-dessus, le dispositif 100 comporte
plusieurs
groupes d'émetteur(s) infrarouge(s), chaque groupe comprenant plusieurs
émetteurs
infrarouges.
Selon une caractéristique de l'invention, le ou les émetteurs IR selon
l'invention
fonctionnent à l'électricité.
Egalement, en fonction de la nature, de l'humidité et de la quantité du
granulat à
chauffer, il est possible de jouer sur plusieurs paramètres, tels que : la
distance entre les
émetteurs ou panneaux d'émetteurs et/ou la distance entre le convoyeur à
raclette 1 et les
émetteurs/panneaux d'émetteurs pour chaque groupe d'émetteur(s) IR et/ou le
nombre
d'émetteurs positionnés le long du convoyeur à raclette 1 également pour
chaque groupe
d'émetteurs IR.
En particulier, la distance d entre la face intérieure de l'enveloppe où
est
positionné le ou les émetteurs ou le ou les panneaux d'émetteurs d'un groupe
d'émetteur(s)
IR et la face supérieure du convoyeur à raclette 1 varie de 10 à 250 mm, de
préférence de
15 mm à 200 mm et typiquement de 20 mm à 200 mm et en particulier de 35 mm à
100 mm.
Selon l'invention, une distance d allant de 10 à 250 mm comprend les
valeurs
suivantes et tout intervalle compris entre ces valeurs : 10 ; 20 ; 30 ; 40 ;
50 ; 60 ; 70 ; 80 ;
90 ; 100 ; 110 ; 120 ; 130 ; 140 ; 150 ; 160 ; 170 ; 180 ; 190 ; 200 ; 210 ;
220 ; 230 ; 240 et
250 mm.
Egalement, l'écart latéral nommé y entre deux panneaux d'émetteur(s) d'un
même groupe d'émetteurs IR, considéré dans un plan de section transversal à
l'axe
longitudinal X, peut varier de 600 mm à 1200 mm, de préférence 600 mm à 800 mm
et est
typiquement de 600 mm (dépendamment des paramètres de production).
Selon l'invention, un écart latéral y allant de 600 à 1200 mm comprend les
valeurs suivantes et tout intervalle compris entre ces valeurs : 600 ; 700 ;
800 ; 900 ; 1000 ;
1100 et 1200 mm.
Enfin, l'écart longitudinal nommé z entre deux panneaux d'émetteur(s) d'un
même groupe d'émetteurs IR, considéré dans le plan longitudinal X, varie de 0
mm à 100
mm, de préférence 50 mm à 100 mm et est typiquement de 100 mm.
Selon l'invention, un écart longitudinal z allant de 0 à 100 mm comprend
les
valeurs suivantes et tout intervalle compris entre ces valeurs : 0 (deux
panneaux adjacents
sont en contact direct) ; 10 ; 20 ; 30 ; 40 ; 50 ; 60 ; 70 ; 80 ; 90 et 100
mm.
Selon le mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 3, le dispositif 100
selon
l'invention comprend un convoyeur à raclette 1 pour différents types de
granulats, à savoir le
dispositif comprend un convoyeur à raclette 1 unique pour l'ensemble du
mélange granulaire
entrant dans la formulation de l'enrobé à former (un convoyeur à raclette 1
pour des
granulats vierges et des granulats recyclés).
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Ainsi, selon ce mode de réalisation, le dispositif 100 comprend une unique
enveloppe, chaque groupe d'émetteur(s) infrarouge(s) étant réparti sur des
portions
différentes de ladite enveloppe, de sorte que le dispositif est pourvu du même
moyen
d'amenée pour différents types de granulats.
En particulier, l'enveloppe 6 peut comprendre plusieurs groupes d'émetteurs
IR,
chaque groupe étant paramétré différemment de sorte à chauffer les différents
granulats en
fonction de leur nature, de leur teneur en humidité, etc. Selon ce mode de
réalisation
représenté à la Fig.3, le long du convoyeur à raclette 1, on peut prévoir
différentes zones de
chauffage possibles, par exemple allant de 2 à 6, et en particulier 4 zones de
chauffage
différentes nommées sur la Fig.3 zones de chauffage A à D. La Fig.3 montre
ainsi 4 groupes
d'émetteurs IR selon l'invention.
Ainsi selon ce mode de réalisation, les différents groupements d'émetteurs des
zones A à D peuvent être réglés sur des intervalles de longueurs d'ondes
différentes de
façon à pouvoir chauffer différents types de granulats (fines, sables,
graviers, gravillons,
graves, etc. ou des AE présentant une composition différente les unes des
autres). De
même, la détermination de la longueur d'onde adéquat correspond sensiblement à
la
longueur d'onde maximale dans le spectre d'absorption déterminé du granulat
associé aux
différents groupes d'émetteurs des zones A à D et ce à une température voulue.
Par exemple, les différents groupes d'émetteurs IR peuvent permettre de
chauffer
des agrégats d'enrobé d'origine différente et les granulats non recyclés ou
vierge, du type
sables et gravillons, peuvent être acheminés vers le tambour sécheur/malaxeur
via un autre
moyen d'amené ou via le convoyeur à raclette 1 mais sans nécessaire être
chauffés par un
groupe d'émetteur(s) IR.
Selon un autre mode de réalisation, le dispositif 100 selon l'invention peut
comprendre un moyen d'amené tel que décrit ci-dessus (à savoir surmonté d'une
enveloppe
comprenant un ou des émetteurs) pour chaque type de granulats, tel qu'un
convoyeur à
raclette 1 pour des granulats vierges, tels que des gravillons, des sables et
un autre
convoyeur à raclette 1 pour des granulats recyclés (agrégats d'enrobés),
chacun des
convoyeurs à raclette étant pourvu d'un groupe d'émetteurs IR qui est
spécifique ou qui a
été dimensionné pour chauffer le granulat que doit être transporté dans ledit
convoyeur.
Ainsi, selon cet autre mode de réalisation, le dispositif 100 comporte
différentes
enveloppes, chaque envelope étant spécifique d'un moyen d'amenée, qui est lui-
même
dédié à un type de granulat et chaque groupe d'émetteur(s) infrarouge(s) étant
réparti sur
une enveloppe différente, de sorte que ledit dispositif est pourvu de
différents moyens
d'amenée pour différents types de granulats.
La Demanderesse a estimé que le dispositif d'enrobage selon l'invention
permettait
de chauffer 25 à 50 tonnes d'AE. En général, pour une épaisseur de 50 mm d'AE,
les
températures atteintes sont de 101 C en 60 secondes et de 243 C en 90
secondes. Il a été
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également estimé que la demande énergétique est d'environ 125 000 kJ métrique
tonne
contre 250 000 kJ métrique tonne avec les procédés actuels décrits ci-dessus.
Le dispositif d'enrobage 100 selon l'invention présente par conséquent de
nombreux avantages par rapport aux procédés classiques utilisés à l'heure
actuelle.
En effet, il permet d'éviter tout d'abord le colmatage des tambours sécheurs
qui est
un des motifs d'utilisation limitée des AE. Dans la mesure où les AE ne sont
pas chauffés
dans les tambour-sécheurs, mais en amont sur le convoyeur à raclette 1, les AE
arrivent
dans le tambour sécheur déjà à une température de 100-120 cC et il n'y a donc
pas de choc
thermique avec les granulats vierges déjà présents dans le tambour sécheur,
généralement
à une température allant de 150 C à 170 C. En sortie du tambour sécheur, le
mélange
granulaire (comportant les granulats vierges (fines, sables, gravillons
provenant de carrière)
et les AE) mélangé au bitume neuf présente une température de 120-150 C
environ.
Puis, le dispositif selon l'invention n'induit pas de modifications du
granulat à
chauffer, même si celui-ci est un AE.
Egalement, le dispositif 100 nécessite un investissement relativement faible
et peut
s'adapter à tous les dispositifs actuels, tels que ceux décrit plus hauts dans
l'art antérieur.
En outre, dans la mesure où il permet une économie en demande énergétique, il
permet non seulement de réaliser une économie financière, mais également de
réduire le
coût environnemental.
La présente invention porte également sur un procédé de mise en oeuvre du
dispositif d'enrobage tel que décrit ci-dessus, comprenant les étapes
suivantes :
déterminer, à une température voulue, la longueur d'onde maximale dans le
spectre
d'absorption déterminé par spectrographie d'au moins un granulat à chauffer,
tel qu'un
agrégat recyclé ;
disposer sur ledit dispositif d'enrobage au moins un émetteur infrarouge apte
à ou
configuré à émettre sensiblement la longueur d'onde déterminée à l'étape (a) ;
amener via ledit moyen d'amenée, ledit granulat au droit dudit au moins
émetteur
infrarouge ;
appliquer la longueur d'onde sur ledit granulat de sorte à le chauffer par
radiation
thermique,
amener ledit granulat chauffé issu de l'étape (d) vers le malaxeur et/ou le
tambour
sécheur comportant préalablement au moins un liant hydrocarboné et au moins un
granulat
vierge (fines, sables, gravillons), de sorte à fabriquer un enrobé bitumineux.
Bien évidemment les caractéristiques décrites ci-dessus pour le dispositif
d'enrobage sont reprises ici dans leur intégralité pour caractériser le
procédé selon
l'invention.
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Généralement, les étapes (a) à (c) sont réalisées pour différents types de
granulats
susceptibles de présenter une longueur d'onde maximale différente, tels que
des granulats
vierges (fines, sables, gravillons) ou encore des granulats recyclés (agrégats
d'enrobés).
En particulier, le procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes :
5 (a)
déterminer, à une température voulue, la longueur d'onde maximale dans le
spectre d'absorption déterminé par spectrographie de plusieurs types de
granulats à
chauffer qui sont différents, tels qu'un agrégat recyclé, un granulat vierge
comme des
sables, des gravillons;
(b) disposer sur ledit dispositif d'enrobage plusieurs groupes d'émetteur(s)
10 infrarouge(s) , chaque groupe d'émetteur(s) infrarouge(s) étant apte à ou
étant configure à
émettre sensiblement la longueur d'onde déterminée à l'étape (a) pour un type
de granulat
donné;
(c) amener succesivemment via ledit ou lesdits moyen(s) d'amenée, chaque type
de granulatau droit dudit groupe d'émetteur(s) infrarouge(s) qui lui
correspond et appliquer la
15 longueur d'onde de sorte à le chauffer par radiation thermique :
(d) amener chaque type de granulat chauffé issu de l'étape (d) vers le
malaxeur
et/ou le tambour sécheur comportant préalablement au moins un liant
hydrocarboné et
optionnellement au moins un granulat vierge (fines, sables, gravillons), de
sorte à fabriquer
un enrobé bitumineux
La présente invention se réfère également à l'utilisation du dispositif
d'enrobage
tel que décrit ci-dessus pour recycler des agrégats non vierges ou pour
fabriquer un enrobé
bitumineux.
Bien évidemment les caractéristiques décrites ci-dessus pour le dispositif
d'enrobage sont reprises ici dans leur intégralité pour caractériser les
utilisations du
dispositif d'enrobage selon l'invention.
EXEMPLES
A ) Matières premières
AE
[Tableau 2]
Caractéristiques AE AE
Avant séchage Après séchage
% d'humidité 5,60 <1 %
% A/C* 3,66 3,66
Provenance Witecourt lOmm Whitecourt lOmm
* Le ratio % A/C correspond au rapport entre la masse du mélange
granulaire (AE) et la
masse de bitume contenue à l'intérieur de ce même mélange granulaire. Dans le
cas
présent, l'échantillon utilisé a une masse en bitume égale à 3,66% de la masse
totale de
l'échantillon.
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Granulométrie des AE testés
[Tableau 3]
itm 12 500 10 000 5 000 2 500 1 250 630 315 160 80
%masse 100% 95% 75% 61% 52% 45% 30% 18% 11,80%
Emetteurs (panneaux de 600 mm sur 600 mm)
[Tableau 4]
Caractéristiques Emetteurs de type carbone
Nom du produit Tube jumeau 600 mm long
Nombre 12
d* Variable (125 mm ; 25 mm ; 150 mm)
11* 600 mm
z* 35 mm
Epaisseur des AE 50 mm
Energie total 8525 W
Voltage 460 V
Ampérage 18,75 Amps
fréquence 60 Hz
* tel que défini plus haut dans la description
B ) Protocole pour chauffer un type de granulat (AE)
- procédure de séchage
Environ 5 Kg d'AE tels que définis au point A ont été placés dans un
contenant métallique
de dimension 600 mm par 600 mm;
La masse exacte des AE a été prise ;
Les AE ont été placés sous les émetteurs tels que définis au tableau 4 à
différentes
distances d : 25 mm, 125 mm et 150 mm ;
La masse et la température de l'AE exposé ont été mesurées toutes les 30
secondes
pendant 3 minutes. La température de chaque émetteur a été enregistrée toutes
les 30
secondes pendant la même période de temps.
- procédure de chauffage
Environ 5 Kg d'AE (humidité < 1% en masse par rapport à la masse totale de
l'AE) tels que
définis au point A ont été placés dans un contenant métallique de dimension
600 mm par
600 mm;
La masse exacte des AE a été prise ;
Les AE ont été placés sous les émetteurs tels que définis au tableau 4 à
différentes
distances d : 25 mm, 125 mm et 150 mm ;
La masse et la température de l'AE exposé ont été mesurées toutes les 60
secondes
pendant 3 minutes. La température de chaque émetteur a été enregistrée toutes
les 60
secondes pendant la même période de temps.
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C ) Résultat
- Procédure de séchage
0=125 mm
[Tableau 5]
t 0 t60 t120 t180
Masse de l'échantillon (g): 7743,6 7559,1 7438,3 7401,1
% Humidité 5,6 3,3 1,7 1,2
T échantillon (C ): 18,3 192,5 228,9 264,2
T émetteur (C ): 1159,0 1159,0 1159,0 1159,0
Energie consommée (kJ): 0,0 517,5 1035,0 1552,5
Energie (kJ) I Masse t 0 (kg): 0,0 66,8 133,7 200,5
0=180 mm
[Tableau 6]
t 0 t60 t120 t180
Masse de l'échantillon (g): 7977,2 7880,3 7772,0 7651,1
% Humidité 5,6 4,4 3,1 1,6
T échantillon (C ): 18,3 176,4 206,6 263,7
T émetteur (C ): 1159,0 1159,0 1159,0 1159,0
Energie consommée (kJ): 0,0 517,5 1035,0 1552,5
Energie (kJ) / Masse t 0 (kg): 0,0 64,9 129,7 194,6
- Procédure de chauffage
0=25 mm
[Tableau 7]
t 0 t60 t120 t180
Masse de l'échantillon (g): 5140,0 5105,0 5092,0 5080,0
% Humidité 0,8 0,1 -0,2 -0,4
T échantillon (C ): 18,2 135,2 189,9 251,1
T émetteur (C ): 475,0 476,6 478,0 480,0
Energie consommée (kJ): 0,0 463,7 927,4 1391,0
Energie (kJ) I Masse t 0 (kg): 0,0 90,2 180,4 270,6
D= 150 mm
[Tableau 8]
t 0 t60 t120 t180
Masse de l'échantillon (g): 5005,0 5000,0 4995,0 4985,0
% Humidité 0,8 0,7 0,6 0,4
T échantillon (C ): 15,0 100,1 169,3 192,8
T émetteur (C ): 1175,0 1175,0 1175,0 1175,0
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t 0 t60 t120 t180
Energie consommée (kJ): 0,0 517,5 1035,0 1552,5
Energie (kJ) / Masse t 0 (kg): 0,0 0103,4 206,8 310,2
Dl Conclusion
L'émetteur carbone IR permet de chauffer des agrégats recyclés, tels que des
AE,
de manière très efficace.
Bien évidemment, il est possible de prévoir un autre groupe d'émetteurs IR
afin de
chauffer un autre type de granulat (AE d'origine différent, sables ou
gravillons). Cet exemple
vise principalement à démontrer qu'un premier groupe d'émetteurs qui a été
préalablement
dimensionné pour chauffer l'AE du tableau 2 est efficace.
