Bitume
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Le bitume est une substance composée d'un mélange d'hydrocarbures, très visqueuse (voire solide) à la température ambiante et de couleur noire.
Industriellement les bitumes sont fabriqués à partir de pétrole brut d'où l'on extrait, au préalable, les fractions les plus légères. De la partie restante, constituée par des huiles visqueuses, on sépare le bitume avec la dureté désirée. Certaines variétés sont préparées à partir d'une matière de charges craquées, d'autres sont obtenus par oxydation « soufflage ».
Dans le langage courant, on le confond souvent avec le goudron d'origine houillère, ou avec l'asphalte dont il n'est qu'un composant.
Plus généralement, le bitume désigne tout mélange d'hydrocarbures extraits du pétrole par fractionnement qui, sous forme pâteuse ou solide est liquéfiable à chaud et adhère sur les supports sur lesquels on l'applique.
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[modifier] Introduction
Le bitume, connu depuis la plus haute antiquité sous forme naturelle, provient, de nos jours, presque exclusivement de la distillation des pétroles bruts.
Ses qualités physiques et chimiques en ont fait un matériau de toute première importance.
Il possède un grand pouvoir agglomérant car il adhère à la majorité des matériaux usuels : pierre, béton, bois, métal, verre.
C'est un excellent isolant thermique et diélectrique.
Il est léger, ductile et souple. Du point de vue mécanique, il se comporte comme un matériau plastique ou élastique.
Il est insoluble dans l'eau, mais l'on peut en obtenir des solutions dans de nombreux solvants organiques. Il est pratiquement inerte vis-à-vis de la plupart des agents chimiques usuels.
Ses propriétés peu courantes et la complexité de sa composition ont d'abord conduit à introduire des essais empiriques destinés à repérer les différentes variétés obtenues, mais l'importance et la multiplicité des applications qui en sont faites ont ensuite amené producteurs et utilisateurs à l'étudier plus complètement.
Les moyens modernes d'investigation ont permis d'analyser l'influence de la composition sur les propriétés physiques et de s'orienter ainsi vers des qualités répondant mieux aux besoins des utilisateurs. L'étude des propriétés viscoélastiques a permis de comprendre la signification d'essais empiriques utilisés jusqu'alors et de les relier à des notions fondamentales. Elle a également permis le calcul du comportement mécanique des bitumes au même titre que celui des autres matériaux de construction, tels que le béton ou les métaux.
On sait que les bitumes sont fabriqués industriellement à partir de pétroles bruts d'où l'on extrait, au préalable, les fractions les plus légères. De la partie restante, constituée par des huiles visqueuses, on sépare un bitume de la dureté désirée. Certaines variétés sont préparées à partir d'une matière de charge craquée, d'autres sont obtenues par oxydation (soufflage).
On utilise pratiquement les bitumes ainsi préparés sous trois formes différentes :
- tels quels ;
- sous forme de cut-backs : bitumes fluidifiés par addition de solvants volatils ;
- sous forme d'émulsions aqueuses.
La combinaison de ces divers procédés permet d'obtenir une gamme très étendue de produits pouvant répondre aux exigences variées d'utilisations très différentes.
[modifier] STRUCTURE PHYSICO-CHIMIQUE
Les bitumes sont des mélanges d'hydrocarbures a poids moléculaire élevé pouvant appartenir aux trois groupes suivants :
• aliphatique ; • naphténique, • aromatique,
Le groupe oléfinique est rencontre dans certains bitumes craqués.
L’utilisation, comme solvant sélectif, d'un hydrocarbure léger en grand excès, permet de fractionner un bitume en deux parties (The properties of Asphaltic Bitumen, J.Pfeiffer, Elsevier).
• là partie dissoute — les maltènes — a l'aspect d'une huile visqueuse de couleur foncée ; • la fraction précipitée — les asphaltènes — est constituée par des corps de poids moléculaire très élevé se présentant sous la forme d'une substance solide et noirâtre.
Il n'y a pas de discontinuité entre maltènes et asphaltènes, le fractionnement obtenu dépendant du solvant employé. On a longtemps utilisé l'éther de pétrole, maintenant remplace par l’heptane normal.
On constate que les maltènes se comportent comme un fluide parfaitement visqueux (fluide newtonien). La présence des asphaltènes confère aux bitumes des propriétés caractéristiques de l'état colloïdal.
Les asphaltènes ont tendance à absorber la fraction aromatique la plus lourde des maltènes et forment ainsi des corpuscules complexes — les micelles — qui sont en suspension dans une phase continue formée par les maltènes de bas poids moléculaire.
Si Les maltènes contiennent suffisamment d'aromatiques pour que les forces d'absorption des asphaltènes soient saturées, les micelles sont complètement mobiles au milieu de la phase dispersante : elles sont peptisées. La solution colloïdale est alors à l'état de sol.
S'il n'y a pas suffisamment d'aromatiques, Les micelles, s'attirent; mutuellement, deviennent moins mobiles et forment un réseau au milieu de la phase intermicellaire Cette structure, qui confère au bitume des propriétés élastiques, est désignée sous le nom de gel.
[modifier] Utilisation
On utilise pratiquement les bitumes ainsi préparés sous trois formes différentes :
- telles quelles ;
- sous forme de cut-backs : bitumes fluidifiés par addition de solvants volatiles ;
- sous forme d'émulsion aqueuse ou émulsion de bitume.
Mélangé avec des éléments fins (comme le sable), il est utilisé comme produit d'étanchéité dans le bâtiment ou le génie civil.
[modifier] De l'Antiquité à la Révolution industrielle
Il était connu à cette époque, pour cet usage (étanchéité), sous le nom de « bitume de Judée » notamment des Égyptiens, Hébreux et Sumériens car il existait à l'état naturel sur les bords de la mer Morte (mais aussi de la mer Caspienne). Il avait déjà de multiples emplois:
- liant;
- produits pharmaceutiques - servant notamment à la conservation des momies égyptiennes - et cosmétologiques;
- mais surtout, et ce dans tout le bassin méditerranéen, au calfatage des navires.
- C'est également grâce au Bitume de Judée que Nicéphore Niépce inventera la photographie à Saint-Loup de Varennes en 1824. (http://maison.niepce.museum)
En 1627, une lettre patente autorisa son exploitation commerciale à Pechelbronn, en Alsace, d'une source qui produisait une « huile de pierre » réputée pour ses propriétés thérapeutiques. En 1741 fut constituée la première société pétrolière de l'histoire, pour exploiter à côté de la source une veine de sable bitumineux dont on tirait une graisse apte à remplacer le « vieux oing » et le suif. Le roi Louis XV, conscient de l'intérêt de cette exploitation, la confia par lettre patente du 5 août 1772 à un certain Le Bel. Cette société créera Antar en 1927.
[modifier] De nos jours
En construction routière, il sert de liant pour la réalisation de matériaux enrobés à chaud, tels que les bétons bitumineux ou les graves bitumes. Il entre également dans la fabrication d'enduits superficiels sous forme d'émulsion ou bien fluidifié par un solvant.
Les caractéristiques physiques des bitumes sont généralement décrites par divers paramètres dont la température de ramollissement (la "méthode bille-anneau" ou la méthode Kraemer-Sarnow ) et la dureté ( méthode de la Pénétration ).
Tous les bitumes sont entièrement dissous par le sulfure de carbone.
Le bitume est transporté en mer sur les bitumiers.
