Les fondants routiers
Un fondant routier est un produit (naturel ou chimique) utilisé en service hivernal pour abaisser le point de congélation de l’eau ce qui permet de faire fondre la glace.
Le principe fondamental de fonctionnement d’un fondant routier
Chaque fois qu’une substance se présente sous deux phases, en contact l’une avec l’autre, comme par exemple de l’eau (état liquide) et de la glace (état solide), il y a un échange constant de molécules entre ces deux phases à cause de la différence de tension de vapeur qui existe entre ces deux phases et qui a tendance à s’équilibrer.
Pour l’eau pure, le point de congélation est 0 °C et correspond à l’équilibre des tensions de vapeur des phases solide et liquide. A une température inférieure à 0 °C, toutes les molécules abandonnent l’état liquide (en raison de la tension de vapeur supérieure) et finalement seul subsiste l’état solide. Par contre, à une température supérieure à 0 °C, c’est le contraire qui se produit, toutes les molécules finissent à la longue par abandonner l’état solide et se retrouvent sous forme liquide.
Il est possible de modifier le mécanisme de fusion de la glace grâce à la propriété d’un soluté chimique qui abaisse la tension de vapeur de la solution dans laquelle il est dissous. Ainsi l’équilibre entre la phase liquide et la phase solide est déplacé au profit de la phase liquide. Le nouveau point d’équilibre est d’autant plus bas que le titre massique de la solution est élevé.
Solubles seulement dans l’eau et non dans la glace, les chlorures (chlorure de sodium, chlorure de calcium) forment avec l’eau une solution qui est en équilibre avec la glace à une température dite température de congélation inférieure à 0 °C.
Si la température du milieu (Tc) est supérieure à cette température de congélation, la solution restera à l’état liquide. De même, de la glace, en contact avec cette solution, va commencer à fondre, ce qui diminue le titre massique de la solution dont la tension de vapeur et conduit à un nouvel équilibre.
Ainsi au contact d’un fondant, la glace peut se transformer en eau liquide, plus ou moins rapidement, en fonction de la nature du fondant, de sa concentration, de sa quantité et d’abord de sa facilité à s’hydrater.
La première limite d’efficacité d’un fondant
Un fondant ne peut assurer la fusion que sous forme de solution.
S’il est épandu en grains il doit d’abord attirer de l’eau liquide ou de la vapeur d’eau pour passer en saumure et ce passage peut être long (20 à 30 mn) voire ne pas être possible du tout.
Le chlorure de sodium attire la vapeur d’eau de l’air si l’humidité de l’air est supérieure à 75 % mais cette hydratation est lente. Il trouve de l’eau dans le phénomène qu’il combat si ce dernier contient de l’eau libre (liquide ou vapeur d’eau).
Certains phénomènes ne contiennent pas ou très peu d’eau libre (eau en surfusion solidifiée, glace vive, neige sèche). Dans ce cas le sel en grains est parfaitement inefficace.
La deuxième limite d’efficacité d’un fondant
Lorsque la saumure a commencé à se former, la fusion de la glace commence. La saumure est saturée à proximité des grains de sel mais la fusion de la glace qui s’amorce entraîne un double effet de refroidissement (consommation de la chaleur latente) et de dilution de la solution (par apport d’eau de fonte).
Si la température extérieure est relativement basse, le refroidissement supplémentaire peut entraîner un blocage du processus de fusion, voire un regel dans la masse.
Les différents fondants
- Les différentes formes de fondants utilisées
Les fondants peuvent être utilisés de façons différentes :
- unique soit sous forme solide en grains ou granules plus ou moins grosses, soit sous forme liquide (saumure) directement déversé ou pulvérisé ;
- multiple en particulier par l’association des deux formes liquides et solides (technique dite de la bouillie de sel par exemple).
Sur autoroute, la saumure NaCI et la bouillie de sel sont le plus souvent utilisées.
La forme la plus courante utilisée sur le réseau ordinaire est la NaCI solide (objet d’une norme NF P 98-180).
- Le chlorure de sodium
Il constitue l’essentiel des fondants utilisés en France (>99,5 %). La consommation varie de 400 000 à plus de 1 million de tonnes par hiver.
Il provient pour l’essentiel :
- de la mine de sel gemme de Varangéville (en Meurthe et-Moselle) ;
- des marais salants méditerranéens ;
Remarque : Jusque septembre 2002 : Mines de Potasse dans le Haut-Rhin.
Le chlorure de sodium est limité par la première limite d’efficacité aux alentours de -5 °C à -7 °C.
| Granularités : 3 familles | sels fins, moyens, gros |
| Teneurs en chlorures : 2 classes | Classe A >98%
Classe B >91% |
| Pourcentage en eau : 3 classes | Classe 1 < 0,5%
Classe 2 < 1,5% Classe 3 <6% |
| Teneurs en antimottant | Pour les classes 1 et 2 de pourcentage en eau > 3 mg/kg
Pour la classe 3 de pourcentage en eau > 10 mg/kg Maximum de 200 mg/kg |
- La saumure de chlorure de sodium
La saumure est caractérisée par le rapport de la masse de NaCI dissous dans l’eau sur la masse du mélange : ce rapport est appelé titre massique (et non concentration comme on le dit souvent).
Le titre massique maximal pour une saumure de chlorure de sodium à 0°C est de 26,3 %.
Malheureusement en cas de refroidissement important, une partie du sel dissous va cristalliser sous forme de dihydrate. Cette recristallisation dépose dans les cuves, les pompes et les buses. Pour empêcher ce phénomène, on limite le titre massique à 23 % (soit une densité de l’ordre de 1,17 à 1,175 autour de 0 °C).
La saumure de chlorure de sodium n’est pas limitée par la première limite d’efficacité. par contre, elle atteint très vite par dilution la deuxième limite d’efficacité. Il est déconseillé de l’employer en dessous de -3, -4 °C.
- La bouillie de sel
Le principe de la bouillie de sel fut découvert en France par hasard dans les années 1975-1976 sur l’autoroute de l’Est de la France. Il consiste à épandre simultanément du sel en grains, qui sert de réserve de fondants et assure un effet mécanique, et de la saumure (généralement de NaCI) qui apporte le démarrage rapide du processus de fusion.
Le mouillage du sel en grains par la saumure varie entre 10 à 50% en poids, ce taux augmentant au fur et à mesure que le phénomène à combattre est plus sec (moins d’eau libre).
La première limite est repoussée en deçà de -10 °C mais il faut veiller de près à la deuxième limite. Il est conseillé de ne pas employer la bouille de sel en dessous de -10, -12 °C.
- Le chlorure de calcium
Produit issu d’un processus industriel qui est plus efficace que le chlorure de sodium en raison d’une libération de chaleur lors de son hydratation, de sa forte teneur en eau (22 à 25 %) et de sa forte hygroscopicité. Il est difficile à stocker ailleurs qu’en silo étanche.
- La saumure de chlorure de calcium
La solution de chlorure de calcium utilisée en service hivernal a un titre massique de 26%. Elle peut être livrée plus concentrée à 36 %.
Le titre massique maximal pour une saumure de chlorure de calcium à 0 °C est de 42 %.
- La comparaison NaCI / CaCI
La comparaison du diagramme des phases laisse penser que la supériorité du CaCI provient du son point de congélation mini (-1 °C) au lieu de - 21 °C pour le NaCI.
En fait, en France, dans les plages courantes de température et de concentration les deux produits sont similaires.
Le principal intérêt du chlorure de calcium réside dans sa forte teneur en eau, son passage sous forme liquide jusqu’à de faibles taux d’humidité (45%) et dans une certaine libération de chaleur lors de ce passage. Il repousse ainsi la première limite d’efficacité aux alentours de -12 °C, -15 °C. là aussi attention à la deuxième limite d’efficacité.
Les fondants sur la chaussée
- Le dosage résiduel
Le dosage résiduel est la masse de fondant solide ou dissous présent par unité de surface du revêtement. Il s’exprime en g/m 2 .
Cet appareil ne fonctionne pas sur les revêtements drainants et il est très difficile de l’utiliser sur les sections à fort trafic.
- Le dihydrate de chlorure de sodium sur la chaussée
Le séchage d’une route salée en dessous de 0 °C conduit à une recristallisation du chlorure de sodium sous une forme particulière : le dihydrate de chlorure de sodium [NaCl,2 H2O]. Ce dihydrate se présente sous la forme d’une très fine poudre blanche donnant l’apparence d’une grande quantité de sel résiduel.
Cette apparence est souvent trompeuse car elle ne reflète pas le très faible dosage résiduel.
- Comportement à l’humidité d’une chaussée salée
Il est certain qu’une chaussée salée restant humide maintiendra un meilleur dosage résiduel sur une plus longue période. Un ruissellement élimine complètement la salinité résiduelle.