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Propriétés physiques enrobés drainants / béton bitumineux

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publié le 3 mai 2005 (modifié le 7 janvier 2013)

1- La conductivité thermique

L’enrobé drainant comporte de l’ordre de 20 % de porosité, occupée par de l’air en l’absence de précipitations. Il constitue un matériaux plus isolant qu’un béton bitumineux et donc une barrière thermique à la surface de la chaussée.
Ainsi, la contribution de l’énergie géothermique à la température de surface de la chaussée ets plus faible pour un enrobé drainant que pour un béton bitumineux. conductivité thermique en grand format (nouvelle fenêtre)

2- La convection

Les quantités d’énergies échangées par convection par les divers revêtements dépendent :
- de leur "surface spécifique" en contact avec l’atmosphère (valeur généralement élevée pour les enrobés drainants),
- de leur rugosité de surface qui conditionne le régime laminaire ou turbulent de leur surface. convection en grand format (nouvelle fenêtre)

Les caractéristiques de surface des enrobés drainants sont telles que les quantités d’énergie échangées Q par leur surface sont généralement plus importantes que sur les bétons bitumineux. Cela entraîne :
- en période de refroidissement atmosphérqiue un abaissement plus rapide de la température de surface,
- en période de réchauffement atmosphérique, une élévation plus rapide de la température de surface.

3-Le rayonnement

Les quantités d’énergie échangées par rayonnement sont étroitement liées à "la couleur" de la surface des revêtements (facteur d’émissivité epsilon.
Tous les revêtements hydrocarbonés présentent au jeune âge un facteur d’émissivité élevé dû à la présence du film de bitume qui enrobe les granulats. La surface plus noire de ces revêtements est alors le lieu privilégié de formation de givre.

Les enrobés drainants conservent plus longtemps cet aspect noir car les mécanismes d’abrasion de la surface sont plus réduits.
Leur "surface spécifique" (ou surface en contact avec l’atmosphère) plus grande que celle d’un béton bituminaux, leur aspect plus noir, entraînent un abaissement plus important de leur température de surface en période nocturne.
en période diurne sous fort ensoleillement, cela entraîne une élévation de la température de surface plus importante que celle des bétons bitumineux. rayonnement en grand format (nouvelle fenêtre)

4- Température de surface : effet combiné des trois modes de transfert d’énergie.

Dans la réalité, les trois mode d’échange d’énergie à la surface d’une chaussée sont combinés. Le poids respectif de chacun d’eux et sa conséquence sur la valeur de la température de surface varient suivant les conditions météorologioque et le trafic.
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Un exemple pour illustrer ces effets sur un enrobé drainant :
- L’énergie perdue par rayonnement nocture provoque un abaissement plus rapide de la température de surface d’un enrobé drainant que celle d’un béton bitumineux. la compensation thermique par conduction de l’énergie "géothermique" au travers de la structure n’est que partiellement assurée du fait des caractéristiques isolantes de l’enrobé drainant.
- Les transferts d’énergie par convection dus à un vent froid hivernal provoquent des effets similaires.

La traduction de ces divers mécanismes se retrouve :
- dans le déphasage dans le temps des courbes d’évolutions de température de surface d’un enrobé drainant par rapport à un béton bitumineux,
- dans les écarts de température ,de surface entre différents revêtements relevés par le véhicule THERMOROUTE. thremoroute en grand format (nouvelle fenêtre)

5- La fonction échangeur thermique

Toute matrice poreuse au travers de laquelle s’écoule une fluide (gaz ou liquide) est un lieu d’échange d’énergie.
Il s’y établit rapidement un équilibre thermique entre les deux milieux

Les enrobés drainants sous précipitations : Echangeur thermique en grand format (nouvelle fenêtre)
En fonction des conditions météorologiques, les précipitations peuvent refroidir ou réchauffer la totalité de l’épaisseur des enorbés drainants.

La température de surface du béton bitumineux
=
La température à la base de l’enrobé drainant.

Ceci est également vrai pour :
- la pluie et la neige mélées (T environ = 0°C)
- La pluie en surfusion (T < 0°C )
- La saumure (fusion glace + sel) (T << 0°C )

Les enrobés drainants sous trafic
Les pneumatiques mettent en pression-dépression l’air contenu dans la porosité interne des enrobés drainants, ce qui accentue les échanges thermiques. sous trafic en grand format (nouvelle fenêtre)

Lorsque cette porosité contient de l’air humide ou de l’eau,ces fluides peuvent être rapportés à la surface de l’enrobé drainant et humecter les bandes de roulement.

6- La fonction stockage en chaleur latente de fusion

- Chaleur latente de fusion/congélation de l’eau : Lf= 334 kJ/kg
- Chaleur latente d’évaporation/condensation de l’eau : Le= 2 500 kJ/kg

La chaleur massique d’un enrobé dense est voisine de 2000 kJ/m3.K (dépend des caractéristiques du squelette).
La saturation en glace d’un enrobé drainant (cas qui a déjà été observé) constitue un stockage thermique important en chaleur latente voisin de 70 000 kJ/m3, qu’il est extrêment difficile de vaincre (apport thermique solaire ou fusion de la glace par un fondant). Chaleur latente en grand format (nouvelle fenêtre)

7- Ruissellement - drainage après précipitations

Après précipitations, l’eau ruisselle à la surface de béton bitumineux. Dans le cas de l’enrobé drainant, elle s’évacue lentement par sa porosité interne.
Ce ménanisme est stable au bout de 5 à 10 minutes pour un béton bumineux, il demand 1 à 2h pour un enrobé drainant ; (On estime la vitesse de l’eau en transit horizontal dans l’enrobé drainant à environ 3 km/h)

Les quantités d’eau interceptées par ces revêtements sont : ruissellement - drainage en grand format (nouvelle fenêtre)
- pour un béton bitumineux 0/10 mm, de 200 à 300 g/m² en surface après un drainage naturel (eau interceptée par la macrotexture superficielle),
- pour un enrobé drainant, de plusieur kg/m² en fin de précipitation à 300 g/m² en fin de drainage (eau interceptée par la porosité interne).

Pour obtenir en hiver une même protection cryogénique des revêtements, il faut adapter le dosage en fondant au revêtement à traiter.

8- Temps de séchage des surfaces routières

Il dépend de nombreux paramètres : Temps de séchage en grand format (nouvelle fenêtre)
- la température de surface du revêtement,
- la quantité d’eau interceptée par le revêtement,
- l’importance du trafic (nébulisation),
- la possibilité d’interception d’eau par les pneumatiques,
- l’humidité atmosphérique (déséquilibre de la tension de vapeur d’eau),
- etc....

Séchage sous circulation : après précipitations en grand format (nouvelle fenêtre)

Après une forte précipitation :
Le temps de séchage des enrobés drainants est plus important que celui des bétons bitumineux.
- sur bétons bitumineux l’écoulement transversal s’effectue rapidement. La nébulisation par le trafic de l’eau interceptée en surface est rapide.
- sur enrobés drainants, l’ecoulement plus lent de l’eau s’effectue au coeur du revêtement. Elle est mobilisée plus longtemps par le trafic, la nébulisation est plus réduite.

NOTA : La température des précipitations peut de façon sensible modifier la température de surface des revêtements drainants et par voie de conqéquence la vitesse de séchage.

Après une faible précipitation :
Le temps de séchage des enrobés drainants est plus court qui celui des bétons bitumineux, car l’eau mobilisée par le trafic y est plus faible.

Séchage sans circulation :

Des essais sur piste montrent que les enrobés drainants sont toujours plus longs à sécher.

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