Performance Optimization and Sustainability Assessment of Reclaimed Asphalt Pavement Modified with Waste Engine Oil for Flexible Pavement Applications

Chaque fois qu'une route est construite, elle repose sur deux ingrédients principaux : la pierre concassée et un liant noir et collant fabriqué à partir de pétrole brut. Ce liant, appelé bitume, maintient les pierres ensemble pour créer une surface lisse pour les véhicules. Pendant des décennies, l'industrie de la construction s'est appuyée sur de la pierre fraîche et du pétrole neuf pour construire ces routes flexibles. Cependant, cette approche devient de plus en plus coûteuse et préjudiciable à l'environnement. Le monde est en train de manquer de pétrole brut facilement accessible, et l'extraction de nouvelles pierres épuise les ressources naturelles. Parallèlement, lorsque les vieilles routes sont démolies, le matériau résultant, appelé enrobé d'asphalte recyclé, finit souvent dans les décharges. Cela crée un double problème : nous gaspillons une ressource précieuse tout en continuant à consommer davantage de matières premières.

Pour résoudre cela, les ingénieurs cherchent des moyens de recycler ces anciens matériaux routiers. Le défi est que le bitume des vieilles routes a vieilli et durci avec le temps, devenant cassant et sujet aux fissures. Si les constructeurs mélangeaient simplement ce matériau ancien et fragile avec de la nouvelle pierre, la route résultante présenterait probablement des défaillances rapidement. Pour y remédier, des chercheurs ont commencé à tester une méthode de « rajeunissement » du vieux liant. Ils utilisent de l'huile moteur usagée, un polluant courant provenant des voitures et des machines, pour ramollir le bitume durci. L'idée est de transformer deux produits de déchets — des morceaux de vieilles routes et de l'huile usagée — en une nouvelle surface routière de haute qualité. Une étude récente menée par des chercheurs de l'Ajay Kumar Garg Engineering College en Inde a exploré précisément l'efficacité de cette combinaison, visant à trouver la recette parfaite qui équilibre la résistance de la route et les avantages environnementaux.

Les chercheurs se sont donné pour mission de créer un nouveau type de mélange routier utilisant de l'enrobé d'asphalte recyclé et de l'huile moteur usagée. Ils ont commencé par rassembler leurs matériaux : du bitume standard utilisé pour les nouvelles routes, de la pierre concassée et l'enrobé d'asphalte recyclé provenant de vieilles routes endommagées. Ils ont également collecté de l'huile moteur usagée, qu'ils prévoyaient d'utiliser comme agent de rajeunissement pour restaurer la flexibilité du vieux liant. L'équipe a préparé plusieurs lots différents de mélanges routiers. Certains étaient des mélanges traditionnels composés entièrement de nouveaux matériaux, tandis que d'autres contenaient des quantités variables de l'ancien asphalte recyclé. Dans les mélanges contenant de l'asphalte recyclé, ils ont ajouté une petite quantité d'huile moteur usagée, spécifiquement deux pour cent en poids, pour voir si elle pouvait ramollir le vieux liant suffisamment pour rendre le nouveau mélange maniable.

Pour tester ces mélanges, l'équipe a utilisé une procédure d'ingénierie standard connue sous le nom de méthode de conception de mélange Marshall. Cela consiste à chauffer les matériaux, à les mélanger et à les presser dans une forme spécifique pour créer un échantillon de test. Ils ont ensuite placé ces échantillons dans une machine qui appuie dessus pour mesurer quel poids ils peuvent supporter avant de se briser, une propriété appelée stabilité. Ils ont également mesuré la déformation de l'échantillon sous cette pression, appelée fluage, et ont vérifié la quantité de minuscules poches d'air piégées à l'intérieur du mélange. En testant différentes quantités de bitume et différents pourcentages d'asphalte recyclé, ils ont pu cartographier quelle combinaison créait la surface routière la plus forte et la plus durable.

Les résultats ont montré que le mélange routier traditionnel, fabriqué avec des matériaux neufs, performait très bien, mais les chercheurs ont trouvé un moyen d'égaler cette performance en utilisant des matériaux recyclés. Ils ont déterminé que la quantité idéale de bitume pour leur mélange était de juste plus de cinq pour cent. Lorsqu'ils ont introduit l'asphalte recyclé et l'huile moteur usagée, ils ont découvert une recette spécifique qui fonctionnait le mieux. Un mélange contenant vingt pour cent d'asphalte recyclé et deux pour cent d'huile moteur usagée s'est avéré être le point d'équilibre idéal. Ce mélange spécifique a atteint une stabilité de 1006 kilogrammes, ce qui est presque identique à la force du mélange traditionnel. La quantité d'air piégée à l'intérieur du mélange était également parfaite, se situant à un peu plus de quatre pour cent, ce qui est la cible pour une surface routière dense et durable.

La découverte la plus significative n'était peut-être pas seulement liée à la force, mais aussi au coût et à la durabilité. Les chercheurs ont calculé qu'en utilisant ce mélange de vingt pour cent d'asphalte recyclé et de deux pour cent d'huile moteur usagée, le coût de construction d'un mètre cube de route chutait de plus de quatorze pour cent. Cette économie provient de l'utilisation de moins de pierre neuve et de moins de bitume neuf. De plus, l'étude a souligné que cette approche aide à résoudre deux problèmes environnementaux à la fois : elle empêche les anciens matériaux routiers de finir dans les décharges et empêche l'huile moteur usagée de contaminer le sol et les eaux souterraines. L'huile usagée a agi comme un pont chimique, restaurant les huiles perdues dans le vieux liant et permettant aux anciens et aux nouveaux matériaux de fonctionner ensemble de manière transparente.

L'étude ne s'est pas arrêtée à la simple construction du mélange ; les chercheurs ont également utilisé des outils statistiques pour s'assurer de la fiabilité de leurs conclusions. Ils ont utilisé l'analyse de régression, une méthode consistant à trouver des modèles dans les données, pour prédire la teneur optimale en bitume, et leurs prédictions correspondaient presque parfaitement à leurs expériences physiques. Ils ont également créé un indice de performance qui pondérait la force, la flexibilité et le coût de la route les uns par rapport aux autres. Dans ce classement complet, le mélange avec vingt pour cent d'asphalte recyclé et deux pour cent d'huile moteur usagée arrive en tête. Il offrait le meilleur équilibre entre une résistance suffisante pour supporter le trafic, une flexibilité suffisante pour résister aux fissures et un coût assez bas pour être économiquement viable.

Bien que les résultats soient prometteurs, les chercheurs ont pris soin de noter les limites de leurs travaux. Ils ont confirmé que ce mélange spécifique fonctionne bien dans les conditions testées, mais ils ont reconnu que les routes du monde réel font face à de nombreux autres défis, tels que le trafic intense des camions, les conditions météorologiques extrêmes et le vieillissement à long terme. L'étude n'a pas testé la façon dont ce mélange tiendrait sur de nombreuses années sur le terrain, et n'a pas non plus analysé les changements chimiques microscopiques dans le liant de manière extrêmement détaillée. Ce sont des domaines pour de futures recherches. Cependant, les résultats actuels fournissent une base solide, suggérant qu'il est possible de construire des routes qui sont non seulement moins chères et plus solides, mais aussi plus respectueuses de l'environnement.

En fin de compte, cette recherche démontre une voie pratique vers une économie circulaire dans la construction routière. Au lieu de considérer les vieilles routes et l'huile usagée comme des déchets, l'étude montre qu'elles peuvent être des ressources précieuses. En mélangeant soigneusement vingt pour cent d'asphalte recyclé avec une petite quantité d'huile moteur usagée, les ingénieurs peuvent créer une surface routière qui performe aussi bien qu'une surface faite de matériaux vierges. Cette approche réduit la nécessité d'extraire de la nouvelle pierre et de forer pour du nouveau pétrole, tout en assainissant simultanément deux flux de déchets majeurs. Les travaux suggèrent que l'avenir de la construction routière pourrait ne pas résider dans la recherche de nouvelles ressources, mais dans des manières plus intelligentes d'utiliser celles que nous possédons déjà.