The mix design of low noise asphalt mixtures is identified as a key element affecting the future noise absorption capabilities of the asphalt pavement. Thus, this research has the objective of optimizing the mix design from a mechanical but also acoustic point of view. After a strong knowledge update and the definition of the base parameters (variable/fix) for the research, the project will focus on the mix design procedure. To achieve it, various types of asphalt mixtures will be designed and optimized by applying a volumetric method using the PradoWIN software. The utilisation of various laboratory tests in addition to the theoretical mix design will permit to identify the gap between theory and laboratory results, and then perform an optimization of the various mixtures. Besides, a specific sensitivity analysis of the determining parameters will be also carried out. Then, different measurements allowing characterizing the acoustic performances will be done.

La formulation des mélanges pour revêtements peu bruyants est reconnue comme déterminante quant aux futures capacités d'absorption du bruit de la chaussée. Cette recherche a donc pour objectif l'optimisation de la formulation du point de vue mécanique, mais également acoustique. Après une solide mise à jour des connaissances et la définition des paramètres de base (variables/fixes) pour la recherche, le projet s'attachera à l'analyse de la formulation. Pour cela, différents mélanges seront formulés et optimisés en appliquant une méthode volumétrique par l'intermédiaire de l'outil PradoWIN. Le couplage de différents essais en laboratoire avec la méthode de formulation théorique permettra d'identifier le biais entre théorie et laboratoire, puis d'effectuer une optimisation des différents mélanges. Par ailleurs, une analyse de sensibilité des paramètres déterminants sera également faite. Suite à cela, différentes mesures permettant de caractériser les performances acoustiques seront également conduites.

Les matériaux peu bruyants se caractérisant par une courbe granulométrique serrée et discontinue. La formulation est rendue très sensible et la proportion de chacun des composants se doit d'être analysée avec soin. La procédure de travail se décompose ainsi, davantage de détails pouvant être trouvés dans l'Annexe à cette demande.

1.       Etat des connaissances

L'état des connaissances se base notamment sur le document de synthèse LAB et se focalise sur les revêtements peu bruyants (1.1) et les méthodes de formulation (1.2). Des contacts internationaux seront également pris au-travers de la soumission d'un questionnaire sur la thématique.

2.       Définition des paramètres de base pour la recherche

Les paramètres de base figés et variables pour la formulation seront définis dans la première phase de la recherche. Il est proposé d'utiliser différents types de granulats. En effet, le type de granulat et la dureté de la roche sont des paramètres ayant une grande influence sur les propriétés phoniques de l'enrobé et leur évolution au cours du temps. Par ailleurs, les matériaux suivants sont proposés pour l'étude de formulation:

-          Matériaux normalisés: AC MR4 et AC MR8 et enrobé poreux PA8

-          Matériaux non normalisés: AC MR6

-          Un produit d'entreprise: Nanosoft, Sapaphone, Famsaphonogrip, ou autre

Le choix du liant est également déterminant pour les propriétés mécaniques et phoniques des enrobés et deux types de liants (PmB et bitume-caoutchouc) seront utilisés.  

3.       Formulation

Comme demandé, la formulation sera effectuée dans un premier temps pour l'AC MR6 en vue de la construction de sections pilotes au 3e trimestre 2011.

3.1   Essais de caractérisation

Les essais de caractérisation des matériaux de base ont pour objectif de déterminer les données d'entrée nécessaires à la formulation théorique et à la formulation en laboratoire. C'est également dans cette étape que les caractéristiques pétrographiques seront déterminées.

3.2   Formulation théorique

Une procédure de formulation basée sur la méthode de formulation volumique belge [1] sera conduite (PradoWIN). Cette méthode présente la particularité de reposer à la fois sur des observations expérimentales et sur des essais en laboratoire. Dans la méthode belge traditionnelle, les essais de laboratoire sont utilisés comme moyen de vérification des valeurs obtenues par la formulation volumique. La méthode a été adaptée par le LAVOC dans le cadre du projet [6] afin d'aboutir à une procédure modifiée. Selon cette procédure modifiée, les essais sont non seulement utilisés comme moyen de vérification, mais également comme moyen d'optimisation de la formulation. L'optimisation s'effectue alors par les essais Marshall et la Presse à Cisaillement Giratoire (PCG). Il est à noter que les résultats seront également vérifiés selon l'approche Marshall couramment appliquée en Suisse.

3.3   Essais de validation en laboratoire

Les essais de validation en laboratoire sont indispensables afin d'évaluer les résultats théoriques obtenus. Ils ont également pour objectif d'identifier et quantifier le biais entre la formulation théorique et le laboratoire. Comme mentionné auparavant, la validation se fait principalement à l'aide de l'essai Marshall et de la PCG.

Ceci étant fait, une analyse de sensibilité théorique peut être effectuée et l'incidence des paramètres déterminants évaluée, tout en limitant le nombre d'essais en laboratoire aux cas les plus intéressants. Différents paramètres seront évalués mais nous pouvons citer par exemple: les granulats, teneur en vides de l'enrobé, teneur en liant, composition du mastic.

4.       Optimisation de la formulation

L'optimisation de la formulation s'effectue sur la base de la formulation théorique et de l'analyse de sensibilité des paramètres déterminants.

4.1   Evaluation des performances acoustiques et des propriétés critiques

L'évaluation des performances acoustiques et des propriétés critiques relatives au comportement acoustique s'effectuera en laboratoire, pour les différentes fabrications. Pour cela, il est prévu d'effectuer des mesures sur des échantillons (carottes et plaques) avec des mesures en tube d’impédance (ISO 10534-1 et ISO 10534-2) des mesures en salle réverbérante (ISO 354) ou en champ libre

4.2   Evaluation des performances mécaniques et des propriétés critiques

L'optimisation mécanique de la formulation s'effectue en évaluant les performances potentiellement critiques des enrobés préalablement formulés. Il est en outre proposé d'évaluer: teneur en vides, résistance à l'orniérage, adhésivité liant/granulat, maniabilité du mélange, stabilité mécanique, cohésivité granulat/granulat, sensibilité à l'eau, module résilient et comportement à basse température.

4.3   Fabrication de plaques pour EP2 et EP4

Comme demandé dans les documents d'appel d'offre, des plaques seront compactées en laboratoire au rouleau en acier.

5.       Pondération et procédure de choix

Certaines propriétés du mélange conduisent à un comportement contradictoire entre les performances acoustiques et le comportement mécanique. La procédure de choix fera bien souvent l'objet d'une pesée d'intérêts (comportement mécanique/acoustique). Pour cela, une méthode simple d'aide à la décision sera proposée. Cette méthode permettra dans un premier temps de considérer les données de manière désagrégée, puis de calculer différents indicateurs selon une méthode d'agrégation à déterminer. Par ailleurs, une notion de risque accepté par le gestionnaire sera également introduite dans le modèle.

6.       Recommandations pour l'élaboration de revêtements peu bruyants innovants

Les recommandations proposées concerneront dans un premier temps l'établissement d'une méthodologie pour la formulation des enrobés peu bruyants à l'intérieur des localités et la mise en évidence des paramètres importants à maîtriser.

Sur la base de cette méthodologie de formulation et de l'aide à la procédure de choix, des recommandations pour l'élaboration de revêtements peu bruyants innovants seront proposées. Ces recommandations permettront également de mettre en évidence de potentiels axes de recherches futures.

7.       Conclusions

Ce projet de recherche va permettre de proposer une méthodologie concrète de formulation des revêtements peu bruyants. Le projet fournira également une analyse profonde des différents paramètres déterminants de la formulation et de leur incidence sur le comportement mécanique ainsi que les propriétés acoustiques de l'enrobé.

L'utilisation de ces connaissances sera étayée par le développement d'une méthode de pondération et une procédure de choix du type d'enrobé. Ceci permettra de faire une évaluation prenant en considération les propriétés mécaniques et phoniques, avec également la prise en compte d'un risque accepté par l'utilisateur.

Les résultats de cette recherche seront bénéfiques pour l'ensemble des projets de recherche du TP1 "Recherche et innovation" étant donné l'importance de la formulation du mélange bitumineux sur les futures propriétés phoniques et le comportement mécanique.

Les résultats globaux de ce projet de recherche pourront mener à une proposition d’adaptation ou de modification des normes VSS en relation avec les enrobés bitumineux peu bruyants. Il est tout particulièrement attendu, que les résultats de la recherche aboutiront à la mise en évidence des paramètres déterminants et des performances critiques à prendre en considération lors de la formulation d'enrobés à faible bruit.

La méthodologie consiste tout d'abord à effectuer une solide mise à jour des connaissances au-travers d'une étude bibliographique spécifique à ce projet de recherche. L'état des connaissances sera également complété par la réalisation d'une enquête internationale au sein du FEHRL (Forum of European National Highway Research Laboratories).

Suite à cela, la procédure de formulation et son optimisation seront effectués d'une part de manière théorique (application de la méthode belge de formulation avec l'aide du logiciel PradoWIN), mais également avec l'apport très important d'essais en laboratoire. Les différents essais concernent le comportement mécanique des enrobés, mais également la capacité d'absorption phonique de ces différents mélanges.

Le LAVOC est équipé avec les engins et installations particuliers prévus pour ce projet. En particulier, il dispose d'un laboratoire d’essai sur matériaux routiers complètement équipé (matériel et personnel). De plus, une presse dynamique multifonction avec enceinte climatique peuvent être utilisés afin d'effectuer des essais spécifiques ou du couplage thermodynamique.

La synthèse des résultats les plus importants est fournie en annexe à l'appel d'offre [10]. Nous pouvons cependant mettre en évidence les éléments suivants:

Au niveau national, mis à part le projet de recherche "Lärmarme Strassebeläge innerorts" [10] lancé en 2003, les études et recherches relatives au bruit routier sont nombreuses, mais peu coordonnées. La plupart de ces études ne se limitent pas à la problématique des revêtements et abordent cette thématique de façon bien plus générale (source et propagation, mesure des niveaux sonores, stratégie politique, mesures combinées, influence des facteurs extérieurs, etc.).

Le paquet de recherche [1] s’est basé sur une collecte des connaissances internationales et nationales très complète. Il a permis de :

·     Classer les paramètres significatifs selon leur influence sur le bruit routier,

·     Déterminer les raisons à l’origine de la détérioration des qualités phonique d’un revêtement,

·     Emettre des recommandations,

·     Définir les tendances actuelles,

·     Enumérer les méthodes de mesurages existantes,

·     Proposer les principaux enseignements tirés du suivi des premières planches d’essai.

Le projet [10] a également permis de mettre en évidence les paramètres significatifs pour le bruit routiers, avec également une priorisation de ces paramètres.

The objective of the research project EP1 consists in establishing a mix design procedure for low noise asphalt mixtures, taking into account the acoustic performances as well as the mechanical performances of the material. In order to achieve it, it is expected:

-          A proposal for a concrete working method for the mix design and the optimisation of low noise asphalt mixtures.

-          Guidelines and recommendations in order to obtain acoustic and mechanical characteristics for top layer made with low noise asphalt.

L'objectif du projet de recherche EP1 consiste en la mise au point d'une approche de formulation des revêtements peu bruyants permettant un compromis raisonnable entre les performances acoustiques et les performances mécaniques du matériau. Pour cela, il est attendu de fournir:

-          Une proposition de méthode de travail concrète pour la formulation et l'optimisation des revêtements peu bruyants.

-          Des directives et recommandations pour l'obtention des caractéristiques acoustiques et mécaniques des couches de surface des revêtements peu bruyants.

la recherche démarre fin octobre 2010 et le rapport final est attendu pour juin 2013 (durée: 32 mois). Un bilan intermédiaire est prévu pour décembre 2011. Le plan de recherche suivant est établi, davantage de détails pouvant être trouvés en Annexe:

1.       Etat des connaissances (Mois 1 à 3)

1.1    Revêtements peu bruyants

1.2    Méthodes d'essais

2.       Définition des paramètres de base pour la recherche (Mois 2 à 5)

3.       Formulation (Mois 4 à 15)

3.1    Essais de caractérisation

3.2    Formulation théorique

3.3    Essais de validation en laboratoire

4.       Optimisation de la formulation (Mois 9 à 28)

4.1    Evaluation des performances acoustiques et propriétés critiques

4.2    Evaluation des performances mécaniques et propriétés critiques

4.3    Fabrication des plaques EP2 et EP4

5.       Pondération et procédure de choix (Mois 25 à 30)

6.       Recommandations pour l'élaboration de revêtements innovants (Mois 28 à 30)

7.       Conclusions (Mois 30 à 32)

Tout au long du projet, plusieurs séances de coordination avec la direction du projet et les autres chercheurs sont prévues. Un rapport intermédiaire (mois 14) et un rapport final – rapport technique et rapport de synthèse - (mois 32) sont également planifiés.

Les recommandations et les lignes directrices élaborées dans ce projet aideront les administrations suisses et les entreprises de construction à améliorer la formulation, la production et la pose de ce type de mélange.

[1.]    Centre de Recherches routières, Code de bonne pratique pour la formulation des enrobés bitumineux R 69/97, Bruxelles, Belgique.

[2.]    NR2C - New Road Construction Concepts, Projet européen FP6, 2007.

[3.]    SILVIA – Sustainable Road Surfaces for Traffic Noise, FP5, 2005.

[4.]    Brosseaud Y., Anfosso-Lédée F., « Surface pavements with low rolling noise level and high adherence: evaluation of the French researches, development of the products ». 3rd Eurasphalt & Eurobitume Congress Vienna 2004.

[5.]    J. Perret, A.-G. Dumont, J.-C. Turtschy & M. Ould-Henia, Mandat de recherche VSS 1996/035, Evaluation des performances de nouveaux matériaux de revêtement – 1ère partie : Enrobés à haut module, 2001, Lausanne, Suisse.

[6.]    A. Junod & A.-G. Dumont, Mandat de recherche VSS 200/421-2, Formulation et optimisation des formules d'enrobés, 2005, Suisse.

[7.]    Ould-Henia, M., "Modélisation et prédiction du comportement rhéologique des mélanges bitume caoutchouc", Thèse EPFL-LAVOC N°3231, 2005

[8.]    Pucci, T., "Approche prévisionnelle de la fissuration par sollicitation thermique des revêtements bitumineux", Thèse EPFL-LAVOC N°2282, 2000

[9.]    C. Angst, F. Beltzung, D. Bosshardt, H.-J. Grolimund & H. Pestalozzi, Revêtements de routes peu bruyants à l’intérieur des localités, 2008, Suisse.

[10.] Ould-Henia, M. et al., "Forschungspaket Lärmarme Beläge innerorts – Recherche internationale et nationale: Aperçu et synthèse", ASTRA, 2010

[11.] Rapport VSS N°1262. « Lärmverhalten von Deckschichten mit strukturierter Oberfläche». ETHZ/IGT. Novembre 2007.

[12.] Volumes partiels de trafic: catégories de routes et de véhicules, OFEV, 2008

[13.] Projet ACT-noise : Active Control for Tampers Noise, OFEV, 2006