Le mélangeur mobile de recyclage à froid KMA 220i de l’entreprise Allan Myers, New Kent (Virginie, États-Unis) est installé dans la centrale d’enrobage à chaud de l’entreprise et géré par trois hommes : Steven Morris, mécanicien industriel, Gage Browning, opérateur, et Craig Rayfield, responsable contrôle qualité.
Fort d’une dizaine d’années d’expérience dans le domaine, le département du transport de l’État de Virginie (VDOT) étend l’utilisation du recyclage à froid et fait connaître la technique par le biais de documents techniques et de webinaires.
Depuis une dizaine d’années, le VDOT utilise le recyclage à froid pour la réfection de ses autoroutes inter-états (Interstates) et a donc acquis une grande expérience en la matière. En 2011, le Commonwealth a réalisé un projet de recyclage in situ sur l’I-81, non loin de Staunton, dans les contreforts des Blue Ridge Mountains. Le projet portait sur la réhabilitation d’un tronçon d’environ 4,8 kilomètres de l’I-81 en direction du sud, dans le comté d’Augusta. Et plus récemment, en 2021, le recyclage à froid en centrale a été utilisé pour la reconstruction de l’I-64 dans la région de Hampton Roads.
Sur l’I-81, le VDOT a employé trois techniques de recyclage in situ – le recyclage en pleine profondeur (FDR, ou Full Depth Reclamation) et le recyclage à froid in situ avec une unité mobile de Wirtgen, et le recyclage à froid en centrale avec le mélangeur de recyclage à froid KMA 220i de Wirtgen. Ce projet a été le premier aux États-Unis à associer les trois techniques de recyclage sur un système autoroutier.
Le recyclage en pleine profondeur est une technique de réhabilitation dans laquelle toute l’épaisseur du revêtement en asphalte ainsi qu’une partie des matériaux situés au-dessous sont uniformément pulvérisés et mélangés pour obtenir un matériau homogène de haute qualité en une seule opération. Les matériaux recyclés peuvent être améliorés et consolidés par une stabilisation mécanique, chimique ou bitumeuse, une mousse ou une émulsion de bitume étant employée dans ce dernier cas.
Le recyclage à froid in situ est un procédé de retraitement de surface dans lequel un équipement spécial est utilisé pour fraiser le revêtement dégradé sur une épaisseur de 10 à 15 cm, puis concasser et redimensionner les granulats bitumeux recyclés (GBR), les mélanger avec une mousse ou une émulsion de bitume utilisée comme liant, avant la pose du nouveau revêtement qui est ensuite prêt à recevoir les opérations de compactage et de traitement de surface ou de resurfaçage. Dans le cas de la technique in situ, l’État de Virginie exige généralement le recyclage à froid du matériau existant sur une profondeur de 10 à 15 cm ainsi que sa stabilisation avec une mousse ou une émulsion de bitume.
La troisième technique, le recyclage à froid en centrale, fait appel à des GBR concassés, triés puis transportés vers un mélangeur de recyclage à froid comme le KMA 220i pour produire une émulsion ou une mousse de bitume, ou un matériau de base stabilisé au ciment ou à la chaux, qui est ensuite transporté vers le chantier.
Le VDOT utilise le recyclage à froid en centrale pour créer un matériau de base qui sera posé à une profondeur de 10 à 15 cm, spécifie l’emploi d’une mousse ou d’une émulsion de bitume comme agent stabilisant et recourt à ce procédé à la place du décaissement profond ou des réparations partielles.
« Le projet de recyclage in situ de l’I-81 a été réalisé de manière rentable et rapide », a indiqué le Virginia Transportation Research Council (VTRC) en 2014. « Grâce à l’excellence et l’innovation technique, le projet a remporté de nombreux prix nationaux prestigieux. Les trois années de bonnes performances prouvent la réussite du revêtement produit avec ces techniques de recyclage in situ. La surface et la structure en profondeur du tronçon réhabilité devraient rester intactes pendant de nombreuses années à venir. »
Après le succès de l’utilisation des trois techniques de recyclage de l’asphalte pour la reconstruction de l’I-81 et au vu des performances affichées depuis, le VDOT a décidé de recourir à ces trois techniques pour la reconstruction actuelle de trois tronçons de l’I-84. Là, sur le segment n° III, le KMA 220i de Wirtgen produit plus de 220 tonnes par heure d’un matériau de base à la mousse de bitume pour la reconstruction de l’I-84. L’ensemble du processus souligne l’importance attachée par le VDOT à l’éco-responsabilité et à l’environnement dans ses projets autoroutiers de grande échelle.
Photo de droite : le KMA 220i recycle des GBR en mousse de bitume à pleine capacité pour son propriétaire Allan Myers, sous-traitant pour le projet de l’I-64.
En 2021, le chantier pour le projet d’accroissement des capacités de l’I-64 en était au dernier des trois segments de ce projet visant à améliorer la circulation dans la région de Tidewater en Virginie. Les améliorations prévoient le remplacement des voies existantes, l’ajout de voies de circulation de3,6 m de largeurau centre et de nouveaux accotements de 3,6 m de largeur dans les deux sens.
Représentant un investissement de 178 millions de dollars, le segment III s’étend sur environ 13 km et, selon le VTRC, constitue avec les deux segments déjà réalisés l’un des plus grands projets de recyclage d’une chaussée en Amérique du Nord. Le recyclage devrait engendrer des économies totales de 15 millions de dollars pour les segments I, II et III. Dans le cadre de l’ensemble des projets d’élargissement de l’I-64, près de 1,2 million de tonnes de matériaux recyclés seront utilisés, ce qui équivaudrait à des économies de coût d’environ 10 %. Avec un autre concept de mélange et un taux de GBR plus élevé dans le mélange, des économies à hauteur de 50 % seraient même possibles.
En partant du bas, le segment III se compose d’une couche recyclée en profondeur de 30,5 cm, d’une couche de drainage en asphalte ouvert de 5 cm, de matériaux stabilisés au bitume (MSB) de 12,7 cm produits par le KMA 220i, et enfin d’une couche de surface de 10 cm en enrobé SMA.
Allan Myers Inc. était le contractant général pour le segment II et sous-traitant pour le recyclage à froid en centrale et la pose de l’asphalte pour le segment III. Alors que le cahier des charges de l’État de Virginie stipulait qu’Allan Myers aurait pu utiliser son KMA 220i pour stabiliser les GBR avec une émulsion de bitume, l’entreprise a préféré opter pour de la mousse de bitume pour les segments I, II et III.
La mousse de bitume comprend du bitume liquide monté en mousse, qui sert d’agent de stabilisation du mélange recyclé pour les bases ou le recyclage en pleine profondeur, dans lequel du bitume liquide chaud est monté en mousse sous adjonction d’eau et d’air, avant d’être injecté dans les GBR dans une chambre de malaxage à l’intérieur d’une centrale mobile, ou une pulvérisatrice ou un recycleur automoteur.
Cela permet de diminuer la consommation de bitume liquide et d’abaisser considérablement la température de mélange, réduisant ainsi l’impact environnemental. En fonction du taux de fines présentes dans les matériaux à recycler, un pourcentage allant jusqu’à 1 % de ciment ou de chaux hydratée peut être nécessaire pour servir de support ou d’agent de dispersion dans le bitume liquide, afin d’améliorer sa distribution dans le matériau pulvérisé.
« Le KMA 220i est facile à utiliser, dans la mesure où vous effectuez régulièrement la maintenance et le nettoyage », explique Steven Morris, mécanicien industriel chargé du KMA 220i pour Allan Myers. « Vous suivez parfaitement votre ciment et vous vous assurez que les alimentateurs tournent bien. Vous veillez à ce que la plaque en caoutchouc soit nettoyée et que les ponts-bascules soient propres, pour obtenir des mesures fiables. »
« Le KMA 220i est facile à utiliser, dans la mesure où vous effectuez régulièrement la maintenance et le nettoyage. »
Steven Morris, mécanicien industriel chargé du KMA 220i pour Allan Myers
« Au départ, déterminer la référence est un peu compliqué, car vous devez travailler avec votre laboratoire », explique Steven Morris. « Mais par la suite, ça marche tout seul. Tant que tout fonctionne sans interruption, tout se déroule à merveille, il faut juste tout contrôler et vérifier, veiller à ce que le réservoir d’eau soit rempli. »
Le mélange de mousse de bitume a été préparé par Stephanie Drain P.E., Charleston (Illinois), et Mike Marshall de Wirtgen. « Nous avons entre 80 et 85 % de GBR, et environ 14 % de particules n° 10, » explique Craig Rayfield, responsable contrôle qualité pour Allan Myers, Williamsburg (Virginie). « Nous avons 2,5 % de bitume liquide et 1 % de ciment Portland. »
Tôt le matin, un chargement de mélange à base de mousse de bitume quitte la centrale pour être transporté sur l’I-64
Le bitume utilisé pour produire de la mousse de bitume est de classe de performance PG 64-22. Pour le mélange, un pourcentage d’humidité spécifié est maintenu pour optimiser le compactage. Contrairement au projet sur l’I-81, où les GBR avaient été produits non loin du chantier, mélangés en mousse avant d’être réacheminés sur le chantier, ce projet-ci a eu recours à des GBR provenant de différents chantiers.
« Nous avons des GBR provenant de toute la région », explique Craig Rayfield. « Quand ces GBR arrivent, ils sont encore à l’état brut. Une entreprise mandatée pour le concassage retraite ces matériaux pour les réduire à une granulométrie de 1,2 cm à 0,95 cm, ce qui nous garantit un taux de passage de 100 % au crible de 1,2 cm. »
Mais comme les GBR proviennent de différents chantiers de construction, leurs taux d’asphalte résiduel varient, ce qui impacte la formulation du mélange à la mousse. Pour palier cela, les matériaux entreposés sont mélangés pour produire des GBR présentant un pourcentage moyen régulier et fiable d’asphalte résiduel.
« Pendant le retraitement, les GBR sont mélangés en une masse homogène présentant une certaine plage granulométrique, » poursuit Craig Rayfield. « Puis nos techniciens de laboratoire prélèvent des échantillons pour déterminer les classes de performance et les taux d’asphalte. Ainsi, nous pouvons nous faire une idée de ce qui entre dans le produit et le contrôler. »
« Pendant le retraitement, les GBR sont mélangés en une masse homogène présentant une certaine plage granulométrique. »
Craig Rayfield, responsable contrôle qualité pour Allan Myers, Williamsburg, Virginie
Alors qu’il est parfaitement mobile – le KMA 220i peut être monté sur une remorque à plateau à trois essieux garantissant la simplicité du transport et la proximité avec le chantier – le KMA 220i d’Allan Myers est utilisé de manière fixe dans la centrale d’enrobage à chaud de l’entreprise, qui est située non loin de l’I-64, à l’ouest des trois segments.
« La centrale est mobile, mais je dirais qu’actuellement, elle est ‘semi-stationnaire’ », explique Craig Rayfield. « Nous avons ajouté de grands réservoirs d’asphalte, d’une capacité totale allant jusqu’à 83 000 litres pour assurer des capacités de production maximales, ainsi qu’un grand silo à ciment pour améliorer la production. Et nous disposons également d’un réservoir d’eau de 19 000 litres à l’arrière, ce qui nous évite de devoir nous brancher sur une canalisation ou un système de pompage. Nous pourrions de nouveau facilement déplacer le mélangeur, si nous le voulions, mais cela n’est pas nécessaire pour le moment. »
Compte tenu des segments de reconstruction prévus par le VDOT pour l’I-64, il est bien possible que le KMA 220i ne bougera pas de son site actuel pour une durée indéterminée. « C’est un site très stratégique », ajoute Craig Rayfield.
Une équipe travaillant entre 9,5 à 10,5 heures produit entre 1 600 et 1 800 tonnes par jour de mélange à base de mousse de bitume. « Les hommes arrivent le matin à 4 h 30 et traitent jusqu’à 700 tonnes, puis nous commençons le transport, et la centrale maintient ce rythme pour le reste de la journée », décrit Craig Rayfield. « Il nous reste 27 000 tonnes à produire pour terminer le projet, sur un total prévu de 170 000 tonnes de mélange de MSB produits à froid en centrale. »
La mousse de bitume peut être stockée pour maintenir le débit de matériau nécessaire vers le chantier de pose. « Nous avons constaté qu’il vaut mieux venir tôt et préparer le mélange, puis le laisser reposer quelques heures avant la pose », affirme Craig Rayfield.
« Nous avons constaté qu’il vaut mieux venir tôt et préparer le mélange, puis le laisser reposer quelques heures avant la pose. »
Craig Rayfield, responsable contrôle qualité pour Allan Myers, Williamsburg, Virginie
Lors des travaux sur le segment II
Lors des travaux sur le segment II,Allan Myers a dû passer par une phase de familiarisation avec la centrale et la production du mélange à base de mousse de bitume.
« Quand ce produit est arrivé ici pour la première fois, nous étions nombreux à être plutôt sceptiques », se souvient Craig Rayfield. « Nous avions quelques craintes, mais finalement nous n’avons pas mis trop de temps pour nous l’approprier. Le KMA 220i est un excellent produit. Il répond parfaitement à nos besoins, et puis il est excellent pour l’environnement puisque nous avons maintenant trouvé une utilité aux montagnes de GBR non retraités dont nous disposons. »
« Il est propre, ne fume pas et n’émet pas d’odeurs », expliqueSteven Morris d’Allan Myers. « Il ne pollue absolument pas. Nous pouvons le faire tourner une journée entière avec moins de trois-quarts de réservoir de carburant, ce qui, d’après nos calculs, correspond à une consommation de 38,6 litres par heure. »
« Il est propre, ne fume pas et n’émet pas d’odeurs. Il ne pollue absolument pas. »
Steven Morris, mécanicien industriel chargé du KMA 220i pour Allan Myers
« Cela représente des économies considérables, avec les quantités de GBR qui sont utilisées », ajoute Craig Rayfield. « En plus d’être efficace et efficient, il est aussi très rentable. Chez Allan Myers, si nous avons l’occasion d’améliorer quelque chose ou d’être innovants, nous la saisissons sans hésiter. Nous avons relevé le défi, participé à l’appel d’offres et obtenu les informations nécessaires pour formuler le mélange. Et depuis, tout se déroule sans difficultés. »
Et même si les 220 tonnes par heure produites par la centrale de Wirtgen sont suffisantes, Craig Rayfield se verrait bien augmenter encore le volume. Avec les énormes stocks de GBR entreposés aux quatre coins du pays, un chantier de cette envergure pourrait même recourir à deux centrales KMA fonctionnant simultanément pour accélérer encore plus la pose du revêtement. Économiser du temps, réduire les coûts et renouveler le réseau routier à un rythme plus rapide.
