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Bitume

Le bitume est une substance composée d'un mélange d'hydrocarbures, très visqueuse (voire solide) à la température ambiante et de couleur noire.

Industriellement les bitumes sont fabriqués à partir de pétrole brut d'où l'on extrait, au préalable, les fractions les plus légères. De la partie restante, constituée par des huiles visqueuses, on sépare le bitume (Le bitume est une substance composée d'un mélange d'hydrocarbures, très visqueuse (voire solide) à la température ambiante et de couleur noire....) avec la dureté (Il existe différentes définitions de la dureté : pour un solide (minéral ou métal) et pour l'eau.) désirée. Certaines variétés sont préparées à partir d'une matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) de charges craquées, d'autres sont obtenues par oxydation " soufflage ".

Dans le langage courant, on le confond souvent avec le goudron (Les goudrons (de l'arabeقَطْران — qaṭrān) sont des produits issus de poix modifiée de résineux, produits par distillation destructive sous pyrolyse....) d'origine houillère, ou avec l'asphalte ( Asphalte : matériau de construction Asphalte : film réalisé par Joe May en 1929 Asphalte : film réalisé par Hervé Bromberger en 1958 ...) dont il n'est qu'un composant.

Plus généralement, le bitume désigne tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de...) d'hydrocarbures extraits du pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de cette énergie fossile est l’un des piliers de...) par fractionnement qui, sous forme pâteuse ou solide est liquéfiable à chaud et adhère sur les supports sur lesquels on l'applique.

Introduction

Le bitume, connu depuis la plus haute antiquité sous forme naturelle, provient, de nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel....), presque exclusivement de la distillation (La distillation est un procédé de séparation de substances, mélangées sous forme liquide. Elle consiste à porter le mélange à ébullition et à...) des pétroles bruts.

Ses qualités physiques et chimiques en ont fait un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) de toute première importance.

Il possède un grand pouvoir agglomérant car il adhère à la majorité des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) usuels : pierre, béton (Le béton est un matériau de construction composite fabriqué à partir de granulats naturels (sable, gravillons) ou artificiels (granulats légers) agglomérés par un liant.), bois, métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des métaux...), verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium (silice SiO2) et de...).

C'est un excellent isolant (Un isolant est un matériau qui permet d'empêcher les échanges d'énergie entre deux systèmes. On distingue : les isolants électriques, les isolants thermiques, les isolants phoniques et les isolants mécaniques. Le...) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant...) et diélectrique.

Il est léger, ductile et souple. Du point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet un mouvement, une...), il se comporte comme un matériau plastique ou élastique.

Il est insoluble dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), mais l'on peut en obtenir des solutions dans de nombreux solvants organiques. Il est pratiquement inerte (Inerte est l'état de faire peu ou rien.) vis-à-vis de la plupart des agents chimiques usuels.

Ses propriétés peu courantes et la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri...) de sa composition ont d'abord conduit à introduire des essais empiriques destinés à repérer les différentes variétés obtenues, mais l'importance et la multiplicité des applications qui en sont faites ont ensuite amené producteurs et utilisateurs à l'étudier plus complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la quantité d'informations...).

Les moyens modernes d'investigation ont permis d'analyser l'influence de la composition sur les propriétés physiques et de s'orienter ainsi vers des qualités répondant mieux aux besoins des utilisateurs. L'étude des propriétés viscoélastiques a permis de comprendre la signification d'essais empiriques utilisés jusqu'alors et de les relier à des notions fondamentales. Elle a également permis le calcul du comportement mécanique des bitumes au même titre que celui des autres matériaux de construction, tels que le béton ou les métaux.

On sait que les bitumes sont fabriqués industriellement à partir de pétroles bruts d'où l'on extrait, au préalable, les fractions les plus légères. De la partie restante, constituée par des huiles visqueuses, on sépare un bitume de la dureté désirée. Certaines variétés sont préparées à partir d'une matière de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non...) craquée, d'autres sont obtenues par oxydation (soufflage).

On utilise pratiquement les bitumes ainsi préparés sous trois formes différentes :

  • tels quels ;
  • sous forme de cut-backs : bitumes fluidifiés par addition (L'addition est une opération élémentaire, permettant notamment de décrire la réunion de quantités ou l'adjonction de grandeurs extensives de même nature, comme les longueurs, les aires, ou les volumes. En...) de solvants volatils ;
  • sous forme d'émulsions aqueuses.

La combinaison (Une combinaison peut être :) de ces divers procédés permet d'obtenir une gamme très étendue de produits pouvant répondre aux exigences variées d'utilisations très différentes.

Structure physico-chimique

Les bitumes sont des mélanges d'hydrocarbures a poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à l'opposé de la...) moléculaire élevé pouvant appartenir aux trois groupes suivants :

  • aliphatique ;
  • naphténique,
  • aromatique,

Le groupe oléfinique est rencontre dans certains bitumes craqués.

L’utilisation, comme solvant sélectif, d'un hydrocarbure léger en grand excès, permet de fractionner un bitume en deux parties (The properties of Asphaltic Bitumen, J.Pfeiffer, Elsevier).

  • la partie dissoute — les maltènes — a l'aspect d'une huile (L'huile est un terme générique désignant des matières grasses qui sont à l'état liquide à température ambiante et qui ne se mélangent pas à...) visqueuse de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s)...) foncée ;
  • la fraction précipitée — les asphaltènes — est constituée par des corps de poids moléculaire très élevé se présentant sous la forme d'une substance solide et noirâtre.

Il n'y a pas de discontinuité entre maltènes et asphaltènes, le fractionnement obtenu dépendant du solvant employé. On a longtemps utilisé l'éther de pétrole, maintenant remplace par l’heptane normal.

On constate que les maltènes se comportent comme un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les...) parfaitement visqueux (fluide newtonien). La présence des asphaltènes confère aux bitumes des propriétés caractéristiques de l'état colloïdal.

Les asphaltènes ont tendance à absorber la fraction aromatique la plus lourde des maltènes et forment ainsi des corpuscules complexes — les micelles — qui sont en suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de particule. En géomorphologie, la suspension est un...) dans une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) continue formée par les maltènes de bas poids moléculaire.

Si Les maltènes contiennent suffisamment d'aromatiques pour que les forces d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie électronique. Le photon est détruit lors de ce...) des asphaltènes soient saturées, les micelles sont complètement mobiles au milieu de la phase dispersante : elles sont peptisées. La solution colloïdale est alors à l'état de sol.

S'il n'y a pas suffisamment d'aromatiques, Les micelles, s'attirent; mutuellement, deviennent moins mobiles et forment un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets »,...) au milieu de la phase intermicellaire Cette structure, qui confère au bitume des propriétés élastiques, est désignée sous le nom de gel.

Utilisation

On utilise pratiquement les bitumes ainsi préparés sous trois formes différentes :

  • telles quelles ;
  • sous forme de cut-backs : bitumes fluidifiés par addition de solvants volatiles ;
  • sous forme d'émulsion aqueuse ou émulsion de bitume.

Mélangé avec des éléments fins (comme le sable), il est utilisé comme produit d'étanchéité (L'étanchéité est le résultat de l'interdiction d'un passage. Ce terme général peut être compris dans de nombreux domaines.) dans le bâtiment ou le génie civil (Le Génie civil représente l'ensemble des techniques concernant les constructions civiles. Les ingénieurs civils s’occupent de la conception, de la réalisation, de...).

De l'Antiquité à la Révolution industrielle

Il était connu à cette époque, pour cet usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) (étanchéité), sous le nom de " bitume de Judée " notamment des Égyptiens, Hébreux et Sumériens car il existait à l'état naturel sur les bords de la mer Morte (La mer Morte est un lac d'eau salée du Moyen-Orient. D'une surface approximative de 1050 km², elle est alimentée par le Jourdain et bordée par Israël .L'eau de mer contient...) (mais aussi de la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) Caspienne). Il avait déjà de multiples emplois:

  • liant;
  • produits pharmaceutiques - servant notamment à la conservation des momies égyptiennes - et cosmétologiques;
  • mais surtout, et ce dans tout le bassin méditerranéen, au calfatage (Le calfatage est l'action qui consiste à remplir tous les joints et interstices entre les planches constituant le revêtement extérieur de la coque (bordage) et du pont afin de le rendre...) des navires.
  • C'est également grâce au Bitume de Judée que Nicéphore Niépce inventera la photographie à Saint-Loup de Varennes en 1824. (http://maison.niepce.museum)

En 1627, une lettre patente autorisa son exploitation commerciale à Pechelbronn, en Alsace, d'une source qui produisait une " huile de pierre " réputée pour ses propriétés thérapeutiques. En 1741 fut constituée la première société pétrolière de l'histoire, pour exploiter à côté de la source une veine de sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites particules provenant de la désagrégation d'autres roches...) bitumineux dont on tirait une graisse apte à remplacer le " vieux oing " et le suif. Le roi Louis XV, conscient de l'intérêt de cette exploitation, la confia par lettre patente du 5 août 1772 à un certain Le Bel (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de mesure logarithmique du rapport entre deux puissances, connue...). Cette société créera Antar en 1927.

De nos jours

En construction routière, il sert de liant pour la réalisation de matériaux enrobés à chaud, tels que les bétons bitumineux ou les graves bitumes. Il entre également dans la fabrication d'enduits superficiels sous forme d'émulsion ou bien fluidifié par un solvant.

Les caractéristiques physiques des bitumes sont généralement décrites par divers paramètres dont la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...) de ramollissement (la "méthode bille-anneau" ou la méthode Kraemer-Sarnow ) et la dureté ( méthode de la Pénétration ).

Tous les bitumes sont entièrement dissous par le sulfure (En chimie, un sulfure est un composé chimique ou la combinaison de soufre avec un degré d'oxydation de -2, avec un autre élément chimique ou un de ses radicaux. Certains composés covalents du soufre, tels le sulfure de...) de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.).

Le bitume est transporté en mer sur les bitumiers.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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