Quand la physico-chimie rencontre l'économie circulaire pour résoudre les problèmes environnementaux : comment le projet ReScA vise à utiliser les produits de pyrolyse des déchets pour améliorer et rajeunir les bitumes Partie 1

Abstrait: La gestion des déchets urbains est une tâche difficile : plus de 30 % de la production mondiale totale de déchets solides municipaux (MSW) ne sont pas traités de manière adéquate, la mise en décharge restant une pratique courante. Une autre source de déchets est l'industrie des revêtements routiers : avec une durée de vie d'environ 10 à 15 ans, les enrobés deviennent raides, sensibles aux fissures, et donc ne sont plus adaptés au revêtement routier, ils deviennent donc des déchets. Pour résoudre simultanément ces problèmes, une approche basée sur l'économie circulaire est proposée par le projet ReScA, suggérant l'utilisation de la pyrolyse pour traiter les MSW (ou ses fractions en tant que combustibles dérivés de déchets, RDF), dont les résidus (huile et char) peuvent être utilisés comme ingrédients à valeur ajoutée pour le cycle de l'asphalte. Le charbon peut être utilisé pour préparer des asphaltes plus performants et durables, et l'huile peut être utilisée pour régénérer les asphaltes d'échappement, en évitant leur enfouissement. L'approche proposée fournit une voie différente et plus utile dans le cycle de fin de déchet (EoW) des déchets urbains. Cette preuve de concept est suggérée par les deux observations suivantes : (i) Le char est constitué de particules carbonées hautement compatibles avec la nature organique des bitumes, son ajout peut donc renforcer la structure globale du bitume, en augmentant ses propriétés mécaniques et en ralentissant la cinétique de son processus de vieillissement ; (ii) le pétrole est riche en hydrocarbures, il peut donc enrichir la fraction pauvre de la phase maltène dans les asphaltes d'échappement. Ces hypothèses ont été prouvées en testant les résidus issus de la pyrolyse des RDF pour l'amélioration des caractéristiques mécaniques d'un échantillon représentatif de bitume et sa régénération après vieillissement. L'approche proposée est suggérée par l'étude physico-chimique des matériaux impliqués et vise à montrer comment la connaissance chimique de systèmes complexes, comme les matériaux bitumineux, peut aider à résoudre les problèmes environnementaux. Nous espérons que cette approche sera considérée comme une méthode modèle pour l'avenir.

Le glycoside de cistanche peut également augmenter l'activité de la SOD dans les tissus cardiaques et hépatiques et réduire considérablement la teneur en lipofuscine et en MDA dans chaque tissu, piégeant efficacement divers radicaux réactifs de l'oxygène (OH-, H₂O₂, etc.) et protégeant contre les dommages à l'ADN causés par des radicaux OH. Les glycosides phényléthanoïdes de Cistanche ont une forte capacité de piégeage des radicaux libres, une capacité de réduction supérieure à la vitamine C, améliorent l'activité de la SOD dans la suspension de sperme, réduisent la teneur en MDA et ont un certain effet protecteur sur la fonction de la membrane du sperme. Les polysaccharides Cistanche peuvent améliorer l'activité de la SOD et du GSH-Px dans les érythrocytes et les tissus pulmonaires de souris sénescentes expérimentalement causées par le D-galactose, ainsi que réduire la teneur en MDA et en collagène dans les poumons et le plasma et augmenter la teneur en élastine, ont un bon effet de piégeage sur le DPPH, prolonge le temps d'hypoxie chez les souris sénescentes, améliore l'activité de la SOD dans le sérum et retarde la dégénérescence physiologique du poumon chez les souris expérimentalement sénescentes Avec la dégénérescence morphologique cellulaire, des expériences ont montré que Cistanche a la bonne capacité antioxydante et a le potentiel d'être un médicament pour prévenir et traiter les maladies du vieillissement cutané. Dans le même temps, l'échinacoside dans Cistanche a une capacité significative à piéger les radicaux libres DPPH et a la capacité de piéger les espèces réactives de l'oxygène et d'empêcher la dégradation du collagène induite par les radicaux libres, et a également un bon effet réparateur sur les dommages anioniques des radicaux libres thymine.

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1. Introduction

Environ 2,01 milliards de tonnes de déchets solides municipaux (MSW) sont produits chaque année dans le monde, dont 33 % ne sont pas traités de manière adéquate [1] ; dans de nombreux pays, en effet, les déchets urbains (déchets ménagers, scolaires, industriels, hospitaliers, etc. [2]) sont encore traités par des procédés dépourvus d'activités de réutilisation ou de recyclage. De mauvaises pratiques de gestion des déchets solides entraînent des problèmes sociaux et économiques, ont des répercussions importantes sur l'environnement et augmentent les risques pour la santé humaine [1].

En Europe, en 2019, 224,4 millions de tonnes de DSM ont été produites, dont 31 % ont été recyclées, 27 % ont été converties en énergie, 18 % ont subi des traitements biologiques, 24 % ont été déversées dans une décharge et 1 % ont été incinérées. En Italie, les pourcentages de traitement des déchets sont conformes à la tendance européenne, mais en comparaison avec l'Allemagne, il a été noté qu'un meilleur processus de gestion des déchets est faisable (pourcentages italiens contre allemands : recyclés 33 % contre 48 % ; récupération d'énergie 21 % contre 32 %, traitements biologiques 23 % contre 18 %, mise en décharge 23 % contre 1 %, incinération 1 % contre 1 %, respectivement) [3].

L'élimination des décharges a les conséquences suivantes :

- paysagisme défigurant ;

- les coûts d'entretien et de transport [4], les décharges étant souvent situées dans des zones reculées ;

- problèmes de santé dus à la prolifération de bactéries et d'insectes [5] ;

- la pollution des sols, des nappes phréatiques (due à la percolation des liquides issus de la décomposition des matières organiques), et de l'atmosphère (émission de produits de décomposition gazeux [6] comme le méthane, vingt fois plus nocif que le CO2 comme gaz à effet de serre [7]).

Les processus de conversion thermochimique (pyrolyse, gazéification, combustion ou incinération) sont des stratégies pratiques pour produire du carburant et de l'énergie à partir de MSW [8]. La quantité de MSW pour le traitement thermique a atteint 921 tonnes/an en 2010-2015 [8]. Malheureusement, la combustion et l'incinération des déchets ont un impact environnemental non négligeable [9-11]. L'objectif du traitement thermique, en effet, devrait être de permettre une réduction globale de l'impact environnemental qui pourrait résulter d'une mauvaise gestion des déchets.

Le processus de pyrolyse pour la transformation des déchets [8] est réalisé en l'absence d'O2 dans des réacteurs spécifiquement conçus, sous des températures et des pressions spécifiques, permettant (i) la production de trois produits à valeur ajoutée (bio-huile, gaz et char) [8,12–14] ; (ii) une plus grande efficacité de récupération d'énergie, et (iii) la réduction des émissions gazeuses polluantes [15].

Bien qu'il existe des avantages incontestés à l'utilisation de ce procédé thermochimique spécifique [8,16], et qu'aucune augmentation significative en termes d'émissions de CO2 ne se produise, les rendements économiques associés à la fraction condensable (bio-huile) et au produit solide (char) sont pas complètement défini parce que :

- la bio-huile est un mélange liquide complexe contenant des hydrocarbures et des espèces oxygénées de poids moléculaires très variés, encore difficilement exploitables et valorisables ;

- le char est un matériau solide à base de carbone avec une fraction inorganique élevée (selon la matière première) qui limite son exploitation fonctionnelle.

Un autre cycle encore ouvert dans plusieurs pays est le cycle asphalte. Après environ 10 à 15 ans, les enrobés deviennent vieillissants, donc durs et fragiles, et ne conviennent plus au pavage des routes, ils sont donc remplacés par des neufs car des traitements chimiques coûteux sont nécessaires à leur régénération. Récemment, les gouvernements et les autorités routières ont exigé que l'industrie des chaussées devienne plus durable en réduisant la consommation de matériaux vierges coûteux et de plus en plus rares et en évitant l'enfouissement. En Italie, comme dans d'autres pays de l'UE, seuls 20 à 30 % des asphaltes récupérés sont réutilisés pour de nouveaux processus de pavage, et 8 à 10 % en poids. % des asphaltes récupérés disponibles ont été mis en décharge en 2018 [17,18]. La réutilisation de l'asphalte enlevé peut réduire considérablement les coûts globaux des nouveaux matériaux de revêtement routier [18,19]. L'utilisation de déchets dans les applications routières peut également contribuer à la réduction des coûts, et une tendance à la hausse de leur utilisation pour une telle portée peut être constatée [20].

Dans le présent travail, une voie vertueuse pour l'utilisation des résidus dérivés de la pyrolyse pour améliorer les performances des enrobés et augmenter leur durée de vie, réduisant ainsi l'élimination dans les décharges, est proposée. La faisabilité de cette idée est attestée par le financement récent d'un projet de recherche (ReScA) visant à une utilisation avantageuse des produits solides (char) et liquides (bio-huile) issus de la pyrolyse des déchets pour produire des déchets plus durables et à haute bitumes et enrobés performants, garantissant ainsi une plus grande sécurité routière et une moindre production de déchets.

Ce travail est organisé de la manière suivante : d'abord, les bases physico-chimiques sous-tendant l'idée d'utiliser des résidus issus de la pyrolyse pour améliorer les caractéristiques de l'enrobé sont introduites (Section 2), puis la faisabilité de l'approche, ainsi que la méthodologie et les travaux menés jusqu'à présent dans le cadre du projet ReScA, sont rapportés dans les sections 3 et 4, les impacts attendus dans les domaines technologiques, sociaux et économiques sont rapportés dans la section 5, et les conclusions, ainsi que quelques commentaires finaux sur les perspectives futures, sont rapportés dans la section 6 .

2. La base physico-chimique de l'intégration des cycles des déchets et de l'asphalte

Les polymères sont des additifs courants pour l'amélioration des propriétés de l'asphalte, mais jusqu'à présent, leur utilisation n'a pas été économique en raison de leur coût élevé [20]. Les avancées récentes de la recherche ont démontré l'utilisation possible des déchets, ou des produits dérivés de la pyrolyse des déchets, en tant qu'additifs émergents pour le bitume et l'asphalte [20-24]. De plus, récemment, les bases physico-chimiques de l'amélioration des caractéristiques mécaniques de l'enrobé due à l'ajout de charbon ont été évaluées [25–30]. Le charbon présente des propriétés antioxydantes et anti-vieillissement lorsqu'il est utilisé comme additif d'asphalte, et la bio-huile peut exercer des propriétés régénératrices sur les asphaltes vieillis, en restaurant la phase maltène avec des molécules de faible poids moléculaire [27,31].

Les nanoparticules, grâce à leur rapport surface/volume élevé et à leur composition chimique ajustable, peuvent exercer un effet significatif sur les propriétés rhéologiques des bitumes et des asphaltes, même lorsqu'elles sont ajoutées au bitume en très faibles pourcentages [32]. En particulier, les particules fines peuvent augmenter la capacité de charge de la chaussée et diminuer la formation de fissures dues à la fatigue pendant la durée de vie de la chaussée. Les particules carbonées devraient donner de meilleurs résultats, grâce à leur compatibilité chimique avec le bitume (ce sont deux matériaux riches en carbone) [25]. Le char, étant caractérisé par une structure poreuse et fibreuse, est responsable de fortes interactions avec le liant [28]. De plus, il a été constaté que sa teneur élevée en carbone affecte la dureté et la ténacité du bitume [33]. L'utilisation du char comme modificateur de bitume a été testée par différents auteurs [34,35] et dans tous les cas, des performances mécaniques améliorées ont été détectées.

Les interactions entre charbon et bitumes peuvent également avoir des effets anti-vieillissement. Le raisonnement chimique à l'appui de cette hypothèse est que l'interaction de la partie apolaire du char avec la phase maltogène du bitume devrait contraindre cette dernière à une dynamique plus restreinte. Ainsi, la présence de particules solides comme le char, entravant la dynamique de transformation du bitume, pourrait ralentir les processus responsables du vieillissement, y compris la dynamique impliquant les amas d'asphaltènes et leurs agrégats, à différentes échelles de longueur et interagissant avec différentes résistances [36].

Très récemment, Rajib et al. en 2021 [37] ont examiné les avantages de l'utilisation du biochar pour retarder l'oxydation et le vieillissement UV sur le liant et l'asphalte, et Kumar et al. [38] ont évalué la stabilité au stockage thermique de liants modifiés avec des déchets plastiques pyrolysés (PPC). Leurs travaux ont démontré que les résidus de pyrolyse peuvent être utilisés comme modificateurs dans les bitumes, mais il ressort que de nombreux travaux sont encore nécessaires, notamment pour faire face aux problèmes de stabilité [38].

Sous vieillissement, des fissures ou des fractures dans l'asphalte peuvent avoir lieu [39], puisque les composants chimiques du bitume deviennent de moins en moins mobiles sous la contrainte appliquée. Le vieillissement est le résultat global de plusieurs processus caractérisés chacun par leurs échelles de temps :

1. volatilisation des composants plus légers [40], un phénomène se produisant même lors de la pose d'enrobés neufs [41,42] ;

2. oxydation des constituants du bitume par l'oxygène atmosphérique. Les molécules oxydées sont plus polaires et peuvent donner un auto-assemblage amélioré [43] ;

3. réactions chimiques provoquant la polymérisation et la formation de structures plus grosses au sein du bitume (thixotropie) [44].

Après vieillissement, la ductilité/viscosité d'origine du bitume peut être restaurée d'une manière ou d'une autre par le simple ajout d'agents adoucissants (généralement appelés fondants), tels que l'huile de fondant, l'huile de soja, l'huile de boue, le lubrifiant, etc. [45,46].

À ce jour, des méthodes plus sophistiquées pour restaurer la chimie d'origine du bitume pur et sa structure intermoléculaire d'origine [36,47] (rajeunissement) en retardant les processus d'oxydation, d'agglomération et d'auto-assemblage se produisant pendant tout le processus de vieillissement ont été formulé.

Concernant l'utilisation de la bio-huile, il a été prouvé que sa composition en fait un éventuel fondant. La logique de cette application réside dans la présence de molécules amphiphiles pouvant interagir avec celles déjà présentes dans le bitume. L'interaction entre différents types de sites amphiphiles peut être variée, en raison de la nature complexe de ces molécules, et avec des effets marqués, en particulier si des molécules acides et basiques entrent en contact au sein du système, en raison d'une poussée énergétique favorable vers une liaison H forte. formation ou encore un transfert définitif de protons avec formation d'espèces chargées [48]. Dans ce cadre, un exemple récent est offert par les travaux de Ren et al. en 2020 [49], où l'ajout de bio-huile issue de la pyrolyse de la biomasse au bitume a été testé pour améliorer ses performances. Le bitume amélioré a été appliqué sur des feuilles thermofusibles auto-adhésives et dopées. La bio-huile a été testée par FT-IR, GC-MS et titrage Karl Fischer, tandis que les performances du bitume ont été évaluées par des tests de point de ramollissement, des tests de flexibilité à basse température, des tests de résistance au pelage, des déterminations de viscosité, de densité, de dureté et de résistance à la chaleur. , et des tests de collage maintenus. Les résultats de l'évaluation des propriétés physiques démontrent que le bio-bitume est un substitut potentiel dans les feuilles de revêtement de bitume.

Dans la section suivante, des détails sur la manière dont ces aspects sont exploités et analysés plus en détail dans le cadre du projet ReScA sont rapportés.

3. Méthodologie et résultats préliminaires : le projet ReScA

Le projet ReScA se concentre sur l'utilisation réalisable à la fois de la bio-huile et du charbon issu des procédés de pyrolyse pour produire des asphaltes meilleurs et plus durables, ainsi que pour les régénérer sur site une fois qu'ils sont vieillis ou épuisés. Le but ultime de ReScA est l'intégration des déchets urbains et des cycles d'asphalte. Il sera accompli selon deux piliers principaux (Figure 1) : (i) le réglage des caractéristiques du produit de pyrolyse par l'optimisation du procédé ; (ii) l'utilisation des produits de pyrolyse pour la formulation et le rajeunissement des enrobés lorsqu'ils sont vieillis ou épuisés.

L'approche proposée conduit aux avantages généraux suivants :

1. remplacement des produits dérivés du pétrole (ex. pétrole brut) par des produits issus de la pyrolyse des déchets solides urbains ;

2. amélioration des caractéristiques mécaniques et de la longévité des enrobés grâce à l'utilisation de charbon ;

3. Régénération à faible coût et sur site des asphaltes épuisés grâce à la bio-huile.

Les avantages mentionnés ci-dessus devraient avoir un impact important sur l'élimination des asphaltes vieillis dans les décharges, les émissions de CO2 et les coûts de production, en raison de la durée accrue des asphaltes. De plus, le concept ReScA, adoptant l'exploitation de la pyrolyse issue de la transformation des déchets urbains (en se concentrant sur les combustibles dérivés des déchets, RDF), permet en même temps une récupération d'énergie importante [50] (le pouvoir calorifique est typiquement d'environ 20 MJ /kg [51]) et la réduction de la mise en décharge, réalisant le paradigme de l'économie circulaire qu'il est urgent d'adopter dans la transition post-COVID-19.

3.1. Méthodologie (Pyrolyse, propriétés rhéologiques des asphaltes)

ReScA poursuit l'exploitation non conventionnelle de produits solides et liquides (char et bio-huile) pour la thermoconversion des déchets urbains afin de valoriser et d'améliorer les enrobés, les rendant plus résistants et vivaces (grâce à l'utilisation du charbon) et permettant leur in-situ régénération grâce à l'utilisation de bio-huile. ReScA est un projet interdisciplinaire profitant de la collaboration de chimistes, physiciens et ingénieurs pour assurer à la fois la production et la caractérisation d'additifs pour enrobés par pyrolyse et la caractérisation des performances améliorées des enrobés d'un point de vue rhéologique.

3.1.1. Approche de pyrolyse comme thermoconversion des déchets

Le procédé de pyrolyse permet de transformer une matière première, majoritairement à forte teneur en carbone (ex : biomasses lignocellulosiques, RDF, plastiques, pneus), en trois produits principaux :

- une fraction condensable (bio-huile) riche en eau, en hydrocarbures et en espèces oxygénées [14,52–54] ;

- un mélange de gaz (principalement CO, CO2 et CH4) pouvant être utilisé, grâce à son pouvoir calorifique, pour entretenir énergétiquement le procédé [14,52,55–58] ;

- un résidu solide riche en carbone (char) [52,59].

Les gammes de température de fonctionnement, de vitesse de chauffage, d'atmosphère (la typologie des gaz inertes) et de temps de séjour des vapeurs et des solides dans la chambre de pyrolyse peuvent être ajustées en fonction des rendements souhaités, regroupant les processus de pyrolyse en quatre grandes catégories : lent, pyrolyse conventionnelle, rapide et flash [52]. Les vitesses de chauffage varient de 0.1–1 ◦C/s (pyrolyse lente) à plus de 1 000 ◦C/s (pyrolyse éclair), tandis que, de manière conventionnelle, les températures du procédé se situent entre 300 et 600 ◦C.

Pour mettre en évidence l'influence des paramètres opératoires sur les rendements en produits, sur la figure 2, une comparaison entre les rendements des produits de pyrolyse issus de la biomasse lignocellulosique obtenus par des essais réalisés à différentes températures finales et différentes vitesses de chauffe est rapportée. A titre indicatif, les conditions de pyrolyse lente conviennent à la production de charbon, notamment à basse température, tandis que pour les mêmes températures, les conditions de pyrolyse rapide ou flash conviennent à la maximisation de la production de gaz et de liquide. En particulier, à des températures élevées, si le procédé est conduit dans des conditions où le temps de séjour de la vapeur est prolongé (à faible vitesse de chauffage, par exemple, conditions de pyrolyse lente), le rendement de la fraction gazeuse atteint un maximum car les réactions secondaires (par exemple , cracking) deviennent pertinentes et le char évolue vers une structure à teneur réduite en oxygène (appelée char primaire). A l'inverse, à vitesse de chauffe élevée (par exemple, conditions de pyrolyse rapide et flash), le rendement en gaz diminue pour favoriser une production plus élevée de la fraction liquide, puisque les réactions secondaires (par exemple, la décomposition en petites molécules) sont limitées [52]. De plus amples détails concernant la pyrolyse des types de biomasse lignocellulosique peuvent être trouvés dans la récente revue de Giudicianni et al. [52], tandis que les détails concernant la pyrolyse des MSW peuvent être trouvés dans la revue de Hasan [60].

Les consommations d'énergie des différents types de processus sont un autre aspect important à prendre en considération pour les besoins de l'application. Cependant, pour évaluer la performance économique d'un procédé donné, l'ensemble de la chaîne de production, y compris les utilisateurs finaux des produits de pyrolyse, doit être pris en compte. L'analyse du cycle de vie (ACV) devient nécessaire dans une telle évaluation.

Le processus de pyrolyse est une stratégie de thermoconversion flexible puisque la composition de chaque produit de pyrolyse peut être ajustée en agissant sur des paramètres appropriés. Cette optimisation implique la caractérisation détaillée de la composition de la matière première de départ, qui est l'un des principaux sujets d'actualité de ce vaste domaine de recherche [52]. Protocoles normalisés (protocoles ASTM) pour définir la composition élémentaire (teneurs en C, H, N, S par analyse ultime), les teneurs en humidité, cendres, volatils et carbone fixe (par analyse approximative) et le pouvoir calorifique d'une matière première sont classiquement adoptés [61].

Concernant le projet ReScA, les matières premières sélectionnées (FDR) sont issues de la gestion des déchets urbains et stabilisées selon la législation en vigueur. Le RDF est la fraction combustible des MSW caractérisée par une teneur élevée en carbone et un pouvoir calorifique élevé puisque sa composition comprend : des plastiques durs, des déchets d'emballage, des textiles, du bois, des métaux et du caoutchouc [62]. Le RDF est produit dans des usines mécano-biologiques pour le tri des DSM, en tant que résidu final des processus séquentiels suivants : (i) la récupération des matériaux recyclables (par exemple, plastiques, métaux, verre, papier) ; (ii) la stabilisation biologique des déchets biodégradables ; (iii) la séparation des déchets inertes [62].

Le RDF se caractérise par une grande variabilité de composition qui influence son comportement thermique global. La composition moyenne des RDF rapportée par différents auteurs est la suivante : 15 à 35 % de plastiques, 15 à 50 % de papier et carton cellulosiques, 2 à 10 % de bois, 5 à 20 % de matières organiques et environ 5 à 10 % de matières non combustibles [ 62–64].

La dégradation thermique globale du RDF est principalement influencée par la dégradation thermique des deux fractions les plus abondantes (fractions cellulosique et plastique) [64]. Le RDF se décompose dans une plage de température plus large (200–600 ◦C, Figure 4), mais à une température inférieure par rapport aux matériaux riches en carbone [65]. Sa faible teneur en carbone fixe, la matière hautement volatile [64] et la présence de matières non volatiles entre 10 et 20 % (les métaux peuvent catalyser les décompositions) sont responsables d'un tel comportement pyrolytique.

Les processus de dépolymérisation et de fragmentation des monomères des composants RDF régulent les quantités relatives de fractions solides (char), liquides (bio-huile) et gazeuses, en particulier celles ayant des poids moléculaires inférieurs.

Pour une meilleure compréhension des phénomènes intervenant dans la dégradation thermique du RDF, et aussi pour mettre en évidence comment la vitesse de chauffe et la température finale peuvent influencer cette dernière, la perte de masse (mesurée par analyse thermogravimétrique, TGA) et le signal thermogravimétrique différentiel ( DTG) d'un RDF, sélectionné comme étude de cas, sont rapportés dans la figure 3 pour deux vitesses de chauffage différentes (5 et 50 ◦C/min). La perte de masse en fonction de la température ou du temps de séjour est due aux phénomènes concomitants de décomposition, d'oxydation et de perte de volatils [66]. Les différences observées pour les deux courbes TG ont mis en évidence que le mécanisme de dégradation est influencé par la vitesse de chauffage et, par conséquent, que les quantités relatives des trois fractions à la sortie du processus de pyrolyse (gaz, charbon et bio-huile) peut être réglé en agissant sur différents paramètres (principalement la plage de température, la vitesse de chauffage et le temps de séjour du gaz).

Enfin, la supériorité du traitement par pyrolyse des déchets plastiques pour obtenir des performances environnementales globales meilleures que celles des options conventionnelles, telles que l'enfouissement ou l'incinération, a été prouvée en utilisant l'approche ACV depuis 2005 [67]. Plus récemment, Jeswani et al. [10] ont effectué une analyse ACV plus approfondie montrant que même si le traitement par pyrolyse des déchets plastiques mélangés a un impact sur le changement climatique et une consommation d'énergie du cycle de vie inférieurs de 50 % à ceux de l'option de récupération d'énergie, d'autres impacts tels que l'acidification, l'eutrophisation et la photochimie et la formation d'ozone, sont plus élevés que ceux du recyclage mécanique et de la récupération d'énergie en raison de la demande énergétique relativement élevée dans les procédés de pyrolyse et de purification. Par conséquent, les résultats de Jeswani et al. [10] soulignent la nécessité d'améliorer, à l'avenir, l'effort de recherche pour augmenter l'efficacité de conversion du carbone de la pyrolyse des déchets afin de réduire davantage son impact.

3.1.2. Préparation des asphaltes, vieillissement, test de rajeunissement et caractérisation rhéologique

Un large éventail d'essais rhéologiques standard est généralement utilisé pour caractériser les composants de l'asphalte (principalement la fraction bitumineuse) et les prototypes d'asphalte.

Dans le cadre du projet ReScA, des échantillons de bitume contenant différentes quantités de char sont préparés et l'évaluation de leur stabilité est réalisée par différentes techniques : essais de degré de pénétration (EN 1426 : 2015), essais à la bille et à l'anneau (EN 1427 : 2015), expériences de diffusion RMN, mesures de calorimétrie différentielle à balayage (DSC), mesures de rhéométrie pour G0, G00 et tan delta, paramètres d'orniérage et de fatigue, analyse de diagrammes noirs, imagerie par microscopie (optique, AFM) et infrarouge mesures de spectroscopie. Les bitumes carbonisés présentant une bonne stabilité sont ensuite utilisés pour préparer des prototypes d'enrobés. La préparation des prototypes d'asphalte est réalisée par des protocoles standards (UNI EN 12697-31) impliquant un compacteur giratoire. En détail, la distribution granulométrique des particules inorganiques est choisie conformément aux spécifications standard italiennes [19], tout en respectant les limites imposées par la méthode Superior Performing Asphalt Pavements dans le cadre du programme de recherche stratégique sur les autoroutes (Superpave SHRP) [20 ]. Des granulométries spécifiques pour la production d'échantillons d'asphalte sont choisies pour assurer les phénomènes anti-orniérage [21] et suivent une méthode de conception mixte (UNI EN 933-1). L'évaluation de la stabilité est réalisée à l'aide du test de stabilité Marshall standard (ASTM D6927).

Pour évaluer les effets anti-vieillissement donnés par l'ajout de charbon, des tests de vieillissement sont effectués sur des bitumes modifiés par charbon. La simulation du vieillissement est réalisée par la procédure standard du test au four à couches minces roulantes (RTFOT) selon le protocole standard ASTM D2872-04, et le test de cuve de vieillissement sous pression (PAV), selon la norme ASTM D6521 protocole. La caractérisation des propriétés mécaniques après le processus de vieillissement est effectuée par les mêmes techniques analytiques utilisées pour les évaluations de stabilité.

Pour tester l'efficacité de la bio-huile comme rajeunissant ou comme fondant, des échantillons de bitumes vieillis sont caractérisés par les techniques susmentionnées puis traités avec des quantités croissantes de bio-huile. L'évaluation des propriétés mécaniques des échantillons obtenus et la comparaison de ces résultats avec ceux des bitumes vierges et vieillis permet de définir l'effet de l'ajout de bio-huile.

La collecte de l'ensemble de ces résultats de caractérisation devrait permettre de renforcer la compréhension des mécanismes d'interaction entre les constituants du bitume et les additifs sous forme de nanoparticules responsables de l'augmentation des performances et de la durabilité du liant et de l'enrobé obtenu.

Comme preuve de l'approche proposée, quelques résultats préliminaires sur un RDF, matière première choisie comme étude de cas, sont rapportés dans la section suivante.

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