L’enrobé bitumineux à structure grenue (SMA) est un mélange d’asphalte à granulométrie discontinue, à haute durabilité, composé de 70 à 80 % de gros granulats formant un squelette pierre-sur-pierre, d’un mastic riche en liant et filler, et de fibres stabilisatrices. Utilisé comme couche de roulement premium pour autoroutes et pistes d’aéroport, il offre une résistance exceptionnelle à l’orniérage, une durabilité, une adhérence et une réduction du bruit.
L’enrobé bitumineux à structure grenue (SMA) — connu en Amérique du Nord sous le nom de Stone Matrix Asphalt et dans les normes européennes (EN 13108-5) sous le nom de Stone Mastic Asphalt — est un enrobé à chaud à granulométrie discontinue conçu autour d’un principe de portance fondamentalement différent de celui des enrobés conventionnels à granulométrie continue ou dense. Dans le SMA, la fraction de gros granulats (généralement 70 à 80 % du poids total des granulats) forme un squelette tridimensionnel de pierres verrouillées où les particules de granulats individuelles sont en contact direct les unes avec les autres. Ce squelette pierre-sur-pierre est la caractéristique déterminante du SMA et le mécanisme principal derrière sa résistance exceptionnelle à l’orniérage.
Le concept est né en Allemagne dans les années 1960 comme réponse directe à l’usure sévère des chaussées causée par les pneus d’hiver à crampons sur le réseau autoroutier allemand (Autobahn). Les ingénieurs routiers allemands ont reconnu que l’enrobé conventionnel à granulométrie continue ne pouvait pas résister à l’action abrasive des crampons métalliques combinée au trafic de poids lourds. Leur innovation a été de créer un mélange avec une proportion élevée de granulats grossiers et durables qui résisterait à la fois à l’usure abrasive des crampons et à la déformation permanente (orniérage) due aux charges de trafic. Les premiers revêtements SMA documentés ont été posés sur le réseau autoroutier allemand à la fin des années 1960 et au début des années 1970, où ils ont démontré des durées de vie deux à trois fois plus longues que l’enrobé conventionnel dans les mêmes conditions de trafic. La Suède et d’autres pays scandinaves utilisant des pneus à crampons ont rapidement adopté le SMA, et dans les années 1980, le SMA était devenu la couche de roulement standard pour les routes à fort trafic dans une grande partie de l’Europe occidentale.
Le SMA a été introduit aux États-Unis en 1990 à la suite de l’European Asphalt Study Tour mené conjointement par la Federal Highway Administration (FHWA), l’American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) et la National Asphalt Pavement Association (NAPA). Une délégation de 20 ingénieurs routiers américains a visité l’Allemagne, la Suède, le Danemark et l’Italie pour observer la construction et la performance du SMA de première main. Le premier revêtement SMA aux États-Unis a été posé dans le Wisconsin en 1991 sur un tronçon de la US-45, suivi de projets de démonstration au Michigan, en Géorgie et au Missouri la même année. En 2022, 18 États utilisaient régulièrement le SMA sur les routes inter-États et nationales à fort volume de trafic, selon les enquêtes menées par les associations d’enrobés bitumineux des États.
Le comportement structurel du SMA est vérifié par le critère des Vides dans les Gros Granulats (VCA), une vérification volumétrique fondamentale qui garantit que le squelette de pierres est correctement développé. Deux valeurs de VCA sont comparées : le VCA de la fraction de gros granulats secs tassés (VCADRC) déterminé selon AASHTO T 19 / ASTM C 29 (Méthode d’essai standard pour la masse volumique apparente et les vides dans les granulats), et le VCA du mélange SMA compacté (VCAmélange). Pour que le squelette pierre-sur-pierre soit correctement développé, la condition suivante doit être respectée :
VCAmélange < VCADRC
Lorsque cette condition est remplie, le mastic (un mélange de liant bitumineux, de filler minéral et de fibres stabilisantes) ne remplit que les vides interstitiels entre les particules de gros granulats sans les écarter. Si VCAmélange dépasse VCADRC, le volume de mastic est trop élevé par rapport à l’espace vide disponible et écarte les particules de gros granulats, détruisant le contact pierre-sur-pierre et compromettant la résistance à l’orniérage. Cette vérification est effectuée en utilisant le tamis de coupure — le tamis qui sépare les gros granulats de la matrice. Le tamis de coupure est généralement le tamis de 4,75 mm (N° 4) pour les mélanges de NMAS 12,5 mm et 19 mm, ou le tamis de 2,36 mm (N° 8) pour les mélanges de NMAS 9,5 mm. Pour le NMAS 25 mm, le point de coupure est de 4,75 mm, et pour le NMAS 4,75 mm, le point de coupure est de 1,18 mm.
Le SMA se définit par sa composition distinctive, qui diffère nettement de l’enrobé à chaud conventionnel à granulométrie continue. Le mélange se compose de trois éléments structurels principaux : les gros granulats pour le squelette porteur, le mastic (liant plus filler minéral plus additif stabilisant) pour la liaison et la durabilité, et le système de vides d’air qui détermine la perméabilité et la durabilité.
La fraction de gros granulats constitue 70 à 80 % du poids total des granulats et est responsable du squelette porteur pierre-sur-pierre. Étant donné que le squelette doit résister aux charges de trafic sans se dégrader, les exigences de qualité des granulats pour le SMA sont nettement plus strictes que pour l’enrobé à chaud conventionnel. Les gros granulats sont généralement considérés comme la fraction retenue sur le tamis de coupure, le plus souvent le tamis de 4,75 mm (N° 4).
La norme AASHTO M 325 établit les seuils de qualité suivants pour les gros granulats dans le SMA :
| Essai | Méthode | Maximum / Minimum |
|---|---|---|
| Abrasion Los Angeles, % de perte | AASHTO T 96 | 30 max |
| Plats & Allongés (rapport 3:1), % | ASTM D 4791 | 20 max |
| Plats & Allongés (rapport 5:1), % | ASTM D 4791 | 5 max |
| Absorption d’eau, % | AASHTO T 85 | 2,0 max |
| Sonorité (5 cycles, Na2SO4), % | AASHTO T 104 | 15 max |
| Sonorité (5 cycles, MgSO4), % | AASHTO T 104 | 20 max |
| Concassage (une face), % | ASTM D 5821 | 100 min |
| Concassage (deux faces), % | ASTM D 5821 | 90 min |
La forme des granulats est essentielle pour la performance du SMA. Les granulats cubiques sont fortement préférés car ils offrent un meilleur verrouillage et sont moins sujets à la fracturation lors du compactage. Les particules plates et allongées — définies comme des particules ayant un rapport dimension maximale/minimale de 3:1 ou plus selon ASTM D 4791 — sont limitées car elles ont tendance à se briser pendant le compactage et peuvent s’aligner horizontalement sous l’effet du trafic, réduisant l’efficacité du squelette de pierres. Le Georgia DOT a établi une relation entre la perte d’abrasion LA et la teneur admissible en particules plates et allongées : les granulats avec une abrasion LA de 30 % ou moins peuvent tolérer jusqu’à 20 % de particules plates et allongées à 3:1, tandis que les granulats avec une abrasion LA de 25 % ou moins peuvent tolérer jusqu’à 45 % de particules plates et allongées. Cela démontre que la ténacité des granulats (résistance à l’abrasion) peut compenser dans une certaine mesure une forme de particules moins souhaitable.
Les recherches menées sur la piste d’essai NCAT ont démontré qu’un SMA de NMAS 12,5 mm avec des granulats de granit contenant 28 % de particules plates et allongées à un rapport 3:1 présentait moins de 5 mm d’orniérage après plus de 10 millions d’ESALs. Cette constatation suggère que le maximum standard de 20 % de particules plates et allongées spécifié dans AASHTO M 325 peut être conservateur pour les granulats ayant de faibles valeurs d’abrasion LA. Le Georgia DOT a depuis révisé sa spécification pour utiliser un rapport 5:1 avec un maximum de 10 % de particules plates et allongées, associé à une abrasion LA maximale de 45 %.
Le liant bitumineux utilisé dans le SMA est généralement deux classes de performance supérieures à la classe de température élevée standard de l’agence pour les enrobés à granulométrie continue dans la même zone climatique. Par exemple, si un emplacement nécessite du PG 64-22 pour l’enrobé à chaud conventionnel, la spécification SMA exigerait du PG 76-22 — un liant modifié aux polymères avec une rigidité et une élasticité supérieures à haute température. La sélection suit AASHTO M 320 (Liant bitumineux à spécification de performance) avec des ajustements selon AASHTO M 323 pour la charge de trafic et le climat de conception.
La modification du liant pour le SMA utilise couramment des copolymères SBS (styrène-butadiène-styrène) à des taux de dosage de 3 à 5 % du poids du liant. La modification SBS confère une rigidité accrue à des températures de service élevées, une élasticité améliorée pour une meilleure résistance à la fatigue, une meilleure adhésion aux granulats pour réduire les dommages dus à l’humidité, et une viscosité plus élevée aux températures de production qui contribue à la prévention du ressuage. La poudre de caoutchouc de pneus recyclés (GTR) est également utilisée comme modificateur de liant dans le SMA, en particulier dans les États disposant de programmes de recyclage des pneus. Les liants modifiés au GTR améliorent la résistance à l’orniérage, réduisent le bruit pneu-chaussée et offrent des avantages environnementaux grâce à l’utilisation de pneus usagés.
La teneur élevée en liant dans le SMA produit une épaisseur de film d’asphalte environ 25 % plus grande que les enrobés conventionnels à granulométrie continue. Ce film plus épais constitue une réserve de liant qui ralentit le vieillissement oxydatif et prolonge la durée de vie en fatigue.
La teneur en filler minéral dans le SMA varie généralement de 8 à 12 % du poids total des granulats — significativement plus élevée que les 4 à 7 % typiques de l’enrobé à chaud à granulométrie continue. Le filler remplit plusieurs fonctions essentielles : il augmente la rigidité du mastic, comble les petits vides dans le squelette de pierres, réduit le volume effectif de liant disponible pour le ressuage, et améliore l’adhésion entre le liant et les granulats. Les matériaux de filler minéral utilisés dans le SMA comprennent les fines de concassage (calcaire ou dolomie), la chaux hydratée, les cendres volantes (classe C ou F), la poussière de four à ciment et les fines de laitier. Le filler doit avoir un indice de plasticité de 4 ou moins, une limite de liquidité maximale de 25 %, être exempt d’impuretés organiques, et doit généralement avoir des vides Rigden modifiés inférieurs à 25 %. La chaux hydratée est particulièrement courante dans le SMA car elle fonctionne à la fois comme filler minéral et comme agent anti-dérapage par modification chimique de l’interface liant-granulat.
Étant donné que le SMA possède une structure de granulats à granulométrie discontinue avec des particules de taille sableuse éliminées ou réduites et une teneur élevée en liant, le mélange est susceptible au ressuage du liant — le phénomène par lequel le liant liquide se sépare des granulats et s’écoule pendant la production, le stockage en silo et le transport. Sans stabilisation, le liant dans le SMA s’écoulerait par gravité à travers les espaces vides créés par la structure discontinue. Le ressuage est empêché par l’ajout d’additifs stabilisants, principalement des fibres, qui absorbent le liant, créent un réseau de rétention tridimensionnel et augmentent la viscosité du mastic.
Les fibres cellulosiques sont les additifs stabilisants les plus utilisés dans le SMA dans le monde. Ce sont des fibres organiques dérivées de pâte de bois vierge (généralement de pin ou d’épicéa) ou traitées à partir de papier recyclé. La cellulose est raffinée par un processus thermomécanique en fibres individuelles de longueur 0,1 à 5,0 mm et de diamètre 15 à 45 microns. Le taux de dosage typique est de 0,3 % du poids total du mélange, soit environ 3 kg de fibre par tonne métrique d’enrobé bitumineux.
Les fibres cellulosiques empêchent le ressuage par trois mécanismes complémentaires : l’absorption du liant — la structure fibreuse offre une surface spécifique élevée (généralement 0,5 à 1,5 m²/g), permettant à chaque fibre d’absorber jusqu’à 5 à 10 fois son propre poids en liant liquide ; la formation d’un réseau tridimensionnel — les fibres se dispersent aléatoirement dans le mastic, créant une matrice enchevêtrée qui retient physiquement l’écoulement du liant ; et la modification de la tension superficielle — la présence de fibres modifie les forces capillaires dans le mastic en augmentant la surface interne.
Les fibres cellulosiques sont disponibles commercialement sous deux formes physiques : fibres en vrac (forme gonflée ou déchiquetée fournie en sacs ou en balles) et fibres granulées. Les produits granulés tels que VIATOP® (fabriqué par JRS GmbH/RETTENMAIER) combinent 65 à 70 % de fibres cellulosiques avec 30 à 35 % de liant bitumineux en petits granulés cylindriques d’environ 4 à 6 mm de diamètre. Les granulés s’écoulent facilement dans les équipements de dosage, génèrent un minimum de poussière en suspension et se dispersent uniformément dans le processus de mélange lorsque le composant bitumineux fond à des températures supérieures à 140 °C.
Les fibres minérales (également appelées laine de roche, laine de pierre ou fibres de basalte) sont des fibres inorganiques fabriquées à partir de basalte, de diabase ou de laitier fondu qui est filé ou étiré sous forme fibreuse. La matière première est fondue à 1 400–1 600 °C, puis filée en fibres de longueurs 0,1 à 10,0 mm et de diamètres 2 à 10 microns. Le taux de dosage typique est de 0,3 à 0,4 % du poids total du mélange.
| Propriété | Fibre Cellulosique | Fibre Minérale |
|---|---|---|
| Matière première | Pâte de bois / papier recyclé | Basalte / diabase / laitier |
| Taux de dosage typique | 0,3 % du poids du mélange | 0,3–0,4 % du poids du mélange |
| Longueur de fibre | 0,1–5,0 mm | 0,1–10,0 mm |
| Diamètre de fibre | 15–45 microns | 2–10 microns |
| Stabilité thermique | Se dégrade au-dessus de 220 °C | Stable jusqu’à 650 °C+ |
| Absorption du liant | Élevée | Modérée |
| Surface spécifique | 0,5–1,5 m²/g | 0,2–0,8 m²/g |
| Manipulation | Les formes granulées réduisent la poussière | La poussière fibreuse nécessite une ventilation |
| Coût relatif | Inférieur | Supérieur |
Les fibres minérales offrent une stabilité thermique supérieure par rapport aux fibres cellulosiques. Elles ne brûlent pas, ne se dégradent pas et ne perdent pas leur intégrité structurelle aux températures de production de l’enrobé (généralement 160–180 °C), ce qui les rend particulièrement intéressantes lorsque le SMA est produit à des températures plus élevées ou lorsqu’un stockage prolongé en silo est prévu. Cependant, leur densité plus élevée signifie qu’une masse donnée de fibre minérale contient moins de fibres individuelles que la même masse de fibres cellulosiques, ce qui nécessite un taux de dosage plus élevé.
Les liants modifiés aux polymères (PMB) sont de plus en plus utilisés en conjonction avec la stabilisation par fibres ou comme alternatives à celle-ci. La modification polymère — généralement SBS (styrène-butadiène-styrène) à 3–5 % du poids du liant — augmente la viscosité du liant aux températures de production, réduisant la vitesse à laquelle le liant peut s’écouler à travers la structure granulat. Le TechBrief de la FHWA sur le SMA (FHWA-HIF-22-042) note spécifiquement que l’utilisation de liant bitumineux modifié aux polymères en conjonction avec des fibres augmente la durabilité et la résistance à l’orniérage et à la fissuration.
Les additifs pour enrobés tièdes (WMA) ont démontré leur capacité à réduire le ressuage dans le SMA en permettant une production et un compactage à des températures 20 à 40 °C inférieures à celles de l’enrobé à chaud conventionnel. À des températures de production plus basses, la viscosité du liant est plus élevée et le ressuage est réduit. Certains additifs WMA — en particulier les tensioactifs chimiques et les cires organiques — modifient également les propriétés rhéologiques du liant d’une manière qui réduit encore le drainage.
Le test de ressuage Schellenberg, normalisé aux États-Unis sous le nom d’AASHTO T 305 — Méthode d’essai standard pour la détermination des caractéristiques de ressuage dans les mélanges bitumineux non compactés, est la méthode d’essai de référence pour évaluer l’efficacité des additifs stabilisants dans le SMA. Le test doit son nom à son développeur allemand, le Dr. Karl Schellenberg, et est également spécifié dans la norme EN 12697-18 (Mélanges bitumineux — Méthodes d’essai — Partie 18 : Ressuage) pour les applications européennes.
$$ \text{Ressuage (%)} = \frac{A - B}{C} \times 100 $$
Où :
La norme AASHTO M 325 spécifie un ressuage maximum de 0,3 % du poids total du mélange lorsqu’il est testé à la température de production de l’usine pendant une heure. Les mélanges dépassant ce seuil nécessitent des ajustements tels que l’augmentation du dosage de fibres, le changement de type de fibres, l’utilisation d’un liant modifié aux polymères, l’ajustement de la granulométrie pour augmenter la teneur en fines, ou la réduction de la température de production. En pratique, les mélanges SMA bien conçus avec une stabilisation par fibres adéquate atteignent généralement des valeurs de ressuage de 0,05 à 0,20 %. Le test est également utilisé pour établir des durées de stockage en silo sûres.
La procédure de formulation du SMA est documentée dans la norme AASHTO R 46 — Pratique standard pour la conception du Stone Matrix Asphalt (SMA) et utilise le compacteur giratoire Superpave (SGC) pour le compactage des éprouvettes à 100 girations pour le niveau de conception. La procédure suit cinq étapes de base similaires à la conception d’enrobé à chaud conventionnelle, avec des critères spécifiques et des essais de vérification propres au SMA.
Les matériaux sont sélectionnés et testés pour vérifier leur conformité aux exigences de qualité AASHTO M 325. La sélection des matériaux comprend les gros granulats (100 % concassés, répondant aux exigences d’abrasion LA, de platitude/allongement, de sonorité, d’absorption et de faces fracturées), les granulats fins (100 % concassés, non plastiques, répondant aux exigences d’angularité et de sonorité), le filler minéral (IP ≤ 4, limite de liquidité ≤ 25 %, exempt d’impuretés organiques), le liant bitumineux (généralement deux classes PG supérieures à la norme pour le climat) et l’additif stabilisant (fibre cellulosique à 0,3 % ou fibre minérale à 0,4 %).
Trois mélanges d’essai sont développés — granulométrie grossière (pourcentage minimal passant le tamis de coupure), granulométrie intermédiaire (milieu de fourchette) et granulométrie fine (pourcentage maximal passant le tamis de coupure) — à l’intérieur des fuseaux granulométriques spécifiés par l’agence. La granulométrie doit être discontinue, les fractions de tamis intermédiaires étant minimisées pour faciliter le contact pierre-sur-pierre.
| Tamis | Pourcentage Passant (NMAS 12,5 mm) |
|---|---|
| 19,0 mm (¾ po) | 100 |
| 12,5 mm (½ po) | 90–100 |
| 9,5 mm (⅜ po) | 50–80 |
| 4,75 mm (N° 4) — point de coupure | 20–35 |
| 2,36 mm (N° 8) | 16–24 |
| 0,075 mm (N° 200) | 8–11 |
Les éprouvettes sont compactées à 100 girations dans le SGC et évaluées pour les vides d’air (cible 4,0 %), le VMA (minimum 17,0 %), le VCAmélange (doit être inférieur au VCADRC) et la densité (masse volumique apparente Gmb selon AASHTO T 166 ou T 331).
Les éprouvettes sont compactées à trois teneurs en liant ou plus (généralement 5,5 %, 6,0 % et 6,5 %). La teneur en liant de conception est sélectionnée pour atteindre 4,0 % de vides d’air à 100 girations tout en respectant toutes les exigences volumétriques :
| Propriété | Exigence (AASHTO M 325) |
|---|---|
| Vides d’air (Va) | 4,0 % |
| VMA | 17,0 % min |
| VCAmélange | < VCADRC |
| Teneur en liant bitumineux | 6,0 % min |
| Ressuage | 0,3 % max |
| TSR | 80 % min (ou 70 % si T > 100 psi) |
La formule de mélange finale (JMF) est validée par :
Les recherches menées dans le cadre du Projet NCHRP 9-8 ont établi que le nombre de girations pour le compactage de conception du SMA doit être sélectionné en fonction des caractéristiques des granulats. Les granulats présentant une perte d’abrasion LA plus élevée ont tendance à se décomposer davantage pendant le compactage en laboratoire, produisant des densités artificiellement plus élevées et des vides d’air plus faibles. Le niveau de giration de conception recommandé varie de 80 à 120 girations selon la qualité des granulats.
Le SMA offre des performances supérieures sur plusieurs mécanismes de détérioration et indicateurs de performance par rapport à l’enrobé à chaud conventionnel à granulométrie continue. Les données de performance de la piste d’essai NCAT, des bases de données de gestion des chaussées des DOT des États et de l’expérience internationale démontrent systématiquement les avantages du SMA en matière de résistance à l’orniérage, de durabilité, d’adhérence et de réduction du bruit.
Le squelette pierre-sur-pierre confère au SMA une résistance exceptionnelle à la déformation permanente sous des charges de trafic lourdes. Sur la piste d’essai NCAT, 19 sections d’essai SMA ont présenté moins de 5 mm d’orniérage total après plus de 10 millions d’ESALs. Le Georgia DOT rapporte 30 à 40 % d’orniérage en moins avec le SMA par rapport aux mélanges standard sur les chaussées inter-États avec 2 millions d’ESALs par an. Une étude de performance de 86 projets de chaussées SMA dans plusieurs États a révélé que plus de 90 % avaient des mesures d’orniérage inférieures à 4 mm après 2 à 6 ans de service. Le carrefour Thornton Quarry à Thornton, dans l’Illinois — avec 1 800 camions pleinement chargés par jour (environ 1 million d’ESALs par an) — a été revêtu de SMA au milieu des années 1990 et a servi pendant plus de deux décennies avec un entretien minimal avant d’être réhabilité en 2017.
Les prédictions de durée de vie issues des systèmes de gestion des chaussées des DOT des États montrent que le SMA surpasse les enrobés conventionnels dans la plupart des comparaisons :
| Agence | Durée de Vie SMA | Mélange de Comparaison | Différence |
|---|---|---|---|
| Georgia DOT | 16,0 ans | Superpave 11,0 ans | +45 % |
| Virginia DOT | 19,0 ans | Superpave 14,4 ans | +32 % |
| Minnesota DOT | 16,6 ans | Superpave 11,3 ans | +47 % |
| Illinois Tollway | 13,5 ans | Superpave 9,0 ans | +50 % |
| Maryland SHA (Artère Principale) | 32,2 ans | Superpave 24,0 ans | +34 % |
L’expérience du Georgia DOT montre une durée de vie en fatigue 3 à 5 fois supérieure par rapport aux mélanges standard, attribuée à la combinaison d’une teneur en liant plus élevée, de films de liant plus épais et des propriétés de distribution des contraintes du squelette de pierres.
La structure discontinue du SMA produit une macrotexture de surface grossière avec des profondeurs de texture moyenne (MTD) généralement comprises entre 0,8 et 1,5 mm lorsqu’elles sont mesurées selon ASTM E965 (Méthode du patch de sable). Cela se compare à 0,3–0,6 mm pour l’enrobé à granulométrie continue. Cette macrotexture offre une excellente résistance au dérapage à grande vitesse, un risque réduit d’aquaplanage grâce à l’évacuation rapide de l’eau, une meilleure visibilité par temps humide et un bruit pneu-chaussée réduit de 2 à 4 dB(A) par rapport aux surfaces conventionnelles à granulométrie continue.
Le SMA a été utilisé avec succès pour retarder la fissuration réfléchie dans les rechargements d’enrobé sur les chaussées en béton de ciment Portland (PCC). Sur l’I-43 dans le Wisconsin, une chaussée en béton recouverte en 1993 de SMA dans la voie de circulation des camions extérieure et d’enrobé conventionnel dans la voie intérieure a montré 40 % moins de fissuration réfléchie dans la voie en SMA après huit ans de service.
Le Rapport de Résistance à la Traction (TSR) selon AASHTO T 283 pour les mélanges SMA dépasse généralement 85–90 %, bien au-dessus du minimum de 80 % spécifié dans AASHTO M 325. Pour les applications aéronautiques, le SMA a démontré une résistance améliorée aux déversements de carburéacteur et de fluides hydrauliques par rapport aux enrobés conventionnels P401 lors des essais AAPTP 04-04.
Le SMA est utilisé sur les pistes d’aéroport dans le monde entier depuis plus de 30 ans. La FAA a financé le programme Airfield Asphalt Pavement Technology Program (AAPTP Projet 04-04) — une étude exhaustive menée par l’Université d’Auburn, le NCAT et Advanced Materials Services — pour évaluer le SMA pour les aérodromes et développer des spécifications préliminaires.
Pour les applications aéronautiques, les paramètres de conception du SMA sont ajustés par rapport aux spécifications routières : vides d’air de conception de 3,0 à 4,0 %, teneur minimale en liant de 6,0 %, classe de liant PG 76-22 minimum, fibres cellulosiques à 0,3 % ou fibres minérales à 0,4 %, ressuage maximum de 0,3 %, test Hamburg maximum de 10 mm à 20 000 passages, et TSR minimum de 80 %. L’étude AAPTP 04-04 a conclu que le SMA offre une performance d’orniérage équivalente et une résistance améliorée à la fissuration, aux dommages dus à l’humidité et aux déversements de carburant par rapport aux enrobés conventionnels FAA P401 à granulométrie continue.
Aéroport international de Pékin — La piste Est (Piste 18R/36L) a été recouverte de SMA en 2001, suivie de la piste Ouest (Piste 18L/36R) en 2003. La spécification chinoise utilisait un SMA de NMAS 16 mm avec un liant modifié au SBS à 6,0–6,5 %, des fibres cellulosiques à 0,35 % et une granulométrie avec 26–30 % passant le tamis de 4,75 mm. Les mesures de macrotexture de surface ont montré des profondeurs de texture moyennes de 1,0 à 1,2 mm et des coefficients de frottement répondant systématiquement aux exigences de l’OACI. Plus de 15 ans après la pose, les pistes présentaient un orniérage minimal (< 5 mm) sans signe d’arrachement.
Aéroport international de Sydney — Une section d’essai de voie de circulation posée en 2003 utilisait une granulométrie de NMAS 14 mm avec des granulats de diabase concassés, un liant modifié au SBS (équivalent PG 82-22) et des fibres cellulosiques à 0,3 %. Après trois ans de suivi, la section SMA présentait moins de 2 mm de déformation de surface contre 6 à 8 mm dans les sections adjacentes d’enrobé conventionnel.
Aéroport de Hambourg — La piste principale a été réhabilitée avec du SMA en 2001 en utilisant un mélange SMA 0/11 S (NMAS 11 mm) conforme aux spécifications allemandes TL Asphalt-StB. Le mélange utilisait 6,8 % de liant modifié aux polymères, 0,3 % de fibres cellulosiques et des granulats de basalte concassés, offrant une excellente adhérence (coefficient de frottement > 0,70) et une réduction du bruit.
Aéroport international d’Indianapolis — La voie de circulation H a été revêtue de SMA en 2005 en utilisant une conception NMAS 12,5 mm avec des granulats de calcaire concassés, du liant PG 70-22 et des fibres cellulosiques à 0,3 %. Il s’agissait de la première application SMA approuvée par la FAA sur un aérodrome sous juridiction américaine.
Base aérienne d’Aviano, Italie — Une piste de base de l’US Air Force réhabilitée avec du SMA en 2002 en utilisant du NMAS 12,5 mm avec du calcaire concassé, un liant modifié au SBS et 0,4 % de fibres minérales a montré un orniérage maximal de seulement 1 à 2 mm après des années d’opérations de F-16 et C-130.
Annexe 14 de l’OACI (Aérodromes, Volume I) et Manuel de conception d’aérodromes de l’OACI Partie 3 (Doc 9157, Partie 3) établissent le cadre des caractéristiques des surfaces de piste. Bien que l’OACI ne prescrive pas de types de mélanges spécifiques, elle établit des exigences de performance pour la macrotexture (≥ 1,0 mm pour les surfaces neuves), l’adhérence (CFME à 65 km/h ≥ 0,50) et la profondeur d’ornière (≤ 3 mm).
| Paramètre | SMA | Enrobé à Granulométrie Continue |
|---|---|---|
| Type de granulométrie | Discontinue | Continue |
| Teneur en gros granulats | 70–80 % | 40–60 % |
| Teneur en liant | 6,0–7,5 % | 4,5–6,0 % |
| Vides d’air de conception | 3,0–4,0 % | 4,0 % |
| VMA minimum | 17,0 % | 13–15 % |
| Mécanisme de portance | Squelette pierre-sur-pierre | Granulats en suspension dans le liant |
| Additif stabilisant | Requis (fibres) | Non requis |
| Qualité des granulats | Plus stricte | Standard |
| Coût relatif des matériaux | 15–30 % plus élevé | Référence |
| Augmentation de la durée de vie | 20–40 % plus longue | Référence |
| Macrotexture (MTD) | 0,8–1,5 mm | 0,3–0,6 mm |
| Réduction du bruit | 2–4 dB(A) plus silencieux | Référence |
Le SMA est généralement 20 à 30 % plus cher par tonne que l’enrobé conventionnel à granulométrie continue en raison de granulats de qualité supérieure, d’une teneur en liant plus élevée (1,0 à 1,5 point de pourcentage de plus), d’un liant modifié aux polymères (deux classes PG supérieures), d’additifs stabilisants fibreux et d’une teneur en filler minéral plus élevée. Cependant, les analyses de coût du cycle de vie (LCCA) montrent systématiquement que le SMA est compétitif en termes de coût lorsque la durée de vie prolongée est prise en compte dans l’analyse. Les comparaisons de coût annuel uniforme équivalent (EUAC) pour divers DOT des États montrent que le SMA et le Superpave sont comparables sur une base annuelle, le SMA présentant souvent des coûts annuels 10 à 25 % inférieurs lorsque la durée de vie dépasse 20 ans.
La construction réussie du SMA nécessite une attention particulière à la température de production, à la manutention des matériaux, aux procédures de mise en œuvre et aux pratiques de compactage qui diffèrent de l’enrobé à chaud conventionnel.
Le SMA est produit à des températures plus élevées que l’enrobé conventionnel — généralement 165–180 °C contre 150–165 °C. L’ajout de fibres nécessite un équipement spécialisé : les fibres granulées sont ajoutées par des systèmes de dosage gravimétriques alimentant le malaxeur ou le tambour mélangeur, nécessitant 30 à 60 secondes de temps de malaxage à sec pour fondre et se disperser avant l’introduction du liant. Le filler minéral est souvent ajouté par un silo à filler séparé et un vis d’alimentation car le SMA nécessite une teneur en filler plus élevée que celle générée par les granulats.
La durée maximale autorisée de stockage en silo est déterminée par le test de ressuage Schellenberg. En pratique, la plupart des agences limitent le stockage en silo à 2–4 heures pour le SMA. Pendant le transport, les camions doivent être couverts de bâches isolantes pour maintenir la température.
Épaisseur minimale de couche par NMAS : 19,0 mm (couche de 50–75 mm), 12,5 mm (38–50 mm), 9,5 mm (25–38 mm), 4,75 mm (15–25 mm). La vitesse du finisseur doit être de 2–3 m/min avec des barres de damage ou des dalles vibrantes. Le travail manuel doit être minimisé pour éviter les taches de graisse.
Le SMA nécessite un roulage immédiat derrière le finisseur car le mélange à granulométrie discontinue refroidit rapidement. La fenêtre de compactage se ferme généralement en 10 à 15 minutes. Le train de compactage se compose de :
Densité cible in situ : 96–98 % de Gmm (2–4 % de vides d’air in situ). La température de cessation est d’environ 100 °C.
Les technologies d’enrobé tiède (WMA) ont été appliquées avec succès au SMA, réduisant les températures de production de 20 à 40 °C et offrant un ressuage réduit du liant, un temps de compactage prolongé, une consommation de carburant réduite et une sécurité améliorée des travailleurs.
L’inspection sur site des chaussées en SMA nécessite une compréhension des modes de détérioration uniques et des méthodes d’évaluation spécifiques à ce matériau.
Taches de graisse — Zones localisées d’excès de liant en surface, apparaissant comme des taches sombres de 0,1 à 2,0 m². Causées par le ressuage du liant, la ségrégation, un travail manuel excessif ou les arrêts du finisseur.
Orniérage — Rare dans un SMA correctement conçu mais peut se produire si le contact pierre-sur-pierre n’est pas atteint, si la qualité des granulats est inadéquate, si le compactage est insuffisant ou si la teneur en liant est excessive.
Arrachement — Perte de particules de granulats de la surface. Rare dans le SMA en raison du film de liant épais. Lorsqu’il est observé, il indique une teneur en liant inadéquate, un mauvais enrobage, des dommages dus à l’humidité ou une construction par basse température.
Fissuration — Le SMA présente généralement une résistance supérieure à la fissuration. La fissuration par fatigue indique une insuffisance structurelle sous la surface en SMA.
| Paramètre | Acceptable | Niveau d’Alerte |
|---|---|---|
| Frottement (CFME à 65 km/h) | ≥ 0,50 | < 0,40 |
| Macrotexture (MTD) | ≥ 1,0 mm | < 0,6 mm |
| Profondeur d’ornière | ≤ 3 mm | > 3 mm sur 10 m de longueur |
| Défauts de surface | Aucun | Toute zone nécessitant une action corrective |
| Norme | Titre | Domaine d’Application |
|---|---|---|
| AASHTO M 325 | Spécification standard pour le Stone Matrix Asphalt (SMA) | Matériaux et critères |
| AASHTO R 46 | Pratique standard pour la conception du Stone Matrix Asphalt (SMA) | Procédure de formulation |
| AASHTO T 305 | Détermination des caractéristiques de ressuage | Essai de ressuage Schellenberg |
| EN 13108-5 | Mélanges bitumineux — Stone Mastic Asphalt | Norme européenne (SMA 8–22) |
| EN 12697-18 | Ressuage | Essai de ressuage européen |
| IRC SP-79 | Spécifications pour le Stone Matrix Asphalt | Norme indienne |
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