Liants bitumineux classés par viscosité (VG-10, VG-20, VG-30, VG-40)

Les liants bitumineux classés par viscosité (VG) représentent une approche rationnelle et orientée performance pour classifier le bitume routier en fonction de sa résistance à l’écoulement aux températures critiques de service et de construction. Contrairement au système traditionnel de classification par pénétration qui mesure la dureté du liant à une seule température (25°C), le système VG évalue la consistance du liant à 60°C — la température approximative de la température maximale de surface de la chaussée en été — et à 135°C — la température typique de malaxage et de compactage pour l’enrobé à chaud. Cette caractérisation à double température offre aux ingénieurs une prédiction significativement plus précise du comportement du liant sur le terrain.

Le système VG désigne quatre classes standard : VG-10, VG-20, VG-30 et VG-40, avec des chiffres croissants correspondant à une rigidité accrue. Un liant VG-40 a une viscosité absolue minimale de 3200 poises à 60°C, ce qui le rend environ quatre fois plus rigide qu’un liant VG-10 à la même température. Cette hiérarchie de rigidité est directement corrélée à la résistance du liant à l’orniérage (déformation permanente) sous charge — le mode de dégradation le plus critique pour les chaussées bitumineuses dans les climats chauds et sous fort trafic.

Le système VG a été formellement adopté par le Bureau of Indian Standards (BIS) dans la norme IS 73:2006 (troisième révision), remplaçant le système de qualité par pénétration utilisé en Inde depuis 1950. La quatrième révision (IS 73:2013) a affiné davantage la spécification en introduisant des plages de viscosité pour chaque classe, en établissant des valeurs minimales de pénétration à 25°C et — surtout — en fournissant un tableau de sélection des classes basé sur le climat lié à la température maximale moyenne de l’air sur 7 jours. Cela a fait du système VG non seulement un système de classification, mais une méthodologie complète de sélection de liant pour les ingénieurs en chaussées.

1. Le concept de classification par viscosité

Le concept de classification par viscosité est né de la reconnaissance que l’essai de pénétration — qui mesure la profondeur de pénétration d’une aiguille standard dans un échantillon de bitume à 25°C sous une charge de 100 grammes pendant cinq secondes — fournit des informations limitées sur les performances du liant aux températures extrêmes que les chaussées subissent réellement. Au début des années 1960, l’American Association of State Highway Officials (AASHTO) a développé un système de classification amélioré basé sur des essais de viscosité, publié sous les normes AASHTO M 226 et ASTM D 3381. Ce système représentait un changement fondamental, passant d’une classification empirique à une mesure scientifique.

La viscosité est définie comme le rapport entre la contrainte de cisaillement appliquée et le taux de cisaillement — essentiellement, une mesure de la résistance d’un fluide à l’écoulement. Dans le Système International d’unités (SI), la viscosité s’exprime en pascal-secondes (Pa·s), mais l’unité traditionnelle pour les liants bitumineux est le poise (P), où 1 poise équivaut à 1 dyne·s/cm² ou 0,1 Pa·s. Le système VG utilise le poise pour la viscosité absolue à 60°C et le centistoke (cSt) pour la viscosité cinématique à 135°C.

Le système VG repose sur un principe fondamental : le comportement d’écoulement du bitume à la température de service de la chaussée (60°C) est le prédicteur le plus fiable de la résistance à l’orniérage. Les liants qui s’écoulent moins à 60°C se déformeront moins sous l’effet du trafic. Simultanément, la viscosité cinématique à 135°C garantit que le liant est suffisamment fluide lors du malaxage et du compactage pour enrober correctement les granulats et atteindre une densité de chaussée adéquate. Cette approche à double température constitue l’avantage clé du système VG par rapport à la classification par pénétration à température unique.

Deux sous-systèmes existent au sein de la classification par viscosité : le système AC (ciment bitumineux, testé sur le liant d’origine tel que fourni) et le système AR (résidu vieilli, testé après que le liant a été soumis à un essai au four à film mince rotatif simulant le vieillissement de l’enrobé à chaud). Le système AC utilise les classes AC-2.5 à AC-40, où le nombre représente la viscosité cible en centaines de poises à 60°C. Le système AR utilise les classes AR-1000 à AR-16000, le nombre représentant la viscosité en poises après vieillissement. Le système VG utilisé dans la norme IS 73 et dans la pratique internationale est aligné sur le concept AC — essais sur échantillons de liant d’origine.

2. Détermination : Viscosité absolue à 60°C et viscosité cinématique à 135°C

Deux mesures de viscosité principales définissent la classification des liants VG : la viscosité absolue (dynamique) à 60°C et la viscosité cinématique à 135°C. Ces mesures capturent le comportement du liant aux deux extrêmes de température pertinents pour les performances de la chaussée et la construction.

Viscosité absolue à 60°C (ASTM D2171 / AASHTO T202 / IS 1206 Partie 2)

La viscosité absolue à 60°C est le paramètre de classification principal pour les liants VG. Elle est déterminée à l’aide d’un viscosimètre capillaire sous vide — un instrument de précision en verre borosilicate qui mesure le temps nécessaire pour qu’un volume fixe de bitume liquide s’écoule à travers un tube capillaire sous des conditions contrôlées de vide et de température.

La procédure d’essai selon ASTM D2171-94 (Standard Test Method for Viscosity of Asphalts by Vacuum Capillary Viscometer) comprend les étapes suivantes :

1. L’échantillon de bitume est chauffé à 135°C ± 5,5°C pour assurer la fluidité, agité doucement pour éviter une surchauffe locale, et filtré à travers un tamis n° 50 (300 µm) si des matières solides sont suspectées.
2. Le viscosimètre est préchauffé à la température d’essai de 60°C ± 0,03°C dans un bain à température précisément contrôlée.
3. Un vide de 300 mm Hg est appliqué pour aspirer le bitume à travers le tube capillaire.
4. Le temps d’écoulement entre deux repères de chronométrage gravés est mesuré avec un chronomètre précis à 0,1 seconde près.
5. La viscosité en poises est calculée en multipliant le temps d’écoulement en secondes par le facteur d’étalonnage du viscosimètre.

Trois types de viscosimètres capillaires sous vide sont approuvés : le viscosimètre sous vide Cannon-Manning (CMVV), le viscosimètre sous vide de l’Asphalt Institute (AIVV) et le viscosimètre sous vide modifié Koppers (MKVV). Chacun possède des caractéristiques dimensionnelles spécifiques qui déterminent sa plage de viscosité. Le CMVV est le type le plus couramment utilisé, avec des tubes capillaires interchangeables couvrant différentes plages de viscosité.

La viscosité cinématique à 60°C d’un liant VG-40 typique est d’environ 3200 à 4800 poises. La méthode d’essai est applicable à des matériaux ayant des viscosités de 0,036 à plus de 200 000 poises, couvrant toutes les classes pratiques de liants.

Viscosité cinématique à 135°C (ASTM D2170 / AASHTO T201 / IS 1206 Partie 3)

La viscosité cinématique à 135°C est mesurée à l’aide d’un viscosimètre capillaire de type Cannon-Fenske ou Ubbelohde, immergé dans un bain à température contrôlée à 135°C ± 0,1°C. La procédure est similaire à l’essai de viscosité absolue mais utilise l’écoulement par gravité plutôt que le vide :

1. L’échantillon de bitume est chauffé à 135°C et versé dans le viscosimètre.
2. Le viscosimètre est placé dans le bain à 135°C et laissé à l’équilibre thermique.
3. Le bitume est aspiré au-dessus du repère de chronométrage supérieur puis relâché.
4. Le temps nécessaire pour que le ménisque passe entre deux repères étalonnés est enregistré.
5. La viscosité cinématique (en centistokes, cSt) est calculée comme le produit du temps d’écoulement par la constante d’étalonnage.

La viscosité cinématique à 135°C sert de vérification de l’ouvrabilité — elle garantit que le liant sera suffisamment fluide lors de la production d’enrobé à chaud pour enrober correctement les granulats. Les exigences minimales de viscosité cinématique augmentent avec la classe : 250 cSt pour le VG-10, 300 cSt pour le VG-20, 350 cSt pour le VG-30 et 400 cSt pour le VG-40. Ces valeurs minimales aident à prévenir les enrobés fragiles (mélanges excessivement sujets à la déformation pendant la construction) et à garantir une épaisseur de film adéquate sur les granulats.

Tableau de spécification VG (selon IS 73:2013)

3. Sélection de la classe VG selon le climat et le trafic

La sélection de la classe VG appropriée est fonction de deux facteurs principaux : le climat (spécifiquement, la température de la chaussée) et la charge de trafic. La norme IS 73:2013 fournit des directives explicites pour la sélection des classes basées sur la température maximale moyenne de l’air sur 7 jours pour le site du projet, calculée à partir d’un minimum de cinq ans de données historiques.

Sélection basée sur le climat (selon IS 73:2013)

Les seuils de température dans ce tableau sont basés sur la corrélation entre la température de l’air et la température réelle de la chaussée. Les températures de surface de la chaussée en plein soleil peuvent être de 20 à 25°C plus élevées que la température ambiante, ce qui signifie qu’un emplacement avec une température maximale de l’air de 45°C peut connaître des températures de chaussée approchant 70°C — bien au-dessus de la température d’essai de viscosité de 60°C. Le système VG tient compte de cela par ses exigences de viscosité minimale conservatives.

Pour la charge de trafic, le principe général est que les charges plus lourdes et les charges à déplacement lent nécessitent des liants plus rigides. Ceci est particulièrement pertinent pour les chaussées aéroportuaires, où les charges des aéronefs (plus de 500 000 lbs sur le train d’atterrissage principal) et les vitesses de roulage lentes créent une demande sévère de résistance à l’orniérage. La sélection de la classe doit également tenir compte du volume de trafic (équivalent de charges axiales simples), de la vitesse du trafic (statique vs grande vitesse), et du fait que la chaussée soit soumise à un trafic canalisé (ex. axes de pistes, trajectoires de voies de circulation).

Considérations supplémentaires :

• Altitude : Les sites de haute altitude (>1500 m) avec des températures nocturnes froides peuvent nécessiter une classe plus molle malgré des températures diurnes élevées en raison du risque de fissuration thermique.
• Précipitations : Les zones à fortes précipitations peuvent bénéficier de liants plus rigides pour réduire les dommages induits par l’eau et le désenrobage.
• Chaussées spéciales : Les intersections, les ronds-points, les arrêts de bus et les aires de trafic aéroportuaires doivent utiliser une classe plus rigide que la recommandation basée sur le climat en raison des conditions de charge lente/statique.

4. VG-40 pour les pistes d’aéroport

Le VG-40 est la classe la plus rigide du système de classification par viscosité et est le liant préféré pour les chaussées de pistes d’aéroport dans les climats chauds et pour les chaussées soumises à de fortes charges d’aéronefs. Sa viscosité absolue minimale de 3200 poises à 60°C et sa viscosité cinématique minimale de 400 cSt à 135°C offrent une résistance exceptionnelle à la déformation permanente dans les conditions de charge extrêmes caractéristiques des opérations aéroportuaires.

Pourquoi le VG-40 pour les aéroports ?

Les charges des aéronefs diffèrent fondamentalement des charges du trafic routier à plusieurs égards critiques :

1. Charges sur les roues : Un pneu de train d’atterrissage principal de Boeing 777 peut supporter plus de 30 000 kg (66 000 lbs), produisant des pressions de pneu dépassant 200 psi (1,38 MPa). C’est environ 2 à 3 fois plus élevé que les pressions typiques des pneus de camions routiers.
2. Faibles vitesses : Les aéronefs roulent à 20–50 km/h (12–31 mph), et pendant la course au décollage, l’avion accélère relativement lentement à travers les vitesses faibles. Cela augmente la durée de charge sur la chaussée, générant davantage d’écoulement visqueux dans le liant.
3. Trafic canalisé : Les aéronefs suivent le même chemin (axe central) avec une grande précision, concentrant la charge dans des zones étroites de voie de roulement.
4. Températures élevées : Les surfaces de pistes en plein soleil peuvent atteindre 60–70°C dans les climats tropicaux, créant des conditions idéales pour l’orniérage si le liant est trop mou.

La spécification P-401 de la FAA (Standard Specification for Asphalt Paving for Airfields) et les Unified Facilities Guide Specifications (UFGS) 32 12 15.13 référencent les liants classés par viscosité pour la construction aéroportuaire. La FAA autorise l’utilisation des liants classés par performance (PG) et par viscosité, avec une relation d’équivalence approximative suivante :

• VG-40 ≈ PG 76-22 ou PG 82-10 (selon le type de modifiant et le liant de base)

Le Manuel de conception des aérodromes de l’OACI (Doc 9157, Partie 3 – Chaussées) fournit des directives sur la sélection des liants pour les chaussées aéroportuaires, recommandant que la classe de liant soit choisie en fonction de la température de référence de l’aérodrome — la température maximale moyenne de la chaussée sur 7 jours à 20 mm sous la surface. Pour les aéroports dans des régions où les températures de référence dépassent 45°C (comme le Moyen-Orient, l’Asie du Sud, certaines parties de l’Asie du Sud-Est et le sud des États-Unis), un liant équivalent au VG-40 ou supérieur est recommandé.

VG-40 modifié aux polymères

Pour les applications aéroportuaires critiques, le VG-40 est souvent modifié aux polymères (produisant les classes PMB 40 ou équivalentes) pour améliorer encore les performances. La modification aux polymères améliore :

• La récupération élastique : La capacité du liant à « reprendre sa forme » après déformation, réduisant l’orniérage permanent
• La résistance à la fatigue : Meilleure résistance à la fissuration sous charges répétées
• La résistance au carburant : Résistance améliorée aux attaques du carburéacteur et des fluides hydrauliques
• La résistance à la fissuration thermique : Rigidité réduite à basse température, diminuant le risque de fissuration par temps froid

L’Airport Asphalt Pavement Technology Program (AAPTP) et le National Center for Asphalt Technology (NCAT) de l’Université d’Auburn ont développé un outil en ligne de sélection des liants bitumineux pour aérodromes qui aide les ingénieurs à choisir la classe de liant appropriée en fonction de l’emplacement de l’aéroport, de la charge de trafic et de la structure de la chaussée. Cet outil confirme que le VG-40 (ou son équivalent PG) est la classe minimale recommandée pour les pistes principales des aéroports dans les climats chauds.

5. VG vs qualité par pénétration

Le système de classification par pénétration (ASTM D946 / IS 73:1950 / EN 12591) classe le bitume en fonction de la profondeur de pénétration d’une aiguille standard dans l’échantillon dans des conditions spécifiées (25°C, 100 g, 5 secondes). Les classes telles que 30/40, 40/50, 60/70, 80/100 et 100/120 représentent des valeurs de pénétration en dixièmes de millimètre. Ce système était la norme mondiale pendant plus d’un siècle et reste utilisé dans de nombreux pays, dont l’Iran, les Émirats Arabes Unis, l’Arabie Saoudite, Oman, le Kenya, la Tanzanie et l’Indonésie.

Différences clés

Justification du remplacement

La faiblesse fondamentale de la classification par pénétration est que la pénétration à 25°C n’est pas corrélée de manière fiable avec la performance à haute température vis-à-vis de l’orniérage. Deux liants ayant des valeurs de pénétration identiques (ex. tous deux 60/70) pourraient avoir des viscosités significativement différentes à 60°C selon leur source de pétrole brut et leur méthode de raffinage. Cela signifie qu’un liant 60/70 issu d’un brut cireux pourrait s’orniérer sévèrement par temps chaud tandis qu’un liant 60/70 issu d’un brut naphténique fonctionnerait parfaitement — pourtant les deux seraient classés dans la même qualité.

Le système VG élimine cette ambiguïté en mesurant directement la viscosité à la température la plus importante pour l’orniérage. Avec le système VG, deux échantillons quelconques de la même classe VG donneront des performances d’orniérage similaires par temps chaud — une affirmation qui ne peut être faite pour les qualités par pénétration.

Classes équivalentes

6. VG vs classe de performance (PG)

Le système de classe de performance (PG) — développé dans le cadre du Strategic Highway Research Program (SHRP) à la fin des années 1980 et au début des années 1990 et formalisé dans les normes AASHTO M 320 et ASTM D6373 — représente la méthodologie de classification des liants la plus avancée. Les liants PG sont désignés par deux nombres (ex. PG 64-22), où le premier nombre est la classe à haute température (température maximale de la chaussée en °C que le liant peut supporter) et le second est la classe à basse température (température minimale de la chaussée en °C que le liant peut supporter, avec un signe négatif).

Différences fondamentales

Quand utiliser quel système

Le système VG reste approprié pour :

• Les pays et régions où la norme IS 73 est la spécification de référence (Inde, Népal, Bangladesh, Sri Lanka)
• Les projets où l’infrastructure d’essais pour DSR et BBR n’est pas disponible
• Les applications où une spécification plus simple avec moins d’essais est préférée
• Comme contrôle qualité pendant la production (les essais VG sont plus rapides et moins coûteux)

Le système PG est supérieur pour :

• Les projets nécessitant une sélection de liant spécifique au climat (le système PG peut différencier PG 64-22 et PG 70-22, tandis que le VG regroupe les deux dans VG-30 ou VG-40)
• Les chaussées à hautes performances (aéroports, couloirs à charges lourdes) où les essais PG fournissent une caractérisation plus complète
• Les projets dans les climats froids où la fissuration à basse température est une préoccupation majeure (le système PG mesure directement la rigidité BBR, contrairement au VG)
• Les projets aéroportuaires internationaux où les spécifications FAA ou OACI référencent les liants PG (la FAA P-401 autorise PG 76-22 ou PG 82-28 pour les applications aéronautiques)

Équivalence pratique

À des fins d’ingénierie, les équivalences approximatives suivantes peuvent être utilisées :

Ces équivalences sont approximatives et dépendent de la source du brut et du fait que le liant soit modifié ou non. Pour les applications critiques, des essais PG directs doivent être effectués.

7. Essais VG (ASTM D2171 ; D2170 ; IS 1206)

Le régime d’essais pour les liants VG est spécifié à la fois dans les normes ASTM et IS. Les principaux essais sont :

Viscosité absolue à 60°C — ASTM D2171 / IS 1206 (Partie 2)

Il s’agit de l’essai déterminant pour la classification VG. La méthode du viscosimètre capillaire sous vide nécessite un contrôle minutieux de :

• La température : ±0,03°C à 60°C
• Le vide : 300 mm Hg ± 0,5 mm
• Le chronométrage : Précision de 0,1 seconde
• La préparation de l’échantillon : Chauffage à 135°C ± 5,5°C avec agitation pour éviter la surchauffe locale

Le facteur d’étalonnage du viscosimètre est déterminé à l’aide de liquides de référence de viscosité standard. Pour les liants non newtoniens (tels que les liants modifiés aux polymères), les effets du taux de cisaillement doivent être pris en compte — différentes tailles de capillaire du viscosimètre ou différents niveaux de vide peuvent produire des résultats différents.

Viscosité cinématique à 135°C — ASTM D2170 / IS 1206 (Partie 3)

L’essai de viscosité cinématique utilise un type différent de viscosimètre capillaire (typiquement Cannon-Fenske ou Ubbelohde) fonctionnant sous écoulement par gravité à 135°C. L’essai mesure le temps nécessaire pour qu’un volume fixe de bitume s’écoule à travers le capillaire sous sa propre charge hydrostatique. La viscosité cinématique en centistokes est calculée comme le produit du temps d’écoulement et de la constante d’étalonnage du viscosimètre.

Cet essai sert d’indicateur de température de malaxage et de compactage. Les valeurs minimales de viscosité cinématique dans la spécification garantissent que le liant aura une fluidité suffisante à 135°C pour enrober les granulats lors de la production d’enrobé à chaud. Les liants ayant des viscosités cinématiques inférieures au minimum peuvent produire des enrobés fragiles difficiles à compacter et sujets à la déformation pendant la construction.

Essais supplémentaires

1. Pénétration à 25°C (IS 1203 / ASTM D5) : Conservée comme essai complémentaire pour garantir une mollesse minimale du liant pour la résistance à la fissuration par fatigue à la température de service moyenne.
2. Point de ramollissement (Bille et Anneau) (IS 1205 / ASTM D36) : Mesure la température à laquelle le bitume se ramollit sous une charge standard, fournissant un indicateur supplémentaire de performance à haute température.
3. Point d’éclair (Cleveland Open Cup) (IS 1448 P:69 / ASTM D92) : Exigence de sécurité pour garantir que le liant ne s’enflamme pas pendant le chauffage.
4. Solubilité dans le trichloréthylène (IS 1216 / ASTM D2042) : Garantit que le liant est exempt de contaminants inorganiques.
5. Essai au four à film mince (TFOT) ou essai au four à film mince rotatif (RTFOT) (ASTM D1754 / D2872) : Simule le vieillissement qui se produit lors de la production d’enrobé à chaud. Les essais sur le résidu vieilli comprennent :
   • Rapport de viscosité (rapport de la viscosité vieillie à la viscosité d’origine, maximum 4,0) : Contrôle le durcissement excessif pendant la construction.
   • Ductilité à 25°C (minimum 75 cm pour VG-10, décroissant à 25 cm pour VG-40) : Garantit une extensibilité adéquate du liant pour la résistance à la fatigue après vieillissement.

Pourquoi sept essais au lieu de quatorze ?

La révision IS 73:2006 a éliminé plusieurs essais de l’ancienne spécification de qualité par pénétration qui se sont avérés n’avoir aucune relation claire avec les performances sur le terrain. Ceux-ci comprenaient :

• La densité relative : N’a pas de corrélation avec les performances
• La teneur en eau : Rarement un problème avec le bitume produit en raffinerie
• La perte à la chaleur : Remplacée par les essais TFOT/RTFOT plus significatifs
• Le point de fragilité Fraass : Un essai empirique à basse température avec une faible reproductibilité ; son élimination était controversée mais justifiée par l’introduction d’essais liés à la performance
• La teneur en paraffine : Bien que la teneur en cire affecte les performances, la classification basée sur la viscosité du système VG capture intrinsèquement les effets de la cire par leur influence sur le comportement d’écoulement
• Le rapport de pénétration : Un paramètre dupliqué inutile

8. Liant VG et dégradation des chaussées

La sélection de la classe VG correcte influence directement la résistance de la chaussée aux trois principaux modes de dégradation : l’orniérage, la fissuration par fatigue et la fissuration thermique. La relation entre la classe VG et chaque mode de dégradation est la suivante :

Orniérage (déformation permanente)

L’orniérage est la formation de dépressions longitudinales dans les voies de roulement causée par l’accumulation de déformation permanente (plastique) dans une ou plusieurs couches de la chaussée. C’est la dégradation principale à haute température et elle est directement traitée par le système de classification VG.

Un liant avec une viscosité insuffisante à 60°C (c’est-à-dire une classe trop molle pour le climat) s’écoulera sous charge, permettant au squelette granulaire de se déplacer. Ceci est particulièrement critique dans les chaussées aéroportuaires où :

• Les pressions des pneus d’aéronefs (150–250 psi) sont significativement plus élevées que les pressions des pneus de camions (100–120 psi)
• Les aéronefs à déplacement lent augmentent la durée de charge, permettant davantage d’écoulement du liant
• Le trafic canalisé concentre la charge dans des voies de roulement étroites

Le VG-40 offre une résistance maximale à l’orniérage parmi les classes standard et est la classe minimale recommandée pour les pistes d’aéroport dans les climats chauds. Pour les conditions extrêmes, le VG-40 modifié aux polymères (ou équivalent PG 76-22) doit être spécifié.

Fissuration par fatigue

La fissuration par fatigue (également appelée « fissuration en peau de crocodile ») résulte de contraintes de traction répétées à la base de la couche de chaussée liée sous l’effet du trafic. C’est la dégradation principale à température intermédiaire.

La relation entre la viscosité du liant et la résistance à la fatigue est complexe. Bien que les liants plus rigides améliorent la résistance à l’orniérage, ils peuvent réduire la durée de vie en fatigue si le liant devient trop cassant. Le système VG traite ce problème par l’exigence de pénétration minimale à 25°C — même le VG-40 doit avoir une pénétration d’au moins 40 dmm (0,1 mm) à 25°C, garantissant un niveau minimal de flexibilité pour la résistance à la fatigue.

Pour les chaussées aéroportuaires, la couche de liaison (la couche entre la surface et la base) est particulièrement sensible à la fissuration par fatigue car elle subit les contraintes de traction les plus élevées. Choisir un liant trop rigide (ex. VG-40 dans une couche de liaison où un VG-30 suffirait) peut en réalité réduire la durée de vie en fatigue.

Fissuration thermique

La fissuration thermique se produit lorsque les basses températures génèrent des contraintes de traction dans la surface de la chaussée qui dépassent la résistance à la traction du matériau. C’est la dégradation principale à basse température et c’est la faiblesse du système VG — il ne mesure pas directement les propriétés du liant à basse température.

Le système de qualité par pénétration dont le VG est issu manquait également de mesure directe à basse température. Le système PG traite ce problème par l’essai au rhéomètre à poutre en flexion (BBR), qui mesure la rigidité au fluage à basse température. Pour les liants VG utilisés dans les climats froids (VG-10, VG-20), les valeurs de pénétration minimales (80-100 et 60-80 dmm respectivement) offrent une certaine assurance de flexibilité à basse température, mais il s’agit d’une mesure indirecte.

Pour les chaussées aéroportuaires dans les régions froides, les recommandations suivantes s’appliquent :

• Utiliser le VG-10 ou le VG-20 pour les climats avec des températures hivernales basses
• Envisager une modification aux polymères pour améliorer la flexibilité à basse température
• Pour les chaussées aéronautiques critiques dans les climats froids, envisager de passer à la spécification du système PG pour mesurer directement les performances à basse température
• Spécifier des exigences minimales de pénétration et considérer l’indice de pénétration (IP) comme mesure supplémentaire de la sensibilité à la température

9. VG dans les normes indiennes et autres spécifications

Norme indienne IS 73

L’adoption de la classification par viscosité en Inde représente la transition nationale la plus significative de la qualité par pénétration vers la classification VG. Le calendrier est le suivant :

• 1950 : Première publication de IS 73 avec classification par qualité de pénétration (40/50, 60/70, 80/100, etc.)
• 1962 : Première révision avec des classes de pénétration élargies et des tableaux séparés pour les bruts cireux et non cireux
• 1992 : Deuxième révision introduisant des essais de performance (rapport de pénétration, teneur en paraffine, viscosité à 60°C et 135°C, pénétration retenue après TFOT)
• 2006 : Troisième révision — le changement crucial — la classification est passée de la pénétration à la viscosité. Quatre classes VG établies : VG-10, VG-20, VG-30, VG-40. Le nombre d’essais de spécification réduit de 14 à 7.
• 2013 : Quatrième révision introduisant :
  • Des plages de viscosité (au lieu de valeurs minimales uniques)
  • Des valeurs minimales de pénétration à 25°C (au lieu de plages)
  • Un tableau de sélection des classes basé sur le climat lié à la température maximale moyenne de l’air sur 7 jours
  • L’essai de ductilité rendu non obligatoire

La spécification IS 73:2013 est désormais la norme de référence pour tout bitume routier en Inde. L’Indian Oil Corporation (IOCL) et d’autres grands raffineurs ont commencé à commercialiser du bitume de qualité VG à partir de toutes les raffineries en août 2009. Les qualités par pénétration (30/40, 40/50, 60/70, 80/100, 100/120) ont été effectivement remplacées, bien que certains projets hérités puissent encore spécifier des qualités par pénétration.

Autres spécifications nationales

Afrique du Sud : Utilise un système similaire au VG mais avec des modifications locales (spécifications SANRAL). Les classes comprennent les qualités par pénétration 40/50, 60/70, 80/100 aux côtés des classes basées sur la viscosité.

Australie : Utilise un système basé sur la viscosité avec des classes exprimées en Classe 170, Classe 320, Classe 600, Classe 1000 (où les nombres représentent la viscosité approximative en poises à 60°C pour le résidu vieilli).

Europe (EN 12591) : Utilise principalement la classification par pénétration, avec des exigences supplémentaires pour les caractéristiques de performance. Le système EN n’a pas adopté la classification VG mais a développé le système basé sur PG (EN 14023 pour les liants modifiés aux polymères).

États-Unis : Le système PG (AASHTO M 320) a largement remplacé à la fois la classification par pénétration et par viscosité pour les nouvelles constructions. Cependant, l’ASTM D3381 (Standard Specification for Viscosity-Graded Asphalt Binder) reste en vigueur et est référencée dans certaines spécifications héritées.

Moyen-Orient : De nombreux pays (EAU, Arabie Saoudite, Qatar, Koweït) spécifient à la fois les qualités par pénétration (60/70, 40/50) pour la construction générale et les qualités PG pour les projets majeurs. Le VG est moins courant mais est de plus en plus reconnu en raison de l’influence des entrepreneurs indiens.

10. Pertinence pour l’inspection

Pour les inspecteurs de chaussées aéroportuaires et les ingénieurs d’assurance qualité, comprendre les liants VG est essentiel pour plusieurs raisons :

Vérification de la classe de liant

Lors de l’inspection de la construction bitumineuse d’un aéroport, l’ingénieur doit vérifier que le liant livré correspond à la classe VG spécifiée. Cela implique :

1. Examen des certificats d’essai de la raffinerie : Chaque lot de liant doit être accompagné d’un certificat de la raffinerie attestant de la conformité à la norme IS 73:2013 (ou à la norme applicable) pour la classe spécifiée.
2. Échantillonnage et essais indépendants : Des échantillons doivent être prélevés du camion de livraison sur le site du projet et envoyés à un laboratoire accrédité pour des essais de vérification. La viscosité absolue selon ASTM D2171 et la viscosité cinématique selon ASTM D2170 sont les principaux essais.
3. Surveillance de la température : Le liant doit être stocké et manipulé à des températures appropriées (typiquement 150–180°C pour VG-30 et VG-40) pour éviter un vieillissement ou une dégradation prématurée.

Indicateurs sur le terrain d’une classe incorrecte

Lors de l’inspection de la chaussée, les signes suivants peuvent indiquer une sélection incorrecte de la classe VG ou des problèmes liés au liant :

• Orniérage dans une chaussée neuve (dans les 1 à 2 premières années) : Le liant peut être trop mou (VG inférieur au requis) ou la teneur en liant peut être excessive
• Ressuage / flush : Excès de liant remontant à la surface, indiquant un liant trop mou pour le climat ou une teneur en liant excessive
• Désenrobage / dégradation : Perte de granulats à la surface, indiquant une mauvaise adhésion liant-granulat ou un liant trop dur pour un enrobage correct
• Fissuration prématurée (thermique ou par fatigue) : Peut indiquer un liant trop dur pour le climat (classe VG trop élevée)
• Enrobé fragile lors du compactage : Difficulté à atteindre la densité cible, peut indiquer une viscosité cinématique à 135°C trop faible pour la température de malaxage

Fréquence des essais

Pour les projets aéroportuaires, la fréquence d’essais suivante est recommandée :

Contrôle de la température du liant pendant la construction

Les liants VG ont des exigences de température spécifiques pendant le malaxage, le transport et le compactage :

Ces températures garantissent que le liant atteint la viscosité cinématique appropriée pour enrober les granulats lors du malaxage et pour atteindre la densité cible lors du compactage. Les températures exactes doivent être déterminées à partir de la relation viscosité-température du liant spécifique utilisé.

Documentation pour la conformité

Pour l’acceptation des chaussées aéroportuaires, la documentation suivante sur le liant VG doit être conservée :

1. Certificat d’analyse de la raffinerie pour chaque livraison
2. Résultats d’essais de laboratoire indépendants pour les échantillons de vérification
3. Bons de livraison du liant indiquant la température au moment du chargement
4. Registres des températures de malaxage et de compactage de la centrale d’enrobage
5. Carottes pour essais d’extraction et de récupération du liant (pour vérifier les propriétés du liant en place)
6. Tout rapport d’écart si des substitutions de classe de liant ont été nécessaires

Une documentation appropriée garantit que la chaussée est conforme aux exigences de la classe VG spécifiée et fournit un enregistrement pour une future enquête médico-légale si des dégradations de la chaussée se développent.

Références et lectures complémentaires

• IS 73:2013 — Paving Bitumen — Specification (Fourth Revision), Bureau of Indian Standards
• ASTM D2171 — Standard Test Method for Viscosity of Asphalts by Vacuum Capillary Viscometer
• ASTM D2170 — Standard Test Method for Kinematic Viscosity of Asphalts
• ASTM D3381 — Standard Specification for Viscosity-Graded Asphalt Binder for Use in Pavement Construction
• AASHTO M 226 — Standard Specification for Viscosity-Graded Asphalt Cement
• FAA AC 150/5370-10 — Standards for Specifying Construction of Airports (Item P-401)
• ICAO Doc 9157 — Aerodrome Design Manual, Part 3 — Pavements
• UFGS 32 12 15.13 — Asphalt Paving for Airfields
• IndianOil Bitumen Specification Sheet — Viscosity Grade Bitumen per IS 73:2013