Formulation et caractérisation d'émulsions à base de liant biosourcé, et analyse rhéologique des mastics

Le laboratoire TIMR (Transformations Intégrées de la Matière Renouvelable) est un des huit laboratoires de l’Université de Technologie de Compiègne (UTC). Il dispose d’un savoir-faire et de compétences dans les procédés et réactions de transformation de la matière renouvelable, en particulier dans l’optimisation de l’usage des ressources et le renouveau des procédés industriels, en lien avec une démarche de développement durable. Dans ce cadre, l’équipe Interfaces et Milieux Divisés (IMiD) développe des axes de recherche relatifs à la caractérisation microscopique, mésoscopique et macroscopique des milieux divisés (émulsions, mousses, tensioactifs, poudres), à leur mise en œuvre (par fluidisation, atomisation…) et à leur mise en forme (agglomération, encapsulation, fluidisation…), via des approches expérimentales et numériques.

Une émulsion de bitume est une dispersion de gouttelettes de bitume, produit issu de la distillation du pétrole, dans une phase aqueuse contenant un tensioactif d'origine naturelle ou synthétique. Elle est utilisée dans la formulation des enrobés bitumineux à froid, des matériaux routiers appliqués pour l'entretien des chaussées ou à des fins structurelles. Comparée à la méthode traditionnelle des enrobés bitumineux à chaud, la technique d’enrobage à l’émulsion est économe en énergie car elle ne nécessite pas de chauffage des granulats ni du liant. De plus, son impact environnemental est réduit, puisque l'émulsion est appliquée à température ambiante, évitant ainsi les émissions de fumées.

Compte tenu du contexte environnemental et géopolitique actuel, il est crucial de réduire la dépendance au pétrole. De plus, les réserves de combustibles fossiles s'amenuisent, rendant cette ressource de plus en plus coûteuse et moins viable à long terme. Pour relever ce défi, plusieurs solutions innovantes ont été proposées, notamment la formulation de liants biosourcés. Ceux-ci sont produits à partir de biomasse issue de déchets de bois ou de végétaux, d'huiles usagées ou de déjections animales. Ils peuvent être employés soit comme agent modificateur du bitume (taux de substitution < 10 %), soit comme diluant (taux de substitution de 10 à 75 %), soit comme alternative au bitume (taux de substitution entre 75 et 100 %). Des recherches récentes se sont concentrées sur la formulation d'émulsions à base de ces bio-liants. Leur substitution au bitume permet de réduire la consommation d'énergie liée à l'émulsification, de valoriser un matériau biosourcé peu coûteux et, par conséquent, d'optimiser la réduction de l'impact environnemental. De plus, le vieillissement du bio-liant est limité, la fabrication de l'émulsion étant réalisable à température ambiante. Toutefois, de nombreuses questions se posent, notamment l’impact de l’origine du liant biosourcé sur les propriétés des émulsions, les interactions chimiques entre le tensioactif et le bio-liant, la méthode de formulation des émulsions biosourcées, ou encore leur stabilité dans le temps.

Le stage, conduit en partenariat avec une entreprise routière française et dans le cadre de l’alliance européenne SUNRISE, vise à formuler des émulsions pour la construction routière composées majoritairement de bio-liant et d’évaluer leur application potentielle sur les chaussées. La première partie des travaux sera réalisée à l'Université de Technologie de Compiègne (UTC) et consistera à caractériser les bio-liants préalablement choisis selon des critères techniques et environnementaux, puis à formuler plusieurs émulsions en faisant varier les proportions des constituants, l'outil et la vitesse d'émulsification, ainsi que les températures des phases aqueuse et liant. Ces émulsions seront caractérisées suivant des essais conventionnels et leurs propriétés seront comparées à celles d'une émulsion de référence à base de bitume. À l'issue de ce plan expérimental, deux émulsions seront sélectionnées. La seconde partie du projet sera menée à l'Università Politecnica delle Marche (Italie). Elle a pour objectif de formuler des mastics, c'est-à-dire des mélanges composés d'une émulsion et de particules minérales fines. Ces mélanges simulent le revêtement appliqué sur les chaussées routières. Plusieurs mastics seront élaborés en faisant varier la nature des fines, le type d'émulsion, le rapport massique émulsion/fines, la température et le temps de maturation, et leurs propriétés rhéologiques seront mesurées.

Le stage sera réalisé au sein de l’unité de recherche TIMR (Transformations Intégrées de la Matière Renouvelable) de l’UTC (Université de Technologie de Compiègne) et du laboratoire Transport associé au département Génie Civil, Construction et Architecture de l'Università Politecnica delle Marche (https://dicea.univpm.it/en/). Des dispositions financières sont prévues pour les déplacements vers l’Italie et le logement sur place.

• Etudiant(e) en M2 ou en dernière année d’école d’ingénieurs en physico-chimie, formulation ou matériaux
• Connaissances en physico-chimie des interfaces souhaitées ;
• Connaissances des polymères biosourcés appréciées ;
• Intérêt pour le travail expérimental, avec rigueur scientifique, autonomie et esprit d’initiative.