Caractérisation des propriétés du bitume oxydé afin d'évaluer ses risques d'ignition

Les accidents, incendies et explosions, imputés aux activités d'application du bitume fondu sur les toitures, sont fréquents. La problématique touche à des accidents d'envergures diverses : accidents mineurs des réservoirs mobiles, blessures graves résultant de l'exposition aux vapeurs, incendies, explosions et mort d'ouvriers lors d'activités de chauffage. Dans de nombreux cas, la surchauffe du bitume et l'accumulation de gaz à l'intérieur des réservoirs mobiles sont à l'origine de ces accidents. Les difficultés liées à la manipulation du bitume peuvent se résumer à une méconnaissance des propriétés physico-chimiques du produit et ses risques d'inflammation, couplée à des lacunes au niveau des critères techniques importants dans la conception de réservoirs mobiles de bitume. Ce projet vise donc à :  Déterminer les propriétés physico-chimiques les plus importantes du bitume oxydé, telles que la densité, la viscosité, la chaleur spécifique et leur variation avec la température.  Caractériser les propriétés d'inflammabilité du produit : point d'éclair, température d'auto-ignition et concentration limite d'oxygène.  Modéliser le mécanisme de décomposition thermique du produit dans un analyseur thermogravimétrique et déterminer les énergies d'activation et les vitesses de réaction.  Caractériser les composés organiques volatils émis par le bitume à haute température, par un protocole d'analyse couplant la chromatographie en phase gazeuse à la spectrométrie de masse. Les résultats indiquent que les températures d'opération des réservoirs mobiles (200-230 °C) sont dangereusement proches des points d'éclair (300-320 °C). La température d'auto-inflammation (430-440 °C), bien que plus élevée, peut être atteinte à la surface des éléments chauffants. La concentration limite d'oxygène (15-16 %) peut être atteinte à l'intérieur des réservoirs mobiles, durant les opérations de déchargement du produit, quand les réservoirs sont ouverts et donc en contact avec l'atmosphère. L'analyse thermogravimétrique de la décomposition thermique du bitume oxydé montre que le bitume est pyrolysé en trois étapes, la première ayant lieu entre 200 et 250 °C, la deuxième entre vi 300 et 350 °C et la dernière à des températures supérieures à 400 °C, avec des énergies d'activation respectives de 52 kJ mol-1, 132 kJ mol-1 et 228 kJ mol-1. Pour les températures d'opération des réservoirs mobiles (200-230 °C), les pertes de masse peuvent être importantes (3% pour la pyrolyse). Ceci indique que la concentration de gaz à l'intérieur des réservoirs mobiles peut devenir importante et atteindre les limites d'explosivité. L'analyse par GC-MS des gaz émis par le bitume à haute température montre la présence d'alcanes à grand nombre de carbones. Ces hydrocarbures constituent un risque important d'auto-inflammabilité et d'explosion. De plus, leur présence à basse température suggère que leur concentration pourrait augmenter pendant le chauffage. La présence de composés soufrés, tels que les benzothiophènes et les naphtothiophènes, implique qu'ils peuvent s'accumuler dans l'espace situé au-dessus du bitume et réagir avec la rouille et conduire au sulfure de fer pyrophorique.