Résumé
Le projet POP a débuté en octobre 2022 et se terminera en octobre 2026. Il est co-financé par l’agence national de la recherche.
(contrat ANR-22-CE43-0010)
L’objectif de POP est de formuler un liant alternatif au bitume d’origine pétrolière traditionnellement employé pour la construction des chaussées souples. Il s’agit de faire face à une raréfaction inéluctable de la ressource qui conduit déjà à des ruptures d’approvisionnement de plus en plus fréquentes. Il est envisagé d’étudier un matériau alternatif pour une substitution totale mais également partielle.
Afin de contribuer à la diminution de l’impact environnemental de la construction des chaussées, le liant alternatif développé dans le projet POP sera évalué en synergie avec les techniques de recyclage des chaussées anciennes et en lien avec des techniques moins énergivores employant le liant sous forme d’émulsion.
Les impacts du projet seront de deux ordres : d’abord il est attendu que cette solution puisse permettre le stockage pour de nombreuses années de grandes quantités de carbone renouvelable et ensuite il est attendu que le projet POP permette de répondre à la demande sociétale de mobilité dans un monde sans pétrole.
Pour formuler ce matériau alternatif, l’idée principale est d’utiliser des sous-produits lipidiques (résidus d’extraction d’huile alimentaire, déchets agroalimentaires lipidiques, huile alimentaire usagée …).
Les ressources employées dans POP n’ont pas encore fait l’objet de valorisation en technique routière pour une substitution totale du bitume. Il s’agira donc d’une première expérience mondiale de recherche sur ce sujet. Des résultats préliminaires obtenus par les partenaires de POP ont permis de mettre en évidence un procédé de formulation basé sur la fonctionnalisation des acides gras et sur la production d’un gel lipidique par l’emploi d’un agent de consistance, lui-même biosourcé. Cette stratégie innovante doit être rationalisée afin d’être en mesure de moduler et d’optimiser les états rhéologiques visés. De plus, une nouvelle piste de valorisation de biomasses de type ligno-cellulosique est envisagée pour compléter la stratégie déjà initiée et ainsi avoir accès à de nouvelles formulations biosourcées qui bénéficieront d’une biomasse abondante et à bas coût.
D’un point de vue scientifique, il s’agira d’étudier la modification chimique (association chimique et/ou physique d’amas moléculaires) des biomasses lipidiques et lignocellulosiques pour créer de nouvelles entités moléculaires avec lesquelles il sera possible d’atteindre les états rhéologiques visés. Une montée en échelle est prévue par l’utilisation d’un réacteur pré-industriel permettant de produire assez de matière pour effectuer les essais de formulation conventionnels sur enrobés routiers. Le liant alternatif biosourcé devra avoir le comportement typique d’un liquide viscoélastique thermosusceptible doté d’un forte capacité à dissiper les contraintes sous sollicitation mécanique.
Plusieurs types de valorisation seront explorés en lien avec les problématiques environnementales de la construction routière : le recyclage par voie « chaude » où le bio-liant sera mis en œuvre à haute température (typiquement 150°C) en mélange avec des agrégats d’enrobés (issus de route en fin de vie) et la voie « froide » où le liant sera utilisé (entre 20°C et 60°C) sous la forme d’émulsion huile dans eau. Finalement, les matériaux produits au cours du projet feront l’objet d’une évaluation technique, avec notamment des essais de résistance au vieillissement et à la biodégradation, mais également environnementale via une analyse du cycle de vie et des tests d’écotoxicité.
Abstract
POP project started in october 2022 and will be ended in october 2026. POP is funded by the French National research agency.
(under the agreement ANR-22-CE43-0010)
POP’s objective is to formulate an alternative binder to petroleum bitumen traditionally used in the construction of flexible pavements. The goal is to anticipate the unavoidable scarcity of bitumen coming from fossil resources, which has already led to increasingly frequent supply disruptions. We want to develop an alternative material for a total and also partial substitution of petroleum bitumen.
In order to contribute to the reduction of the environmental impact of pavement construction, the alternative binder developed in POP will be evaluated in synergy with old pavement recycling techniques and in connection with less energy-consuming techniques using the binder in emulsion form. The impacts of the project will be of two types: first, we expect that this solution will enable the storage of large quantities of renewable carbon for many years in the biobinder, then, we expect to answer to societal demand for mobility in an oil-free world.
To formulate this biobinder, the main idea is to use lipidic by-products (edible oil extraction residues, lipidic agri-food waste, used edible oil, etc.). The resources used in POP have not yet been used in road construction for a total substitution of bitumen. It will therefore be the first worldwide research experiment on this subject. The partners of POP in a preliminary study have demonstrated that it was possible to formulate a biobinder based on the functionalization of fatty acids and on the production of a lipidic gel by adding a biobased consistency agent. This innovative strategy must be rationalized in order to be able to modulate and optimize the target rheological states required. Thus, the upgrading of the lignocellulosic biomass is considered to complete the strategy already initiated that will lead to new biobased formulations which will benefit from an abundant and low cost biomass. From a scientific point of view, we will study the chemical modification (chemical and / or physical association of molecular clusters) of lipidic and lignocellulosic biomasses to create new molecular entities to reach the target rheological states (thermosusceptible viscoelastic liquid). A scale-up is planned using a pre-industrial reactor allowing to produce enough material to perform conventional formulation tests on road mixes. The alternative biobased binder should have the typical behavior of a thermosusceptible viscoelastic liquid with a strong ability to dissipate stresses under mechanical loading.
Then, to obtain the final biomaterial, different solutions will be explored in connection with the environmental issues of road construction: either recycling by “hot” route where the bio-binder will be used at high temperature (typically 150°C) mixed with asphalt aggregates (from roads at the end of their life) and the “cold” route where the biobinder will be used (between 20°C and 60°C) in the form of an oil-in-water emulsion. Finally, the biomaterials produced during the project will be subject to a technical including aging and biodegradation resistance tests, but also environmental assessment via a life cycle analysis and ecotoxicity tests.