Un liant d'asphalte de mauvaise qualité - la colle qui maintient les routes ensemble - peut laisser les routes sujettes à la fissuration par temps froid. Crédit :Shutterstock
L'avenir semble sombre pour les sables bitumineux du Canada. Mais étant donné le besoin continu du monde de routes lisses et sûres, il y a de l'espoir pour l'industrie. Le liant d'asphalte fabriqué à partir de bitume de sables bitumineux est la colle idéale pour maintenir ensemble les 40 millions de kilomètres de routes du monde, et cela peut être fait de manière durable, économique et écologique.
Avec la transition mondiale vers les véhicules électriques en cours et l'engagement du Canada en 2021 de réduire les émissions de gaz à effet de serre de 40 à 45 % sous les niveaux de 2005 d'ici 2030 pour respecter ses obligations en vertu de l'Accord de Paris, le Canada utilisera moins de combustibles fossiles, en particulier des importations et des produits améliorés, y compris ceux des sables bitumineux de l'Alberta.
Environ 10 % des émissions actuelles du Canada proviennent de l'extraction et de la valorisation du bitume brut des sables bitumineux, soit environ 70 millions de tonnes par an. À l'échelle mondiale, environ 70 à 80 % des émissions de gaz à effet de serre proviennent de la combustion de combustibles pour l'électricité, le chauffage et les transports, et de l'industrie.
Notre groupe de recherche a étudié la performance du cycle de vie des routes en asphalte au cours des 30 dernières années, fournissant des informations remarquables sur les avantages relatifs du liant simple de l'Alberta, produit avec un raffinage minimal et sans mise à niveau. La production de liant d'asphalte à partir de bitume brut de l'Alberta peut de manière réaliste réduire de 40 à 60 % les émissions de gaz à effet de serre liées à la combustion et au cycle de vie des sables bitumineux.
Un asphalte de mauvaise qualité entraîne davantage de réparations
Le bitume de l'Alberta a une faible teneur en cire, ce qui le rend hautement souhaitable pour la production de liants d'asphalte. La faible teneur en cire signifie que la chaussée peut être recyclée et recyclée à nouveau, soutenant une véritable économie circulaire.
La durée de vie des chaussées est en déclin en raison du trafic intense, des températures extrêmes et de l'utilisation incorrecte de matériaux récupérés pour réhabiliter et reconstruire les anciennes routes. L'utilisation de technologies dites vertes, par exemple de l'huile moteur recyclée peu coûteuse, offre une satisfaction à court terme au détriment de la performance à long terme.
Image de microscopie électronique à balayage environnemental, avec des huiles plus légères partiellement évaporées montrant les asphaltènes emballés. La structure rigide en forme d'éponge empêche le liant de s'écouler à des températures froides, entraînant éventuellement des fissures, des effilochages (désintégration lente) et des écaillages (fissuration, rupture ou écaillage des bords). Crédit :Simon Hesp
Les agences de transport gouvernementales ne sont pas incitées à utiliser des liants plus solides. Pourtant, la fissuration de la chaussée peut être réduite de 30 à 50 % en construisant des routes qui maximisent l'utilisation de liant droit et pur de l'Alberta.
Cela permet aux propriétaires d'infrastructures municipales, provinciales et étatiques du monde entier de réduire les budgets de construction et de réhabilitation, de réduire les retards de déplacement et les coûts associés et d'améliorer la sécurité.
Les liants sont des matériaux complexes
Deux composants du liant influencent la durée de vie des routes :les asphaltènes et les cires. Les asphaltènes sont de grosses molécules qui confèrent au liant une force de cohésion (la capacité de l'adhésif à se maintenir ensemble) et une force adhésive (la force entre l'adhésif et un autre matériau), mais l'empêchent de s'écouler à des températures froides. Les cires de paraffine sont souvent un composant naturel de l'asphalte, présentes en quantités variables selon la source du brut utilisé pour fabriquer le liant.
Le liant est un mélange d'asphaltènes solides et de cires dans une matière huileuse. Lorsque la teneur en cire est élevée, les asphaltènes ont tendance à se séparer des huiles et à se tasser plus étroitement. Un liant à haute teneur en cire est plus rigide à basse température, ce qui réduit l'adhérence et favorise la fissuration. Un liant optimal a un minimum de cire et a une composition plus ou moins uniforme.
Un classeur de mauvaise qualité coûte cher
Les spécifications de construction pour l'asphalte échouent souvent à identifier les liants peu performants. Plus de quelques liants de qualité inférieure sont actuellement utilisés dans la construction routière au Canada. Les pétroles bruts des sables bitumineux ont la plus faible teneur en cire de toutes les sources et peuvent produire des liants de qualité supérieure.
Performances optimales du classeur Alberta de qualité supérieure. Crédit :Simon Hesp
Les liants de l'Alberta de diverses qualités fonctionnent bien seuls, sans additifs, tant qu'ils sont utilisés avec de bonnes conceptions de chaussée. Cependant, l'ajout de fibres de PET (polyéthylène téréphtalate) provenant de bouteilles en plastique recyclées peut renforcer considérablement l'asphalte.
Par exemple, une section d'essai d'asphalte de 12 ans dans le nord de l'Ontario, construite avec un liant de qualité supérieure de l'Alberta et modifiée avec 0,3 % de fibres de PET recyclées ne montre pratiquement aucune détérioration aujourd'hui. On s'attend à ce qu'il ait une durée de vie utile d'environ 38 ans; une amélioration significative par rapport aux cycles de performance historiques de 15 à 25 ans.
La production de liant d'asphalte à partir des sables bitumineux de l'Alberta réduira non seulement les émissions de gaz à effet de serre de l'industrie de 40 à 60 %, mais peut également prolonger la durée de vie de la chaussée de 30 à 50 %.
Les demandes de carburant et d'asphalte vont dans des directions opposées
Aujourd'hui, environ 2 à 5 % du pétrole brut est transformé en asphalte et le reste est transformé en combustibles. À mesure que les réglementations gouvernementales s'orientent vers la réduction des émissions de gaz à effet de serre, les entreprises qui extraient et/ou produisent du pétrole brut verront leur demande baisser et seront poussées à créer des produits qui n'ont pas besoin d'être raffinés ou qui ne seront pas brûlés. Les pétroles bruts légers et moyens ne peuvent pas répondre à la demande de liant d'asphalte dans un scénario net zéro 2050, faisant du bitume un concurrent sérieux pour une utilisation comme liant d'asphalte.
Le monde compte près de 40 millions de kilomètres de routes, dont 65 % sont goudronnées. Les routes asphaltées sont plus sûres que les routes non asphaltées et sont plus économiques pour un plus grand volume de trafic.
Le volume de routes non revêtues dans le monde présente une formidable opportunité économique. La tarification du carbone et les crédits accéléreront la transition du bitume. La production de liants bitumineux hautement performants à partir de bitumes bruts de l'Alberta, en particulier ceux extraits par des procédés in situ qui nécessitent une plus petite surface, peut permettre à l'industrie des sables bitumineux de rester viable.
L'Alberta a suffisamment de bitume pour approvisionner l'industrie mondiale de la construction de routes pendant plus de 100 ans si les entreprises de sables bitumineux détournent environ 50 % de chaque baril pour produire du liant d'asphalte.
