Détermination des fonctions chimiques des bitumes par spectrométrie IRTF

La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourrier (IRTF) permet, via la détection des vibrations caractéristiques des liaisons chimiques, d’effectuer l’analyse des fonctions chimiques présentes dans l’échantillon analysé. Elle est utilisée pour classer la composition des bitumes en termes de fonctionnalités (aliphaticité, aromaticité, substitution, ramification…) et permet de suivre l’état d’oxydation des bitumes après vieillissement [Doumenq, 1989 ; Ramond, 1990 ; Pieri, 1994 ; Mouillet et al, 2010 ; Durrieu et al, 2007 ; Mouillet et al, 2008].

Le vieillissement des bitumes correspond à un phénomène d’oxydation qui se traduit essentiellement par l’apparition de fonctions carbonyles (C=O) vers 1700 cm^-1 et de fonctions sulfoxydes (S=O) vers 1032 cm^-1 [Petersen, 1986] (figure 4).

L’état d’oxydation des bitumes est évalué en déterminant la surface du pic d’absorption caractéristique de la fonction C=O et de la fonction S=O.

 Les spectres infrarouges sont réalisés à partir de films minces de bitume étalés sur une lame transparente aux rayonnements infrarouges (KBr, CsI,...) préparée selon une méthode mise au point par Pieri et al. (Pieri, 1994 ; Mouillet et al, 2010]. Afin de palier les problèmes liés à la détermination du trajet optique dus aux variations d’épaisseur de film de liant et aux coefficients d’extinction dans le cas des systèmes chimiques complexes, les aires calculées sont utilisées dans des rapports indicateurs de la proportion relative des différentes espèces chimiques entre elles (i.e. CH aromatiques/CH aliphatiques, ...) ou de la proportion relative au sein de l’échantillon (i.e. CH aliphatiques/somme des aires des bandes intégrées, ...). Ce type d’approche, permet une détermination  semi-quantitative des fonctions considérées [Doumenq, 1989 ; Ganz et al, 1990 ; Pieri, 1994 ; Mouillet et al, 1999].

En supposant que les groupements éthyles (CH₂) et méthyles (CH₃) ne sont pas significativement touchés par le vieillissement, les indices carbonyle et sulfoxyde, permettant le suivi de l’oxydation du bitume, sont déterminés comme suit :