La Craie

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Caractéristiques physiques et mécaniques de différents types de craie Rôle de la structure microscopique POSITION STRATIGRAPHIQUE ET PÉTROGRAPHIE MACROSCOPIQUE Sachant que le faciès « craie » se limite à l'intérieur du Bassin parisien aux étages stratigraphiques du Crétacé supérieur, nous avons sélectionné dans cet ensemble des craies suffisamment caractéristiques sous l'angle pétrographique. Nous avons éliminé en particulier celles qui présentaient les particularités suivantes : — composition polyminérale trop accusée : les craies sableuses, glauconieuses ou phosphatées, les craies argileuses (marnes), les craies magnésiennes ou ferrifères, les craies siliceuses (gaizes) (certaines d'entre elles ont néanmoins été étudiées sommairement, à titre de référence) ; — diagenèse trop accusée : les craies noduleuses, ayant subi une recristallisation trop importante qui permet de les assimiler à des calcaires (également envisagées marginalement). Dans ces conditions, les craies étudiées tant en Haute- Normandie que dans les régions du Nord et du Pasde-Calais entrent toutes dans les limites suivantes (tableau II) : — teneur en CaC0 3 > 94,5 %, — teneur en MgO ou Fe 2 0 3 < 4 %. L'analyse des résidus solides par diffractométrie de rayons X ou par analyse thermique différentielle montre que toutes ces craies contiennent des argiles, dont les mieux représentées sont la montmorillonnite, argile gonflante, et l'illite muscovite, caractéristiques d'un milieu confiné basique. TABLEAU II Stratigraphie, analyse chimique, lithologie des craies étudiées Origine Analyse chimique ( %) Position stratigraphique CaCOs MgO Fe 2 0 3 P2O3 M Analyse des résidus solides IM Haute- Normandie Pacy-sur-Eure Incarville Sauqueville Rouvray Belbeuf Région parisienne Saint-Cloud Santonien sup. Campanien inf. Coniacien inf. Coniacien moy. Turonien Campanien sup. 97,1 98,9 98,4 96,9 96 + + tr. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Région du Nord Pas-de-Calais Le Catouillage, RN 1 Autoroute A 27 Trith-Saint-Léger Picardie Malincourt Serain Coniacien moy. à sup. Coniacien sup. Santonien inf. Turonien sup. Coniacien moy. (base) Turonien sup. 98,4 98,5 94,5 98,5 97,6 1,8 0,5 + + + + + + + + + + + Morval Combles Feuillères Coniacien moy. Santonien moy. 96,8 96,8 97,1 0,1 3,45 M Q IM F A : montmorillonnite : quartz : illite muscovite : feldspath : autres (surtout hydroxydes de fer) + : peu abondant \ + + : abondant I par rapport à l'ensemble + + + : très abondant ( du résidu sec tr. : traces ) 26
Les limitations imposées sur le plan minéralogique ont amené un resserrement de l'échelle stratigraphique, en particulier par élimination des craies le plus souvent polyminérales du Cénomanien. Aussi, tous les faciès étudiés se rapportent-ils aux étages du Turonien et du Sénonien, qui constituent d'ailleurs les 5/6 environ de la série crayeuse du Bassin parisien. Influence de la minéralogie sur le comportement des craies Nous avons vu que nous nous étions efforcés de nous limiter le plus possible aux craies typiques, dans lesquelles les minéraux autres que la calcite ne peuvent jouer un rôle important. <strong>La</strong> comparaison des tableaux I et II montre que ce résultat a été atteint dans la majorité des cas, puisque les faibles différences de teneur en CaC0 3 constatées ne se traduisent pas par des différences significatives du comportement. Contrairement même à ce que l'on pourrait penser, une mauvaise « qualité » géotechnique s'accompagne souvent d'un pourcentage élevé de CaC0 3 . Il en va ainsi des craies de Sauqueville et de la RN 1. Ceci indiquerait que, tout au moins dans ce registre minéralogique, ces faibles variations de teneur en résidu n'ont pas de répercussion notable sur la « qualité » de la craie. De même, la plus ou moins grande abondance relative de montmorillonnite ou d'illite dans le résidu ne se traduit pas de manière significative dans le comportement du matériau correspondant. Nous tenterons dans le chapitre « Les <strong>Craie</strong>s atypiques », d'analyser plus eu détail le rôle des minéralisations secondaires dans le comportement de la craie, et de définir à partir de quel pourcentage ce rôle ne peut plus être considéré comme négligeable. Les craies retenues peuvent donc être considérées comme monominérales, homogènes. Il est donc possible de comparer leurs caractéristiques physiques et mécaniques à partir d'un seul paramètre pétrographique : la texture 4 . PRINCIPALES PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ET MÉCANIQUES Les études préalables à la réalisation des terrassements n'avaient pu permettre, le plus souvent, d'identifier clairement le matériau sous l'angle géotechnique, et par conséquent de prévoir son comportement. Les essais employés, soit de reconnaissance in situ (sismique réfraction), soit de laboratoire (granulométrie - limites d'Atterberg - essai de compactage - teneur en eau) donnaient en effet des mesures très dispersées et le plus souvent ininterprétables. 4. Nous utiliserons désormais le terme texture, le terme structure étant réservé aux arrangements atomiques. Il a donc paru intéressant de reprendre ces études sur la base de la comparaison des résultats de plusieurs essais réalisés dans des conditions bien définies, de manière à obtenir chaque fois une moyenne représentative et une étude de la dispersion. Le problème était en effet de savoir si aux différences de comportement géotechnique pouvaient être comparées des différences dans les caractéristiques intrinsèques des matériaux. Sur chacune des craies retenues ont donc été réalisés les essais les plus courants concernant les caractéristiques physiques et mécaniques des sols et des roches : — mesure de la teneur en eau naturelle (w„) — densité de la roche sèche (yd) — vitesse de propagation d'ultra-sons sur échantillons {V l vitesse longitudinale) — résistance à la compression simple R c . Ces essais rapides et peu onéreux ont été autant que possible réalisés un nombre de fois permettant pour chaque type de craie une analyse de fréquence des mesures. Cette méthode nous a paru en effet indispensable, compte tenu de la dispersion parfois élevée observée avec certains essais, ou sur certains types de craie. Il devient ainsi possible de comparer entre eux ces différents types, et d'établir des corrélations entre les essais. Ayant constaté que le degré de saturation en eau pouvait avoir une influence considérable sur les résultats de différents essais, de même que sur le comportement en chantier, nous insisterons particulièrement sur cet aspect qui revêt une très grande importance en géotechnique. En dernier lieu, nous évoquerons rapidement les résultats obtenus par ailleurs concernant l'étude du comportement de la craie soumise à des contraintes mécaniques en laboratoire. Cet aspect, qui concerne la craie en tant que « roche » au sens géotechnique du terme, et qui est plus directement lié à des applications spécialisées, n'entre pas en effet directement dans le cadre de la présente étude, dont il constitue un prolongement ; il sera étudié plus en détail dans les articles suivants. Identifications par les essais courants Pour chaque type de craie et pour chaque essai (hormis R c ) a été réalisé un minimum de vingt mesures, à partir desquelles ont été calculés la moyenne, l'étendue (intervalle de variation), l'écart type et le coefficient de variation. Les mêmes essais ont été effectués, à la fois sur des échantillons à teneur en eau naturelle, des échantillons saturés et des échantillons desséchés. Les vitesses de propagation d'ultra-sons ont été mesurées suivant les trois axes médians de chacun des échantillons étudiés. Les valeurs exprimées se rapportent donc à un minimum de soixante mesures par type de craie. 27
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