LA PETROGRAPHIE : OUTIL PRATIQUE POUR LA CARTE D IDENTITE DES MATERIAUX D ORIGINE ET RECYCLES, AU SERVICE DU CONCEPT DE DEVELOPPEMENT DURABLE

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1 1 LA PETROGRAPHIE : OUTIL PRATIQUE POUR LA CARTE D IDENTITE DES MATERIAUX D ORIGINE ET RECYCLES, AU SERVICE DU CONCEPT DE DEVELOPPEMENT DURABLE ir ROGER VAN ROSSUM M. de LE HOYE Résumé Samenvatting La pétrographie ne se limite pas qu à la description des roches, de par sa méthodologie, fabrication d une lame mince, elle peut être appliquée à l ensemble des matériaux constitués de minéraux bien souvent cristallisés. Cette dernière a été utilisée et est d un précieux apport notamment dans l étude des pathologies des bétons. Elle ne se limiterait pas qu à ce dernier domaine dans le monde des bétons bitumineux, une cartographie sous forme de carte d identité serait également d un précieux apport pour l utilisation des matériaux recyclés en vue d un développement durable. De petrografie beperkt zich niet tot de beschrijving van rotsen. Dankzij zijn methodologie, via de fabricatie van een fijn plaatje, kan de petrografie ook van toepassing zijn voor allerlei materialen samengesteld uit, meestal gekristalliseerde, mineralen. Dit laatste is hier gebeurd, en ze levert een belangrijke inbreng voor de studie van de pathologie van beton. Ze beperkt zich niet op dit domein tot de wereld van het asfaltbeton; een cartografie onder de vorm van een identiteitskaart zou ook een waardevolle inbreng zijn voor het gebruik van gerecycleerde materialen met het oog op een duurzame ontwikkeling. Quelques applications de la pétrographie appliquée au domaine routier sont également développées à titre d exemple pour montrer combien celle-ci par une simple description peut éviter des problèmes importants, inattendus lors de la mise en œuvre. Elle permet de désigner les éléments tels le goudron, l amiante. Een paar toepassingen van de petrografie in de wereld van de wegenbouw worden ook ontwikkeld als voorbeeld om te tonen hoe deze door een eenvoudige beschrijving belangrijke problemen kan vermijden, die onverwacht zijn bij de start van de werken. Ze laat toe de aanwezigheid van elementen zoals teer, asbest en dergelijke aan te wijzen.

2 2 Introduction La pétrographie, science au service des géologues à l origine principalement pour déterminer les différents types de roches et les différents minéraux cristallisés composant celles-ci fait appel à une vieille méthode utilisant les techniques de la microscopie optique. Ce fut une technique simple, l ancêtre de la microscopie électronique qui n a pas encore livré tous ses secrets notamment pour les matériaux modernes de synthèse (béton, béton bitumineux, ). De plus cette méthode ne nécessite pas de gros investissements dans des appareils très sophistiqués, seulement un bon microscope standard de recherche. Le microscope à polarisation peut être complété par des analyses en fluorescence et en infrarouge, avec des équipements complémentaires sur le microscope de base. L analyse d une lame mince d une épaisseur de 30 microns est obtenue à partir d un échantillon quelconque prélevé souvent à partir d une carotte ou d un bloc pour les matériaux durs. Quand aux matériaux friables, il faut au préalable les imprégner de résine époxy ou anciennement baume de Canada pour conserver leur structure. Avec la résine transparente l on y ajoute un colorant fluorescent de façon à pouvoir étudier pas mal de paramètres que seule la fluorescence met en évidence. La fabrication de la lame mince nécessite une adresse et un doigté particuliers de l opérateur. 1. Que peut nous apporter la pétrographie A l origine essentiellement déterminer le type de roche et l inclure dans une classification standard normalisée. Par extension comprendre l origine et la formation de la roche, mais là ce n est plus de la pétrographie au sens sensu stricto mais de la pétrologie. A l heure actuelle on concocte un cocktail pour l analyse des autres matériaux dont le béton ou le bitume. Le béton étant essentiellement composé de granulats, ciment, sable et eau, cette technique nous permet d analyser séparément tous ces composants et même non seulement l étude de ces matériaux sains mais également, des matériaux malades. Du fait de bien connaître les composants à l origine du béton l on peut prévoir différentes réactions pathologiques, carbonatation, sulfatation, réactions alcalis-silice, Contrairement aux idées répandues le béton n est pas un matériau complètement inerte mais comme le dit les cimentiers le béton vit A l heure actuelle ou l on parle du concept d un matériau durable, toutes ces techniques de lames minces ont toute leur signification et bien sûr leur raison d être. Ceci reste particulièrement vrai dans l étude des matériaux recyclés. On ne met pas en œuvre n importe quels matériaux avec n importe quoi, attention aux réactions qui pourraient se produire suivant les milieux naturels. N oublions pas qu un des gros destructeurs de nos

3 3 routes reste l eau (Punch-out, fissurations avec réactions alcalis-silice, ) et toujours l eau, le déclencheur de beaucoup de réactions. La pétrographie est donc l outil indispensable donnant une carte d identité réelle du matériau. Elle est même incontournable dans le cadre du concept de la durabilité évoqué par l ensemble de la communauté scientifique. 2. Concernant les possibilités de la pétrographie, une application essentielle dans le contrôle des matériaux mis en oeuvre est plus que nécessaire pour les fonctionnaires routiers. Ci-dessus nous avons parlé de la qualité d un béton routier mais un paramètre essentiel : le rapport E/C peut être défini par la pétrographie. Il en est de même pour les matériaux bitumineux où le pourcentage des SBS (styrènes) peut également être mis en évidence de même que leur homogénéité. La démarche dans ce genre d interprétation est une démarche naturaliste, surtout qualitative mais non quantitative. Actuellement quand un matériau nous est présenté, on a une fiche technique présentant le matériau et ses caractéristiques physico-mécaniques, mais l on ne dispose pas d une carte d identité réelle du matériau. C est seulement ces dernières années (depuis 1980) que les granulats font l objet d études pétrographiques poussées. De même que pour la certification des carrières, des études pétrographiques destinées à comprendre le milieu géologique sont exigées. Ceci nous permet de comprendre l environnement, de trier par exemple les bons bancs des mauvais bancs en carrière. Dans le cadre des fiches techniques des matériaux naturels ou recyclés la certification n exige actuellement que les caractéristiques physico-mécaniques, mais il serait souhaitable que les phénomènes chimiques, soient également identifiés et pris en compte, dont par exemple étude de la carbonatation, de la sulfatation, des réactions alcalis-silice, pour les matériaux mis en oeuvre dans la construction. Ceci est particulièrement important pour la mise en œuvre des matériaux recyclés (par exemple ne pas mettre des roches pyriteuses (sulfures) ou gypseuses (sulfates) qui font parties de lots pris sur d anciens sites pollués ou sur des chancres industriels. Le recyclage est à l ordre du jour partout, il faut d autant plus être attentif au futur comportement des matériaux mis en œuvre d où, une fois de plus la nécessité de bien les identifier correctement et simplement. Pour les industries chimiques le programme reach est en cours de réalisation, il en devrait être de même pour les matériaux mis en œuvre. L aspect physico-chimique n est surtout pas à négliger, une réaction sulfatique au sein d un béton mis en eau sulfatée et à une température de 4 peut conduire à des réactions irréversibles, pour une route ou par un ouvrage d art. La carbonatation peut provoquer des dégâts au niveau des armatures. (ouvrages d art, terrasses d immeubles, ).

4 4 De notre avis outre les caractéristiques physico-mécaniques bien connues par les nombreux tests engendrés et subis il conviendrait en outre de mettre en évidence les risques physicochimiques dont certains matériaux pourraient faire l objet et cela en fonction de leurs applications environnementales. On met du lait de chaux à Haïti et on met de la chaux vive pour stabiliser les sols en Belgique. Là encore les techniques microscopiques utilisées en pétrographie sont une piste à ne pas négliger. Dans un système de qualité ces techniques ont également toute leur place bien qu il reste toujours un élément de subjectivité. A notre grand regret ces méthodes d analyse qualitative simple sont de plus en plus négligées par nos institutions, en effet quels sont encore les laboratoires agréés utilisant ces techniques. Il est malheureusement constaté que même beaucoup de laboratoires universitaires ont abandonnés les études pétrographiques et pétrologiques par suite de la suppression en faculté des sciences de l ancienne licence en sciences géologiques (Bruxelles-Louvain- Mons). L ancien service Géologique de Belgique est rattaché aux services des sciences naturelles. A notre connaissance il existe peu ou moins de spécialistes dans ce domaine, alors que nous avons vu avec ce qui précède l importance de ces techniques. Ceci suppose tant du point de vue interprétation que fabrication d une longue expérience qui ne s improvise pas en un jour. Cristaux de taumasite dans béton de sousfondation autoroute A7 Granulat réaction alcali-silice en cours

5 5 Basalte à augite (Haïti) Sable (quartz) et scories Basalte de Lissingen (Eifel) Pore avec ettringite secondaire Béton sain E/c ~ 40 Béton carbonaté vue du front de carbonatation

6 6 Remplissage d une fissure par du gel epoxy Basalte à feldspaths et plagioclases Gneiss Croix-Valmer massif des Maures Béton de hourdis carbonaté Liège Gneiss feldspathique à biotite Béton carbonaté d un immeuble à Herstal

7 7 Gneiss à biotite (mica noir) Béton sain : E/c ~ 40 Béton sain E/c ~ 0,45 à E/c ~ 0,50 Taumasite dans sous-fondation béton autoroute A7 Microdionite quartzifare Quenast (Porphyre) Taumasite gonflante A7

8 Scorie EAF 8