limons et lss

par J. LEPLAT Gologue

Chef de la Section Gologie au Laboratoire Rgional de Lille.

Expos prsent aux Journes de la Gologie Applique aux problmes des Ponts et Chausses, organises Rouen les 12,13,14 mai 1965 par le Laboratoire Rgional de Rouen et

le Laboratoire Central des Ponts et Chausses

RSUM A L'INTENTION DES PRATICIENS

Les limons se dfinissent essentiellement comme des formations continentales ariennes et subariennes. Mais le mme terme dsigne galement les dpts fins de crues fluvitiles (limons d'inondation) et, en gotechnique no-tamment, la fraction granulomtrique interm-diaire entre sable et argile.

La recherche d'une classification valable du point de vue de la gologie conduit liminer successivement les critres stratigraphique et ptrographique pour ne retenir que le critre gntique et distinguer, avec G. Dubois, des limons luviaux, colluviaux t alluviaux.

Ls limons luviaux rsultent d'une < altra-tion sur place, avec remaniement nul ou fai-ble par les eaux mtoriques charges de gaz carbonique et d'oxygne. De ce type sont les rougeons, les limons panachs, les agaizes, les arnes, les lehms.

Les limons colluviaux rsultent d'un entra-nement des matriaux meubles sur les pentes, sous l'effet du ruissellement ou de la soli-f luxion.

Les limons alluviaux sont essentiellement reprsents par les limons oliens. Parmi ces derniers, les loess, accumulations de poussi-res transportes par le vent sous conditions climatiques particulires, font l'objet d'un para-graphe spcial.

Le terme de loess a t donn par les habi-tants de la valle du Rhin un limon jaune ple, calcarifre, doux au toucher, pulvrulent mats assez cohrent pour tenir en parois ver-ticales. Le gense de ces dpts et des dpts similaires connus un peu partout en France, fut d'abord trs discute, et ce n'est que vers 1870 que Von Richthofen mit l 'hypothse d'une origine olienne, maintenant accepte par tous.

Ainsi dfini, le loess typique est un loess massif, non stratifi, essentiellement constitu, du point de vue minralogique, d'une pous-sire de grains de quartz de 10 50 />, accom-pagne de carbonate de chaux et de minraux argileux.

2-1

B u l l . L i a i s o n L a b o . R o u t i e r s P. e t C h . n 2 9 - J a n v . - F v . 1 9 6 8 - R f . 3 9 2

La gense des loess est intimement lie aux glaciations quaternaires ; les priodes gla-ciaires offraient en effet des conditions mi-nemment favorables l'rosion et la sdi-mentation oliennes. Ainsi s'explique la rpar-tit ion gographique de ces formations, suivant deux bandes orientes Est-Ouest s'allongeant en bordure des fronts d'avance extrme des glaciers alpin et Scandinave.

* **

Deux remarques s'imposent avant d'aborder l'tude gotechnique de deux types de limons du Nord de la France :

Le mot limon n'a pas pour le gotechnicien le mme sens que pour le gologue. Il dsigne en effet une fraction granulom-trique intermdiaire entre sable et argile, et par extension une famille de sols o cette fraction prdomine.

Les limons au sens gologique du terme peuvent se rpartir en deux grands grou-pes. Le premier comprend les limons lu-viaux et colluviaux, formations le plus sou-vent htrognes et irrgulirement distri-bues ; au second appartiennent les limons loessiques, dpts relativement homognes et susceptibles d'une distribution rgulire dans le cadre d'une rgion.

* **

Les essais d'identif ication classiques (teneurs en eau naturelles, analyses granulomtriques, limites d'Atterberg) placent les limons loessi-ques dans les argiles peu plastiques de la classification L.P.C. ( W L 27 36 % - Ip 9 15). Les courbes de compactage se regroupent en un fuseau serr, la teneur en eau optimale Proctor Normal variant de 14 16 % pour une densit sche de 1,75 1,80 g/cm 3 . L'indice portant s'annule pratiquement pour une teneur en eau de 20 % ; il est toujours infrieur 5 aux teneurs en eau naturelles dans nos rgions.

Au point de vue chantier, les facteurs teneur en eau naturelle et climat sont essentiels car la sensibilit l'eau de ce type de sol est grande.

Les terrassements par beau temps ne posent que peu de problmes. Les limons loessiques sont en effet susceptibles d'un schage rela-tivement ais, qu'il suffit de facil iter (par exem-ple en travaillant en couches minces) pour atteindre la plage des teneurs en eau compa-tible avec un bon compactage ; dans ces conditions ces sols sont parfaitement utilisa-bles en remblais.

Malheureusement, une grosse averse suffit rendre le chantier impraticable aux engins de terrassement, surtout si le drainage de la plate-forme n'est pas assur pendant les tra-vaux (par exemple grce un profil en toit).

L'engin le mieux adapt au compactage des limons semble tre le rouleau pieds de mouton.

Un traitement la chaux vive permettrait vraisemblablement de rsoudre tous ces pro-blmes de terrassements, et notamment de rduire considrablement les arrts de chan-tier.

*

Les limons colluviaux drivs de l'argile des Flandres se placent galement dans la cat-gorie des argiles peu plastiques de la classi-fication, mais la limite des limons trs plas-tiques. Ces sols, beaucoup plus argileux que les prcdents, peuvent tre considrs comme inutil isables.

* **

La conclusion, axe sur les problmes de terminologie, propose de gnraliser l'emploi des termes gntiques et de rendre au mot limon son sens originel par l ' introduction de termes essentiellement granulomtriques tels que sablon, silt, poussire et poudre.

J. L.

On donne le nom de dpts superficiels toutes les formations issues de l'altration en milieu continental de roches prexistantes, cette altration pouvant ou non s'accompagner d'un phnomne de transport.

Au sein de ces dpts de couverture, limons et loess occupent une place importante, tant par leur extension la surface du globe que par l'intrt qu'ils suscitent dans un certain nombre de domaines. En effet, si pour beaucoup de go-logues ce manteau superficiel, masquant le substratum, constitue plutt une gne, il proccupe en revanche les gotechniciens, les gographes, les pdologues... sans oublier les prhistoriens.

LES TROIS SENS DU M O T LIMON

1 - LIMONS STRICTO SENSU

Pour L. Cayeux, on dsigne couramment sous le nom de limons, en donnant ce terme son accep-tion la plus comprhensive, des dpts meubles accu-muls l'poque pleistocne dans certains grands bassins fluvitiles, sous des influences encore sujettes discussion .

G. Dubois prcise : roches plus ou moins meu-bles et friables, tantt cohrentes, tantt pulvru-lentes, faisant parfois pte avec l'eau, pouvant contenir des graviers, des cailloux rouls, des concrtions, et recouvrant d'un manteau plus ou moins continu, sur les plateaux et sur les pentes, les roches de diffrents ges . Et, considrant, que d'une part l 'accumulation de ces limons est en relation avec les glaciations quaternaires, que d'autre part leur faune se compose surtout de gastropodes et de mammifres terrestres, il les dfinit comme des formations continentales ariennes et sub-ariennes .

Ces formations groupent :

des luvions, des colluvions, des alluvions (1).

Il - LIMONS D'INONDATION

Le terme de limon est galement attribu des dpts fins actuels, tels que les limons du fond des tangs et surtout les limons d'inondation ou de crues fluvitiles.

Ces limons s'apparenteraient plutt aux boues et aux vases fluvitiles.

III - LIMONS - SILTS

Ce terme exprime enfin, d'une faon trs gnrale, une fraction granulomtrique, mise en vidence par analyse mcanique, et trs variable suivant les au-teurs, mais dont les bornes extrmes sont 1 et 100 ^ (2 20 /x pour la classification employe par les Laboratoires des Ponts et Chausses).

Par extension, on donne le nom de limon tout dpt montrant une prdominance de cette fraction limoneuse .

Dans ce sens, le limon doit tre rapproch du silt anglo-saxon.

(1) Nous en excluons les alluvions fluvitiles ou limons d'inondation, en raison de leurs caractres trs particuliers : localisation dans les valles, sdimentation dans l'eau.

2-3

CHOIX D'UN C R I T R E

DE CLASSIFICATION

Cette classification, tout en restant valable dans un cadre local, n'tait pas susceptible de gnrali-sation. Nous verrons en effet dans le cours de cet expos qu'une succession stratigraphique de ce genre caractrise un type de limon bien particulier.

I - CRITERE STRATIGRAPHIQUE

Vers 1880, J. Ladrire, l'issue d'observations effectues dans le Nord de la France, tablissait une stratigraphie dtaille des terrains pleistocenes. Nous reproduisons dans le Tableau I sa classifica-tion, ainsi qu'une coupe releve par lui-mme dans les environs de Bavai.

TABLEAU I

-a Q. 3 ,

I I f

Limon suprieur (terre briques)

Limon sableux (Ergeron ou limon bariol)

GRAVIER SUPRIEUR

Limon gris-cendr succines et nodules d'oxyde de Mn

Limon fendill (schistode)

Limon sableux doux points noirs

panach

GRAVIER M O Y E N

c

Tourbe

Glaise

'5 I Diluvium et sable a

<

COUPE releve dans une tranche des environs de Bavai

limon feuil let rougetre

brun-

limon jaune d'ocre fin, sableux

limon blanchtre manganse

limon fendill, plus 0 argileux, plus fonc "~

a limon jaune clair, , sableux, trs doux - i

limon panach

limon tourbeux

limon gris-bleutre, trs argileux, trs plastique

Il CRITERE PETROGRAPHIQUE

Par la suite, d'autres savants firent appel des considrations minralogiques et physico-chimiques. Signalons dans ce domaine les recherches de L. Cayeux, V. Malycheff, V. Agafonoff et A. Demolon, pour ne citer que les auteurs les plus rcents, sur diffrents limons du Bassin Parisien.

L. Cayeux, examinant au microscope des coupes d'ergeron, y reconnat essentiellement une poussire de quartz, accompagn de calcite, d'argile et d'hy-droxyde de fer. Les minraux lourds reprsents sont le zircon, la muscovite, la magntite, la tour-maline, le rutile, la glauconie, l'anatase et l'amphibole hornblende.

Il note aussi une totale absence de classement se traduisant pour les grains de quartz par des varia-tions de dimensions de 1 500.

Ces caractres se retrouvent, avec de nombreuses variantes dans le dtail, chez les autres limons, excluant l'ide d'une classification lithologique.

Ill - CRITERE GENETIQUE

C'est pourquoi, finalement, nous retiendrons com-me critre de classification le mode de formation de ces dpts ; et avec G. Dubois nous envisa-gerons successivement les limons luviaux, les limons de ruissellement, les limons de solif luxion et les limons oliens.

CLASSIFICATION DES LIMONS

Nous adopterons le schma suivant :

1 - Limons forms par altration sur place du sub-stratum = limons luviaux.

2 - Limons forms par entranement d'lments sur une pente = limons colluviaux. a) par l'eau courante : l imons de ruissellement

( = limons de lavage) b) par la gravit : limons de solifluxion.

2-4

1

M H : haute terrasse, M, M : moyennes terrasses, B : basse terrasse, A : plaine alluviale actuelle, a 1, a*, a 3, a 4, a 5 : dpts successifs d'alluvions au cours du creusement de la valle, I 1 : limons anciens, I3 : limons loessiques rcents (ergerons lehmifis en surface), r : limons de ruissellement postrieur la formation des limons loessiques rcents

M

Fig. 1 - Coupe schmatique du flanc d'une valle du Nord de la France, montrant la rpartit ion la plus frquente des limons d'aprs G. Dubois.

3 - Limons forms par accumulation d'lments transports par un fluide en mouvement = limons alluviaux

par l'air : limons oliens (pour mmoire : par l'eau : limons d'inondation)

I - LIMONS ELUVIAUX

Ils sont le rsultat d'une altration sur place, avec remaniement nul ou faible .

Cette altration procde essentiellement de ph-nomnes chimiques : dissolution (calcaires) et oxy-dation (sels de fer) par les eaux mtoriques char-ges de gaz carbonique et d'oxygne. Elle est en gnral prpare par des agents physiques (chan-gements de temprature, de teneur en eau, de volu-me de l'eau) et biologiques (racines) qui assurent la dsagrgation de la roche-mre.

G. Dubois, qui a surtout envisag la France sep-tentrionale, y distingue, d'aprs leur aspect, les rougeons, les panachs, les agaizes, les arnes.

a) Rougeons (2)

Ils reprsentent le produit d'altration des roches calcaires : dissolution du calcaire et oxydation des sels de fer entranant la rubfaction.

De teinte brune rousse, plutt argileux, ils se rencontrent sur les plateaux calcaires parisien, nor-mand, picard, etc. et portent les dnominations locale de rougeon, rouget, argile rouge silex, bief, bief silex...

b) Limons panachs

L'altration, accompagne d'un faible transport, des roches dpourvues de calcaire engendre des limons gnralement htrognes, argilo-sableux,

gris panachs de roux. La panachure rsulterait d'une rubfaction plus rapide des zones plus per-mables (en fonction de la granulometrie ou des diaclases).

Dans le Nord de la France on retrouve ce type dans les limons trs argileux gris et roux, produits d'altration de l'argile des Flandres yprsienne et les limons sablo-argileux gris-vert t roux, produits d'altration du grs-tuffeau landnien (fig. 2-3-4

Fig. 2 - Carrire Bar-Flines-les-Roches.

Le marteau ~ 50 cm est plant la limite limons-argile,

en haut : limons argilo-sableux panachs gris-vert et rou i l l e ;

en bas : argile des Flandres gris-bleu (Yprsien).

Fig. 3 - Carrire de la Socit Nouvelle des Briqueteries du Nord, Templeuve. Limons-argilo-sableux panachs verdtre et rouil le reposant sur les sables landniens la limite d'extraction de l'argile des Flan-dres yprsienne. Ces limons sont utiliss comme terre briques. (la spatule mesure 0,22 m)

Fig. 4 - Fouilles de la Cit Scientif ique d'Annappes Superposit ion limon brun limon vert sur tuffeau landnien.

2-6

Fig. 5 - Carrire de la briqueterie An-nappes. Limon sur tuffeau. Limon peu pais d'ori-gine eluviale driv du tuffeau landnien sous-jacent. La spatule marque la limite approximative limon-tuffeau (le ruban est un mtre).

Lehm -

Fig. 6 - Ancienne carrire prs de Saint-Quentin - Remarquer le dbit prismatique de ce type de limon.

fcr Fig. 7 - Exploitation de terre briques Autoroute A1 Echangeur de Seclin.

2-7

e) Lehms a) Limons de ruissellement

Les lehms sont des limons luviaux particuliers, rsultant de l'altration sur place de limons calcaires d'origine olienne appel loess (ces deux termes, indissociables, s e r o n t prciss ultrieurement) (fig. 6).

Le calcaire, entran en dissolution par les eaux d'infi l tration, s'accumule dans les horizons sous-jacents sous forme de concrtions. Cette dcalcif i-cation s'accompagne d'une rubfaction par oxydation des sels de fer.

Les limons supr ieur (terre briques) (fig. y) et fendill de Ladrire sont de bons exemples de lehm.

Il faut remarquer que I" luvial pur est trs rare ; il volue naturellement vers le colluvial .

Il - LIMONS COLLUVIAUX

Sur les pentes, l'entranement des matriaux meu-bles, par les eaux de ruissellement seules ou par gravit, donne naissance aux limons de ruissellement et de solif luxion (fig. 8).

Fig. 8 - Grande carrire du Mont des Cats. Limops sableux, d'origine colluviale re-couvrant les pentes du Mont des Cats.

De tels limons se constituent partir de limons prexistants (limons luviaux, limons de solif luxion, loess) ou de roches meubles.

Un caractre distinctif de ces dpts est leur stra-tif ication. Au- fond des valles, ils peuvent alimenter la plaine alluviale, et passer latralement aux allu-vions d'inondation.

L'entranement de matires organiques arraches aux sols de vgtation se traduit souvent par la prsence de lits noirtres, ainsi que par une teinte grise obtenue par rduction des oxydes.

Les limons de ruissellement peuvent avoir tous les ges : ils se forment encore actuellement lors de violents orages. Cependant, certaines priodes climatiques trs humides ont d se montrer plus favorables leur accumulation (priodes intergla-ciaires ou postglaciaires).

Certaines coules argileuses de la Flandre, les coules sableuses descendues des dunes, sont bien reprsentatives de ce genre de limon.

b) Limons de solifluxion

Sur les pentes des valles crayeuses de Picardie s'observent des formations boullques crayeuses, mimant parfois une vritable craie, auxquelles on donne le nom de presle (Commont). Des coules d'argile silex, de dpts caillouteux s'y rencontrent galement, que le ruissellement seul ne peut expli-quer, mais qui par contre s'interprtent trs facile-ment la lumire des phnomnes de solif luxion.

Dans les rgions trs froides, mais dpourvues de glaciers, le sous-sol reste constamment gel (perglisol, ou tjle en Scandinavie). Pendant la saison chaude, le dgel affecte la partie superfi-cielle qui, si le sol est inclin, peut couler sur le substratum impermable, et donner naissance des coules de boues ou de pierres.

Certains auteurs voient dans les cailloutls des loess des tmoins de solif luxion, le matriel soliflu ayant pu tre par la suite dbarrass de ses l-ments fins^ par les eaux de ruissellement.

III - LIMONS EOLIENS Dans certains cas bien particuliers, le vent est un

agent d'rosion et de transport trs important.

Actuellement son action, quoique spectaculaire, est trs localise (plages de sable (3), dserts).

Les accumulations importantes de limons oliens, que nous allons maintenant tudier dans un chapitre particulier, relvent de conditions climatiques sp-ciales, propres certaines poques de l're quater-naire.

(3) Pour G. Dubois, le sable de dunes est un limon olien typique.

2-8

LE L S S

I - GENERALITES

a) Origine du terme de loess - Caractres du loess rhnan

Les habitants de la valle du Rhin ont donn le nom de loess (4) un limon jaune clair calcarifre doux au toucher, pulvrulent et cependant assez cohrent pour se maintenir en parois verticales.

De fins canalicules traversent la masse du loess ; ce sont les vides laisss par d'anciennes racines de plantes herbaces. Le carbonate de chaux peut en tapisser les parois et se prsenter alors sous la forme de petits tubes.

Il est galement susceptible de constituer des concrtions plus volumineuses appeles poupes de loess (lss kindel). Enfin, le loess est souvent fos-silifre ; on y dcouvre une faune de gastropodes terrestres parmi lesquels les genres Hlix, Pupa, Succinca (fig. p) sont les plus frquemment repr-sents.

b) Mode de formation et dfinition du loess

En France, des limons identiques au loess rhnan sont connus depuis trs longtemps ; ils portent des noms locaux, fauvet en Normandie (fig. w et n), ergeron dans le Nord de la France, qui sont rests dans le langage gologique.

Vers 1840, d'Archiac se servait dj du terme de loess pour qualifier les limons du Nord de la France et du Bassin Rhodanien ; mais l'origine de ces for-mations tait alors trs discute : dpts marins ou lacustres, dpts fluvitiles d'inondation, etc.

C'est Von Richthofen, en 1870, que revint le mrite d'en donner une explication satisfaisante. A la suite de recherches sur la terre jaune de Chine, il la considra comme une accumulation en pays de steppes de poussires transportes par le vent, et en fit l 'homologue du loess rhnan. Cette hypothse, accepte depuis lors par la majorit des gologues, contribua largement vulgariser le terme de loess et lui donner sa signification actuelle de Limon Eolien.

c) Limons loessiques - Complexes loessiques

Une formation loessique n'est jamais parfaitement homogne ; elle rvle des lits sableux, caillouteux, argileux, des zones dcalcifies et rubfies, qui marquent un arrt dans l'accumulation loessique, et s'expliquent par les phnomnes de ruissellement, de solif luxion et d'altration sur place.

C'est pourquoi certains auteurs ont introduit les notions plus gnrales de limons loessiques , ou de complexes loessiques , pour voquer les for-mations limoneuses dominante loessique.

(4) Ce terme, tir de l'allemand lose, exprime le carac-tre friable de ce dpt.

Fig. 9 - Sondages de reconnaissance - Autoroute A 25 -S-601. Fossiles de Loess (grandeur nature). Gastropodes terrestres appartenant aux genres Pupa, Succinea, Hlix.

Il - CARACTERES DES LOESS

a) Notion de loess typique On appelle loess typique un loess massif, non

stratifi, dont la majorit des grains de quartz cons-titutifs se rpartissent dans la fraction granulom-trique 1 0 - 5 0 /x. La proportion de carbonate de chaux varie de 10 30 %.

b) Constitution minralogique

b.i - Quarts

La fraction fine, de loin la plus importante, com-porte presque exclusivement des grains non uss, anguleux, trs souvent aplatis (clats).

Dans la fraction plus grossire, sableuse, les grains angles mousss prdominent.

Les grains bien arrondis, dpolis, caractristiques d'une intervention olienne, sont exceptionnels.

2-9

2-10

b.2. - Carbonate de chaux

Le carbonate de chaux est reprsent par : des lments dtritiques : dbris de craie, de

calcaires... de la calcite, dtrit ique ou de noformation,

sous forme de petits grains, de rhombodres. des concrtions.

Les concrtions sont de deux types :

en tubes, forms par accumulation du carbonate de chaux autour des racines de plantes herba-ces (5). Certains atteignent plusieurs cm de lon-gueur pour un diamtre de quelques mm. L'examen de ces tubes en lame mince montre des grains de quartz ciments par la calcite.

' en poupes du loess (figures 12, I J et 14) (en allemand lss kindel). Beaucoup plus grosses (jusqu' 10 cm dans leur plus grande dimension), elles prennent les formes les plus diverses. Leur constitution en lame mince est identique celle des tubes.

6.3. - Argile

Du point de vue de l'analyse granulomtrique, on a coutume de dfinir l'argile des loess comme la fraction infrieure une certaine limite (2 ^ pour la classification adopte par les Laboratoires des Ponts et Chausses). Cette fraction fine contient certaine-ment la plus grande partie des minraux argileux, mais elle recle aussi, dans le cas des loess, de minuscules grains de quartz, de calcite, ...

Les minraux argileux des loess europens

En Europe, les minraux argileux des loess sont essentiellement reprsents par l'illite et la chlorite. Pour G. Millot, leur origine serait purement mca-nique .

Caillre et Malycheff (1957), analysant une srie de loess du Bassin de Paris, y reconnaissent l'illite dominante, associe la kaolinite et un peu de montmoril lonite.

Millot, Camez et Wernert (1957), Camez et Roth (1957), Camez (1962), montrent la prsence dans les loess d'Alsace de l'illite et de la chlorite en parties gales.

Schroeder (1955) trouve dans les loess du Hano-vre de l'illite et des interstratifis i l l i te-montmoril lo-nite.

' Altration des loess en lehms

En Alsace, l'altration des loess se traduit par une dgradation de la chlorite, entranant des variations de la composition argileuse : l'illite devient domi-nante. Un stade d'altration plus pouss conduirait

(5) Ou dans les vides qu'elles ont laisss.

Fig. 12 - Concrtion calcaire des limons du sondage S 1 de la carrire de la tuilerie de Beuvry.

Fig. 13 - Concrtion calcaire des limons de la carrire de la tuilerie de Beuvry - la cassure laisse voir les fentes de retrait.

Fig. 14 - Concrtions calcaires des limons du sondage S 1 - Wattrelos.

2-11

TABLEAU II

(1) Environs de Cambrai Plateau de Vil lejuif

(1) carrire Lafontaine

Loess

Hohnheim environs

de Strasbourg (2) Loess

Loess de Chihli (3)

loess dcalcif i loess

Plateau de Vil lejuif

(1) carrire Lafontaine

Loess

Hohnheim environs

de Strasbourg (2) Loess

Loess de Chihli (3)

S i 0 2 72,92 66,38 59,46 54,36 55,70

Aua 9,47 8,32 7,54 8,05 13,27 F e 2 0 2 5,29 2,71 2,42 2,34 5,10

FeO 0,71 0,40 0,71 0,78

MnO 0,09 0,08 0,07

MgO 0,83 0,77 0,96 3,55 2,37

CaO 0,82 7,66 12,52 14,41 7,15

N a 2 0 0,92 1,52 1,16 1,68 1,51

K 2 0 1,80 1,65 1,63 1,97

T i 0 2 0,98 0,58 0,78 0,60

P 2 0 5 0,16 0,07 0,12 0,18

C 0 2 0, 5,26 8,58 12,03 8,20

2,70 1,45 1,80 1,55 H 2 0 3,20

3,62 3,02 2,26

100,31 99,87 100,01 100,72 97,28

(1) Agafonoff (2) Meigen et Schering (3) Lee

au remplacement de l'illite par la vermiculite, pour finalement aboutir la montmorll lonite (loess du Wisconsin - U.S.A.).

b.4. - Elments accessoires

Ils consistent en un certain nombre de minraux (autres que le quartz et la calcite) et dbris de ro-ches ; l'intrt qu'i ls suscitent s'explique par leur origine incontestablement dtrit ique.

Minraux accessoires

Leurs associations sont souvent caractristiques d'une rgion donne. Dans l'ergeron du Bassin Pa-risien, Cayeux reconnat le zircon en cristaux et en grains, la muscovite, la magntite, la tourmaline, le rutile (cristaux et grains), la glauconie, l'anatase, l 'amphibole hornblende.

Les loess du bassin rhodanien contiennent, en plus de ces minraux, l'pidote, la glaucophane, l'augite, le corindon, le grenat, la biotite, et des feldspaths...

L'tude de ces associations donne des indications prcieuses sur la provenance des loess.

Fragments de roches

Les fragments de roches, gnralement absents des loess typiques, se rencontrent surtout dans la fraction grossire des limons loessiques.

Leur origine est souvent locale : dbris de craie et clats de silex en pays crayeux, fragments de meulire (Brie) ou de calcaire (Beauce), sable grossier d'origine vosgienne en Alsace...

Cependant, certains lments peuvent se r-clamer d'une origine plus lointaine. C'est le cas des foraminifres remanis mis en vidence dans les loess du Bassin Parisien. Cayeux cite les genres fissurina, orbulina, et plus rarement, rotalia, globige-rina et textularia ; il les rapporte une craie turo-nienne ou mme cnomanienne qui n'affleure pas dans ces rgions.

2-12

4

c) Composition chimique Dans le tableau II f igurent les rsultats d'analyses

chimiques empruntes Agafonoff, Meigen et Sche-ring, Lee, et qui se rapportent des loess du Bassin Parisien, de la plaine rhnane et de Chine. Ces analyses font apparatre un certain nombre de caractres communs :

une prdominance de la silice : 60 % en moyenne,

un fort pourcentage en chaux et alumine, la prsence du fer et des mtaux alcalins.

Paralllement, l ' importance compare de ces l-ments prdominants semble lie la distribution gographique. Ainsi, les loess du Bassin Parisien seraient les plus siliceux, ceux de Chine les plus alumineux, et ceux d'Alsace les plus riches en ( C a - M g ) 0.

L'altration des loss en lehms, sous l'influence des eaux d'infiltration, se traduit par un enrichisse-ment en alumine et en fer, et par un appauvrisse-ment en (Ca - Mg) 0.

III - LE LOESS ET LES GLACIATIONS QUATERNAIRES

a) Les bases de la stratigraphie quaternaire (tableau III)

Il est impossible d'voquer le mode de formation des loess sans rappeler les notions lmentaires de la stratigraphie quaternaire.

a.i. - La coupure tertiaire-quaternaire

Deux faits essentiels la motivent : l'apparition de l'homme, un refroidissement gnral du globe (6) ayant

engendr l'aube du quaternaire le dveloppement de glaciers gants.

a.2. - Priodicit du phnomne glaciaire

Au cours du quaternaire, le dveloppement des glaciers a t priodique (en liaison avec les oscil-lations climatiques). On distingue en effet un certain nombre de phases d'extension ou glaciaires , correspondant un climat froid, spares par des phases de retrait ou interglaciaires , conscutives l ' installation d'un climat chaud.

0.3. - Les glaciers europens

En ce qui concerne l'Europe, les grands glaciers ont pris naissance d'une part dans les Monts Scan-dinaves, d'autre part dans les Alpes...

Au maximum de son extension, l'immense calotte glaciaire S c a n d i n a v e recouvrait une grande partie de la Russie et de la Pologne, toute l'Allemagne du Nord, la Hollande, et l'Est de l 'Angleterre. Les go-logues de ces pays admettent gnralement l'exis-tence de trois glaciations, dnommes Elster, Saale et Vistule (fig. 15J.

Quant aux glaces alpines, elles s'tendaient sur le Bas-Dauphin, la rgion lyonnaise jusqu'au pied du Massif Central, le plateau suisse et la majeure partie de la plaine bavaroise. Dans les Alpes bava-roises et souabes, Penck et Brckner ont reconnu les traces de quatre glaciations : Gnz, Mindel, Riss et Wurm).

b) Conditions de formation des loess

6.1. - On ne peut concevoir la formation du loess que sous un climat froid et sec, propre l ' implan-tation d'une steppe herbeuse o peuvent s'accumuler et se fixer les poussires transportes par le vent. Quant l 'origine de ces poussires, il faut la rechercher dans les rgions dnudes, favorables l 'rosion olienne.

Ces conditions taient ralises au cours des priodes glaciaires. Les dpts priglaciaires, sables, limons fluvio-glaciaires..., non recouverts par la vg-tation et soumis l'action de vents violents, se prtaient alors parfaitement l'rosion olienne et alimentaient les steppes loess.

L'examen de la faune des loess vient l'appui de ces ides. En effet, les mammifres y sont es-sentiellement reprsents par des rongeurs de step-pes : spermophile, gerboise (Alactaga), livre sif-f leur (Lagomys), marmotte (Arctomys marmotta, A. bobac) ou de toundras : livre des neiges (Lepus variabilis), lemming (Myodes torquatus).

A ces rongeurs s'ajoutent le mammouth (Elephas pnmigenius), le rhinocros laineux, narines cloi-sonnes (Rhinocros tichorhinus), ainsi que le renne (Rangifer tarandus).

b.2. - L o les zones rubfies intercales dans la masse d u loss, et qui sont en tous points iden-tiques au lehm d'altration superficiel, marquent une interruption dans la sdimentation loessique. Elles traduisent les phnomnes d'altration qui se dve-loppent sous un climat plus chaud, humide, plus ou moins analogue au climat actuel dans nos r-gions.

Ce type climatique caractrisait les priodes inter-glaciaires. Aux toundras dryas, aux steppes gra-mines avalent succd des forts de htres et de chnes, et sous cette couverture vgtale (voque dans de nombreux cas par l'existence d'un sol de vgtation fossile ) progressait la lehmification.

(6) En Europe Centrale, ce refroidissement, amorc ds l'Eocne, parait s'tre accentu progressivement pendant l'Ere tertiaire, pour atteindre un seuil critique au dbut du quaternaire.

2-13

TABLEAU STRATGRAPHIQUE DES PRINCIPAUX DEPOTS QUATERNAIRES

TABLEAU III

Extrait du manuel de STRATIGRAPHIE N. THEODALD et A. GAMA (1959) (les donnes prhistoriques ont t surajoutes)

Post glaciaire

4* glaciation

3 e glaciation

2e glaciation

1 r * glaciation

Faunes continentales

A I

E

a

oc I

T A

Glaciers alpins

W i KM

Loess L.

L. rcents

R i s s

V co

to ra

e 2 o d ' < u , - U- I C C

O

M l N D E l .

G U N Z

L. moyens

L. anciens

L. anciens

Alluvions du Rhin

suprieur infrieur

Basse terrasse

Haute terrasse

Graviers de Couverture

rcents

Sables de

Mauer

Nieder terrasse

Couches de Mnchen

Gladbach

Mittel terrasse

Couches de Krefeld

Haut-terrasse

Argi les de

Tegelen

Graviers de Couverture

anciens

Graviers anciens

Glaciers N. europens

V IST ILE

SAALE

Couche de Neede Paludines

Kl.STER

Dpts marins

Mer Littorines

lac Ancylus mer Yoldia

FLANDRIEN

EEMIEN couches

Tapes senecens et

Turritel les

Mer du Holstein

Cardium edule

Mer Yoldia artica

Terrasse de la Somme

Loess rcents

Basse terrasse

Loess anciens

Moyenne terrasse

Mdi terrane!

100 m

+ 5-6 rn

+ 15-20 m

m

I 130 200

te. TYKKIIENIEN I

A* 35-40 m

55-60 m

Donnes prhistoriques

.NOLITHIQUE

MAGDALNIEN

_ AURICNACIEN Moi STERIEN

AcilEl'l .EEN I f i n i

Ar . I IEl ' LEEN ( d b u t )

ABBEVII.IEN

Cail loutis du Sundgau

Couches de Reuver + 90-100 m

massifs montagneux de plus de 500 m d'alt itude,

glaciers actuels,

I l imite de l'extension maximum (moraines externes),

III l imite des moraines internes (3 e glaciation dite de la vistule),

F grandes moraines Scandinaves et salpausselka de Finlande : dbut de l'poque < fini-glaciale des go-logues Scandinaves,

P dbut de l'poque post-glaciale : le glacier Scan-dinave s'est divis en deux calottes manes des deux centres o subsistent encore des glaciers actuels.

Fig. 15 - Carte des extensions successives du glacier Scandinave (d'aprs De Geer, Wahnschaffe, Woldstedt) .

c) Rpartition gographique des loess europens A la lumire des glaciations quaternaires, on

comprend mieux la rpartition gographique du loess en Europe. Les dpts loessiques sont en effet disposs suivant deux bandes, orientes Est-Ouest, s'allongeant en bordure des fronts d'avance ex-trme des glaciers alpin et Scandinave, et se rejoi-gnant en Russie.

A la bande Nord appartiennent les loess de la Bretagne du Nord, du Bassin Parisien et du Nord de la France, de Belgique, de Hollande, d'Allema-gne...

A la bande Sud se rattachent les loess du Bassin Rhodanien, du plateau suisse, de la valle du Rhin, du bassin du Danube... (fig. 16).

d) Age des loess - Intgration dans la chronologie glaciaire

Partant du principe que chaque dpt de loess reprsente une priode glaciaire, et que chaque zone lehmifie correspond une priode interglaciaire, il devrait tre possible de reconstituer, travers les

2-15

Fig. 16 - Carte de la rpartition du loess dans le Bassin rhnan (d'aprs R. Grahmann)

MIHI rgions loessiques,

limite mridionale de la plus grande glaciation.

sries loessiques, toute l'histoire climatique du Qua-ternaire. Mais ceci suppose l'existence de coupes compltes, donc l'absence de lacunes de sdimen-tation ou d'rosion.

En fait, le raccordement des diffrentes coupes de loess entre elles, et surtout l ' intgration de ces dpts de loess dans la chronologie glaciaire, posent aux stratigraphes des problmes difficiles rsoudre.

Cependant on reconnat gnralement l'existence, tout au moins en France et en Allemagne, d'un * complexe loessique ancien >, rapport aux glacia-tions anciennes, trs profondment altr au cours d'une longue priode interglaciaire, et d'un loess rcent (ergeron du Nord de la France) peu altr, que l'on synchronise avec la dernire glaciation (de Wurm dans les Alpes, de la Vistule en Allemagne du Nord).

2-16

nl t S o l u t r e n

A u r i g n a c i e n s u p r i e u r P A u r i g n c i e n i n f r i e u r

C M o u s t r i e n s u p r i e u r

P

c' M o u s t r i e n s u p r i e u r

C z M o u s t r i e n i n f r i e u r

A c h e u l e n s u p r i e u r

A c h e u l e e n

A c h e u l e n

C * A c h e u l e n

C h e l l e n

P r e - c h e l l e e n

Fig. 17 - Coupe relle du quaternaire Saint-Acheul, deuxime terrasse de la Somme ; ait. 55 m. Le dernier lit quaternaire du fleuve est l'ait. 13 m (d'aprs Commont).

A, A 1 l imon de lavage. B, B \ B* ergeron B, D lehm d'altration. E loess ancien (limon doux points noirs), F limon sableux,

K sables fluviti les. L graviers de la deuxime terrasse,

P \ C ) c 1 /

\ niveaux caillouteux.

Pp ] C 1

Fig. 18 - Schma des relations entre les loess, les terrasses fluvitiles de la Somme et les faunes fossiles d'aprs F. Bordes.

L o e s s l e h e m a n c i e n

R e n n e

2-17

TABLEAU IV

terrasse de HANGENBIETEN - ACHENHEIM

Glaciations Coupe Stratigraphique Faune Climat Industries humaines Loess

3 e grand ravinement

Postglaciaire lehm

W U R M

loess rcent suprieur

lehm

loess rcent infrieur

Renne El. primigenius Rh. t ichorhinus petits Mollusques

Hlix hispida Succinea oblonga Pupa muscorum

Aurignacien

moustrien

Loess rcents

2 grand ravinement

humifre et noirtre au sommet lehm brun-rouge 5 m forte solif luxion

moustrien

RISS

loess ancien suprieur

lehm

loess ancien moyen

lehm loess ancien infrieur

Renne El. trogontheri El. antiquus

froid

tempr chaud

Levalloisien

moustrode

pebble-culture

Loess anciens

1 " grand ravinement

lehm rouge 1 4 m poches de cryoturbation

Mollusques El. antiquus

tempr forestier pebble-culture

MINDEL

Sables rouges d'origine vosgiennes intercalations de loess sableux anciens Sol i f luxion-cryoturbation

rares Mollusques

Renne froid

Loess sableux anciens

Interglaciaire GUNZ

MINDEL

Al luvions grises d'origine rhnane

nombreux Mollusques Hippopotamus amphibius Rhinocros etruscus

tempr chaud

Ainsi, en Allemagne, le loess rcent recouvre les moraines de la glaciation de la Saale, mais non celles de la Vistule. De mme, dans les valles du Nord de la France, les loess anciens ne recouvrent que les moyenne et haute terrasses, alors que les loess rcents s'tendent galement sur la basse terrasse. Les terrasses de la Somme nous fournis-sent un trs bel exemple de cette disposition (fig. ij et 18).

e) Un bel exemple stratigraphique : Hangenbieten-Achenheim

En France, le plus bel exemple stratigraphique est sans doute celui d'Achenheim, prs de Strasbourg.

Le complexe loessique, qui atteint dans ces r-gions 18 m de puissance, se subdivise d'aprs P. Wernert en trois sries de loess reposant sur des alluvions rhnanes. (Coupe fig. ip et tableau IV).

2-18

Fv, E : alluvions vosgiennes et dpts postglacires, GR 3 : troisime grand ravinement,

Lrs, LRi : loess et lehms rcents suprieurs et infrieurs : dernire priode froide (Wurm), le : l imon de culture,

GR 2 : deuxime grand ravinement, Las, Lam, Lai : loess et lehms anciens suprieurs, moyens et infrieurs,

GR1 : premier grand ravinement, l r : limon rouge : interglacire (Mindel-Riss),

Ls : loess et lehms sableux et alluvions vosgiennes : antpnultime priode froide (Mindel), Fr : sables et cail loutis d'origine rhnane.

Fig. 19 - Coupe schmatique des dpts quaternaires de Hangenbieten-Achenheim prs de Strasbourg (d'aprs P. Wernert).

P R O P R I T S G O T E C H N I Q U E S

DE DEUX TYPES DE LIMONS

DU NORD DE LA FRANCE

I - REMARQUES PRELIMINAIRES

Avant d'aborder la partie purement gotechnique de cet expos, deux remarques s'imposent :

a) la premire voque une difficult d'ordre ter-minologique. Le mot limon n'a pas pour le gotech-nicien la mme signification que pour le gologue ; il dsigne, indpendamment de toute considration d'origine, une fraction granulomtrique intermdiaire entre sable et argile, et par extension une famille de sols o cette fraction prdomine, et laquelle se rattachent un certain nombre de proprits physiques et mcaniques.

En consquence, le gotechnicien pourra confon-dre sous la mme dnomination une alluvion fluvia-tile limoneuse et un loess par exemple. Inverse-ment, le gologue pourra appeler limon tel sol trs argileux ou trs sableux que le gotechnicien quali-fiera d'argile ou de sable.

b) la seconde explique le plan adopt pour ce chapitre gotechnique, ainsi que la part trs impor-tante rserve dans ce travail aux limons loessiques. Du point de vue d'une ventuelle utilisation, on peut en effet rpartir les limons en deux groupes :

le premier groupe comprend les limons luviaux et colluviaux (auxquels on pourrait ajouter les limons d'inondation). Ces formations, de consti-tution souvent htrogne, sont trs irrgulires quant leur extension.

Elles peuvent avoir des caractristiques gotech-niques excellentes (certaines coules sableuses par exemple), mais sont inutilisables dans la plupart des cas.

2-19

ANALYSES G R A N U L O M E T R I Q U E S

100 [ 90 I SO 70 I 60 I 50 40 I 30 I 20 1 0

0 I 200 100 50 20 10 5 2 1 0,5 0,2 0,1 0,05 0.02 qOl S" 2 " 1 " 0,5" 0,2"

Ouverture intrieure d e s mailles des t a m i s ( Tam isage )

Diamtre quivalent (Sdiment omet rie)

teneurs en eau naturelles : 18 25 % granulomtries

plus gros lments : 0,2 mm passant 80 microns : de 90 % passant 2 microns : de 20 30 %

Limites d'Atterberg

Limites de Liquidit : 28 36 % Limites de Plasticit : 17 21 % Indices de Plasticit : 10 15 %

H zones des granulomtries des sols drainants

COURBES DE C O M P A C T A G E

2.10 2.00 V90 1,60 1,70 1,60

20

1 0

0

to 15 20 25 Teneur en eau

C O U R B E S DE P ORTANC E

10 20 2 5 Teneur en eau

Energie de compactage Teneur en eau optimum Densit sche

maximum

PROCTOR normal 14 16 % 1,75 1,80

PROCTOR modifi 10 13 % 1,91 1,96

\\\\Ys Energie PROCTOR normal

Energie PROCTOR modifi

INDICE PORTANT APRES 4 JOURS D'IMMERSION

Energie de compactage Indice portant maximum moyen Indice portant

maximum

PROCTOR normal ~ 6 10

PROCTOR modifi ~ 15 60

INDICE PORTANT Infrieur 3 aprs 8 jours d'immersion

Fig. 20 - L IMONS

Au second groupe appartiennent les loess, dpts gnralement homognes et susceptibles, dans une rgion donne, d'une distribution relative-ment rgulire. Sous certaines conditions, ils peuvent faire l'objet d'une util isation. (Voir chapitre b - appli-cation aux problmes de terrassement.)

Il - CARACTERISTIQUES GEOTECHNIQUES DES LIMONS LOESSIQUES

Il y a quelque temps, la Section Sols du Laboratoire Rgional de Lille avait dfini, sur la base de nombreux rsultats d'essais, un limon-type dont les principales caractristiques sont rsumes dans le tableau Limons (fig. 20).

La grande majorit des limons loessiques de la rgion, que nous allons maintenant tudier en dtail, s' inscrivent dans ce tableau.

a) Essais d'identification

Nous retiendrons surtout les essais suivants.

* La teneur en eau naturelle W n a t loess lehm : 20 23 % loess : 15 20 %

Cette teneur en eau peut tomber exceptionnelle-ment 12 % (cas d'chantil lons trs sableux) ; par contre la prsence d'une nappe aquifre la fait s'lever 25 % et plus.

2-20

Fig. 21 - Analyse granule-mtrique. Limons loessiques (Autoroute A2 - 3 e Section). Sondages pour Ouvrages d'Art.

Fig. 22 - Analyse granulomtrique. Limons loessiques (Autoroute A2 - 3 e Section). Sondages pour Ouvrages d'Art.

100 CAILLOUX GRAVIERS GROS SABLE S A B L E FIN L MON ARGILE ZT. k

90 ! S

t/> 1

4 \ \

UJ 0

! 1 \ 3 Z n

o 7 0 { i/l V \ h-< 60 l V A 2 5 0 i n U i

o 4 0 UJ

\\ \\ 2 5 0 i n U i

o 4 0 UJ

! 1 \

2 5 0 i n U i

o 4 0 UJ

I \\ 2 5 0 i n U i

o 4 0 UJ

1 \ \ o < 30 Z

I \ o < 30 Z

1 rUJ

J 20 1 s > rUJ

J 20 1 o a io o a io

0 200 100 50 20 10 0,* 0 ,2 0.1 50/J 20/J 10/J 5>J l p 0,5 p 0.2p O 250 125

m o d u l e AFNOR

63 25 12,5 . 6,3 2,5 1.25 0,5(mro)

fwi r^l RI f*7i' fiai mm f T i r ^ i i T T i D i a m t r e s q u i v a l e n t s ( J J )

S 7 - 5 , 9 0 a 6 , 1 0 m - I.p ; 8 . - S 5 - 3 , 2 0 i 3 , 5 0 m - t . p . 9 S 5 - 5 , 6 0 * 6 , 9 0 m - I .p : 10

- S 7 - 2 , 6 0 a 2 , 9 0 m - I _ p . l 2 S 6 - 1 . 0 0 1 , 2 0 m - I . p : 1 4

2-21

Fig. 23 - Place des limons tudis dans la Classif ication de Laboratoire des sols fins - diagramme de plasticit.

LA lan-limons trs argileux drivs de l'argile des FI dres.

LL : limons loessiques. LLS : limons loessiques sableux.

Le poids spcifique du sol humide (y) et sec (yd) y : 1,8 1,9 g /cm 3

yd : 1,5 1,6 g /cm 3

L'analyse granulomtrique et sdimentomtrique (fig. 21 Ct 22) Plus gros lments : 0,5 1 mm passant 0,080 mm : 85 95 % passant 0,002 mm : 15 30 % (gnralement plus de 20 % pour le loess lehm) fraction prdominante : 0,05 0,02 ou 0,01 mm.

Fig. 24 - Terrassement dans les limons - Autoroute A1 Fampoux. On, aperoit, en bas et droite de la photo, le substratum de craie blanche.

Fig. 25 - Terrassement dans les limons Section Roye-Bapaume.

Autoroute A1

Les limites d'Atterberg (fig. 23) loess lehm W L 31 36 Ip 12 15 loess W L 27 32 Ip 9 13

Pour les chantillons les plus sableux, la limite de liquidit (W L ) peut descendre 24 et l'indice de plasticit (Ip) 7.

Place de ces sols dans la classification L.P.C. *

Tous ces sols sont des argiles peu plastiques (Ap) (fig. 23).

b) Application aux problmes de terrassement (fig. 24 et 25)

b.i. - Compactage et portance

Nous nous contenterons de commenter les rsul-tats consigns dans le tableau limons (fig. 26).

Dans la gamme d'indices de plasticit (9 -15 ) , on obtient des courbes de compactage trs compara-bles qu'il est possible de grouper en fuseaux. Pour chaque fuseau, la courbe suprieure (yd 1,80 - W. PN 16 %) correspondrait plutt un indice de plas-ticit voisin de 15 (loess lehm), et la courbe inf-rieure (yd 1,75 - W. PN 14 %) un indice de plas-ticit voisin de 10 (fig. 27).

Dans certains cas de limons trs sableux, la den-sit sche obtenue peut tre beaucoup plus forte : yd 1,89 - W. PN 11,5 % dans l'exemple choisi (fig. 28).

L'indice portant s'annule pour une teneur en eau de 20 %. Aux teneurs en eau naturelles dans nos rgions, il est pratiquement toujours infrieur 5, et trs souvent infrieur 2.

* Classif ication des Laboratoires des Ponts et Chausses, drive de la classification U.S.C.S.

2-22

COMPACTAGE PROCTOR

Fig. 26 - Fouilles de la Cit Scientif ique Annappes.

Aprs une averse, l'eau stagne sur les limons.

Fig. 27 - Limons loessiques (Autoroute A2 - 3 e Section).

COMPACTAGE PROCTOR

Catgorie d u compactage Teneur en eau o p t i m u m

D ensi'te sc h e maxi mum

Proctor norm al 15,20

Proctor m o d if ie 14 ,00 1,92

Categorie du compactage Teneu r en eau

o p t i m u m Dens i t ' sche

max i mum

P r o c t o r n o r m a l 1 1 , 5 0 1,89

2,00

1,90

1,80

1,70

1,60

20

1 0

0

L Teneur e W na t . - V -2,0 Teneur en eau INDICE PORTANT C B . R .

2 0 Teneur en eau

Fig. 28 - Limons sableux.

2 00

1 9 0 .c 1 80

]~ 1 7 0

1 60

2 0

1 0

0

" s

10 15 20 Teneur en e au L _ _ _ w n a t .

I N D I C E PORTANT CB.R.

10 15 20 T e n e u r en eau

6.2. - Utilisation en remblais

L'utilisation en remblais est fonction uniquement de la teneur en eau naturelle, laquelle devra faire l'objet d'un grand nombre de mesures dans la zone intresse ; ainsi le loess lehm (W n a t . > 20 % ) est trs difficile mettre en uvre.

Le loess par contre pourra gnralement tre employ en remblais, mais en tenant compte du climat humide de nos rgions. En effet, la sensibilit l'eau de ces sols est trs grande, et voudrait que les terrassements se droulent en priode sche. Cependant, si au cours de l'excution des travaux le drainage de la plate-forme est parfaitement assur (profil en toit), cette dernire, aprs compactage, pourra subir quelques averses sans grand dom-mage.

On peut d'ailleurs signaler qu'un compactage peu pouss (par exemple rouleau pneus - faible pres-sion de gonflage) est souvent mieux adapt aux conditions habituelles de chantier.

Une amlioration peut tre apporte ces limons par un traitement la chaux, aux fins d'utilisation en remblai ou en couche de forme de chausse.

2-23

Fig. 31 - Essai consolid, non dran, l'appareil tr iaxial. Echantillon cylindrique H = 8 cm - 0 = 3,6 cm - Vitesse de cisail lement : 1,25 mm/mn (Autoroute A2 - 3 e Section -sondages pour ouvrages d'art).

Fig. 29 - C D - 5 0 - Prs de Jeulain -Talus subvertical, tail l dans les limons loessiques.

D'aprs une tude sommaire effectue par le Laboratoire de Lille, 3 % de chaux vive permet-traient d'lever l'indice portant de 1 18 (nergie Proctor Normal), la teneur en eau passant de 23 21 %.

Fig. 30 - Carrire de la Tuilerie Pre-mesques - Les limons, reposant sur l'argile des Flandres impermable contiennent une nappe aquifre. Les talus qui y sont tai l ls sont sujets glissements, les limons s'coulant com-me de la boue.

b.. - Talus de dblais

Le loess est assez cohrent pour tenir en parois verticales... lorsqu'il est sec (fig. 20) (les chemins creux trs encaisss sont caractristiques des pays de loess). Mais s'il repose sur une formation imper-mable (argile des Flandres par exemple), il contient videmment une nappe aquifre et les talus que l'on y taille sans prcaution sont sujets glissements (fig- 30).

En pratique, on peut admettre des pentes de talus de 1/1 dans un loess sec (teneur en eau naturelle infrieure 18 %) de 2/1 dans un loess humide ou un loess lehm (teneur en eau naturelle comprise entre 20 et 23 % ) . Lorsqu'elles sont satures, ces mmes formations ne tolrent bien entendu que des pentes beaucoup plus douces, moins qu'un sys-tme de drainage ne soit mis en place.

c) Essais relatifs aux problmes de fondations

c i . - Dtermination de la cohsion C et de l'angle de frottement interne

Bote de cisaillement (7) : C = 0,100 0,200 bar 9 = 20 30, avec

beaucoup de valeurs comprises entre 22 et 25. Appareil triaxial (fig. 31 et 32).

(7) Essais rapides, non consolids.

2-24

z * E

1,600

1,200

0,800

0,400

0

I I I L i m o n s l s s i q

ise p a s s e , a rg i l es ise

P r o f o n d e u r C r a i e g l a u c o n i e u s e

L i m o n

d e c a r b o n a t e

Fig. 34 - Sondages : P11 - Valle de l'Escaut Rouvignes A2 - 3 8 section.

Fig. 35 - Analyse granulomtrique - Limons argileux - Autoroute A. 25 - 6 e section (sondages de reconnaissance)

Cl \ L L O U X G R A V I E R S G R O S S A B L E S A B L E F I N L I M O N A R G I L E

N s \ V

^

\ N s -

1 . <

s *

s

100

3

7 0

60

50

0

30

20

10

20 0 /2 50/J 20/1 10/J 5 H I p 0,5 p 0.2p

m o d u l e A F N O R

125 63 25 12,5 6J 2,5 1,25 0 ,5 (mm)

r n r ^ T i r ^ i r*r i l i a i r ^ i i r n rm [2Z] rrn D i a m t r e s , e q u i v a l e n t s ( u )

5 . 9 . - 0 , 7 0 1,00 m - I . p . - 1 7 S . 1 8 - 0 .70 a 1.00 m - L p : 19 S . 4 - 0 , 7 0 a 1,00 m , l .p 2 2

S 1 6 - 0 , 7 0 1,00 m - I . p - , 2 2 S 19 e t 2 0 - 0 , 7 0 1,00 m - I . p : 2 4

2-26

CONCLUS IONS C O M P A C T A G E P R O C T O R

1. - Les d i v e r s e s c a t g o r i e s de l imons d i s t i n g u e s pa r les g o l o g u e s p e u v e n t , d u po in t d e v u e des g o -t e c h n i c i e n s , se r e g r o u p e r en d e u x g r a n d e s c l a s s e s : d ' u n e pa r t les l oess , e t d ' au t re pa r t un e n s e m b l e e s s e n t i e l l e m e n t h t r o g n e c o m p r e n a n t t o u s les a u t r e s l imons .

2. - O n ne sau ra i t t r o p i ns i s te r s u r la n c e s s i t d ' une m ise au p o i n t q u a n t l ' emp lo i du mo t l i m o n . D a n s ce t te o p t i q u e , on p o u r r a i t e n v i s a g e r , en g o -log ie :

C a t e g o r i e d u c o m p a c t a g e T e n e u r e n e a u

o p t i m u m D e n s i t s c h e

m a x i m u m

P r o c t o r n o r m a l 1 8 , 7 0 1,70

P r o c t o r m o d i f i e 1 3 , 3 0 1 ,91

2 0 T e n e u r e n e a u

3 0 ' / .

2.1. - O u b ien de m a i n t e n i r le m o t l imon , ma is u n i -q u e m e n t d a n s un sens t rs g n r a l .

O u b ien de le s u p p r i m e r p u r e m e n t et s i m p l e m e n t , ou t o u t au m o i n s de r e v e n i r sa s i gn i f i ca t i on o r i g i -ne l l e de d p t d ' i n o n d a t i o n .

2.2. - D e g n r a l i s e r les t e r m e s g n t i q u e s de l oess , l u v i o n e t c o l l u v i o n .

La d e s c r i p t i o n g r a n u l o m t r i q u e de c e s f o r m a t i o n s , qu i r e l v e p lu t t de la g o t e c h n i q u e , p o u r r a i t f a i r e a p p e l , pa r e x e m p l e , aux t e r m e s de s a b l o n (g ra ins de 20 100 jj. - B o u r c a r t ) de s i l t ( p a r t i c u l e s de 4 64 ,u, - M o o r h o u s e , Pe t t i j ohn , T w e n h o f e l , e tc . ) , de p o u d r e ( p a r t i c u l e s de 1 20 ^ - B o u r c a r t ) e t de p o u s -s i re ( pa r t i cu l es i n f r i e u r e s 50 p. - C a y e u x ) .

I N D I C E P O R T A N T C B . R .

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[16] THEOBALD N . et G A M A A . Stratigraphie Gologie gnrale et ptrographie. D o i n .

2-28

Rsum de la discussion qui a suivi l'Expos de J . Le plat

aux journes de la Gologie - Rouen 1965

par J. LEPLAT

Avant d'entrer dans le vif de la discussion, M . D U R R I E U voudrait connatre le sens exact du mot silt dans les pays anglo-saxons et notamment en Amrique.

M . A R N O U L D prcise que le silt exprime une dimension de particule comprise entre 4 et 64 microns.

M . S C H O N confirme cette rponse. Les Amricains dsignent par silt une fraction granu-lomtrique. Quant aux Allemands, ils ont tourn la difficult en employant les termes de schluff (= limon) et de schluffcorn (= grain de limon), ce dernier tant seul employ sur les feuilles d'analyse granulomtrique.

M . E L H A I remarque que la confusion ne de l'emploi du mot limon tantt au sens des gologues tantt au sens des gotechniciens a t signale depuis longtemps. Un mot fran-ais trs vocateur, le mot poudre , a mme t propos par M . B O U R C A R T .

M . B E R T H I F . R propose pour la suite de la discussion d'appeler silt une fraction granulomtrique dtermine, correspondant au schluffcorn allemand, et de garder au mot limon son sens gologique trs gnral. De Ftude de M. Leplat, il retient essentiellement qu'une grande partie du Nord de la France est recouverte par des sols, qui semble-t-il, ont une origine commune, des caractristiques minralogiques voisines, et surtout un comportement gotechnique trs analogue comme le montre le schma propos par le Laboratoire de Lille. En France, peu de matriaux prsentent simultanment une telle homognit et une telle importance conomique. Les limons intressent en effet tous les tronons d'autoroute prvus dans le Nord de la France. Et surtout, ils posent aux matres d'oeuvre de trs gros problmes d'utilisation, tel point qu'un certain nombre d'entre eux ont envisag, soit de les remplacer par des matriaux de meilleure qualit, soit de les traiter la chaux, toutes oprations extr-mement coteuses.

Au point de vue du comportement des limons au terrassement, il souhaiterait connatre Favis de ceux qui ont eu les manipuler, et en particulier de MM. Vivier et Vallemont.

M . V I V I E R ne fait pas de diffrence entre les diverses catgories de limons distingues dans F expos car, pour la plupart de ces sols, la teneur en eau est en gnral telle qu'on ne peut les compacter que trs difficilement. Sur le tronon d'autoroute Lille-Armentires on a pu les utiliser en les compactant au minimum , pour obtenir une densit en place de l'ordre de 95 % du Proctor normal.

2 - 2 9

Tous ces limons devraient pouvoir tre traits la chaux, mais aucune exprience n'a t faite dans le Nord (1).

M . D U R R I E U demande si l'on peut se contenter d'un certain rsultat, obtenu immdia-tement sans trop compacter, ou s'il faut penser aux tassements ultrieurs. Des constatations ont-elles t faites dans ce domaine ?

M . V I V I E R dplore le manque de constatations.

Pour M . B E R T H I E R , ne pas trop compacter est une solution qui vite certes d'engendrer des phnomnes comme le coussin de caoutchouc mais qui risque de provoquer des tas-sements plus ou moins longue chance. Et ce propos, des constatations sont absolument ncessaires,

M . V A L L E M O N T tire son exprience du compactage des limons de l'autoroute Paris-Lille, et plus prcisment de la section comprise entre la limite de l'Oise et Roye (dpartement de la Somme), ou de grandes quantits de limons ont t mises en uvre en 1964.

Les tudes de Laboratoire avaient laiss supposer que ces sols, dont la teneur en eau naturelle dpassait 20 % , ne pourraient tre rutiliss en remblais, mme dans des conditions de temps favorables. En fait, le temps exceptionnellement beau, alli la mthode dcrite ci-aprs, a permis une mise en uvre trs satisfaisante.

Les scrapers rpandaient le limon en couches extrmement minces, de manire en faciliter le schage. Les limons, en effet, par opposition aux argiles, sont susceptibles de scher rapidement, sous rserve bien sr que le soleil soit de la partie. Dans ces conditions, la mise en uvre a pu se faire sans ala, avec des densits en place correspondant l'optimum Proc-tor Modifi obtenu en Laboratoire.

M . D U R R I E U pense qu'il faut faire la part de Tanne exceptionnelle 1964 et ne pas en conclure que l'on va pouvoir recommencer. Cependant, il est trs important de savoir que, dans de semblables conditions, il suffit de travailler en couches minces pour obtenir un bon compactage.

M . V A L L E M O N T abonde dans ce sens : sur ce mme chantier de Vautoroute A 1, le travail des limons a t pratiquement impossible au cours des deux derniers mois. Mme un traite-ment la chaux pose des problmes car Veau stagne dans les ornires laisses par les engins de terrassement.

M . L A C R O I X apporte quelques prcisions aux donnes fournies par M . V A L L E M O N T . Toutes les coupes excutes dans les dblais ont montr l'existence d'un lehm pais d'environ 1,50 m surmontant un loess typique. Le lehm est toujours humide, sa teneur en eau naturelle variant de 18 20 % . Le loess par contre est beaucoup plus sec, sa teneur en eau naturelle pouvant s'abaisser 12 % .

Au point de vue des fondations d'ouvrages, cette notion de loess et de lehm est gale-ment importante : des essais de chargement ont en effet montr que les loess admettaient des taux de travail double de ceux des lehms.

En conclusion, il insiste sur Vutilit de ces distinctions d'ordre gologique dans la conduite des tudes. Il rappelle galement Vimportance que peut prsenter la connaissance de la gense d'un dpt. Ainsi les limons argileux panachs, que l'on trouve sur les pentes de certaines collines et qui proviennent du remaniement des argiles tertiaires, montrent-ils une stratification incline trs nette, lie leur mode de dpt. De tels plans de stratification sont autant de surfaces de glissement potentielles.

(1) Des essais ont t effectus depuis lors ainsi qu'en tmoigne l'article du Laboratoire Rgional de Lille dans le prsent Bulletin.

2-30

M . D U R R I E U , propos des diffrences de teneurs en eau entre lehm et loess, demande si celles-ci se reproduisent d'une saison Vautre, d'une anne l'autre. Les observations faites ne portent-elles que sur une seule campagne ?

M . L A C R O I X rpond que les chiffres avancs par lui ont t fournis par le Laboratoire cTArras Fissue de trois campagnes de teneurs en eau dans les dblais, effectues au cours de trois annes conscutives.

Il explique les fortes teneurs en eau naturelles du lehm (par rapport celles du loess) par la porosit et l'enrichissement en argile de celui-ci.

Il prcise enfin que F enrichissement en argile et la dcalcification ne se superposent pas obligatoirement ; trs souvent, sous la zone enrichie en argile, de couleur brun ocre, les cinquante premiers centimtres de loess ocre jaune sont dcalcifis mais non enrichis.

Pour M . A R N O U L D , Veffort de clarification ralis dans cette confrence porte immdia-tement ses fruits. On peut en effet distinguer, d'une part les loess et leurs drivs les lehms, et d'autre part un fourre-tout contenant essentiellement les limons de pente.

Le comportement le plus typique de ces deux catgories de limons est sans doute la tenue de leurs talus de dblais. Les limons de ruissellement et de solifluxion donneront des talus sujets glissements tandis que les loess typiques tiennent effectivement en parois verti-cales. En Iran, par exemple, des parois verticales de plus de 15 m ont t tailles dans du loess.

Dans ces conditions, on conoit qu'une identification fine permette par la suite de traiter les limons diffremment, suivant que Fon se trouve en prsence de loess ou de limons de pente.

A propos des teneurs en eau, M . D E R A G U E N E L attire l'attention sur l'paisseur de la formation loessique. Pour lui, la constance des teneurs en eau en profondeur n'est ralise que pour une forte paisseur de loess. De plus, la prsence d'un substratum impermable peut dterminer l'existence dans ces dpts d'une nappe temporaire.

M . M U L L E R , qui a tudi ce problme de nappe dans la rgion lyonnaise, affirme que, dans le cas d'un substratum impermable, les circulations d'eau la base du loess sus-jacent y ont engendr un second lehm.

Il signale d'autre part que Fon peut trouver plusieurs loess et lehms superposs, tout au moins dans le Sud de l'Allemagne et le Sud-Est de la France, rgions bien connues de lui. Ces superpositions peuvent prsenter une certaine importance pour les fondations d'ouvrages.

En ce qui concerne le Nord de la France, M . L E P L A T rappelle qu'il a parl de deux sries loessiques superposes.

M . B O N T remarque que dans la rgion de Lille l'paisseur du lehm peut atteindre 2,5 3 m.

En outre, ce lehm, de couleur brune, se distingue trs facilement du loess sous-jacent, verdtre. Quant aux lehms anciens, ils ne devraient pas poser de problme au point de vue gotechnique car ils ont t compacts par la surimposition d'un loess rcent.

M . P O U S S E est trs surpris que Fon renonce systmatiquement un type de sol trouv en quantit considrable, sous prtexte que sa teneur en eau leve en interdit la manipula-tion. D'aprs lui, il existe certainement des moyens de correction qui permettraient d'aban-donner cette attitude passive. A l'appui de ses dires, il cite F exemple, vcu par lui, de la confection d'un noyau tanche pour barrage au moyen d'un limon argileux. L'entreprise se heurtait aux difficults relates ci-dessus (teneur en eau leve forte pluviosit). Le lieu d'emprunt tant obligatoire, le problme fut rsolu en creusant au scraper des tranches drai-nantes parallles, profondes de 1 2 m et espaces d'une dizaine de mtres environ. Chaque bande de limon, pralablement profile en toit pour l'coulement des eaux de pluie, put alors tre exploite une teneur en eau acceptable.

2-31

Le traitement la chaux est sans doute un autre moyen valable de correction.

M . A R N O T J L D rappelle le traitement possible des loess et lehm par sondages thermiques. L'exprimentation en aurait t ralise avec succs en Hongrie. Cette mthode pourrait se rvler prcieuse pour la consolidation des talus de lehm.

Pour M . D U R R I E U , Fexemple des limons et loess montre qu'il faut, dans certains cas, laisser une grande place l'apprciation du gologue, condition que ce dernier ait toujours prsent F esprit la notion des travaux excuter. Cependant, d'autres critres sont galement indispensables pour viter tout risque cFerreur. Autrement dit, il faut chaque instant recou-per la gologie par la gotechnique, la gotechnique par la gologie ; seul un vritable travail en commun du gologue, du gotechnicien et de l'ingnieur constructeur pourra porter ses fruits.

Les conclusions de la discussion sont alors dgages par M . B E R T H I E R :

Sous Fapparente simplicit qu'voque l'appellation gnrale de limon, se cachent en ralit un certain nombre de catgories de matriaux. Il serait donc souhaitable, en premier lieu, de mettre en vidence les diffrences de proprits gotechniques, de comportement sur le chantier entre ces diffrentes catgories. En ce qui concerne la prvision du comportement du matriau, la mthode la plus sre pour l'instant est celle des chantiers exprimentaux ; cette mthode implique bien entendu une participation active des matres d'uvres.

L'tude des diffrentes catgories de limons relve pour une part du domaine de la pdologie. Dans cette optique, une collaboration troite avec les pdologues et les agronomes serait profitable, notamment en ce qui concerne Fvolution des limons dans leur partie super-ficielle.

Enfin, un grave dfaut des limons n'a pas t voqu : la glivit. Entre autres, le gel a certainement une influence norme sur l'volution des talus de limon. L'tude de Finsen-sibilisation au gel de ces matriaux serait sans doute trs utile.

rdig en mai 1967

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