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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.

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 ….

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.

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.

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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

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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 n écessaire 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, …).

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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 physico-

chimiques 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 sous-

fondation autoroute A7 Granulat réaction alcali-silice en cours

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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

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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

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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

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