Chap. 02 - Granulats - Les Granulats - Production Elèves Page 1/12

Leçon 01 : les granulatsDéfinitionOn donnera le nom de granulats à un ensemble de grains inertes destinés à être agglomérés par un liant et à former un agrégat.

RemarqueLe terme agrégats, utilisé pour désigner les granulats, est donc impropre. En effet, un agrégat est un assemblage hétérogène de substances ou éléments qui adhérent solidement entre eux (le mortier ou le béton par exemple).Le terme granulat, au singulier, désigne un ensemble de grains d'un même type, quel que soit le critère de classification utilisé. Le terme granulats, au pluriel, sera utilisé pour désigner un mélange de grains de divers types.Les granulats utilisés dans les travaux de génie civil doivent répondre à des impératifs de qualité et des caractéristiques propres à chaque usage. Les granulats constituent le squelette du béton et ils représentent, dans les cas usuels, environ 80 % du poids total du béton.Les granulats sont nécessaires pour la fabrication des bétons; du point de vue économique, car ils permettent de diminuer la quantité de liant qui est plus cher; du point de vue technique, car ils augmentent la stabilité dimensionnelle (retrait, fluage) et ils sont plus résistants que la pâte de ciment. Il faut par conséquent, augmenter au maximum la quantité de granulats, en respectant toutefois les deux conditions suivantes:- Les granulats doivent satisfaire à certaines exigences de qualité; - La qualité de pâte liante doit être suffisante pour lier tous les grains et remplir les vides. Les essais effectués en laboratoire portent nécessairement sur des quantités réduites de matériaux, ceux-ci devant permettre de mesurer des paramètres caractéristiques de l'ensemble du matériau dans lequel on a fait le prélèvement. Il faut que l'échantillon utilisé au laboratoire soit représentatif de l'ensemble. Cette opération est généralement difficile, prend du temps et, parfois, est coûteuse, mais elle est essentielle; souvent, les essais effectués sont sans valeur car ils ne sont pas représentatifs.

En général le prélèvement d'échantillons se fait en deux temps:a. Prélèvement sur le chantier, la carrière ou l'usine d'une quantité de matériaux nettement plus grande que celle qui sera utilisée pour l'essai.

b. Au laboratoire, prélèvement de la quantité nécessaire à l'essai et qui soit également représentative de l'échantillon de départ.

Lorsqu'il n'est pas possible de prendre tout le tas et de le réduire, on procède à un prélèvement local.Prélèvement sur des tas normaux- à la main, à l'aide d'une planche ou d'une plaque métallique.- à la main, sur tas d'éléments grossiers (gravier concassé) par ratissage dans un récipient.- au moyen d'une sonde, ouverture 4 ~ 6 cm, longueur 60 ~ 100 cm, extrémité taillée en sifflet.

(Voir Fig. le matériau en stock)

Prélèvement en laboratoire (échantillonnage en laboratoire)Le passage de l'échantillon total prélevé sur le tas à l'échantillon réduit, nécessaire à l'essai, peut se faire par quartage ou à l'aide d'un échantillonneur. L'échantillon doit être séché à l'étuve à 105 ºC s'il est exempt de minéraux argileux, ce qui est rare, ou à 60 ºC dans le cas contraire.

Quartage(Voir Fig. Opération de quartage)

EchantillonneurCet appareil de laboratoire fig 3.3, permet de diviser facilement en deux parties représentatives la totalité d'un échantillon initial, chaque moitié étant recueillie dans un bac de manière séparée.La répétition en cascade de cette opération, en retenant à chaque opération le contenu de l'un des bacs, permet d'obtenir l'échantillon nécessaire, après trois ou quatre opérations identiques.

(Voir photo d’un échantillonneur pour gravier)

Le procédé peut être résumé par la (fig. 3.4) ci-dessous. Celle-ci permet de sélectionner une masse (m) à partir d'un prélèvement de masse 3m.

(Voir Schéma d'une opération de répartition des matériaux en utilisant de l'échantillonneur)

Le granulat est un fragment de roche, d'une taille inférieure à 125 mm, destiné à entrer dans la composition des matériaux destinés à la fabrication d'ouvrages de travaux publics, de génie civil et de bâtiment.

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ProductionProduction à partir de roches meublesTransport de granulats par convoyeur à bande en vue du stockageLes roches meubles utilisées comme granulats sont surtout des dépôts alluvionnaires trouvés dans le lit présent ou passé d'une rivière actuelle ou passée (en mer éventuellement).On a ainsi exploité directement le lit des rivières, on exploite encore, en eau, des gisements dans leur lit majeur, des dépôts du quaternaire récent (postérieur à la dernière glaciation), mais on doit exploiter de plus en plus souvent des alluvions du début du quaternaire parfois très éloignés de rivières actuelles. On exploite aussi des dépôts marins à des profondeurs de plus en plus importantes.Si les gisements de dépôts récents, sont plutôt « propres », les gisements de dépôts anciens sont plutôt chargés de limons & d'argiles. Ceci influe sur le procédé de production des granulats et leur prix.

Les différentes phases de la production classique sont :- Si cela s'avère nécessaire, l'abaissement du niveau d'eau de la zone d'extraction, par pompage ; c'est le rabattement de nappe.- L'extraction, qui se fait par pelle mécanique ou par dragline.- Le produit de l'extraction est débourbé (si forte teneur en limon & argile) & lavé. (On peut récupérer, par cyclonage, des sables dans les eaux de lavage)- Il est ensuite criblé pour obtenir les granulats de granularité voulue.- Les fractions les plus grosses, rejetées par le crible, sont broyées (au broyeur giratoire), puis, de nouveau, criblées.- Les granulats sont stockés sur place en stocks séparés & identifiés.- Ils sont ensuite livrés, par péniche, par le train ou par la route.

Production à partir de roches massivesLes roches massives susceptibles de fournir des granulats viennent surtout des gisements épais de roches dures. Il s'agit surtout de calcaires de formations géologiques plus anciennes (au plus tôt du tertiaire), ou de roches d'origine magmatique ou plutonique, que l'on nomme roches éruptives. Si ces dernières sont plutôt propres, les calcaires peuvent contenir de limons ou argiles indésirables. Ce qui influe sur le procédé de production des granulats.Les différentes phases de la production sont :- La partie supérieure du gisement, composée des roches les plus dégradées, est enlevée, c'est la découverte ou découverture.- Si cela s'avère nécessaire, et c'est très rare, le niveau d'eau de la zone d'extraction est abaissé par pompage.- L'extraction du gisement, se fait parfois simplement par pelle mécanique (déroctage), pour les gisements les plus tendres, surtout si l'épaisseur exploitée est faible, mais le plus souvent elle se fait par minage :Le gisement est d'abord foré régulièrement, les trous de foration sont alors chargés d'explosifs (de 60 à 140 g par tonne abattue selon le type de roche).Le boutefeu (ou « préposé au tir ») déclenche le tir après avoir sécurisé la carrière.- Le produit de l'extraction est scalpé (si forte teneur en limon & argile), c'est, avant le concassage, l'élimination par criblage, des fractions les plus fines (moins de 40mm par exemple) et les plus argileuses.- Le produit scalpé est concassé une première fois, pour passer de l'état de blocs à l'état de pierres.- Le produit qui en est issu est concassé une ou deux nouvelles fois, pour en réduire encore la taille.- Il est ensuite criblé pour obtenir les granulats de granularité voulue.- Les fractions les plus grosses, rejetées par le crible, sont broyées, puis, de nouveau, criblées.- Les granulats sont stockés sur place en stocks séparés & identifiés.- Ils sont ensuite livrés, par péniche, par le train ou par la route.

Granulats issus du recyclageLes granulats peuvent provenir de filières industrielles de recyclage valorisant des sous-produits (ou co-produits) industriels ou issus de la démolition de bâtiments ou de voiries (broyats de bétons, briques, recyclage de ballasts de chemin de fer, de croûtes ou de fraisats d'enrobés routiers ou de terrils miniers.)Les bétons recyclés concassés sont surtout destinés à la fabrication de graves routières, les croûtes ou les fraisats d'enrobés sont recyclés dans la fabrication de graves-bitumes ou d'enrobés routiers. Actuellement se développe aussi l'usage des mâchefers d'incinération des ordures ménagères (MIOM).Les techniques employées pour la production sont celles décrites pour les roches. Deux postes différents : celui de l'extraction qui n'a pas lieu d'être dans le cas de terrils, de crassiers et de fraisage des anciennes chaussées, et celui du tri. En effet, dans le cas de certains co-produits, l'attention est portée sur l'élimination

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des éléments nocifs capables d'engendrer des désordres. Il peut s'agir des plâtres et des matériaux flottants dans le cas des matériaux de démolition, des goudrons dans le cas des fraisats d'enrobés en retraitement à chaud, de poches de scorie LD dans le cas de crassiers de laitier...

UsagesLes granulats sont destinés à entrer dans la composition, ou dans la fabrication :- De voirie ferroviaire, où l'on utilise des ballasts, qui sont des roches dures (porphyre, trapp…) de taille de l'ordre de 40/70 à 60/120 mm.- De voirie routière, où l'on utilise :En remblai : des graves de 0/32 à 0/80 mm.En assise de chaussée : des graves traitées ou non de 0/12 à 0/32 mm.En couche de roulement: des sables, gravillons & fillers en mélange avec des bitumes dans la composition des enrobés bitumineux.- En étanchéification des ouvrages d'arts (ponts, toits-terrasses, parkings…), dans la composition de l'asphalte artificielle où l'on utilise des sables, gravillons & fillers en mélange avec du bitume.- De produits en béton hydraulique (parpaings, voussoirs, canalisations…) ou de béton prêt à l'emploi, où l'on utilise des sables, gravillons & fillers en mélange avec du ciment.- En fabrication de mortiers & enduits de façade; où l'on utilise des sables, & fillers en mélange avec du ciment ou avec de la Chaux éteinte.

Dénomination & spécificationsLa norme européenne définit le granulat comme le « matériau granulaire utilisé en construction. Un granulat peut être naturel, artificiel ou recyclé » :le granulat naturel est le granulat d'origine minérale n'ayant subi aucune transformation autre que mécanique. Dans cette catégorie se rangent des granulats de roche, comme le calcaire, le porphyre, le trapp… ; le granulat artificiel est le granulat d'origine minérale résultant d'un procédé industriel comprenant des modifications thermiques ou autres. Dans cette catégorie se rangent des granulats transformés, comme le schiste expansé, l'argile expansée, mica expansé (vermiculite)… ;le granulat recyclé est le granulat résultant de la transformation de matériaux inorganiques antérieurement utilisés en construction. Dans cette catégorie se rangent des granulats, comme le béton concassé, le fraisat d'enrobés bitumineux…Le granulat est d'abord caractérisé par sa granularité, qui est la distribution dimensionnelle des grains, exprimée en pourcentage de masse passant au travers d'un ensemble spécifié de tamis. La mesure de la granularité se nomme granulométrie.De là, on déduit sa classe granulaire en termes de dimension inférieure (d) et supérieure (D) de tamis, exprimée par la dénomination d/D, des dimensions exprimées en millimètre.Par exemple un granulat dont très peu de la masse passe au travers un tamis de 4 mm (d), et dont la majorité de la masse passe au travers d'un tamis de 12 mm (D), est dénommé : « granulat 4/12 »Si l'on se réfère à la norme XP P 18-545, laquelle reprend les normes européennes en vigueur depuis le 1er juin 2004, 3 classes de granulats sont distinctibles :- Le sable, granulat pour lequel la dimension la plus grande (D) est inférieure ou égale à 4 mm, et dont la dimension la plus petite (d) est égale à 0. Par exemple : « sable 0/2 ». (nb: dans la norme 13-242, le D peut aller jusqu'à 6 mm).- Le gravillon, granulat pour lequel la dimension la plus grande (D) est supérieure ou égale à 4 mm, & la dimension la plus petite (d) est supérieure ou égale à 2 mm. Par exemple : « gravillon 4/12 »- La grave désigne quant à elle tous les granulats de dimension (d) égale à 0, et dont la dimension la plus grande (D)est supérieure à la limite désignant les sables, c’est-à-dire supérieure à 4 mm (6mm dans le cas de la norme NF EN 13-242) et ce jusqu'à 90 mm. C'est un mélange de sables & de gravillons, voire de fillers. Elle peut être produite d'emblée, sans passer par la séparation puis le mélange des sables & gravillons. Par exemple : « grave 0/31.5 ».Seules ces trois désignations portent l'appellation de granulats.D'autres appellations existent néanmoins pour des granulométries différentes :- Le filler, matériaux fin, dont la plupart des grains passe à travers un tamis de 63µm (=63.10-6m), & qui peut être ajouté aux matériaux de construction pour leur conférer certaines propriétés.- L'enrochement, provenant soit directement du tri des matériaux brut d'abattage ou du premier traitement de celui-ci, est composé de matériaux dont la dimension supérieure (D) excède les 90 mm.Il est aussi caractérisé par sa nature minéralogique, inhérente au gisement duquel il est issu. Ce peut être :- une roche éruptive de type granit, porphyre…- une roche métamorphique de type schiste, gneiss…- une roche sédimentaire de type siliceux (silex, quartzite…) ou carbonaté (calcaire, dolomie…)

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Il convient de noter que les alluvions meubles de rivière ou marines, ont la nature minéralogique des gisements dont la dégradation a donné ces dépôts. Ces gisements peuvent être très éloignés du dépôt, et peuvent même avoir complètement disparu. Cette nature minéralogique peut alors être mixte. Par exemple,"silico-calcaire".

CaractéristiquesLes caractéristiques intéressant un granulat varient en fonction de l'usage auquel ce granulat est destiné, mais aussi de l'origine & de la nature de ce granulat. Les normes spécifiques à chaque usage définissent les caractéristiques pour lesquelles une mesure ou une évaluation est nécessaire.Par exemple la connaissance de la teneur en chlorure est importante pour des granulats destinés à la fabrication des bétons hydrauliques, sans intérêt pour les granulats destinés à la fabrication des bétons bitumineux.

Caractéristiques géométriquesLes caractéristiques géométriques sont:- La granularité :- La forme des gravillons :Le coefficient d'aplatissement (Fl)= [(somme des passants aux grilles à fentes parallèles)/(somme des refus aux tamis correspondants à mailles carrées)]x100, qui indique la proportion de granulats aplatis dans un lot. Il devrait être compris entre 0 et 3L'indice de forme (Sl)= E/G> 1,58

3.2. Courbes granulométriquesImportance de la composition granulométriqueLes propriétés physiques et mécaniques du béton dépendent de beaucoup de facteurs. Généralement on souhaite obtenir un béton résistant, étanche et durable. Pour atteindre ce but, il faut:- que le béton à l'état frais soit facile à mettre en oeuvre et à compacter (pour réduire la porosité). - un maximum de granulats par unité de volume de béton (pour réduire la quantité de pâte liante nécessaire pour remplir les vides, tous les vides devant être remplis de pâte liante). - un minimum de surface spécifique (pour réduire la quantité d'eau de gâchage et obtenir un rapport C/E plus élevé). Par ailleurs: - il faut choisir Dmax aussi grand que le permet la dimension minimum de la pièce à bétonner et l'encombrement des granulats. - la proportion de chaque dimension des grains doit être choisie de façon à remplir les vides laissés par les grains de dimensions supérieures. - il faut réduire la teneur en éléments fins au minimum requis pour obtenir une bonne maniabilité et une bonne compacité. Les courbes granulométriques apporteront quelques éléments de réponses à ces conditions. La condition essentielle pour obtenir le moins de vides possibles (meilleure compacité) dans un mélange de sable et gravillon est de: 35 % de sable de 0/5 et 65 % de gravillons 5/20.

( Voir Courbe de compacité d'un mélange de grains fins et de grains grossiers)

Les courbes granulométriques des différents granulats peuvent être déterminées par l'essai de l'analyse granulométrique (NF P 18-560).

L'essai consiste à classer les différents grains constituant l'échantillon en utilisant une série de tamis, emboîtés les uns sur les autres, dont les dimensions des ouvertures sont décroissantes du haut vers le bas. Le matériau étudié est placé en partie supérieure des tamis et le classement des grains s'obtient par vibration de la colonne de tamis.On considère que le tamisage est terminé lorsque le refus ne varient pas de plus de 1 % entre deux séquences de vibration de la tamiseuse. On trace la courbe granulométrique sur un graphique comportant en ordonnée le pourcentage des tamisât sous les tamis dont les mailles D sont indiquées en abscisse selon une graduation logarithmique. Par exemple pour le tracé de la courbe granulométrique d'un sable 0/5, on pèse une certaine quantité (après séchage) soit 2 kg par exemple.Le poids des tamisats successifs permet de déterminer les pourcentages du tamisât (Résultats d'une analyse granulométrique correspondant à un sabl) correspondant à chacun des tamis utilisés.

(Voir résultats d'une analyse granulométrique correspondant à un sable)

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La courbe correspondant à ce sable normal, est présentée sur la fig. 3.6, sur lequel ont été également portées les courbes des sables très fins et grossiers ainsi que celles de graviers. La forme des courbes granulométriques apporte les renseignements suivants:- Les limites d et D du granulat en question; - La plus ou moins grande proportion d'éléments fins; par exemple la courbe située au-dessus de celle du sable normal correspond à un sable à majorité de grains fins et c'est l'inverse pour celle située en dessous. En effet, ces trois sables sont des sables 0/5 mm mais les proportions de grains fins (<0,5 mm par exemple ) sont pour chacun d'eux: 25%, 45% et 60%; - La continuité ou la discontinuité de la granularité; par exemple, les courbes de sables sont continues mais la courbe du gravier

5/31,5 présente une discontinuité; en effet le palier s'étendant de 10 à 20 mm signifie que le granulat en question ne contient pas de grains compris entre 10 et 20 mm.

(Voir Courbe granulométrique des différents cas)Module de finesseLes sables doivent présenter une granulométrie telle que les éléments fins ne soient ni en excès, ni en trop faible proportion. Si il y a trop de grains fins, il sera nécessaire d'augmenter le dosage en eau du béton tandis que si le sable est trop gros, la plasticité du mélange sera insuffisante et rendra la mise en place difficile. Le caractère plus ou moins fin d'un sable peut être quantifié par le calcul du module de finesse (MF). Celui-ci correspond à la somme de pourcentages des refus cumulés, ramenés à l'unité, pour les tamis de modules 23, 26, 29, 32, 35, 38. Ce paramètre est en particulier utilisé pour caractériser la finesse des sables à bétons.Dans le cas de la courbe granulométrique du sable normal présenté sur la fig. 3.6, son module de finesse est égal à:MF = (98 + 90 + 75 + 53 + 28 + 10)/100 = 3,54Les dimensions nominales normalisées des tamis, seuls appareils utilisés actuellement, sont les suivantes:

(Voir Tableau des dimensions normales des tamis)3.3. Classification des granulatsOn trie les granulats par dimension au moyen de tamis (mailles carrées) et de passoires (trous circulaires) et on désigne une classe de granulats par un ou deux chiffres. Si un seul chiffre est donné, c'est celui du diamètre maximum D exprimé en mm; si l'on donne deux chiffres, le premier désigne le diamètre minimum d, des grains et le deuxième le diamètre maximum D.Un granulat est caractérisé du point de vue granulaire par sa classe d/D. Lorsque d est inférieur à 2 mm, le granulat est désigné 0/D.Il existe cinq classes granulaires principales caractérisées par les dimensions extrêmes d et D des granulats rencontrées (Norme NFP18-101):- Les fines 0/D avec D ≤ 0,08 mm, - Les sables 0/D avec D ≤ 6,3 mm, - Les gravillons d/D avec d ≥ 2 mm et D ≤ 31,5 mm, - Les cailloux d/D avec d ≥ 20 mm et D ≤ 80 mm, - Les graves d/D avec d ≥ 6,3 mm et D ≤ 80 mm, Il peut être utile dans certains cas d'écrire la classification suivante:

(Voir Tableau de la classe granulaire des granulats)

3.4. Les caractéristiques principales des granulats3.4.1 Caractéristiques physiques(a) La masse volumique absolueLa masse volumique absolue d'un matériau est la masse d'un mètre cube de ce matériau, déduction faite de tous les vides, aussi bien des vides entre les grains que des vides à l'intérieur des grains.

(Voir fig. Volume hachuré = Volume absolu (sans pores))

La densité absolue est le rapport de la masse absolue d'une unité de volume du matériau à température donnée à la masse du même volume d'eau distillée à la même température.

(b) La masse volumique réelleLa masse volumique réelle d'un matériau est la masse d'un mètre cube de ce matériau déduction faite des vides entre particules. La déduction ne concerne pas les vides compris dans le matériau mais seulement ceux entre les particules.

(Voir Fig. Volume hachuré = Volume réelle (apparent))

La densité réelle est le rapport de la masse réelle d'une unité de volume du matériau sec dans l'air à température donnée à la masse d'un égal volume d'eau distillée à la même température.

(c) La masse volumique apparente

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La masse volumique apparente d'un matériau est la masse volumique d'un mètre cube du matériau pris en tas, comprenant à la fois des vides perméables et imperméables de la particule ainsi que les vides entre particules. La masse volumique apparente d'un matériau pourra avoir une valeur différente suivant qu'elle sera déterminée à partir d'un matériau compacté ou non compacté. Il faut donc préciser: masse volumique apparente à l'état compacté ou masse volumique apparente à l'état non compacté.

(Voir Fig. Volume hachuré = Volume du récipient)

La densité apparente à l'état compacté ou non compacté sera obtenue en établissant le rapport de la masse apparente d'une unité de volume du matériau à température donnée à la masse d'une même quantité d'eau distillée à même température.La masse volumique apparente d'un granulat dépend de la forme et de la granulométrie des grains ainsi que le degré de compactage et d'humidité. La valeur apparente est utilisée dans le cas ou l'on effectue les dosages en volume des différentes composantes du béton. Cette méthode toutefois présente des risques certains à cause du foisonnement. Le graphique ci-dessous donne le foisonnement du sable en fonction de la teneur en eau.

(Voir courbe de foisonnement du sable en fonction de la teneur en eau )(d) AbsorptionLa plupart des granulats stockés dans une atmosphère sèche pendant un certain temps, peuvent par la suite absorber de l'eau. Le processus par lequel le liquide pénètre dans la roche et l'augmentation de poids qui en résulte sont appelés absorption.L'absorption peut varier dans de très larges mesures suivant la nature du granulat. Elle peut varier de 0 à plus de 30 % du poids sec pour granulat léger.En général, les granulats naturels utilisés pour la confection du béton sont peu poreux et n'absorbent pratiquement pas d'eau lorsqu'ils sont gâchés avec le ciment et l'eau. Par contre, des granulats artificiels, tels le LECA (Light expanded clay aggregate = agrégats légers expansés d'argile), sont poreux. Il faut alors tenir compte de l'absorption de l'eau par les granulats lorsque l'on détermine la quantité d'eau requise pour fabriquer le béton.La figure suivante montre les divers cas qui peuvent se présenter lorsqu'un granulat est poreux et qu'il est ou a été en contact avec de l'eau.Lorsque les granulats sont légèrement poreux, il faut travailler, lors de l'étude de la composition d'un béton, avec des matériaux saturés à surface sèche. On obtient cet état en conservant les granulats dans l'eau pendant plusieurs heures et en les laissant sécher juste avant emploi jusqu'à ce que leur surface devienne roulante dans un linge sec.

(Voir Fig. La teneur en eau des granulats stocké à l'atmosphère )

(e) Porosité et compacité(1) PorositéEn général la porosité est la rapport du volume des vides au volume total

(Voir Fig. Calcul de la porosité)Volume quelconque

On peut aussi définir la porosité comme le volume de vide par unité de volume apparent.

(2) CompacitéLa compacité est le rapport du volume des pleins au volume total.ou volume des pleins par unité de volume apparent.

Volume unitaire

La porosité et la compacité sont liées par la relation:p+c=1

La porosité et la compacité sont souvent exprimées en %. La somme des deux est alors égale à 100%. En effet:

Si l'on connaît la masse volumique D et la masse spécifique g d'un matériau, il est aisé de calculer sa compacité et porosité.

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(f) Teneur en eauLa teneur en eau d'un matériau est le rapport du poids d'eau contenu dans ce matériau au poids du même matériau sec. On peut aussi définir la teneur en eau comme le poids d'eau W contenu par unité de poids de matériau sec.

A partir des définitions données plus haut, on peut écrire les relations :

Les granulats utilisés pour la confection du béton contiennent généralement une certaine quantité d'eau variable selon les condition météorologique. L'eau de gâchage réellement utilisée est par conséquent égale à la quantité d'eau théorique moins l'eau contenue dans les granulats. Il faut par conséquent disposer de moyens pour mesurer combien il y a d'eau dans les granulats.Actions possibles de l'eau sur les matériauxLorsque tous les vides d'un corps sont remplis d'eau, on dit qu'il est saturé. Le degré de saturation est le rapport du volume des vides rempli d'eau au volume total des vides. Il joue un grand rôle dans les phénomènes de destruction des matériaux poreux par le gel. En se transformant en gel, l'eau augmente de 9% en volume environ.La plupart des matériaux gonflent lorsque leur teneur en eau augmente et, inversément lorsqu'elle diminue (bois, roches sédimentaires, bétons, par exemple).(g) Propreté et forme des granulatsPropreté des granulatsLes granulats employés pour le béton doivent être propres, car les impuretés perturbent l'hydratation du ciment et entraînent des adhérences entre les granulats et la pâte.

La propreté désigne:d'une part, la teneur en fines argileuses ou autres particules adhérentes à la surface des grains, ce qui se vérifie sur le chantier par les traces qu'elles laissent lorsqu'on frotte les granulats entre les mains.d'autre part, les impuretés susceptibles de nuire à la qualité du béton, parmi lesquelles on peut citer les scories, le charbon, les particules de bois, les feuilles mortes, les fragments de racine.

(Voir Fig. sur la détermination de l'équivalent de sable piston)

Dans le cas des sables, le degré de propreté est fourni par essai appelé "équivalent de sable piston PS" (norme P 18-597) qui consiste à séparer le sable des particules très fines qui remontent par floculation à la partie supérieure de l'éprouvette où l'on a effectué le lavage. L'essai est fait uniquement sur la fraction de sable 0/2 mm. La valeur de PS doit selon les cas être supérieure à 60 ou 65. L'essai dit "équivalent de sable piston" permet de mesurer le degré de propreté du sable

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(Voir tableau des valeurs préconisées pour l'équivalent de sable par DREUX)Forme des granulatsLa forme d'un granulat est défini par trois grandeurs géométriques:- La longueur L, distance maximale de deux plans parallèles tangents aux extrémités du granulat, - L'épaisseur E, distance minimale de deux plans parallèles tangents au granulat, - La grosseur G, dimension de la maille carrée minimale du tamis qui laisse passer le granulat. Le coefficient d'aplatissement A d'un ensemble de granulats est le pourcentage pondéral des éléments qui vérifient la relation

(Voir Fig. Forme d'un granulat)

Dans les mêmes conditions L ≤ G ≤ E, on peut déterminer aussi:

La forme des granulats influence:- La facilité de mise en oeuvre et le compactage du béton. - La compacité du mélange, donc le volume des vides à remplir par la pâte de ciment. L'état de surface des grains influence:- La compacité du mélange. - L'adhérence du granulat à la pâte de ciment. La forme est d'autant meilleure qu'elle est proche d'une sphère ou d'un cube:

(Voir tableau de la Forme des granulats )

- La résistance à la fragmentation, mesurée par la méthode d'essai Los Angeles (LA).- La résistance aux chocs (SZ).- La résistance à l'usure, mesurée par la méthode d'essai « micro-Deval humide » (MDE).- La résistance au polissage, mesurée par le « coefficient de polissage accéléré » (CPA).- La résistance à l'abrasion (AAV) & sa forme scandinave, la résistance à l'abrasion provoquée par les pneus à crampons.- La masse volumique réelle, et le coefficient d'absorption d'eau.- La masse volumique en vrac, nommée aussi masse volumique apparente.- La résistance à l'alternance gel-dégel.- La stabilité volumique au séchage.

3.4.2 Caractéristiques mécaniquesMéthodes de mesuresLes caractéristiques mécaniques des granulats ne sont pas déterminées par des essais habituels de traction ou de compression. Par contre, il existe des essais tentant de reproduire certaines sollicitations propres à des usages spécifiques des granulats, par exemple le degré d'usure pour les granulats utilisés pour les bétons routiers.Essai Micro DevalC'est un essai dont le principe est de reproduire, dans un cylindre en rotation, des phénomènes d'usure. Les modalités de cet essai font l'objet de la norme NF P 18-572Essai Micro DevalLe principe de cet essai est la détermination de la résistance à la fragmentation par chocs et à l'usure par frottements réciproques. Il fait l'objet de la norme NF P 18-573.Le coefficient Los Angeles calculé à partir du passage au tamis de 1,6 mm, mesuré en fin d'essai, caractérise le granulat. Pour les granulats susceptibles d'être soumis aux effets du gel, on peut mesurer le coefficient Los Angeles après une série de 25 cycles gel/dégel (-25 ºC, +25 ºC) et le comparer au coefficient de référence.Les granulats sont classées en 6 catégories allant de A à F, chacune d'elle devant les conditions suivantes:

(Voir tableau des Catégories des granulats selon la résistance au chocs et à l'usure )

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Caractéristiques chimiquesLes caractéristiques chimiques sont :- La teneur en chlorures.- La teneur en composés contenant du soufre.- La teneur en alcalins (sodium, potassium)- La teneur en silice libre

3.5. Différents types de granulatsLes granulats utilisés pour le béton sont soit d'origine naturelle, soit artificiels.

3.5.1. Les granulats naturelsOrigine minéralogiqueParmi les granulats naturels, les plus utilisés pour le béton proviennent de roches sédimentaires siliceuses ou calcaires, de roches métamorphiques telles que les quartz et quartzites, ou de roches éruptives telles que les basaltes, les granites, les porphyres.Granulats roulés et granulats de carrièresIndépendamment de leur origine minéralogique, on classe les granulats en deux catégories:

1. Les granulats alluvionnaires, dits roulés, dont la forme a été acquise par l'érosion. Ces granulats sont lavés pour éliminer les particules argileuses, nuisibles à la résistance du béton et cribléton et criblés pour obtenir différentes classes de dimension. Bien qu'on puisse trouver différentes roches selon la région d'origine, les granulats utilisés pour le béton sont le plus souvent siliceux, calcaires ou silico-calcaires.

2. Les granulats de carrière sont obtenus par abattage et concassage, ce qui leur donnent des formes angulaires Une phase de précriblage est indispensable à l'obtention de granulats propres. Différentes phases de concassage aboutissent à l'obtention des classes granulaires souhaitées. Les granulats concassés présentent des caractéristiques qui dépendent d'un grand nombre de paramètres: origine de la roche, régularité du banc, degré de concassage … . La sélection de ce type de granulats devra donc être faite avec soin et après accord sur un échantillon.

3.5.2. Les granulats artificielsSous-produits industriels, concassés ou nonLes plus employés sont le laitier cristallisé concassé et le laitier granulé de haut fourneau obtenus par refroidissement à l'eau.La masse volumique apparente est supérieure à 1 250 kg/m3 pour le laitier cristalisé concassé, 800 kg/m3 pour le granulé.Ces granulats sont utilisés notamment dans les bétons routiers. Les différentes caractéristiques des granulats de laitier et leurs spécifications font l'objet des normes NF P 18-302 et 18-306.Granulats à hautes caractéristiques élaborés industriellementIl s'agit de granulats élaborés spécialement pour répondre à certains emplois, notamment granulats très durs pour renforcer la résistance à l'usure de dallages industriels (granulats ferreux, carborundum…) ou granulats réfractaires.Granulats allégés par expansion ou frittageCes granulats, très utilisés dans de nombreux pays comme l'URSS ou les Etats- Unis, n'ont pas eu en France le même développement, bien qu'ils aient des caractéristiques de résistance, d'isolation et de poids très intéressantes.Les plus usuels sont l'argile ou le schiste expansé (norme NF P 18-309) et le laitier expansé (NF P 18-307). D'une masse volumique variable entre 400 et 800 kg/m3 selon le type et la granularité, ils permettent de réaliser aussi bien des bétons de structure que des bétons présentant une bonne isolation thermique.Les grains de poids intéressants puisque les bétons réalisés ont une masse volumique comprise entre 1200 et 2000 kg/m3.Les granulats très légersIls sont d'origine aussi bien végétale et organique que minérale (bois, polystyrène expansé).Très légers - 20 à 100 kg/m3 - ils permettent de réaliser des bétons de masse volumique comprise entre 300 et 600 kg/m3.On voit donc leur intérêt pour les bétons d'isolation, mais également pour la réalisation d'éléments légers: blocs coffrants, blocs de remplissage, dalles, ou rechargements sur planchers peu résistants.Granulats marins (siliceux, calcaires)Leur prélèvement peut perturber des frayères et la faune du fond, ainsi que toute la colonne d'eau touchée par le panache de particules mises en suspension, à grande distance. Des sédiments toxiques peuvent être remobilisés, et les grandes carrières peuvent modifier les courants et générer des modifications distantes du transit hydrosédimentaire et ainsi modifier les profils de plage, en accentuant l’érosion marine du littoral ou en provoquant localement des envasements ou déplacements de bancs de sable.Une réglementation spécifique cadre maintenant l'exploitation sous-marine des granulats, clarifiée en France par la loi 97-1051 du 18 novembre 1997, dont l’article 57 a supprimé les termes «les exploitations d’amendements marins» dans l’article 7 de la loi 76-646 du 16 juillet 1976, ce qui lui permet d'englober l’ensemble des matériaux marins [granulats siliceux et substances calcaires (maërl et sables coquilliers)].

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Les matériaux du domaine public maritime (DPM) et du plateau continental y relèvent du code minier. Au début des années 70, 2 régimes existaient selon le lieu de l’exploitation projetée. Le régime minier, impliquant une autorisation ministérielle, s’appliquait sur le plateau continental ; celui des carrières (autorisation préfectorale) suffisait dans les eaux territoriales (dont la limite s'est étendue de 3 à 12 milles en 1971). La loi n° 76-646 du 16 juillet 1976 a simplifié la réglementation au profit du seul Code minier. Deux décrets de 1980 réglementent les « titres Drague - GSM miniers » et les procédures, modifiées en 1995 par deux nouveaux décrets imposant une procédure étalée sur 4 ans pour obtenir :- un titre minier par arrêté ou décret ministériels ;- une «autorisation domaniale») d'occupation temporaire du domaine public maritime (ou pour les titres miniers sollicités, en mer territoriale ;- une autorisation préfectorale d’ouverture de travaux miniers en mer.

En 2006, le décret n° 2006-798 du 6 juillet 2006 a réuni en un seul texte la plupart des obligations réglementaires applicables aux granulats marins, régulant l’octroi des APP (Autorisations « de Prospection Préalables »), des titres miniers (« Permis Exclusifs de Recherches » ou PER), les concessions, les autorisations domaniales, et les « Autorisations d’Ouverture de Travaux Miniers en mer » (AOTM ). L'administration n'a plus que 38 mois pour étudier les dossiers et statuer. Une instance de concertation associe élus, comités locaux des pêches, ONGE (associations environnementales).. pour une meilleure gouvernance locale.

L'étude d’impact environnementale conforme (art. R122-3 du code de l’environnement) reste obligatoire, ainsi que l'enquête publique (pour les titres miniers et les ouvertures de travaux). Le principe d’indépendance des décisions de chaque autorités compétentes (ministre chargé des mines, préfet..) est maintenu, mais le préfet « terrestre » doit refuser toute autorisation de projet ayant reçu un avis défavorable du préfet maritime.

Face à une pression croissante (Ex : nombreux projets anglais d'extraction de granulats en Manche/Mer du Nord, dans le pas de Calais ; l'une des régions du monde les plus fréquentées, dont par des navires transportant des cargaisons dangereuses) et face au risques pour la sécurité maritime, au risque écologique et halieutiques aggravés, ou à des risques tels que celui posé par plus de 100 décharges de munitions immergées sur le littoral français, le Grenelle de l'Environnement a décidé de revoir la législation française, peut-être en encourageant aussi les GIZC.o lemagne, Belgique, Espagne, Pays-Bas, Royaume-Uni...)

Impacts environnementaux de l'extractionL'extraction et le transport des granulats (alluvionnaires notamment) est source d'impacts environnementaux. Se faisant dans le sous-sol, elle impose souvent des pompages, responsables de baisse de nappe et de perturbations hydraulique, exacerbant les impacts des sécheresses et inondations et certains risques de pollution. En mer, les extractions peuvent perturber la flore et la faune (par leur panache de turbidité, la remise en suspension de polluants. Des effets indirects d'érosion côtière ou sous-marine distantes sont possibles. Enfin, la réhabilitation de carrière a souvent dans le passé caché des décharges polluantes.

Dans la plupart des pays, les grandes carrières sont donc soumises à autorisation des services de l'état et/ou des régions, ainsi à partir de certains seuils qu'à des études d'impact et à mesures compensatoires et/ou conservatoires ou de réhabilitation des sites.Par exemple, en France, toute nouvelle carrière est soumise à une enquête publique et à l'autorisation préfectorale, et doit respecter le schéma départemental des carrières (SDC, imposé par une loi de 1993) qui fixe ses conditions d'implantation ainsi que des objectifs de protection et de remise en état en fin de chantier et au cours de l'exploitation, en lien avec les SDAGE (Schémas directeurs d'aménagement et de gestion des eaux).

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Les impacts des extractions marines dans ou hors des eaux territoriales sont les plus mal étudiés. Ce manque d'étude sur l'impact d'une exploitation en mer a été particulièrement mis en lumière avec le « Per Lorient Sud », premier grand projet de se type en Bretagne, il a donné lieu à une vive opposition, Collectif le peuple des dunes, avant son abandon par son pétitionnaire Lafarge Granulats, suite à un avis négatif du Préfet Maritime et à un avis défavorable du Comité Scientifique Indépendant mis en place par Cap l'Orient.

Le CNRS, le Muséum et l'Union nationale des producteurs de granulats ont en France publié en 5 tomes un document[3]« carrières et zones humides » sur une meilleure prise en compte de l'environnement dans la réhabilitation des carrières.

NormesDepuis 2004 dans tout l'Espace Economique Européen, les granulats sont soumis au marquage CE conformément à la Directive Produits de Construction (DPC, Directive Européenne n°89/68/CEE modifiée par la Directive 93/68/CEE). Les producteurs de granulats doivent choisir (en fonction des options retenues par les Etats membrres de l'EEE) entre le niveau d'attestation de conformité 4 (autodéclaration de conformité aux normes émise par le producteur) et 2+ (conformité attestée par un organisme notifié via un certificat ou une attestation de conformité CE comportant un numéro spécifique et propre au producteur). Chaque organisme notifié définit, au travers d'un Référentiel, les modalités d'intervention (inspection...) et de délivrance d'un certificat ou d'une attestation de conformité CE. Les dénominations des granulats sur les documents commerciaux accompagnant les livraisons doivent faire référence à une norme applicable à ceux-ci.

Les normes européennes applicables aux granulats sont :EN 13139 de janvier 2003 : Granulats pour mortiers.EN 12620+A1 de juin 2008 : Granulats pour béton.EN 13055 de février 2005 : Granulats légers.EN 13043 de août 2003 : Granulats pour mélanges hydrocarbonés…EN 13242+A1 de mars 2008 : Granulats pour matériaux traités aux liants hydrauliques…EN 13285 de mai 2004 : Graves non traitées [Spécifications].EN 13450 de août 2003 : Granulats pour ballasts de voies ferrées.

Évolution de la législationLes carrières ont été stratégiques depuis l'antiquité (pour les voies romaines par exemple).En France, Louis XVI le 17 mars 1780 a codifié des dispositions peu contraignantes à l’époque pour les carrières, bien avant le code minier de 1956, relativement libéral, relatifs à l’exploitation des gîtes minéraux. Jusque 1970 ; une simple déclaration suffisait pour l’ouverture d'une carrières. Ces carrières se sont multipliées et ont souvent été comblées avec des déchets qui sont devenus des sources de pollution, en contact directe avec la nappe parfois. Une loi du 2 janvier 1970 a remplacé le système déclaratif par l'autorisation préfectorale, qui tend à limiter les droits du propriétaire et/ou de l’exploitant par une meilleure prise en compte de l'intérêt général, présent et futur, et notamment par un effort de diminution ou Dette remboursement des impacts environnementaux. Un schéma départemental des carrières permet théoriquement un choix plus pertinent des sites, en anticipant aussi sur leur reconversion finale. En 1993, les carrières deviennent des Installation classée pour la protection de l'environnement, et divers textes, dont Natura 2000 renforcent la concertation avec les élus et les contrôles des DRIREs qui exigent que le carrier soit en capacités techniques et financières de remettre en état le site en fin d'exploitation (C'est une obligation légale, avec garanties financières exigibles pour chaque carrière à partir du 14 juin 1999, ainsi que l'enquête publique assortie d'une étude d'impact et le cas échéant de mesures conservatoires et compensatoires. En France une partie des carriers eux-mêmes se sont associés au Museum national d'histoire naturelle et au CNRS pour produire une bibliographie et des guides illustrés de réhabilitation environnementale de carrières[4]. Les réhabilitations cherchent de plus en plus à contribuer à restaurer les conditions de la biodiversité. Des sites réhabilités sont parfois transférés aux collectivités locales ou au conservatoires des sites ou au Conservatoire du littoral qui en assurent une gestion pérenne (ex : Lac des Moëres dans le Nord, carrière de Conchil le Temple dans le Pas-de-Calais. En Picardie, près de la pointe du

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Hourdel, un projet de dépoldérisation de l’estuaire de la Somme s'associe la renaturation d'une carrière (exploitée par GSM). Une valorisation du patrimoine géologique mis au jour par les fronts de taille est parfois également possible.

Dans de nombreux pays, dont au Royaume-Uni, les carrières manquent ou sont moins rentables sur terre, justifiant une demande d’ouverture de carrières en mer.

VocabulaireIl se traduit :en anglais : aggregateen allemand: Gesteinkörnung, nom féminin, pluriel : Gesteinkörnungen.L'étymologie de granulat :Par emprunt au diminutif latin granulum (de granum), la langue savante forma granuleux au XVIe siècle, granuler & granulation au XVIIe siècle puis granule au XIXe siècle. Granulat est du début du XXe siècle. La première définition normative unique de granulat, date en France de mars 1982 (NF P 18-101).Synonyme : On voit apparaître dans le langage, le terme agrégat, certainement issu de l'anglais. Ce qui pourrait créer une méprise; un granulat est une roche désagrégée.

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