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Wikigeotech:La spongolithe de Touraine

De Wikigeotech
affleurement de spongolithe dans la carrière de Heugnes
La Spongolithe de la région Centre et plus particulièrement de Touraine

Sommaire

DEFINITIONS

Les spongiaires sont des animaux marins invertébrés constitués d’un sac mou et poreux, soutenu par un squelette souple constitué de pièce élémentaires microscopiques appelées spicules. Après disparition de la matière vivante, ces spicules généralement de nature siliceuse sont conservées. Elles sont de forme aciculaire ou étoilée et leur dimension est de l’ordre du millimètre. Quand une roche est constituée essentiellement de ces débris de spicules, on l’appelle spongolithe. La tradition géologique en région Centre décrit comme « spongolithe » une formation régionale que l’on retrouve à différentes époques (Cénomanien, Turonien et Sénonien). La spongolithe du Cénomanien, observée dans la région de Vignoux/Barangeon se distingue des spongolithes du Turonien-Sénonien par son caractère géographique isolé et par son faciès marneux et glauconieux. La formation du Turonien-Sénonien est beaucoup plus pure et fait l’objet des descriptions qui suivent. On retrouve d’autres faciès de spongolithe du côté de l’Indre et du Cher. Ces formations ne sont pas affleurantes (ou très rarement) et sont donc plus rarement décrites. La spongolithe faisait l’objet d’exploitation en carrière car elle présente un intérêt pour la confection d’explosifs ou pour la cosmétique. Elle représente une curiosité géologique régionale et pose question lorsqu’elle est rencontrée en terrassement. Elle rentre typiquement dans la catégorie des matériaux régionaux pour lesquels des adaptations aux guides tel le GTR 92 doivent être faites. Les résultats présentés sont le résultat d’une synthèse établie par Philippe Maillard[1].

description géologique

Les formations du Crétacé supérieur, post-cénomaniennes occupent des surfaces importantes au Sud-Ouest des auréoles du Bassin Parisien dans la Région Centre. Ce sont des formations généralement crayeuses : craie marneuse, craie typique et craies sableuses appelées Tuffeau. Ces dépôts crayeux sont recouverts de manière à peu près continue par les argiles à silex. Les argiles à silex sont traditionnellement considérées comme le résultat de l’altération de ces craies sous-jacentes. Il existe cependant au sein de la formation des argiles à silex, des formations géologiques d’âge cénomanien, turonien ou sénonien de nature argilo-siliceuse qui ne doivent pas leur origine à un processus d’altération des craies, mais à une sédimentation marine particulière.

Les argiles à silex au sens large correspondent à des formations comprenant des argiles de teinte jaune à brun-rouge, renfermant des silex de teintes variables, en proportion et en dimensions variables (Dmax compris en 30 et 300 mm). Ces faciès recouvrent l’ensemble des dépôts crayeux ou sableux du Crétacé supérieur (craie, tuffeau, sables du Perche).

Au sein de cette formation, on peut retrouver ces spongolithes qui sont de couleurs claires (blanc ou crème), de toucher silteux et renfermant de rares silex de teinte claire et d’aspect poreux ou porcelané. Les argiles à silex sont associées ou passent latéralement à ces faciès de silice pulvérulente que l’on nomme « spongolithe ». Cette silice pulvérulente est datée dans la plupart des cas du Sénonien terminal, mais existe également au Turonien et au Cénomanien. La distinction est faite dans la majorité des éditions des cartes géologiques au 50 000è. Dans les éditions au 1/80 000 de la carte géologique de France, les argiles à silex et l’argile blanche à spongolithe est regroupée dans la formation d’âge éocène. Néanmoins, le terme d’argile à silex utilisé quelques fois pour ces formations semble particulièrement abusif. Le terme de silice pulvérulente est plus approprié, ou à défaut celui de spongolithe, nom à caractère régional plus marqué.

paléogéographie du Crétacé supérieur en région Centre

Après les dépôts jurassiques marins qui occupent l’ensemble de la région, une importante régression génère une lacune stratigraphique avec l’absence des principaux étages du Crétacé inférieur en Touraine, Anjou et Vendômois.

La mer cénomanienne recouvre ensuite l’ensemble de la région avec des sédiments d’abord détritiques (sables de Vierzon, sables du Perche) puis argilo-marneux (marnes à Ostracées) annonçant la sédimentation carbonatée du Turonien et du Sénonien. La présence de silice pulvérulente apparaît au début de la sédimentation crayeuse, dans le Sud-Est de la Touraine (région de St Aignan et Valençay). Elle se généralise à la fin du Crétacé dans le Nord, l’Ouest et le Centre de la Touraine : elle est considérée comme un faciès marin épicontinental avec passage latéral de la craie à coccolithes au faciès à radiolaire et spongiaires.

CARACTÉRISTIQUES GÉOTECHNIQUES

Les faciès sont assez facilement reconnaissables aux critères suivants :

  • la couleur est blanchâtre à grisâtre et tire vers l’ocre ou le brun lorsque le matériau est enrichi en argile ;
  • la roche est très légère et d’une densité très faible (proche de 1)
  • le matériau est pulvérulent, à toucher crayeux ou soyeux ;
  • le matériau ne réagit pas à l’acide car malgré sa forte ressemblance avec une roche carbonatée, l’essentiel du matériau est siliceux ;
  • les caractéristiques géotechniques sont « anormalement » élevées en teneurs en eau et en limites de liquidité.

Produit brut

pétrographie, granulométrie

vue de la spongolithe au microscope électronique à balayage - on distingue les sphérules de silice
Ce matériau présente une courbe granulométrique comprenant essentiellement une fraction fine (<0,08 mm) avec de rares silex. Lorsqu’ils existent le Dmax des silex dépasse rarement 60mm. Sur le site de Druyes il a été rapporté la présence de silex de 400 mm. Cela dit, la proportion de silex est très variable d’un site à l’autre et n’est donc pas significative.

L’observation de la fraction retenue au tamis de 0,08 mm révèle souvent après lavage, une quantité importante de spicules d’éponges. Par contre l’observation de l’ensemble du matériau, au microscope électronique à balayage, sans lavage, dissimule cette proportion de spicules d’éponge dans une masse principalement constituée de glomérules dont le diamètre est de l’ordre de 0,01 mm. Ces glomérules sont de nature siliceuse et en coalescence très lâche. Les vides ainsi crées expliquent la capacité du matériau à retenir de l’eau et à présenter des masses volumiques très faibles. Cette observation au microscope électronique à balayage n’interdit pas de supposer également que ces glomérules soient creux. Les théories actuelles trouvent l’origine de ces glomérules dans une formation d’opale-tridymite-cristobalite à partir de solutions riches en SiO2, en lieu et place de la craie originelle, constituée d’un agglomérat de micro-organismes calcaires appelés coccolithes. Mais d’autres théories existent comme la possibilité d’une variation latérale de faciès entre les formations à coccolithes et les formations à spongolithes voires de radiolaires (réf Rasplus feuille géologique de Bléré).

L’étude des courbes granulométriques d’Ouest en Est de la région Centre montre une augmentation sensible de la fraction fine.


observations sur les masses volumiques

Les mesures de masses volumiques par pesée hydrostatique sur échantillons intacts prélevés sur les communes suivantes : Langeais, Villandry, Paulmy, Mareuil, Heugnes, Selles/Nahon, Vicq/Nahon, Baudres, donnent des valeurs comprises entre :

0,72 < ρd < 1,10 t/m3

D’une manière générale les masses volumiques des échantillons intacts sont inférieures ou voisines de 1, valeurs très faibles qui sont confirmées par les études de compactage. Ces faibles valeurs sont à rapprocher de la structure lâche du matériau, constituée de sphérules peu jointifs ou disposés en feuillets.

bloc de spongolithe paraffinée de densité inférieure à 1

Exceptionnellement, les valeurs peuvent atteindre 1,77 à 1,85 à Langeais et Paulmy. Ces valeurs fortes correspondent à des échantillons renfermant une proportion importante de silex de petite dimension (diamètre < 30 mm).

les limites d’Atterberg : les spongolithes dans le diagramme de Casagrande

Les spongolithes se caractérisent par des indices de plasticité (IP) relativement faibles par rapport à des limites de liquidité élevées. Dans le diagramme de Casagrande qui autorise une certaine corrélation entre ces valeurs avec la relation suivante :

IP = 0,98 (WL -20)

On constate que les valeurs obtenues sur des spongolithes situent le matériau très nettement en dessous de la droite A marquant la limite entre les argiles organiques et inorganiques. Les valeurs suivent un rapport de l’ordre de IP <= 0,65 (WL-28).

  • Limite de liquidité : 42 < WL < 118 avec une moyenne de 72
  • Indice de Plasticité : 0 < IP < 55 avec une moyenne de 20
  • rapport moyen WL / IP compris entre 2,8 et 10,9 avec une valeur moyenne de 3,6

Ce dernier rapport est assez significatif. D’une manière générale, il convient donc de considérer qu’il n’existe pas un type de spongolithe mais plusieurs familles qui peuvent avoir des comportements différents au compactage et au traitement.

les limites de liquidité

Sur la région étudiée, on peut distinguer 3 familles de matériaux :

  • WL < 68 : majoritairement sur les communes de Loches et Langon
  • WL < 86 : majoritairement sur les communes de Luzillé et Faverolles
  • WL > 86 : majoritairement sur les communes de Heugnes et Baudres
les indices de plasticité

Les échantillons étudiés se répartissent comme suit :

  • IP < 12 : pour 19% des cas, essentiellement sur les communes de Langeais-Villandry, Mareuil-Langon et Paulmy
  • 12 < IP < 25 : pour 53 % des cas
  • 25 < IP < 40 : pour 27 % des cas
  • IP > 40 : 1 % des cas

La moyenne des IP est de l’ordre de 20. Il faut préciser que les valeurs de plasticité semblent en relation très forte avec la proportion de minéraux argileux présents dans la roche.

Produit élaboré

Chantier ligueil-loches 1.jpg

UTILISATION DANS LES INFRASTRUCTURES ROUTIÈRES

En remblai

Les caractéristiques particulières de la spongolithe ne constituent pas forcément un frein à son réemploi. La portance immédiate peut être suffisante pour un bon compactage en remblai, malgré une densité après compactage souvent proche de 1. Le matériau présente en outre une très grande sensibilité à l'eau qui se matérialise par une pseudo-liquéfaction et une perte de portance dès que l'on dépasse la teneur en eau de l'OPN. Les phénomènes de gonflement par hydratation (indice G% sur moule Proctor compacté) sont d'autant plus marqués que le matériau sera sec.

Si les teneurs en eau sont trop importantes, les études menées en laboratoire montrent que ce matériau se prête très bien à une amélioration par traitement à la chaux vive. Cette amélioration devient cependant caduque dès lors que le matériau est au contact de l'eau. Le phénomène est réversible dont l'explication est à recherché dans la structure intime du matériau où les sphérules siliceux ne sont pas jointifs et sont donc appelés à se désagréger sous l'action de l'eau. La chaux ne semble alors avoir qu'une fonction déshydratante, surtout dans les faciès les moins argileux.

Très peu d'expériences ont été tentées avec des traitements mixtes. La sensibilité à l'eau et le caractère réversible du traitement rendent l'opération inopérante. Il y a lieu toutefois de noter que les spongolithes sont une grande famille allant de la classe GTR A1 à la classe A3 voire A4. il s'agit donc de matériau pouvant avoir des comportements différents aux traitements, ce qui laisse un champs très ouvert à d'autres expérimentations.

Techniques diverses

Aucune autre technique routière réutilisant la spongolithe n'est à répertorier à ce jour. Il est à noter que le matériau a fait l'objet d'exploitation pour d'autres usages telles que la fabrication de cosmétiques ou d'explosifs.

LOCALISATION SUR LE TERRITOIRE

Ces faciès se rencontrent en région Centre à l'ouest de Tours, puis se prolongent au sud des département d'Indre-et-Loire, de Loir-et-Cher, et d'Indre depuis Azay-le-Rideau à l'ouest jusqu'à Levroux à l'est entre les vallées du Cher au Nord et de la Claise au Sud.
Les gisements de Mareuil-Langon sont d'âge Turonien tandis que la plupart des autres sont du Sénonien.
Cette formation présente des épaisseurs maximales visibles de 8 à 15 m, que ce soit en sondages ou sur front de taille.

EMPLOIS RÉPERTORIÉS

  • arase de terrassement en déblai sur la déviation de Ligueil
  • arase de terrassement en déblai et utilisation en remblai sur l'A85 section de Langeais

RÉFÉRENCES

  1. Maillard P. 1998. Données géologiques et géotechniques sur les « spongolithes » de la région centre. Rapport de recherche Cete Normandie Centre – LRPC de Blois. FAER 2.23.01.8
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