Wikigeotech:Grès Vosgiens

Le grès rose des Vosges est rattaché à une formation géologique précise, celle du Bundsandstein, une époque qui remonte au début du Secondaire. Cette roche, qui a servi à bâtir la cathédrale de Strasbourg est toujours exploitée, principalement comme pierre ornementale. Nous exposons ici l'expérience du terrassement dans les grès vosgiens, leurs caractéristiques et les matériaux extraits.

ORIGINE, FORMATION GÉOLOGIQUE ET ÉLABORATION

Origine et formation

Les grès des Vosges constituent les principaux faciès du Buntsandstein, dans l'étage du Trias. Selon la Synthèse géologique du Bassin de Paris (mém. BRGM n°101) le Trias englobe les trois formations classiques du faciès germanique : le Buntsandstein, le Muschelkalk et le Keuper. Stratigraphiquement, le Buntsandstein constitue la limite inférieur du Trias avec le Permien (Primaire) et constitue ainsi le début du Secondaire. Dans le Bassin de Paris, le passage Permien-Trias semble marqué par une interruption de sédimentation et l’absence de faune marine. Cette limite est particulièrement bien marquée dans le Nord de l’Allemagne. Ailleurs, la démarcation est difficile à faire. Une des difficultés d’étude du Buntsandstein est le caractère diachrone des formations, et que la chronologie retenue dans le tableau ci-dessus est basée sur les usages en Lorraine. On peut ainsi distinguer plusieurs origines et datations aux grès des Vosges. Le Buntsandstein débute dans les Vosges par les Grès d’Annweiler et les Grès de Senones. Au Buntsandstein moyen, la série est constituée de ce qui était auparavant considéré comme les Grès vosgiens, mais qui a été à partir de 1963, subdivisée en plusieurs formations distinctes : le Conglomérat inférieur, les Grès vosgiens sensu stricto, le Conglomérat principal, et la Zone-limite violette. Le Buntsandstein supérieur débute par les Couches intermédiaires et termine avec les Grès à Voltzia. Le Muschelkalk continue ensuite la série avec les Grès coquilliers. Bien que d’âge distinct, les Grès à Voltzia et les Grès coquilliers constitue l’ancienne formation des Grès bigarrés (voir tableau 1 et fig.1)

super groupe	groupe	formation	“ étage ” (1879-1883)
MUSCHELKALK	MUSCHELKALK INF.	Grès coquillier	Grès bigarré
	BUNTSANDSTEIN SUP.	Grès à Voltzia Couches intermédiaires	nulle	a	14.0 cm
4	60 L/s	59.6 et 59.1 L/s	0.14 % et 0.14 %	a	14.7 cm
5	60 L/s	59.5 et 58.9 L/s	0.14 % et 0.13 %	b	16.2 cm

Grès bigarré

Zone-limite violette BUNTSANDSTEIN BUNTSANDSTEIN Conglomérat principal Grès vosgien MOY. Grès vosgien Conglomérat inférieur BUNTSANDSTEIN INF. Grès d’Annweiler Grès de Senones PERMIEN Grès permien Tableau 2-1 : nomenclature adoptée dans la synthèse BRGM n°101 de 1980

Les affleurements du Buntsandstein sont essentiellement présents à l’Ouest et au Nord du massif vosgien. Plus au Sud, les dépôts disparaissent sous la couverture jurassique ou ne subsistent que sur de faibles surfaces.

CARACTÉRISTIQUES GÉOTECHNIQUES

la formation principale est celle du Buntsandstein avec pour les plus petites des développement de 80 mètres de puissance et pour les plus importantes près de 350 mètres de matériaux sédimentés. Les séries sont relativement monotones et constitués de dépôts sableux plus ou moins indurés à stratification entrecroisée et litage oblique, à passées conglomératiques généralement en base de chenaux, et à quelques lits argileux. Un des traits caractéristique de cette formation est de changer rapidement de faciès et donc de propriété physique tant verticalement que horizontalement, soit en liaison avec des conditions de genèses différentes soit par le biais d’une altération différentielle.

Produits brut

Du point de vue de la caractérisation géotechnique, deux types de grès peuvent être distingués : un grès dur et un grès tendre se transformant facilement en sable. Cette différence semble être liée à la nature du ciment. Dans les grès durs, le ciment analysé par rayon X est composé d’hématite, de goethite, de muscovite ou d’illite et de quartz. Ce quartz, bien que faiblement présent, est secondaire et nourrit les grains de sable pour former des ponts ou des voiles siliceux, assurant une liaison interparticulaire plus ou moins forte selon le degré de lithification. Dans les grès tendres, le ciment est franchement ferrugineux (hématite et goethite) et argileux (kaolinite), ce qui donne des liaisons intergranulaires beaucoup plus faibles, se brisant facilement sous l’effet des agents météoriques pour évoluer vers un sable. • granulométrie : les teneurs en fines (80µ) varient de 6 à 30 % pour les faciès sains, avec des valeurs faibles pour les grès durs et des valeurs plus fortes pour les grès tendres. Ces teneurs peuvent augmenter jusqu’à 70 % pour les faciès altérés de surface. Les sols résultant de l’extraction sont classés en B1 - B5 – B6 – voire A2, allant à des C1 (ou des C2) en fonction de l’induration des grès (GTR 1992). Les passants à 2 mm sont souvent aux alentours de 93 %. Le diamètre maximum est rarement supérieur à 20 mm, bien que des galets de quartz peuvent se retrouver assez fréquemment dans les passées conglomératiques. Les équivalents de sable E.S. peuvent varier fortement de 10 à 20 % pour les faciès les plus propres et sont supérieurs à 35 % pour les faciès les plus argileux. Sur la fraction argileuse la limite de liquidité est de wl = 34 – 41 %, l’indice de plasticité IP = 17 – 23. • Les vitesses sismiques répertoriées sont les suivantes : dans les grès friables V < 800 m/s ; dans les grès moyennement durs ou très fortement fracturés extractibles (1ère catégorie) V = 800 – 1500 m/s ; dans les grès compacts (2ème catégorie) V = 1200-1500 à 2500 m/s. • Sur les grès indurés, les résistances à la compression simples mesurées sont de Rc = 11 à 80 MPa. La présence de minéraux argileux ainsi qu’une micro-fissuration importante peuvent faire chuter très rapidement les valeurs de résistance en compression simple après saturation de l’éprouvette : pour les grès devenant friables Rc chute de 10 MPa à 0 – 5 MPa, pour les grès durs Rc chute de 80 à 30 – 50 MPa. • Les valeurs de densités sèches d semblent en relation avec le degré de lithification de la roche : elle est de 1.80 à 2.05 t/m3 pour les grès tendres (moyenne de 1.90), de 1.83 à 2.40 t/m3 pour les grès moyennement compacts (moyenne de 2.10), et de 2.30 t/m3 pour les grès compacts. Les valeurs de teneurs en eau varient aussi : elles sont comprises entre 8 et 17 % pour les grès tendres et diminuent de 2.5 à 12 % pour les grès compacts. • Le grès est complètement gélif dans les formations tendres, et non gélif dans les formations compactes.