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BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES
SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL
B.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01
RESULTATS DES ESSAIS
EFFECTUES SUR LES ARGILES
DE LA CARRIERE
DE ST-JEAN-LE-CENTENIER
\
81 SGN 315 MTX
par
P. LE BERRE et H. GRES
Département matériauxB.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01
81 SGN 315 MTX Avril 1981
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IDENTIFICATIONG A R R I G U E SART)EG HESAIIJT-JEAN-LE-CENTENIERMAILHAC
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ACCES, EXPLOITE
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INFORMATIONS•m««»«« LOG-SOM, NIV-EXPLOITE
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DAHAHC
INTRODUCTION
Entre les deux couches de basalte exploitées comme granulats, ilexiste une couche importante d*argile qui gêne cette exploitation (argiledevant être éliminée et stockée pour atteindre la couche de basalte inférieurde bonne qualité).
Au cours de l'étude "ZEOLITES NATURELLES" (rapport BRGM N° 80 SGN 864 MTX)réalisée en 1980, dans le Massif Central, par les départements Matériaux et Géologiedeux échantillons de cette argile avaient été prélevés et avaient montré une granderichesse en smectite (analyses minéraloginues par diffractomëtrie de rayons X.
Aussi, étant donné le contexte géologique favorable (roches volcaniques),le département Matériaux, dans le cadre de son activité bentonite, a procédé à laréalisation de tests afin de savoir si "cette argile présentait un intérêt industriel
I - CONTEXTE GEOLOGIQUE
La localisation de ces argiles est résumée dans la Figure 1. Cettefigure montre que ces matériaux constituent uhe couche lenticulaire variant entre0 et 15 m d'épaisseur encadrée par deux couches peu épaisses de pouzzolanes faisantla transition avec les couches de basalte inférieure et supérieure. Cette couched'argile semble présenter deux faciès distincts- :
- au Nord, couche composée d'argiles jaunes et brun-rouges(teintes assez claires)
- au Sud, couche composée d'argiles vertes, violettes, brunes(teintes plus sombres)
II - PRELEVEMENTS DES ECHANTILLONS
Les prélèvements ont été effectués sur 4 coupes verticales notées I, IV,III, II, en partant du Sud (Cf. Fig. 1).
Coupe I : en partant du bas
- 3,0 m d'argile brune — — — > éch. Ij
- 0,5 m d'argile jaunâtre > éch. I2
- 0,3 m d'argile brune
- 0,4 m d'argile jaunâtre (lentille) > éch. I3
- 1 ,5 m d'argile verte > ëch. I4
- 1 ,5 m d'argile brun-foncé > éch. I5
- 1,5 m d'argile violette > éch. I¿
- 1,2 m d'argile grise — — — — — — > éch. I7
ff
NORD 500 m SUD
Pouzzolane ( 2 m )Argiles plus claires
Jaunâtres, brun, rouges
(0.15m)
A A A A A A A A A A A A A A A ^ A A A A A
(5m) \ A A AA A »JfcA A A A A A A A A
sombres ^~ —" I^cTÍ vrouzzolane.-.". •;= ^ < r ^ : ; ( 2 à IOm)/.:;/.'î'
A A Aasalte inférieur
A A A A A A A A
A A A A AA A A A A
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A A . A BASALTE POUZZOLANE ARGILE
Figure. I. Coupe géologique du front de taille de la carrière de st Jean Le Centenier.
- 2 -
Coupe II : en partant du bas
- 7,5 m d'argile brune
- 0,5 m d'argile jaunâtre
- 4,0 m d'argile brune
- 0,1 m d'argile jaunâtre
- 0,8 m d'argile brune
- 0,2 m d'argile rouge
- 0,2 m d'argile jaunâtre
- 0,2 m d'argile rouge". S
Coupe III : en partant du bas
- d'argile brune —
- d'argile brune —d'argile brune à points blancs
éch.113
éch.112
ëch.IIi
-> ëch.IIIi
-> éch.III
Coupe IV : en partant du bas
- argile brun-foncé
argile brune
argile jaunâtre
-> éch. IV i
-> ëch. IV-
-> ëch. IV-
III - TESTS PRELIMINAIRES
Nous avons effectué trois tests de caractérisation :
- teneur en eau naturelle
- absorption de bleu de méthylène sur brut
- calcimétrie sur brut
Ces résultats sont rassemblés dans le tableau I.
Ils montrent que ces matériaux ont, à l'état naturel, une teneur en eauélevée (60 %) alors qu'ils présentent une bonne cohésion et un aspect rocheux.
La teneur en calcite est généralement très faible.
La capacité d'absorption de bleu de méthylène est généralement élevée.Elle semble toutefois plus élevée dans la moitié Nord du front de taille (enparticulier, échantillons II])-
Tableau 1 : Résultat des essais préliminaires réalisés sur les argilesde Saint-Jean-le-Centenier
Coupe I
II
12
I3
I4
I5
16
h
Coupe II
XI1
«2
II3
Coupe III
IIIl
III2
III3
Coupe IV
IV1
IV2
IV3
en eau naturelle
29.8
36,9
40,6
28,2
46.6
52.1
30.0
60,0
46,3
52,6
58
56
44
66
61
60
au bleu de
100 \
140
150
115
105
85
110
243
165
140
165
120
131
150
157
135
méthylène
106
160
138
147
Caleim€trie
1,68
1.27
2,20
1,68
2,12
1,68
1.27
l
' 1.27
1.27
0,85
2,10
0,80
3,40
2,10
1,70
1.30
Gonflement
0 Z Na2C03
X 2.5
X 2
4 Z Na2CO3
X 5
X 4
- 3 -
Mis à part l'échantillon IIj, ces échantillons sont difficiles âdéliter dans lfeau en présence dlH2O2-
Ces matériaux présentent, par contre, une capacité de gonflement,très faible, que ce soit ä l'état naturel ou après ajout de 4 % de Na2CO3. Dece fait, ces argiles s'activent très mal selon cette méthode comparativement auxbentonites calciques activées au Na2CO3, couramment commercialisées.
IV - ESSAIS D'UTILISATION COMME BENTONITE DE FONDERIE
La bentonite est utilisée en fonderie pour lier, en présence d'eau, dusable généralement siliceux. On obtient ainsi un mortier appelé sable de moulagecontenant de A à 8 % de bentonite et qui permet la réalisation de moules danslesquels est coulé le métal en fusion (fonte, acier, métaux non ferreux, etc. . . . ) .Lorsque le métal est refroidi le moule est désagrégé et les pièces sont récupérées(c'est le décochage). Le sable de moulage n'est généralement pas un sable neuf,mais le sable récupéré au décochage, envoyé dans un malaxeur oü il est réhumidxfiéet dans lequel on ajoute 0,5 Z environ de bentonite correspondant à la bentonitequi a été détruite sur la bordure interne du moule en contact avec le métal enfusion et qui n'a plus de pouvoir de liaison.
Afin de tester l'utilisation potentielle de ces argiles comme bentonitede fonderie, des échantillons ont été envoyés au Centre Technique de la Fonderie(C.T.I.F.). Deux types d'essais ont été effectués :
- mesure du rendement maximal ä vert :
résistance à la compression maximale par pour cent de bentonite incorporée dansle sable de moulage
- mesure de la résistance à haute humidité (RHH) :
résistance à la traction d'une éprouvette de sable de moulage à une teneur eneau donnée et chauffée à une extrémité (la vapeur d'eau migre de la zone chaudevers l'intérieur de 1'éprouvette et se recondense â un certain niveau créant unezone de faiblesse provoquant la rupture en traction).
Les résultats de ces essais sont rassemblés dans le tableau 2 ci-dessouset les figures 2 à 6.
Tableau 2 : Essais C.T.I.F. en vue d'une utilisation comme bentonite de fonderie
Echantillon IIj
Echantillon compositeCoupe I
Echantillon compositeCoupe II
Echantillon compositeCoupe III
Echantillon conpoaiteCoupe IV
Rendement a vertkFa
37
16
33
21
28
Ré«istance fi haute humiditékPa
0
0
0
0
C 57ir • j . i-i- *- Sable d»Onnoy + 6 £ d'argileEssais d Utilisation s W e a n Sud 1 eèche
Coupe I («fl«ctu4« conlorm.mMit a m dat n o m m JLF.8.) 9f Jo)
Rés
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30
25
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I
200
10
Ceractftriitiquei
Humldttt %
Perméabilité
Compreiilon
kPa
HHÏT, kPa
àl'arrivée
raallséet aux essaie
2.9
40
0
2,55
50
0
2,0
76
0
1.55
88
0
1.25
78
1.05
50
16 kPa
YI////
\
\SV
\\
s
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Hiim di é %•
0,5 7 8 9 10 12 14 16
Coupe II
C 57. ,, . Sable d'Ornoy + 6 £ d'argile
tSSaiS d Utilisation S W e a n Nord II eècheconformtmant aux «ptcillutJotw d « nonma A.F.SJ ( i L O e 9 - 4 Je)
Rás
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1
3OO
200
- R O -
10
Caractéristique»
Humidité Ve
Permiablllté
Compre islon
kPa
EHH, kPa
à
l'anivAarAatlséea aux escala
3,4
46
0
3 0
56
0
2,4
80
0
2F0
110
0
1,8
150
0
Rdt =
1.5
140
33 kPa
1.25
90
1.15
70
/
1/
/
/
i/
/f
k\\t\\
ss\
\S
-
\\
Hiimildûe >
0,5 7 B 9 10 12 14 16
Echantillon II
Sable d'Ormoy (60 AFS) + 6 # d'argile sfeche
Essais d'utilisation(•fluctuéi conformément ain •péciflcalloiM des normei A-F .S . )
C . 25
EÜ
0)
-<Dco~ViCO<DQ.Eoü
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• 0
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Rés
i
Ré
Ré
In
Caractéristique«
Humidité %
Perméabilité
«» • V PCompression *-*
Al'arrivée
•
3,4
155
75
2,6
170
100
2,4
196
130
réalisées
2,0
190
165
aux essais
1,8
162
200
1,3
130
210
1.3
121
190
Rdt *
1,0
113
160
37 kPa
- 2 -
• 0 , 5 -
0.I
30
- I5 -
-I0-
I
300
200
I00
•50-
I0I _
KV
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\
H j m \t1
t£ /ot '
0,5 7 B S 10 12 14 16
Coupe III
C 57
Essais d'utilisation S***1* ö'Onnoy + 6 # d'argileSt-Jean meg 1 sèche
confonnimwrt aux aptclflcatlona S«» w n i m A-F.8.)
( 2,5
Rés
/sfa
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a c
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Rés
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. 2 -
-1 —
o,i
30
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- 5 -
1
?00
10
Caractiriillquea
Humidité %
Perméabilité
Compression
kPa
RHHf kPa
i
l'arriv«eréalisées aux essais
V
2,9
50
0
2,65
64
0
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0
1,95
109
0
1,7
117
0
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es
0
Rdt =
1,2
45
0
21 kPa
1
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0,5 7 8 9 10 12 14 16
G 57Sable c Onnoy + 6 # d'argile
Essais d'utilisation St-Jean meg 2 sècheCoupe IV
{•flectuta confonnARwni aus »pacification« ¿m$ norm«! A .F .B , )
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0
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0
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0
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0
1.3
55
0
Rdt = Ï8 kPa
- 3 -
-2_
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\\
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\
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\
\
\
HL m di é %•
0,5 7 S 9 10 12 14 16
Le rendement à vert d'une bentonite de fonderie, doit être, d'aprèsles specifications du C.T.I.F., au moins égal à 20 kPa.
Ce rendement est particulièrement élevé pour l'échantillon IIj (leplus riche en smectite d'après les essais au bleu de méthylène) et particulière-ment satisfaisant pour les échantillons composites-des coupes II, III et IV.
Mais, la résistance à haute humidité de ces matériaux est nulle etsemble devoir interdir leur utilisation comme bentonite de fonderie (cetterésistance devant être au moins de l'ordre de 2 kPa).
V - ESSAI D'UTILISATION COMME ABSORBANT
Certaines argiles (attapulgite, sëpiolite) sont utilisées en grandequantité pour la fabrication de granules absorbants pour les litières animalesou les sols industriels.
Les smectites (bentonites) sont généralement peu utilisées dans cedomaine, car après absorption, elles ont tendance ä se déliter, même aprèscalcination à 450°C.
Mais, étant donné que les argiles de Saint-Jean-le-Centenier, bienque composées de smectite, présentent une cohésion très élevée (délitage diffi-cile en présence d'^C^)» nous avons testé ces argiles dans l'optique d'uneutilisation éventuelle comme granules absorbants (cf. tableau 3 ci-dessous).
Tableau 3 : Résultat des essais d'absorption d'eau sur granules d'argilede Saint-Jean-le-Centenier
Coupe I
II
12
13
U
15
16
17
Coupe II
"l
II2
"3
Sépiolite espagnolecomercial isé>
Granule! aÉchêa (100'C)
Dentité
0,75
0,70
0,75
0,75
0,75
0,75
0,80
0,65
0,80
0.70
0,55
Absorption d'eaunur 0,30/1,25 un
70
60
75
80
90
95
75
120
95
105
Granules calcinas (45O*C)
Absorption d'eausur 0,30/1,25 mn
90
130
90
120
135
Absorption d'eausur 1,25/3,15 ssi
50
70
50
70
90
- 5 -
Les résultats de ces essais rassemblés dans le tableau 3, et concernantles échantillons des coupes I et II, montrent que :
- la capacité d'absorption de ces argiles est plus faible que celle des produitsespagnols actuellement commercialisés
- la densité de ces argiles est également plus élevée.
La résistance à l'écrasement des granules après absorption n'est bonnequ'après calcination à A5O°C (elle est trop faible sur produit séché). Mais,étant donné la couleur sombre de ces granules, crus ou calcinés (on souhaite dansce domaine des matériaux clairs, blancs ou crèmes, synonymes de propreté) et lacapacité d'absorption limitée, il semble difficile d'envisager l'utilisationindustrielle de tels produits.
P. LE BERRE et M. GRES
Département Matériaux
