Les pouzzolanes et les basaltes

Présentation
L E catalogue des structures types de chaussées neuves, édition 1977, officialise, par la
structure type 4, la technique routière des graves-pouzzolanes-chaux. Cela concrétise officiellement
au niveau national les efforts entrepris depuis 1968 par le ministère de l'Equipement
pour valoriser l'utilisation des pouzzolanes.
A ce jour, plus de 3 millions de tonnes de graves ou de sables traités au liant pouzzolanes-chaux
ont été mises en œuvre dans les départements de l'Allier, de l'Ardèche, de
l'Hérault, de la Loire, de la Haute-Loire et du Puy-de-Dôme.
Cette technique, à caractère régional, est liée essentiellement à la proximité des gisements de
pouzzolanes qui se développent aux abords des lignes volcaniques du Massif central. Plus
récemment, vers 1975, les études engagées par le Laboratoire régional de Clermont-Ferrand
ont mis en évidence le caractère «pouzzolanique» des basaltes qui constituent ainsi un
prolongement technique intéressant pour les régions disposant uniquement de ressources
basaltiques (le Cantal par exemple).

Ces techniques permettent de valoriser les ressources locales et d'éviter des frais de transport
de plus en plus onéreux de liant en provenance de lieux de production éloignés.
Si, sur le plan national, ces techniques gardent un caractère régional, il est permis de penser
qu'au vu des ressources de pouzzolanes et de basaltes disponibles dans les départements
d'outre-mer ou dans de nombreux pays étrangers (par exemple le Rwanda, Madagascar) elles
pourront trouver leur plein emploi.
Aussi nous a-t-il paru utile de rassembler sous le thème « Pouzzolanes » l'ensemble des articles
ayant trait à ce sujet en l'étendant aux basaltes. Trois numéros du bulletin de liaison
consacreront leur partie thématique aux pouzzolanes.
Dans le présent numéro, nous faisons le point de nos connaissances actuelles sur les
pouzzolanes du point de vue morphologique et minéralogique. la lecture de ce numéro sera
fort opportunément précédée par celle de l'article Basaltes et pouzzolanes du Massif central,
sous la signature de MM. Geoffray, Mishellany et Restituito dans le tout récent numéro spécial
Granulats du Bulletin de liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussées et dont nous
rappelons le résumé.
Le deuxième numéro traitera du liant pouzzolane-chaux et des applications routières réalisées.
Enfin, le troisième numéro sera consacré aux basaltes.
Les résultats acquis à ce jour l'ont été grâce à une collaboration étroite du LCPC, du SETRA et
du Laboratoire régional de Clermont-Ferrand ainsi qu'au dynamisme des Directions
départementales de l'Equipement du Puy-de-Dôme et du Cantal qui sont respectivement à
l'origine de la promotion des techniques graves-pouzzolanes-chaux et basaltes-chaux.
BASALTES ET POUZZOLANES DU MASSIF CENTRAL
J.-M. GEOFFRAY
A. MISHELLANY
J. RESTITUITO
90
RÉSUMÉ
J. BONNOT
Chef du département des chaussées
Laboratoire central
J -C. MONTVENOUX
Directeur du Laboratoire régional
de Clermont-Ferrand
En France, le volcanisme affecte principalement le Massif central avec quelques
pointements dans l'Est et le Midi.
Les édifices volcaniques ont une morphologie variable (coulées, necks, dômes)
qui dépend du mode d'émission des magmas. L'émission effusive donne naissance
aux basaltes, roches cohérentes et denses, alors que les pouzzolanes sont constituées
par les débris magmatiques projetés dans l'atmosphère au cours des manifestations
éruptives. Il en résulte une texture nettement différenciée, essentiellement
massive pour les basaltes, scoriacée pour les pouzzolanes. La composition chimique
et partant minéralogique est par contre assez voisine.
On donne par ailleurs des indications sur la prospection et l'exploitation des
gisements ainsi que sur les caractéristiques pétrographiques et physiques de ces
matériaux, en liaison avec les utilisations routières.
N° spécial IV, Granulats, 1977, p. 127-136.

Morphologie et couleur des pouzzolanes
RÉSUMÉ
J.-M. GEOFFRAY
Assistant
R. VALLADEAU
Technicien supérieur
Laboratoire régional de Clermont-Ferrand
Par suite de la dispersion éolienne des cendres volcaniques en cours d'éruption et de
la relative rareté des bombes, les dépôts pyroclastiques exploités comme gisements de pouzzolanes
sont constitués essentiellement de scories et, très accessoirement, de ponces. Les scories
forment des granules de 1 à 3 cm de diamètre, parfois soudés, et ont une texture vésiculaire.
Les pouzzolanes sont noires quand le fer présent est à l'état d'oxyde magnétique
et rouges quand il est sous forme d'hématite. La couleur n'affecte pas la partie silicatée
et est donc sans signification sur le plan de la réactivité du matériau.
MOTS CLËS : Pouzzolane • Couleur • Texture (géomorphol).
Par analogie lointaine aux sables de Pouzzoles, on
baptise pouzzolanes les « débris de feu » (ou pyroclastites)
provenant des éruptions volcaniques.
A première vue, il n'existe rien de plus hétérogène
qu'un gisement de pouzzolanes ; il est constitué par
un mélange de produits pouvant revêtir diverses formes
et diverses couleurs.
De par leur mode de stratification, les gisements alluvionnaires
et les gisements de pouzzolanes sont très
comparables ; toutefois, ces derniers se distinguent
sur deux points particuliers :
— le dépôt des matériaux est conditionné non plus
par un vecteur liquide, mais par le vecteur gaz lors de
l'éruption ;
— les matériaux déposés ne sont pas arrachés aux
massifs superficiels mais sont d'origine magmatique
ou, accessoirement, proviennent des roches encaissantes
profondes (sial) entraînées par la lave.
CLASSIFICATION
DES PRODUITS PYROCLASTIQUES
Selon l'état sous lequel la lave est émise, les produits
pyroclastiques peuvent se subdiviser en plusieurs catégories.
Nous retiendrons en ce qui nous concerne
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - 92 - nov.-déc. 1977 - Réf. 2116
présentement la classification de la figure 1. Cette
grande variété de matériaux est bien révélatrice du
type d'hétérogénéité apparente qui peut exister sur un
gisement de pouzzolanes.
PRODUITS EMIS A L'ETAT FLUIDE
Au cours des éruptions volcaniques aériennes, le
magma est projeté en lambeaux de lave fluide et incandescente,
d'une manière plus ou moins violente en
fonction de sa viscosité et de la pression des gaz.
Les formes de solidification adoptées par ces lambeaux
de lave dépendent essentiellement de leur viscosité,
de la vitesse de refroidissement et de la teneur
en gaz.
Les cendres sont constituées par du magma et présentent
une nature pulvérulente. Du fait de leur extrême
finesse, elles subissent des transferts aériens
relativement importants et ne se déposent pas dans le
voisinage immédiat du cratère d'émission.
Dans le Massif central, les cendres recouvrent une
grande partie de la plaine de la Limagne et constituent
les « terres noires de Limagne » caractérisées par leur
très grande fertilité.
Du fait de leur relatif éloignement des volcans, ces
cendres n'entrent pas dans le cadre de notre présente
étude.
91

A l'état fluide
EMISSION EXPLOSIVE
DE LAVE
Cendres Ponces Scories Bombes Blocs avec
xénolithes
POUZZOLANES
Les ponces se présentent sous la forme de fragments
solidifiés de magma, boursouflés et poreux. Elles pro­
viennent des explosions violentes et se caractérisent
principalement par la présence d'innombrables peti­
tes alvéoles, déforme régulière, et séparées entre elles
par de fines pellicules de lave figée.
La taille de ces échantillons demeure relativement
modeste et n'excède guère que quelques centimètres
(fig- 2).
La formation de ces alvéoles très fins est due à la forte
viscosité de la lave originelle qui interdit toute libéra­
tion des gaz expulsés dans le même temps. Elles sont
généralement séparées des cendres sous l'action du
vent et retombent à proximité du volcan.
Cependant elles se rencontrent en quantité relative­
ment faible dans le périmètre immédiat de la chemi­
née.
Les scories sont des lambeaux de lave déchiquetée,
dont la taille se situe généralement entre 1 et 3 cm,
mais dont les plus gros éléments peuvent atteindre la
dizaine de centimètres. Elles se distinguent des pon­
ces par des formes et tai Iles de vésicules très variables,
séparées entre elles par des membranes de roches
plus épaisses : de ce fait, elles sont beaucoup plus
denses. Ces scories proviennent d'un magma plus
fluide que précédemment, donc plus pauvre en gaz qui
s'échappent assez facilement. Elles constituent la ma­
jeure partie du tout-venant des gisements de pouzzo­
lanes (fig. 3).
Les scories soudées représentent une variété particu­
lière, dont la formation est imputable à leur plasticité
au moment de leur retombée sur le sol récepteur au­
quel elles se soudent. Si la plasticité de la lave est très
élevée à cet instant, il peut y avoir production de blocs
appelés « bouses de vache » qui se présentent sous la
forme d'assiettes dont les diamètres peuvent fluctuer
entre 20 cm et 1 m (fig. 4).
Les bombes sont également des lambeaux de lave,
mais leur mode d'éjection d'une part, et leur rotation
au cours du transfert aérien d'autre part, leur confè­
rent des formes arrondies et hélicoïdales plus ou
moins allongées (fig. 5 et 6). Ce sont des matériaux
très denses qui arrivent figés sur le sol récepteur, et
relativement proches de la cheminée d'éjection.
Leur forme est en étroite relation avec la viscosité du
magma qui les a engendrées (fig. 7).
92
A l'état solide
(avec débris du socle)
Fig. 1
I BIZAC
Lapilli
cristallin
Fig. 2 - Ponce brune
du puy de Paugniat.
/ ' M i t ? ,
Fig. 3 - Aspect vésiculaire de scories de Haute-Loire.
Fig.4- < Bouse de vache » soudée par une scorie à surface légèrement
plissotée (puy de Peyrouse).
Dans certaines conditions, la dilatation ultérieure du
noyau confère un aspect de surface particulier aux
bombes, aspect qui est comparable à celui d'une
« croûte de pain » surcuite (fig. 8) ; de ce fait, ces
bombes sont baptisées du nom de « bombes en croûte
de pain ».
Lorsque la viscosité du magma s'élève encore, les
bombes obtenues sont des bombes d'explosion qui
revêtent des contours très irréguliers et déchiquetés.

BOMBES
Fig. 5 - Bombe piriforme recourbée
(puy de Paugniat).
Viscosité croissante du magma ••
hélicoïdales piriforme globuleuse 'croûte de pain" d'explosion
Fig. 8 - Bombe en «croûte de pain» du puy de Tenusset.
Fig. 9 - Inclusion granitique dans un bloc éjecté (puy de Paugniat).
PRODUITS EMIS A L'ETAT SOLIDE
Lorsque les laves sont émises à l'état solide ou exces­
sivement visqueux, des blocs ou éclats de la roche
encaissante (généralement granitique) sont souvent
arrachés et éjectés au cours des éruptions aériennes.
Les produits qui en résultent se présentent générale­
ment sous la forme de noyaux de roches dits « xéno-
lithiques » et enrobés de laves (fig. 9).
Dans les cas des échantillons de gros et moyen cali­
bres, les noyaux xénolithiques sont principalement
constitués de granités issus du socle ou d'autres ro­
ches affleurant dans la cheminée.
Les lapilli sont un ensemble de petites pierres prove­
nant de la fragmentation de vieilles laves et de roches
de la cheminée d'éjection. Les lapilli cristallins sont
généralement recouverts d'une mince pellicule de lave
noire, le plus souvent, et rouge parfois. Le calibre de
ces échantillons est compris entre 1 et 5 centimètres.
COULEUR DES POUZZOLANES
Critères de coloration
Les travaux de Kennedy sur l'équilibre des ions ferreux
et ferriques dans les laves basaltiques montrent que la
solution de Fe 20 3 dans une lave basaltique est très
voisine d'une solution parfaite et que les rapports
Fe + + /Fe + + + gardent un pouvoir représentatif dans
ces laves, permettant ainsi de dégager des conclu­
sions physico-chimiques, après dosage de ce rapport
dans les différentes laves.
93

I BIZAC -
Fig. 10 - Scories violettes
du puy de Peyrouse (Haute-Loire).
Les analyses chimiques réalisées sur les pouzzolanes
de provenances très différentes* tendent bien à mon­
trer que la couleur dominante de celles-ci reste étroi­
tement liée au rapport des pourcentages pondéraux
des oxydes ferreux et ferriques :
f _ F e 0
~ Fe 20 3
— lorsque f est inférieur à 0,02, le taux de FeO devient
inférieur à 2 % en poids des oxydes de fer ; on
constate alors une coloration uniformément rouge
pour les matériaux réduits à l'état de fines ;
— lorsque f est voisin de 0,10, ce même taux de FeO
monte vers 9 %en poids des oxydes de fer et la coloration
vire au brun ;
— dès que f atteint la valeur de 0,27, le taux de FeO est
supérieur à 22 % et les produits sont uniformément
noirs.
Rappelons à cet effet que dans le cas de l'hématite, le
rapport f est nul et que, dans le cas de la magnétite,
dont la couleur est franchement noire avec un éclat
submétallique, ce rapport atteint la valeur de 0,45
donnant ainsi un taux de FeO de l'ordre de 31 % en
poids des oxydes de fer.
Le bilan des analyses effectuées à ce jour montre
que les pouzzolanes les plus noires demeurent encore
fort éloignées, au regard de leurs taux relatifs d'oxydes
ferreux, des magnétites: feur composition stœchiométrique
extrémale n'atteint que (Fe ?0 3 - 0,63 FeO),
alors que la magnétite a une composition équimoléculaire
(Fe 20 3- FeO).
Partant de tous ces éléments, les oxydes de fer peuvent
donc être retenus comme «indicateurs colorés»
des pouzzolanes puisqu'ils sont susceptibles de donner
d'utiles renseignements sur les degrés d'oxydation
atteints dans les pouzzolanes rencontrées.
Origine des colorations
A. Rittmann estime que, du fait des températures élevées
des bains magnétiques et du caractère fortement
réducteur des gaz éruptifs, le fer se trouve au sein de
ce magma à l'état divalent, donc sous la forme prédominante
de composés ferreux. La preuve la plus récente
à cette hypothèse a été apportée en 1973 lors de
l'éruption du Helgafell (Islande) où la ville de Heymaey
fut partiellement comblée par des projections de cendres
noires.
* Les pouzzolanes analysées sont assez représentatives de l'ensemble
des projections volcaniques qui existent dans le monde puisqu'elles
proviennent de :
— France (Auvergne, Velay, Vivarais et Bas-Languedoc) ;
— Italie (Etna) ;
— Madagascar et Réunion ;
— Martinique et Guadeloupe ;
— Afrique (Zaïre (Niragongo) et Ruanda).
94
Fig. 11 - Scories bleues, variété assez rare, ne se rencontrant que
parmi les scories noires.
Nous retiendrons donc que les pouzzolanes fraîchement
produites sont essentiellement noires et que les
variétés de colorations n'apparaissent qu'au cours de
phases évolutives postérieures à l'éruption même.
D. Baudry et G. Camus pensent que le rougissement
des scories est principalement dû à un phénomène
calorifique qui favoriserait l'action oxydante de l'air
sur ces scories ; expérimentalement, une scorie noire
soumise à l'intérieur d'un four à une température de
l'ordre de 1 000 °C prend une teinte rouge. Les auteurs
précisent que le phénomène calorifique au sein d'un
gisement peut être attaché soit à la présence d'une
cheminée, soit à celle d'une coulée (sill de laves). Certaines
observations sur le terrain viennent confirmer
ces hypothèses.
En outre, certaines altérations des scories peuvent se
développer du fait de la présence d'éléments tels que
le fer, le titane, le manganèse d'une part, et de celle de
composés soufrés d'autre part.
Il n'est donc pas rare de rencontrer des scories de
couleur bleue, violette, blanche, jaune ou verte... mais
ces colorations ne relèvent pas directement de processus
liés au volcanisme (fig. 10 et 11).
CONCLUSION
La description des produits pyroclastiques susceptibles
de coexister au sein du gisement de pouzzolanes
pourrait nous conduire à penser que ce dernier n'est
pas homogène : cette conclusion risque cependant
d'être un peu hâtive du fait que nous avons vu que la
plus grande partie des matériaux n'était constituée
que par des scories.
De plus, l'extraction par boutage sur plusieurs entablements
réduit considérablement le manque d'homogénéité
qui est parfois constaté au front de taille ; et
c'est déjà un produit très homogénéisé qui arrive à
l'installation de criblage et de réduction. De ce fait, le
matériau élaboré est toujours un produit sensiblement
homogène à la sortie d'une même carrière de pouzzolanes.
Par ailleurs, nous avons vu que la coloration des matériaux
ne relevait que des variations du degré d'oxydation
du fer présent et ne pouvait donc pas affecter la
partie silicatée. De ce fait, le préjugé selon lequel les
pouzzolanes noires présenteraient une qualité plus
médiocre que celle des pouzzolanes rouges est actuellement
dénué de tout fondement.
BIBLIOGRAPHIE
[1] KERN R. et WEISBROD A., Thermodynamique de base pour
minéralogistes pétrographes et géologues, Masson éd., Paris,
1970.
[2] RITTMANN A., Les volcans et leur activité, éd. française établie
par Tazieff H., Masson éd., Paris, 1963.
[3] BAUDRY D. et CAMUS G., Les projections volcaniques de la
chaîne des Puys et leur utilisation, rapp. BRGM 70 SGN 61
MCE, févr. 1971 (2 e
édition).

Observation des pouzzolanes
au microscope électronique à balayage
RÉSUMÉ
M.-H. TINTURIER
Assistante
Service de chimie
Laboratoire central
La microscopie électronique à balayage a été utilisée pour tenter de différencier par
leur texture les diverses pouzzolanes.
Si les faibles grossissements permettent de distinguer les ponces des scories, cette
technique s'est révélée assez décevante pour les investigations à plus fine échelle. La difficulté
est liée d'une part à un mode de fracture de type transgranulaire qui ne révèle pas
la forme externe des microlites et d'autre part au fait que les feldspaths présentent comme
le verre une cassure d'aspect conchoïdal, ce qui ne permet pas de caractériser la présence
du verre.
MOTS CLÉS : Pouzzolane - Microscope - Electronique - Texture (physicochim) -/Microscope
électronique à balayage.
L'examen macroscopique des diverses pouzzolanes
n'ayant pas permis la mise en évidence de différences
essentielles, pour descendre dans l'échelle des obser­
vations, nous avons fait appel à la microscopie élec­
tronique à balayage. Par cette technique, on peut en
principe visualiser les diverses cristallisations existant
dans les échantillons et par suite les différencier.
En outre, nous espérions pouvoir distinguer, par l'as­
pect conchoïdal des cassures, les parties vitreuses des
parties cristallisées de façon à reconnaître, par la pré­
sence de verre, les pouzzolanes réactives.
Nos observations ont porté principalement sur des
ponces et des scories provenant de cinq gisements du
Massif central : Volvic, Les Dômes, Bizac, Thueyts et
Corent.
TECHNIQUE OPERATOIRE
Pour chaque gisement, nous avons choisi des échan­
tillons ayant l'aspect le plus représentatif possible,
tant par la forme que par la couleur.
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - 92 - nov.-déc. 1977 - Réf. 2114
Si les cristallisations que l'on peut observer sur des
surfaces naturelles ont sans doute une signification, il
apparaît difficile de les extrapoler à la masse sous-
jacente. C'est la raison pour laquelle nous avons géné­
ralement travaillé sur des fractures.
Les échantillons ont donc été cassés peu de temps
avant l'observation, de façon à avoir des fractures fraî­
ches n'ayant subi aucune altération. Ils ont ensuite été
collés sur des porte-échantillons, puis métallisés à
l'or-palladium avant d'être introduits dans le micros­
cope électronique à balayage.
Naturelles ou non, les surfaces se présentent souvent
sous une forme irrégulière, ce qui peut rendre parfois
difficile l'observation au microscope malgré sa grande
profondeur de champ. De plus, cette difficulté peut
être accentuée par le fait que la métallisation de ce
type d'échantillons, aux formes hérissées, n'est pas tou­
jours uniforme; cela entraîne des effets de charges,
c'est-à-dire une accumulation d'électrons sur certai­
nes plages et rend l'observation impossible.
95

Le Stéréoscan Cambridge que nous avons utilisé permet
d'avoir une vue de la surface à des grossissements
allant de 20 à 20000. Pour pouvoir comparer les pouzzolanes
entre elles, nous avons été amenés à choisir
trois grandissements standards qui nous ont paru les
mieux adaptés : le grandissement 50 montre l'aspect
général de l'échantillon, celui de 1 000 la texture et
l'échelle des différents cristaux, et celui de 10 000 les
détails et en particulier les cassures.
RESULTATS DES OBSERVATIONS
Aspect général
Les clichés obtenus au grossissement 50 permettent
de classer l'aspect des pouzzolanes en deux types que
l'on pourrait qualifier de « scoriacé » et de « ponceux
».
Les scories (fig. 1, 7, 13, 19, 22 et 25) révèlent en effet
une uniformité d'aspect ; nous retrouvons la présence
de nombreuses vésicules de dimensions variées et de
formes arrondies qui ont servi à les caractériser à
l'échelle macroscopique. Les figures 13 et 22 des scories
de Thueyts « SPASE » et Thueyts « CAP » nous
montrent bien cet aspect très particulier. Ces vésicules
de section circulaire ont un diamètre variant entre 50
et 500 (/m. La scorie de Bizac (fig. 19), de couleur
noire, apparaît plus déchiquetée que celle de Volvic
(fig. 1) ou que celle des Dômes (fig. 25).
Les ponces (fig. 4,10,16 et 28) ont une structure cellulaire.
Les alvéoles ont des sections généralement non
circulaires mais aux formes douces et semblent communiquer
entre eux. L'aspect général des ponces est
moins compact que celui des scories ; elles sont, en
effet, moins denses car elles proviennent d'un magma
plus visqueux et donc plus riche en gaz. Sur les clichés,
on peut voir que la dimension des alvéoles est à
96
Grandissement 50
1 cm = 200 firn
peu près uniforme pour un même échantillon, mais
assez différente d'un échantillon à l'autre. Pour la
ponce de Volvic (fig. 4), elle est de l'ordre de 50 ^m.
Pour celles de Corent (fig. 16) et des Dômes (fig. 28),
toutes deux de couleur rouge, elle atteint en moyenne
100 ^m. L'échantillon de Bizac (fig. 10), sélectionné à
l'œil nu comme ponce, présente un aspect plutôt proche
de celui des scories.
Sur une ponce de Corent (fig. 16), nous observons une
concrétion sphérique. Son analyse par diffraction de
rayons X nous a permis de montrer qu'il s'agissait de
calcite, mais cela est une particularité qui n'a pas été
retrouvée sur d'autres échantillons. Il en est de même
pour le cristal de quartz que l'on peut observer sur la
ponce de Volvic (fig. 4).
Texture
Grandissement 1 000
1 cm = 10 um
Scorie de Volvic grise
C'est au grandissement 1 000 que l'on peut avoir une
idée de la texture de la pâte. Sur ces clichés nous
espérions visualiser les cristallisations existantes, les
différencier et déterminer leur dimension. Mais le résultat
est assez décevant à cet égard car la plupart des
échantillons nous montrent un aspect assez compact
sans formes précises (fig. 2,5,8,11,14,17 et 20). Cette
relative homogénéité apparaît très nettement sur les
clichés quels que soient la provenance des pouzzolanes,
leur aspect, scorie ou ponce, leur couleur. Cela
vient du fait que la cassure est transgranulaire (fracture
du grain lui-même) et souvent d'aspect conchoïdal,
de sorte que la cristallisation ne ressort que de
façon très imprécise. Cela rend l'exploitation des clichés
assez difficile, mais permet toutefois de déterminer
l'échelle de la granulation qui est de l'ordre de
10 fivn. On peut noter également sur la ponce de Volvic
(fig. 5) la texture plus alvéolaire de la pâte, comme
nous l'avait déjà montré le grandissement 50 où les
alvéoles de faibles dimensions semblaient communiquer
entre eux.
Grandissement 10000
1 cm = 1 /jm
Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3

Grandissement 50
1 cm = 200 «m
Grandissement 1 000
1 cm = 10 (im
Ponce de Volvic grise
Grandissement 10000
1 cm = 1 fim
Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6
Scorie des Dômes multicolore
Fig. 7 Fig. 8 Fig. 9
Ponce de Bizac rouge
Fig. 10 Fig. 11 Fig. 12
97

98
Grandissement 50
1 cm = 200 firn
Grandissement 1 000
1 cm = 10 um
Scorie de Thueyts «SPASE» rouge
Grandissement 10000
1 cm = 1 firn
Fig. 13 Fig. 14 Fig. 15
Ponce de Corent rouge
Fig. 16 Fig. 17 Fig. 18
Scorie de Bizac noire
Fig. 19 Fig. 20 Fig. 21

Grandissement 50
1 cm = 200 ftm
Grandissement 1 000
1 cm = 10 um
Scorie de Thueyts «CAP» rouge
Grandissement 10000
1 cm = 1 «m
Fig. 22 Fig. 23 Fig. 24
Scorie des Dômes noire
Fig. 25 F i 9- 2 6 F i g -
2 7
99

Cependant, nous avons observé quelques cas de frac­
tures intergranulaires qui permettent la mise en évi­
dence de belles cristallisations, en particulier sur une
ponce noire des Dômes (fig. 29). Les cristaux de 5 /

Dosage de la phase vitreuse
dans les matériaux pouzzolaniques
RÉSUMÉ
J. MILLET
Assistante
R. HOMMEY
Technicien supérieur
F. BRIVOT
Technicienne
Service de chimie
Laboratoire central
Il est possible de doser la phase vitreuse dans les matériaux pouzzolaniques par
diffractométrie des rayons X, la surface de la bande diffuse due au verre étant proportionnelle
à sa teneur.
En se référant à une droite d'étalonnage établie avec des mélanges synthétiques
d'obsidienne et d'un feldspath, on a pu faire ce dosage sur diverses pouzzolanes italiennes
et françaises. Alors que les premières contiennent jusqu'à 65 % de phase vitreuse, les secondes
ont un pourcentage de verre qui ne dépasse généralement pas 20 % et qui peut être nul dans
un certain nombre de cas.
MOTS CLÉS : Pouzzolane - Phase vitreuse - Dosage (chim) - Rayon X - Diffraction.
De nombreuses études effectuées sur les matériaux à
caractère pouzzolanique—cendres volantes, pouzzolanes
— laissent penser qu'il y a une relation entre
l'activité pouzzolanique et la quantité de phase vitreuse
présente dans le matériau, [1], [2], [3].
Nous avons cherché à mesurer par diffractométrie de
rayons X l'importance de cette phase vitreuse dans
divers matériaux pouzzolaniques, en particulier dans
des pouzzolanes du Massif central déjà étudiées par
ailleurs [4], [5], [6].
On sait que les verres sont des solides où les atomes ne
sont pas disposés de façon régulière comme dans les
cristaux; ils se répartissent autour d'un centre à des
distances répondant à une distribution de probabilité,
mais ces distances ne sont pas quelconques, elles
sont voisines de celles, bien précises, qui séparent les
mêmes atomes dans les corps cristallisés de même
composition [7].
Les diagrammes de diffraction aux rayons X de tels
matériaux présentent, non pas des raies fines, mais
des bandes plus ou moins diffuses dont les sommets
correspondent, grosso modo, aux raies principales de
diffraction de la même phase cristallisée.
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - 92 - nov.-déc. 1977 - Réf. 2019
Une étude préliminaire réalisée sur des mélanges synthétiques
verre/phase cristalline nous a montré que,
pour des conditions expérimentales déterminées, la
bande de diffraction due à la phase vitreuse avait une
surface directement proportionnelle à la quantité de
verre présente. Nous avons appliqué cette méthode au
dosage de la phase vitreuse dans les matériaux pouzzolaniques.
Pour l'étalonnage, le choix de la phase vitreuse de
référence n'est pas quelconque ; celle-ci doit avoir une
composition minéralogique assez proche de la phase
vitreuse contenue dans les pouzzolanes, de façon à ce
que les profils géométriques des bandes de diffraction
s'inscrivent dans la même région du diagramme.
Globalement, les diverses pouzzolanes du Massif central
étudiées ont des compositions qualitatives assez
voisines les unes des autres (tableauI). Ce sont des
matériaux où dominent les plagioclases du type andésite
et qui ne contiennent pas de silice libre. De ce fait,
le choix des composants des mélanges synthétiques
s'est porté:
1. sur une obsidienne, verre naturel d'origine volcanique.
101

TABLEAU I
Composition minéralogique des matériaux
peuzzolaniques étudiés
Matériaux
pouzzolaniques
Pouzzolanes du
Massif central
Volvic
Bizac
Les Dômes
Thueyts
Corent
Pouzzolanes
italiennes
h
12
f
Minéraux
dominants
andésine
andésine - augite -
olivine
andésine
plagioclases - diopside
andésine - augite -
olivine - magnetite
feldspaths potassiques
feldspathoïdes (leucite)
feldspaths potassiques
(sanidine)
eldspathoîdes (analcime )
diopside
Trass quartz - feldspaths
potassiques - pyroxenes
(diopside)
Basaltes
Puy du Mur
Mu rate 1
Rhyolite
de Lusclade
diopside
néphèline
plagioclases
(labradorite)
diopside
phase vitreuse
Minéraux
secondaires
augite - hornblende
magnetite - biotite -
chlorite
néphèline - hématite
augite - olivine -
oxydes de fer
forsterite - hématite
hornblende - néphèline -
hématite - biotite -
montmorillonite
micas
micas (biotite)
micas - chlorites
plagioclase
augite - hornblende -
trémolite - olivine -
oxydes de fer
feldspaths alcalins -
analcime - minéraux
micacés - chlorite
anorthoclase
(feldspaths Na K)
2. sur une oligoclase, plagioclase assez proche de
l'andésine (« Microvit» fourni par la Société «Norve-
gian Talc» de Bergen).
Les compositions chimiques et minéralogiques des
minéraux étudiés sont données dans les tableaux I,
II,Il bis et III.
Sept mélanges synthétiques à teneur croissante en
obsidienne (10-20-30-40-50-75 et 100 %) ont été
préparés et étudiés sur le diffractomètre Philips
PW 1310, avec le rayonnement «a du cobalt, un comp­
teur proportionnel et des conditions expérimentales
précises*.
Pour chaque échantillon, la surface de la bande de
diffraction principale a été déterminée en calculant
simplement la surface du triangle inscrit dans la bande
située sous les raies des plagioclases entre 18 et 40°/2

1,2-
TABLEAU IV
Dosage de la phase vitreuse
dans les matériaux pouzzolaniques
% /o
Matériau de phase vitreuse de phase vitreuse
pouzzolanique mesuré par déterminé par
diffraction X analyse modale
Pouzzolane'de Volvic 20—22 26
Pouzzolane de Bizac s* 5
Pouzzolane des Dômes 22-*-23
Pouzzolane de Thueyts 0
Pouzzolane de Corent sa 0
Pouzzolanes italiennes
h 51
63
Trass allemand 23
Basalte de Muratel 0 0
Basalte du puy du Mur 7 42
Rhyolite de Lusclade 92 85
On notera que, si le trass allemand a une teneur en
phase vitreuse très proche de celle des pouzzolanes
de Volvic et des Dômes (20-23 %), par contre, les
pouzzolanes italiennes en contiennent beaucoup plus
(50-60 %).
La rhyolite de Lusclade est pratiquement vitreuse.
Pour certains échantillons: basaltes, rhyolite, pouzzo­
lane de Volvic, le pourcentage de verre a également
été estimé par analyse modale sur lames extra-minces.
5C
Fig. 1 - Mélange synthétique obsidienne/oligoclase à 50 %
d'obsidienne.
2 9"
î*, 12. îo iï,. 4s »1/ iû Vi
10 000
5 000
1 000
S (mm !
I I
20 40 50 75 100
Obsidienne (%|
Fig. 2 - Courbe d'étalonnage - Surface de la bande de diffraction en
fonction de la teneur en phase vitreuse (% d'obsidienne).
103

Sauf dans le cas du basalte du puy du Mur les recou­
pements sont satisfaisants.
CONCLUSION
Il est possible de doser la phase vitreuse dans les
matériaux pouzzolaniques par diffractométrie de
rayons X: la surface de la bande diffuse due au verre
est directement proportionnelle à la teneur en phase
vitreuse. Cependant, les matériaux de référence,
c'est-à-dire ceux avec lesquels est établie la courbe
d'étalonnage, doivent avoir une composition minéralogique
proche de celle des matériaux à étudier. L'obsidienne,
verre volcanique naturel, convient au dosage
de la phase vitreuse des pouzzolanes.
Nous avons pu établir ainsi qu'il y avait de grandes
différences entre les pouzzolanes italiennes et celles
du Massif central. Les premières contiennent 50 à
65 %de phase vitreuse; les secondes ont un pourcentage
de verre très variable: parfois nul (Corent,
Thueyts), il ne dépasse jamais 23 % (Volvic, Les Dômes).
On voit donc que la connaissance obtenue par diffraction
des rayons X de la teneur en phase vitreuse permet
104
d'effectuer des classements, mais qu'elle pourrait également
permettre d'établir des relations entre cette
teneur et les propriétés mécaniques et chimiques des
matériaux pouzzolaniques.
BIBLIOGRAPHIE
[1] HOKUBU M., YAMADA i.,Fly ash cements, VI Congrès int.
Chimie du Ciment, Moscou, 1974 (Communication principale).
[2] MASSAZZA F., Chemistry ofpozzolanic additions and misced
cements, VI E Congrès int. Chimie du Ciment, Moscou, 1974
(Communication principale).
[3] COSTA U., MASSAZZA F.,Factors affecting the reaction with
lime ofpozzolanas, VI E Congrès int. Chimie du Ciment, Moscou,
1974, (Communication supplémentaire C VI 4).
[4] MILLET J., HOMME Y R., Etude minéralogique des pâtes
pouzzolanes - chaux,Bull, liaison Labo. P. et C, 74, nov.-déc.
1974, p. 59-63.
[5] DRON R., BRIVOT F., Bases minéralogiques de sélection des
pouzzolanes (présent bulletin).
[6] TINTURIER M.-H., Observation des pouzzolanes au microscope
électronique à balayage (présent bulletin).
[7] TRICHET J., Etude pétrographique de la structure des verres
volcaniques, Bull. Soc. géol. de France, (7) XI, 1969, p. 762-769.
Rédigé en novembre 1976.
»

Bases minéralogiques de sélection
des pouzzolanes
RÉSUMÉ
R. DRON
Docteur ingénieur
F. BRIVOT
Technicienne
Service de chimie
Laboratoire central
A la différence des pouzzolanes italiennes qui sont des trachytes alcalins ou des
phonolites leucitiques à base de feldspaths alcalins et de leucite, les pouzzolanes françaises
sont soit des andésites, soit des téphrites à base de plagioclases et de faibles quantités de
néphéline.
Le calcul de la composition minéralogique potentielle ou norme est possible à partir
de l'analyse chimique. Il permet de montrer que la teneur en verre est d'autant plus élevée
que les feldspaths sont moins calciques. Cette corrélation peut être expliquée par le fait que
les feldspaths alcalins cristallisent difficilement et que, par refroidissement rapide, ils ont
tendance à donner des verres. Un critère chimique simple de sélection est proposé.
MOTS CLÉS : Pouzzolane - France - Composition du mélange - Minéralogie • Analyse
chimique - Calcul • Phase vitreuse - Feldspath - Alcalin.
Comme on vient de le voir les pouzzolanes naturelles
sont constituées de pyroclastites, fragments de
magma projetés dans l'atmosphère sous la violence de
l'éruption et refroidis au cours de leur parcours aérien.
Cette genèse, qui s'apparente à la granulation du lai­
tier de haut fourneau, est, en partie du moins, respon­
sable de la présence de verre, par un effet de trempe dû
à une vitesse de refroidissement relativement grande.
Elle différencie les pouzzolanes des basaltes, roches
cohérentes résultant du refroidissement du même
magma s'épanchant sous forme de lave, et qui seraient
à cet égard à rapprocher du laitier concassé.
L'analogie pouzzolane-laitier granulé s'arrête là, car il
n'y a pas de commune mesure entre les «degrés de
vitrosité» de l'un et l'autre matériau, les pouzzolanes
comportant toujours, à la différence des laitiers, une
importante partie cristallisée. On peut alors se poser la
question de savoir pourquoi des pouzzolanes sembla­
bles sur le plan de la morphologie, donc ayant subi a
priori une «granulation» identique, peuvent avoir des
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - 92 - nov.-déc. 1977 - Réf. 2115
teneurs en verre très différentes et pourquoi, à l'in­
verse, certaines coulées basaltiques comportent une
phase vitreuse importante.
On est amené à soupçonner une intervention détermi­
nante de la composition du magma, alors qu'il s'agit
d'un facteur accessoire dans le cas du laitier. Comme il
y a identité entre la composition brute du magma initial
et celle du produit solidifié, l'analyse élémentaire
constitue un élément d'appréciation facilement ac­
cessible. Elle est malheureusement a priori rigoureu­
sement ininterprétable du fait que toutes les teneurs
varient, et qu'il n'y a pas de raison logique pour attri­
buer aux écarts sur un élément plutôt qu'un autre la
différence du «degré de vitrosité».
Les raisons de cet écueil nous apparaissent mieux
après coup. En réalité, le verre est ce qui reste quand
tout ce qui devait cristallisera cristallisé. Si nous vou­
lons comprendre un tant soit peu les raisons de sa
présence, nous devons retrouver l'ordre des cristalli­
sations et par conséquent aborder le problème par
l'analyse minéralogique.
105

RAPPELS SUR LA COMPOSITION MINERALOGIQUE
DES ROCHES VOLCANIQUES
La composition minéralogique des roches volcaniques
est déterminée par la composition chimique du
magma qui leur a donné naissance, cette composition
chimique étant elle-même le résultat de « l'histoire» du
magma considéré.
Selon Rittmann [1] auquel nous emprunterons la plupart
des données volcanologiques de cet article, le
magma primaire profond dit «subcrustal» a une composition
fixe, correspondant à celle d'un basalte à olivine.
Une différenciation s'opère au cours de sa montée
à travers les fissures abyssales, essentiellement
selon deux processus. Le premier de ces processus
consiste en un phénomène dit d'assimilation, c'està-dire
en la dissolution de la roche encaissante par le
magma en fusion. Le second, appelé différenciation
gravitative, est lié à la sédimentation de cristaux d'olivine
déjà formés à ce stade, ce minéral apparaissant à
l'état solide dès que la température descend en dessous
de 1800 °C. Cette séparation a pour effet d'appauvrir
le liquide magmatique en éléments constitutifs
de l'olivine.
Lorsqu'il parvient à la surface, le magma a atteint une
certaine composition chimique qui va déterminer la
composition minéralogique de la roche résultant de
son refroidissement. La commune origine des
magmas fait que les mêmes minéraux constitutifs se
retrouvent d'une roche volcanique à une autre, les
différences étant affaire de proportion relative plutôt
que de nature. Aussi va-t-on systématiquement retrouver
deux familles fondamentales de minéraux silicates:
celle des composantssialiques où, comme l'indique
leur nom, la silice et l'alumine dominent, et celle
des composants fémiques où l'on trouve surtout du fer
et du magnésium.
1 - Les composants sialiques comprenant le quartz et
les alumino-silicates alcalins et alcalino-terreux. On
distingue:
a) Les feldspaths qui sont des solutions solides entre
trois composés définis fondamentaux :
— l'orthose (Or) K Al Si 30 8
— l'albite (Ab) Na Al Si 30 8
— l'anorthite (An) Ca Al Si 20 8
Les solutions solides albite-orthose constituent les
feldspaths alcalins.
Les solutions solides albite-anorthite constituent les
plagioclases auxquels on a donné les noms suivants :
— oligoclase pour 10 à 30 % d'anorthite;
— andésine pour 30 à 50 % d'anorthite;
— labradorite pour 50 à 70 % d'anorthite;
— bytownite pour 70 à 90 % d'anorthite.
L'orthose et l'anorthite ne sont pas miscibles.
Le système ternaire orthose-albite-anorthite (f ig. 1 ) est
donc au maximum biphasé (dans la lacune de miscibilité
prolongeant la démixion anorthite-orthose).
b) Les feldspathoïdes sont trouvés dans les roches
dont la composition est déficitaire en silice par rapport
à celle des feldspaths.
106
Fig. 1 - Composition et dénomination des feldspaths.
Les deux principaux feldspathoïdes sont la néphéline
Na Al Si04 et la leucite K Al Si04.
c) Le quartz est au contraire présent dans les roches
dans lesquelles la silice est excédentaire par rapport à
cette composition.
Quartz et feldspathoïdes s'excluent donc mutuellement.
2 - Les composants fémiques sont des silicates
contenant soit du magnésium, soit du fer, soit l'un et
l'autre. Les plus répandus sont lespyroxènes tels que
le diopside Ca Mg Si 20 6 dans lequel le fer peut partiellement
se substituer au magnésium. L'hédenbergite
Ca Fe Si 20 6 représente le terme extrême de la série
(fis- 2)-
ut, / ^
Diopside
Héden
bergite
/ Salite Ferrosalite \ \ \
/ i / \v°\
Augi te Ferroaugite \ ^ \
\ A- \
/ -5 // / \% \
Clinoenstatite
E 7/ /
1 0 2 0
En / J. L—
Mg2 [ISiO,) ] 2
/ Aug ite subcalcique Ferroaugite subcalcique\
Pigeonite
Clinobypersthène
Ferrosilite
Enstatite
Orthoferrosilite
T Bronzi te Hypersthène Ferrohypersthènt Eu lite
0 10
50
6 5
80 90 je, [ISIOjlJ
Mg2 [ISi0 3 )i] Fe 2 [(SIOj) 2 ;
Fig. 2-Classification des pyroxènes en pourcentages moléculaires de
wollastonlte (Wo), enstatite (En) et ferrosilite (Fs).

t CO
1890
1700
1500
1300 -
1100
0
Forstérite
c
a
e
1 1 V 1 1 1 1 1 »
20 | 40 60
Ferro- iHortonolitei Hyalohortonolitel
1 sidérite
1205
80
] Chrysolite i Fayalite
Fig. 3 - Mode de solidification d'une solution solide d'après l'exemple
d'un mélange de forstérite (Fo) et de fayalite (Fa).
La même substitution est observable dans \esolivines
à partir de la forstérite MggSiC}, jusqu'à la fayalite
Fe2Si04 (fig. 3).
3 - Les minéraux autres que les composants sialiques
et fémiques sont qualifiés â'accessoires. Ils
comprennent essentiellement les oxydes de fer Fe 30 4
(magnétite) et Fe 20 3 (hématite), l'ilménite FeTi03 et
des minéraux hydroxylés tels que les amphiboles, les
micas, etc.
NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES
ROCHES VOLCANIQUES
Il y a cent ans on distinguait entre elles les roches
volcaniques à l'œil nu d'après leur couleur, leur texture
et, lorsque c'était possible, la nature des phénocristaux.
Ainsi se créa une nomenclature empirique
qui s'affina avec l'évolution des méthodes d'observation
au microscope polarisant et qui fut codifiée par
Rosenbusch dont le système de classification a servi
de base aux systèmes modernes, depuis celui de Lacroix
datant de 1902 jusqu'à celui de Niggli [2] mis au
point dans la décennie qui précéda la seconde guerre
mondiale. Niggli a proposé de représenter la composition
des roches volcaniques en ne considérant dans
un premier temps que les composants sialiques.
Ceux-ci forment un système qui comporte au maximum
trois phases, à savoir:
— un plagioclase,
— un feldspath alcalin,
— un feldspathoïde ou du quartz.
Les deux systèmes ternaires possibles sont représentables
par deux triangles accolés par leur base. Le
triangle supérieur correspond au système
plagioclase-feldspath alcalin-quartz et le triangle inférieur
au système plagioclase-feldspath alcalinfeldspathoïde.
Niggli ne tira pas les conséquences de cette représentation
dans l'élaboration de son système de classification,
qui n'est pas à l'abri du reproche de complication
qu'on pouvait faire aux systèmes antérieurs. Il appar­
tenait à Rittmann de franchir ce pas. Nous emprunterons
à H. Tazieff ces lignes extraites de l'avant-propos
qu'il écrivait en 1962 pour la traduction française de
l'ouvrage fondamental de Rittmann Vulkane und ihre
Tätigkeit:
«La Classification adoptée (par Rittmann) est basée
sur le système minéralogique de Lacroix, mais Rittmann,
magmatologue et non minéralogiste, est plus
avide de saisir les grandes lois de la genèse des roches
que curieux de raretés qui ne leur sont qu'exception ;
aussi est-ce une nomenclature simple, réduite à l'essentiel
qu'il conserve, débarrassée du fouilli ahurissant
des appellations d'espèces et de variétés qui encombrent
certaines classifications pétrographiques. »
Dans la classification de Rittmann, que nous utiliserons
dans le présent article, les triangles de Niggli sont
divisés en un certain nombre de domaines (fig. 4),
eux-mêmes subdivisés en champs (fig. 5), ce qui défi-
Feldspaths t
alcalins
Quartz
Feldspathoi'des
Plagioclases
Fig. 4 - Le double
triangle de Niggli.
10
Fig. 5 - Subdivisions
des classes IV et VI.
107

TABLEAU I
Classe IV : Roches volcaniques andésitiques
et basaltiques
Champ 9 a) famille des trachyandésites (20-40) et
b) famille des trachybasaltes (40-75)
Champ 10 a) famille des andésites (20-40) et
b) famille des basaltes (40-75)
Classe VI : Roches volcaniques téphritiques
Champ 13 a) famille des téphrites phonolitiquesànéphéline
(20-40)
b) famille des téphrites phonolitiques à leucite
(20-40)
Champ 14 a) famille des téphrites néphéniliques (30-50)
b) famille des leucitéphrites (30-50)
nit des classes et des sous-classes. Il y a enfin deux
familles par sous-classe, par la prise en considération
de la teneur en minéraux fémiques, selon que cette
teneur est supérieure ou inférieure à la moyenne de la
sous-classe considérée.
La position du point représentatif des minéraux siali-
ques d'une part, et la teneur en minéraux fémiques
d'autre part définissent donc entièrement la place de la
roche dans la classification et, par suite, de façon
univoque, sa désignation dans une nomenclature, hé­
ritée des sytèmes antérieurs et codifiée par un tableau
de correspondance. A titre d'exemple le tableau I indi­
que la nomenclature des roches des classes IV et VI
dans lesquelles, nous le verrons, se placent les pouz­
zolanes françaises.
ANALYSE PAR DIFFRACTION
DES RAYONS X
Des spécimens très divers collectés dans cinq gise­
ments de pouzzolanes du Massif central (Volvic, Les
Dômes, Bizac, Thueyts, Corent) ont été soumise l'ana­
lyse diffractométrique X.
Origine
Les
Dômes
Nombre
d'échantillons
TABLEAU II
Le dépouillement des diffractogrammes est assez dif­
ficile étant donné la multiplicité des raies présentes et
la fréquence des superpositions.
On constate que pour un site donné, les minéraux
décelés sont d'une façon générale indépendants du
type morphologique du spécimen étudié, ce qui per­
met de conclure à une relative homogénéité des gise­
ments.
Par ailleurs, la couleur est toujours liée à la nature de
l'oxyde de fer présent: selon qu'il s'agit de magnétite
Fe 20 4 ou d'hématite Fe 20 3, la coloration est noire ou
rouge.
Les données analytiques essentielles sont résumées
dans le tableau II, abstraction faite d'un certain nom­
bre de singularités sur lesquelles notre attention avait
été attirée (phénocristaux, inclusions visibles à l'œil
nu, etc.), mais qui demeurent isolées et sans significa­
tion générale.
Ce tableau fait clairement apparaître, à l'exception de
trois «curiosités», l'absence de quartz. Il s'agit là
d'une conclusion formelle, car ce minéral est décela­
ble avec une grande sensibilité au moyen des rayons X,
sans interférence possible.
Comme nous l'avons vu plus haut, l'absence de quartz
est due au fait que la silice totale des phases sialiques
est déficitaire par rapport à la composition des felds-
paths (sauf cas particulier où elle serait dans le rapport
exact). Elle implique donc la présence d'un felds-
pathoîde.
La leucite doit être exclue d'une part parce que ses
raies sont absentes des diagrammes de rayons X et
d'autre part parce qu'elle est instable thermodynami-
quement en présence d'albite ou de plagioclase. Le
seul feldspathoïde stable dans cet environnement et
compatible avec l'analyse diffractométrique est la né-
phéline, dont la raie la plus intense (à 3,00 Â) est mal­
heureusement superposée avec celle du diopside.
Les feldspaths sont toujours des plagioclases dont la
nature peut varier à l'intérieur d'un même gisement.
Quartz Feldspaths Feldspathoìdes Pyroxenes Olivine
10 néant
sauf 1 cas
plagioclases :
de oligoclase
à labradorite
1 cas orthose
en inclusion
Corent 9 néant plagioclases :
de oligoclase
à labradorite
1 cas sanidine
en inclusion
Volvic 4 néant
sauf 1 cas
Bizac 6 néant
sauf 1 cas
non décèles diopside moyen
sauf 1 cas
néphéline diopside fort
1 cas
ferrohypersthène
Minéraux
accessoires
forstérite amphibole
(1 cas)
mica (6 cas)
forstérite amphibole
(5 cas)
mica (7 cas)
montmorillonite
(4 cas)
calcite (1 cas)
labradorite non décèles diopside faible néant mica
amphibole
de labradorite
à bytownite
1 cas anorthose
1 cas orthose
Verre
23 %
0
22 %
néphéline diopside moyen forstérite 5 %
Thueyts 6 néant bytownite néphéline diopside fort forstérite 0
108

Toutes les variétés de plagioclase, depuis l'andésine
jusqu'à la bytownite et même l'anorthite sont trouvées
dans les pouzzolanes.
Les pyroxènes sont toujours présents, sous forme de
diopside CaMgSi206. Par ailleurs, une olivine, la forstérite
Mg2Si04 est systématiquement trouvée, à une
exception près (Volvic).
Les minéraux accessoires sont surtout les amphiboles,
assez fréquents, des micas et dans le cas de la
pouzzolane de Corent une montmorillonite provenant
vraisemblablement d'un processus d'altération et une
calcite d'origine évidemment extra-volcanique.
La diffraction des rayons X permet par ailleurs de mettre
en évidence la présence d'une phase vitreuse, plus
ou moins importante suivant les échantillons [3].
EXPLOITATION DE L'ANALYSE CHIMIQUE
Les données de rayons X sont insuffisantes pour situer
exactement les roches dans les classifications modernes
car elles ne sont pas quantitatives. En particulier,
elles ne permettent pas de chiffrer les teneurs en
feldspathoïdes et en composants fémiques nécessaires
au repérage dans les triangles de Niggli.
Nous allons voir que l'exploitation de l'analyse chimique
permet de faire cette discrimination et qu'elle apporte
par ailleurs des informations nouvelles.
L'analyse chimique aété utilisée, en particulier par les
américains Cross, Iddings, Pirsson et Washington
(système CIPW) [4] et par Niggli lui-même pour calculer
la composition minéralogique des roches magmatiques,
et en déduire leur place dans la classification.
Cette composition théorique, appelée «norme»
s'écarte dans bien des cas de la composition réelle ou
«mode» établie par examen de lames minces au microscope
polarisant et a pour cette raison été très
critiquée par de nombreux pétrographes. Il s'agit en
réalité d'une fausse querelle et les pouzzolanes en
sont une bonne illustration : la norme correspond à ce
que seraient ces systèmes s'ils étaient en équilibre
thermodynamique; le mode (approché par l'étude diffractométrique)
reflète la composition du système réel
qui, pour des raisons diverses (rapidité du refroidissement
par exemple), a été fixé dans un état hors
équilibre. La comparaison du mode et de la norme est
pour cette raison extrêmement instructive.
1 - Calcul du nombre de phases des systèmes en
équilibre
On sait que la variance des systèmes en équilibre est
donnée par la règle de Gibbs:
v = c + 2 — 9
— c est le nombre de constituants indépendants; il
sera ici égal au nombre d'oxydes trouvés par analyse
chimique.
— tp est le nombre de phases.
— v est la variance, c'est-à-dire le nombre de paramètres
qui peuvent varier (composition des phases, pression,
température). Si nous fixons la pression et la
température, la formule de Gibbs se réduit à
V = C — 9
Le nombre de phases est maximal quand la variance
est nulle, c'est-à-dire que la composition de toutes les
phases (seul paramètre restant) est fixée à l'avance.
C'est le cas si les phases sont formées d'espèces chimiques
définies. On peut voir que dans ces conditions
c =f, c'est-à-dire que le nombre de phases est égal au
nombre d'oxydes de l'analyse chimique.
Le nombre de phases diminue d'une unité quand une
des phases a une composition non fixée à l'avance.
C'est le cas qui se présente lorsqu'il y a formation
d'une solution solide binaire (c'est-à-dire entre deux
composés définis); la composition de cette phase
s'ajuste sur la composition globale.
Le nombre de phases diminue de deux unités quand il
y a deux solutions binaires, ou encore une solution
solide ternaire.
2 - Nature des phases en présence
La règle de Gibbs ne peut rien nous apprendre sur la
nature des phases, qui résulte de relations thermodynamiques
dont on n'a a priori aucune idée. Il faut faire
intervenir ici les données de l'expérience et de la littérature.
Les minéraux trouvés par diffractométrie X ont des
chances de faire partie des phases stables. Si nous
admettons ce postulat, critiquable d'ailleurs, nous
pouvons faire le décompte des minéraux trouvés et le
comparer au nombre de phases calculé.
Dans le cas des pouzzolanes du Massif central, l'analyse
chimique donne, pourun bilancomprisentre99et
100 %, les constituants suivants:
chaux, silice, alumine, magnésie, oxyde de sodium,
oxyde de potassium, oxyde de fer et oxyde de titane,
soit huit constituants.
L'analyse diffractométrique révèle la présence de quatre
espèces: plagioclases, diopside, forstérite, hématite.
Toutes les phases ayant une composition définie, à
l'exception des plagioclases qui sont des solutions
solides ternaires, le système est bivariant et par
conséquent le nombre de phases est égal à 6. Deux
phases ne sont donc pas décelées par les rayons X. La
littérature nous apprend que l'une d'elles est l'ilménite
FeTi03 forme sous laquelle se trouve le titane dans les
roches volcaniques [5]. Compte tenu des éléments
restants, la dernière phase est nécessairement soit le
quartz soit un feldspathoïde. Nous admettrons, pour
les raisons invoquées plus haut, que ce feldspathoïde
est la néphéline sodique.
Dans ces conditions, il y a concordance entre le nombre
théorique de phases et le nombre réel. La détermination
de la proportion de chacune des phases est
alors une simple affaire de résolution d'un système de
huit équations linéaires à huit inconnues.
Les calculs peuvent être faits à la main, car la matrice
comporte de nombreux zéros, mais ils sont malgré
tout fastidieux et il vaut mieux avoir recours à l'informatique.
Grâce à la collaboration de F. X. Deloye,
nous avons pu résoudre le problème au moyen du
programme «minéraux» qu'il a mis au point [6].
3. Organigramme du calcul
Le calcul consistant en la résolution d'un système linéaire
avec autant d'équations que d'inconnues, il au-
109

ait pu être effectué au moyen d'un programme algébrique
de routine. Le programme LCPC «minéraux»
présente l'avantage de s'appuyer sur une logique chimique
qui permet, à chaque stade, de donner une
signification aux différentes opérations. L'organigramme
que nous avons choisi suit d'assez près l'ordre
de cristallisation du magma.
L'alumine n'étant présente que dans les feldspaths et
les feldspathoïdes* où elle est associée à raison d'un
atome Al par équivalent Na, Kou 1/2 Ca, on commence
par faire la somme de ces équivalents dont on retranche
le nombre d'atomes d'aluminium. La différence
trouvée représente l'excès de calcium qui va servir à
former le diopside en consommant un atome de magnésium
par atome de calcium. Le magnésium restant
est affecté à la forstérite.
On revient alors aux feldspaths et feldspathoïdes et on
affecte la totalité du potassium à l'orthose. Restent
sodium, aluminium (en quantité correspondant au sodium)
et silice (déduction faite de celle des minéraux
déjà calculés). Ce système de deux équations à deux
inconnues (albite et néphéline) est résolu par un raisonnement
par fausse supposition.
4. Application de la méthode aux échantillons
moyens de cinq gisements
Nous avons réalisé des échantillons moyens par mélange
pondéré des différents spécimens en notre possession,
en éliminant toutefois ceux qui présentaient
des singularités flagrantes et récoltés comme tels,
ainsi que les parties altérées qui nous auraient apporté
d'inutiles complications.
Ces échantillons ont été analysés par voie chimique
après fusion au tétraborate de lithium, qui assure une
attaque complète. Parallèlement, on a effectué le
spectre de diffraction des rayons X. Les résultats sont
donnés dans les tableaux III, IV, V**.
TABLEAU III - Analyse chimique (%)
Volvic Les Dômes Bizac Thueyts Corent
SiO, 53,00 47,00 44,95 43,40 43,00
Al 20 3 16,00 12,40 14,55 14,00 13,40
Fe 20 3 9,94 13,00 13,22 12,05 13,00
Ti0 2 2,12 2,88 2,97 2,96 4,00
CaO 7,52 10,52 9,88 10,80 11,82
MgO 2,99 8,30 7,20 9,47 7,59
Nap 4,84 3,12 3,30 3,36 2,80
K 20 2,52 1,58 1,62 1,50 1,76
Perte au feu 0,59 0,58 2,09 2,63 2,25
Total 99,52 99,38 99,78 100,17 99,62
Anorthite
Albite
Orthose
TABLEAU V
Composition minéralogique calculée (%)
Volvic Les Dômes Bizac Thueyts Corent
14,46
39,01
14,91
15,14
22,15
9,35
20,08
19,46
9,58
18,66
10,22
8,87
18,77
9,01
10,41
Total feldspaths 60,38 46,64 49,12 37,75 38,19
Néphéline 1,03 2,29 4,57 9,85 7,94
Total sialiques 61,41 48,93 53,69 47,60 46,13
Diopside
Forstérite
17,77
0
28,81
5,19
22,51
5,31
27,16
3,23
31,01
7,77
Total fémiques 17,77 34,00 27,82 30,39 38,78
Hématite
llménite
TABLEAU IV - Analyse diffractométrique
7,82
4,03
10,10
5,51
10,25
5,64
9,00
7,60
9,09
5,62
Total accessoires 11,85 15,51 15,89 16,60 14,71
5 - Détermination des familles pétrographiques
Les compositions étant maintenant définies qualitativement
et quantitativement, il n'y a pas de difficultés
pour préciser les familles auxquelles appartiennent les
cinq pouzzolanes étudiées. On doit d'abord déterminer
la nature des feldspaths. Il faut pour cela calculer le
pourcentage d'anorthite (An), d'albite (Ab) et d'orthose
(Or) rapporté au total feldspaths. Les résultats
sont donnés dans le tableau VI.
Dans le triangle représentatif de la composition des
feldspaths (fig. 6), les points figuratifs se placent dans
le domaine monophasé des plagioclases. Il n'y a donc
pas de feldspaths alcalins (en tant que phase).
On doit ensuite placer dans le triangle de Niggli le
point représentatif de la composition des minéraux
sialiques (fig. 7), ce qui oblige à calculer le pourcentage
de néphéline rapporté au total des minéraux sialiques,
soit les résultats du tableau VII.
TABLEAU VI
Volvic Les Dômes Bizac Thueyts Corent
An (%) 24 33 41 50 49
Ab (%) 51 47 39 27 24
Or (%) 25 20 20 23 27
TABLEAU VU
Volvic Les Dômes Bizac Thueyts Corent
Néphéline (%) 1,7 4,2 8,5 21 17
Plagioclases (%) 98,3 95,8 91,5 79 83
Feldspaths aie. 0 0 0 0 0
Volvic Les Dômes Bizac Thueyts Corent
Plagioclases fort fort fort fort fort
Quartz absence absence absence absence absence
Néphéline non décelé non décelé présence présence présence
Diopside faible moyen moyen fort moyen
Forstérite absence moyen faible fort moyen
Ox. de fer présence présence présence présence présence
Verre (%) 20 à 22 22 à 23 5 0 0
* Rappel des formules des minéraux: Albite: NaAISi308, Orthose: KAiSi 30 8, Anorthite: Ca Al2 Si 3 Os, Néphéline: Na Al Si 0„ Diopside: CaMgSi206,
Forstérite: Mg2 Si0 4.
** Analyses effectuées par Mme Hautbout sous la direction de M. Louvrier.
110

Par suite de l'absence de feldspaths alcalins en tant
que phase, le système sialique est biphasé, et le point
représentatif de sa composition se situe sur la ligne Pf,
d'autant plus près de P qu'il y a moins de néphéline. La
frontière des classes IV et VI se trouvant à 10 % de
feldspathoïdes, on en conclut que les pouzzolanes de
Volvic, des Dômes et de Bizac appartiennent à la
classe IV (plus précisément dans le champ 10) et que
celles de Thueyts et de Corent sont à rattacher à la
classe VI, champ 14.
Compte tenu de la teneur en minéraux fémiques on
peut voir en se reportant au tableau de nomenclature
que les pouzzolanes de Volvic, des Dômes et de Bizac
sont des andésites (fémiques inférieurs à 40) tandis
que celles de Thueyts et de Corent sont des téphrites
néphéliniques.
INTERPRÉTATION
DES RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX
La position relative des points figuratifs des cinq
pouzzolanes étudiées dans les deux représentations
est assez remarquable. Dans le triangle des feldspaths,
ils dessinent un arc sur lequel ils se trouvent placés
dans l'ordre suivant: Volvic, Les Dômes, Bizac,
Thueyts, Corent. Dans le triangle de Niggli, ils sont
placés dans le même ordre à une inversion près entre
Thueyts et Corent.
Signalons que l'ordre des tableaux de résultats a initia­
lement été défini par les teneurs en silice, classées
dans l'ordre des valeurs décroissantes. Or, on
constate que cet ordre est le même que celui trouvé
sur le triangle de Niggli. On remarquera qu'en ce qui
concerne les feldspaths, l'inversion de classement
disparaît si l'on prend en compte le seul pourcentage
d'anorthite dans les feldspaths.
La coïncidence des classements par les trois critères
(teneur brute en silice, teneur potentielle en anorthite
ou en néphéline) n'est pas absolument inattendue.
Elle confirme en fait une «évidence» pétrographique
et pourrait passer pour une conséquence purement
mathématique du mode de calcul adopté, la silice
ayant dans les équations un poids supérieur aux au­
tres constituants. Le fait qu'au moins il n'y ait pas
contradiction nous semble une justification méthodo­
logique qui n'est pas à négliger. Mais il y a plus, on
constate en effet que la teneur en verre, déterminée
sur les mêmes échantillons, suit également le même
ordre décroissant, et cette remarque pourrait bien
constituer la clé du problème que nous nous étions
initialement posé.
Les trois paramètres (teneur brute en silice, teneur
potentielle en anorthite et en néphéline) étant liés, la
teneur en verre est corrélée à chacun d'entre eux. La
corrélation avec la teneur brute en silice, familière aux
pétrographes pour des roches géographiquement et
minéralogiquement éloignées les unes des autres
s'imposait avec beaucoup moins d'évidence pour des
minéraux a priori aussi voisins les uns des autres que
le sont les pouzzolanes du Massif central. Par ailleurs,
nous pensons que la relation de cause à effet n'est pas
directe, mais qu'elle passe par l'intermédiaire de la
teneur potentielle en anorthite. On peut en effet expli-
Fig. 6 - Composition potentielle des feldspaths (V Volvic, D Les Dômes,
B Bizac, T Thueyts, C Corent).
Fig. 7 - Composition
potentielle des
composants sialiques(représentation
de Niggli
(V Volvic, D Les
Dômes, B Bizac,
T Thueyts, C Corent).
quer rationnellement la formation de verre par une
faible teneur potentielle en anorthite grâce aux consi­
dérations suivantes:
— Au cours du refroidissement du magma, les plagio-
clases qui cristallisent les premiers ont, par rapport
au feldspath «potentiel», une composition enri­
chie en anorthite. La phase liquide s'enrichit corré­
lativement en composants alcalins (fig. 8).
— Nous formulons l'hypothèse que le verre se forme
par suite de la plus grande difficulté de cristallisa­
tion des feldspaths alcalins par rapport à l'anor-
thite.
— Les données de la littérature rendent plausible
cette hypothèse. La synthèse de l'anorthite fut réa­
lisée dès 1915 par Rankin [7]. Il opérait au voisinage
du point de fusion et la cristallisation était com­
plète. Jander et Pétri [8] l'ont obtenue plus tard à
des températures beaucoup plus basses. Schairer
et Bowen [9] sont parvenus en 1938 à faire naître
des cristaux d'albite, mais ils avaient dû pour cela
recuire pendant cinq années à 1 025 °C un verre de
composition NaAISi 30 8. Pour l'orthose, ils renon­
cèrent au bout de six mois.
m

Un autre argument est tiré de la composition de l'obsidienne
riche en silice et en alcalins et pauvre en chaux.
Enfin les pouzzolanes italiennes, dans lesquelles on
trouve des teneurs en verre très élevées, sont soit des
trachytes alcalins (pouzzolanes napolitaines), soit des
leucitites (pouzzolanes romaines), c'est-à-dire qu'elles
sont riches en alcalins et pauvres en chaux [10].
On pourrait alors transposer de la façon suivante le
critère maintenant généralement admis selon lequel la
qualité d'une pouzzolane est liée à sa teneur en verre :
la qualité d'une pouzzolane est liée à une composition
potentielle pauvre en anorthite et riche en feldspaths
alcalins.
La composition potentielle n'étant obtenue qu'à partir
d'analyses complètes et au prixd'un calcul pourlequel
on peut difficilement se passer d'un ordinateur, on
peut chercher à simplifier ce critère pour la pratique
courante. Dans le cas de pouzzolanes du Massif central,
il semble qu'on puisse se limiter à la détermination
des teneurs en silice et en chaux. En effet, on s'aperçoit
en analysant le calcul informatique que ce sont
essentiellement ces deux données qui influent sur le
résultat de teneur en anorthite. Nous proposons
pour la pratique courante de calculer la différence
Si02 — CaO, facile à déterminer par les méthodes
chimiques courantes. Le tableau VIII donne les valeurs
de cette différence pour les pouzzolanes étudiées.
TABLEAU VIII
Volvic Les Dômes Bizac Thueyts Corent
Verre (%) 22 22 5 0 0
An (-/ )
(%)
) 24 33 41 50 49
Si02--CaO (%) 45,5 36,5 35,0 32,6 31,2
On voit qu'il existe, aux environs de 34 %, une valeur
seuil de la différence Si02 — CaO, au-dessous de
laquelle les pouzzolanes ne comportent pas de
phase vitreuse.
CONCLUSION
Les composants sialiques des pouzzolanes du Massif
central sont les plagioclases et la néphéline, ce qui
permet de placer ces matériaux dans la classe des
roches volcaniques andésitiques et basaltiques ou
dans celle des roches volcaniques téphritiques, selon
l'importance relative de la néphéline. Les pouzzolanes
françaises diffèrent donc essentiellement des pouzzolanes
italiennes qui sont des trachytes alcalins ou des
phonolites leucitiques à base de feldspaths alcalins et
de leucite.
Les autres minéraux importants consistent en un pyroxène,
le diopside, et une olivine, la forstérite. On
trouve aussi accessoirement des oxydes de fer, l'hématite
(rouge) et la magnétite (noire), qui conditionnent
la couleur de la pouzzolane, également de l'ilménite
ou oxyde mixte de fer et de titane et parfois des
amphiboles.
Le calcul de la composition normative, justifiée par la
règle des phases, est possible à partir de l'analyse
chimique. Elle permet de chiffrer la teneur potentielle
de ces minéraux et de classer les roches.
112
t (°o
] (% poids)
l l i l I *-
0 20 40 60 80 100
Albite Anorthite
Fig. 8 - Diagramme d'équilibre des plagioclases (d'après Bowen,
1913).
Nous avons pu montrer que la teneur en verre, à laquelle
est liée l'activité pouzzolanique, est en relation
étroite avec la composition potentielle des plagioclases,
et qu'elle diminue avec la proportion d'anorthite.
Cela explique que la partie vitreuse a une composition
enrichie en éléments alcalins et qu'elle s'apparente
aux verres des pouzzolanes italiennes et à l'obsidienne,
ce qui justifie l'utilisation de cette dernière
comme élément de référence pour le dosage de la
phase vitreuse au moyen des rayons X.
Un critère chimique simple peut être proposé pour la
sélection des pouzzolanes sur la base de leur teneur
en phase vitreuse: il s'agit de la différence entre les
teneurs brutes en silice et en chaux, facile à déterminer
par les méthodes chimiques courantes. Lorsque
cette différence est inférieure à une valeur seuil, voisine
de 34 %, les pouzzolanes ne comportent pas de
phase vitreuse. Ce critère semble, en fonction des
élémentsen notre possession, pouvoirêtreétendu aux
basaltes.
BIBLIOGRAPHIE
[1] RITTMANN A., Les volcans et leur activité, édit. française
établie par TAZIEFF H., Masson éd., Paris, 1963.
[2] NIGGLI P., Loi des phases en minéralogie et pétrographie,
Act. Sc., Paris, 1938.
[3] MILLET J., HOMMEY R. et BRIVOT F., Dosage de la phase
vitreuse dans les matériaux pouzzolaniques (présent
bulletin).
[4] CROSS W., IDDINGS W., PIRSSON L. et WASHINGTON M.S.,
Quantitative classification of the igneous rocks, Chicago
University Press, 1903.
[5] AUBOUINJ., BROUSSER. et LEHMANJ.P.,Précisde Géologie,
T. 1, Dunod éd., 1968.
[6] DELOYE F.X., Analyse minéralogique des bétons durcis,
Bull, liaison Labo. P. et Ch., 89, mai-juin 1977, p. 25-32.
[7] RANKIN, Amer. J. Sei. 4th Ser., 39, 1, 1915.
[8] jANDERet PETRI,Zeit. Electrochemie, 44, 747, 1938.
[9] SCHAIRER, BOWEN, Amer. J. Sei., 35 A - 289, 1938.
[10] MASSAZZA F., Chemistry of pozzolanic additions and misced
cements, VI Congrès int. Chimie du Ciment, Moscou,
1974.

POUZZOLANES ET BASALTES
Estimation de l'activité pouzzolanique
Recherche d'un essai
RÉSUMÉ
R. LARGENT
Ex-stagiaire au Laboratoire central
L'examen critique de l'essai de pouzzolanicité selon la norme ISO montre que celui-ci
n'apporte qu'une information qualitative, ce qui restreint fortement son intérêt.
Les essais, accélérés ou non, qui permettent de chiffrer le degré d'avancement de la
réaction pouzzolanique en fonction du temps ou pour un temps conventionnel, semblent mieux
adaptés à la caractérisation des matériaux.
Les essais mécaniques de longue durée restent le complément indispensable des essais
chimiques.
MOTS CLÉS : 32 - Essai - Ciment - Pouzzolane - Additif - Activité (physicochim.) - Chaux -
Cinétique - Réaction (chim.) - Résistance (mater.) - Mécanique - Hydratation.
La production de ciments contenant des ajouts pouzzolaniques
tend actuellement à se développer, ce qui
répond au souci de valoriser les ressources naturelles
abondantes et économiques que constituent les pouzzolanes
et les sous-produits industriels, telles les cendres
volantes de centrales thermiques dont la réutilisation
n'est encore que partielle. Cette évolution de la
composition des ciments doit s'accompagner de la définition
des normes nouvelles en cours d'élaboration,
tant au niveau national qu'européen. Elle nécessite en
conséquence la mise au point d'essais appropriés qui
doivent s'appuyer sur une connaissance suffisante des
processus mis en jeu au cours de l'hydratation.
Le professeur Massazza au 6 e Congrès international de
la Chimie du Ciment [1] a défini les pouzzolanes
comme un matériau naturel ou artificiel riche en silice
et alumine capable:
1. de réagir avec la chaux en présence d'eau,
2. de former par cette réaction des produits aux propriétés
liantes.
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - 93 - janv.-févr. 1978 - Réf. 2143
Cette définition peut servir de guide et permettre de
distinguer, selon que l'on s'appuiera sur sa première ou
sa seconde partie, deux catégories d'essais qui tendront
soit à caractériser l'intensité ou simplement
l'existence de la réaction pouzzolanique, soit à mettre
en évidence la formation de produits d'hydratation
spécifiques et plus précisément de prouver que ces
produits ont une influence sur les caractéristiques mécaniques
du système. Le premier type d'essais se rattachera
essentiellement à des déterminations chimiques,
tandis que le second s'appuiera plutôt sur des mesures
physiques et plus particulièrement sur les résistances
mécaniques.
1. Caractérisation de la fraction pouzzolanique
Une première approche consiste à chercher à caractériser
dans le ciment la présence de matière qui manifeste
potentiellement l'aptitude de réagir avec la chaux.
On sait maintenant de façon certaine à la suite de divers
61

travaux [1], [2], [3], [4], que le matériau doit satisfaire à
trois conditions:
— être acide, c'est-à-dire contenir une forte propor­
tion de silice et d'alumine,
— contenir une proportion importante de phase vi­
treuse,
— présenter une grande surface spécifique.
Ce point de vue nous conduit à aborder le problème par
voie analytique en cherchant en premier lieu à isoler la
fraction pouzzolanique. Cette fraction qui est par na­
ture acide, à l'opposé des autres constituants du ci­
ment qui ont un caractère basique très prononcé, peut
être séparée par une attaque acide mise au point pour
ne dissoudre que les constituants basiques.
La méthode proposée par I.A. Voinovitch et ses colla­
borateurs [5] qui emploie l'acide chlorhydrique au 1/50
donne une séparation tout à fait satisfaisante à cet
égard. Elle fournit une bonne estimation de l'impor­
tance quantitative de l'ajout et permet d'effectuer su r le
résidu insoluble des déterminations qui offrent la pos­
sibilité de contrôler la présence de phases actives et
même, si on le désire, de chiffrer la surface spécifique.
La diffraction des rayons X nous paraît être la méthode
la plus appropriée pour caractériser ces phases acti­
ves. L'existence sur le diagramme d'une bande com­
prise entre 2,5 Â et 5 Â et dont le maximum se situe vers
3,5 Â est caractéristique de la présence d'une phase
vitreuse et peut même servir à chiffrer son importance
quantitative par un étalonnage préalable. Cette
méthode permet accessoirement de préciser l'origine
de la matière pouzzolanique. Par exemple, la présence
des raies des feldspaths et des pyroxènes caractérise
les pouzzolanes volcaniques et la présence de mullite
caractérise les cendres volantes acides. La méthode
proposée par F.-X. Deloye, C. Chézeaud et M.-J. Buis­
son [6] permet une caractérisation qualitative.
2. Mise en évidence de la réaction pouzzolanique
La réalité de la réaction pouzzolanique sera prouvée si
l'on montre que la chaux disparaît du milieu réaction-
nel. Vicat avait constaté que l'addition de pouzzolane
finement broyée à une solution saturée de chaux pro­
voque un abaissement de la concentration en chaux de
cette solution. C'est cette idée qui a guidé Fratini [7]
dans l'essai qu'il a proposé et qui est recommandé
maintenant par l'ISO [8].
Cet essai consiste à laisser réagir statiquement à 40 °C
pendant 8 jours, 20 g de ciment en contact avec 100 ml
d'eau et à doser au terme de l'essai dans la solution
surnageante le calcium total et l'alcalinité totale. La
position du point représentatif dans le diagramme « al­
calinité totale — calcium total», au-dessous ou au-
dessus de la courbe de solubilité de l'hydroxyde de
calcium, permettrait d'affirmer que la réaction pouzzo­
lanique est effective ou non.
Cette proposition serait vraie si le système était vérita­
blement en équilibre, mais nous allons voir qu'il n'en
est rien [9]. Le rapport eau/ciment initial étant de 5, la
suspension initiale décante rapidement. Le gâteau qui
se forme au bout des 8 jours que dure l'essai acquiert
une certaine cohésion.
62
Il n'est pas homogène et présente une stratification due
aux différences de densité et de finesse des grains. De
plus, la diffusion se trouve freinée par suite de la rela­
tive compacité de la pâte durcie.
S'il y avait véritablement équilibre dans toute l'étendue
du système, la sous-saturation en hydroxyde de cal­
cium de la solution surnageante s'accompagnerait
d'une absence de la phase chaux dans toute l'épais­
seur du gâteau.
Nous avons soumis à l'examen par rayons X les diffé­
rents niveaux de ce gâteau et la présence d'hydroxyde
de calcium en quantités importantes ne fait aucun
doute, sauf peut-être dans la zone superficielle au voi­
sinage immédiat de la surface. L'équilibre se limite
donc au maximum à une interaction entre la zone su­
perficielle du gâteau et la solution surnageante.
Pour créer les conditions d'un équilibre réel avec toute
la masse, nous avons repris le même principe en main­
tenant le système en agitation pendant toute la durée
de l'essai et nous avons prélevé des échantillons de la
phase aqueuse afin d'y doser le calcium total et l'alcali­
nité totale. On peut ainsi suivre l'évolution de la com­
position de la solution et préciser le chemin parcouru
par le point figuratif. Nous avons opéré sur les deux
ciments italiens qui avaient servi aux essais croisés
réalisés récemment pour tester la méthode ISO. Le
mode opératoire actuel aboutit dans les deux cas à une
conclusion affirmative en ce qui concerne la pouzzola-
nicité.
Dans le cas de ces deux ciments pouzzolaniques, le
chemin suivi est différent et l'on peut penser que, d'une
façon générale, il varie d'un ciment à l'autre selon la
nature des éléments minéralogiques et chimiques qu'il
contient au départ (fig. 1).
35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
Alcalinité totale (millimole/l)
Fig. 1 - Evolution de l'alcalinité totale et du calcium total pour les deux
ciments pouzzolaniques.
Dans le cas du ciment n° 1, l'alcalinité totale évolue
d'abord plus vite que la consommation de chaux, puis
elle reste pratiquement constante alors que le calcium
total diminue. Ensuite, dans une troisième phase, le
phénomène s'inverse, la quantité de calcium consom­
mée évolue plus vite que l'alcalinité totale. La courbe
présente alors un point d'inflexion très net et le phé­
nomène d'évolution de l'alcalinité l'emporte très net­
tement sur celui de consommation de chaux.
Dans le cas du ciment n° 2, le chemin suivi est différent.
Le phénomène de consommation de chaux l'emporte

dès le départ sur l'évolution de l'alcalinité totale. Ces
courbes coupent la courbe de solubilité théorique en
un peu plus de trois jours.
Cependant, à huit jours et dans les deux cas, bien que
les points représentatifs soient situés nettement au-
dessous de la courbe théorique, l'hydroxyde de cal­
cium continue à exister en tant que phase solide. L'es­
sai a été prolongé jusqu'à 18 jours et les examens aux
rayons X ont montré que même dans ces conditions
l'hydroxyde de calcium était toujours présent.
De plus, d'après nos résultats expérimentaux, les cour­
bes des deux ciments essayés tendent vers une courbe
unique à peu près parallèle à la courbe théorique, mais
située au-dessous.
On peut se poser la question de savoir si cette courbe
limite ne constitue pas la véritable courbe d'équilibre
de l'hydroxyde de calcium (portlandite) sous une forme
mieux cristallisée que celle obtenue par simple extinc­
tion de chaux et qui a vraisemblablement servi à l'éta­
blissement de la courbe de référence.
On peut donc être extrêmement circonspect sur la base
scientifique de l'essai de pouzzolanicité ISO, car la
sous-saturation de la solution qui devrait refléter la
disparition de l'hydroxyde de calcium en tant que
phase solide ne paraît pas pleinement fondée.
La justesse de cet essai a aussi été récemment mise en
doute par M.-P. de Luxan et F. Soria [10].
3. Critères cinétiques de la réaction pouzzolanique
S'il nous paraît très contestable qu'à court terme la
présence de matière pouzzolanique entraîne la sous-
saturation de la solution par rapport à la chaux, on peut
penser qu'elle fait toutefois disparaître la sursatura­
tion. Nous avons été amenés à envisager de reprendre
cet aspect par un critère cinétique et non plus thermo­
dynamique. Le temps nécessaire pour atteindre la
courbe de saturation peut alors être retenu comme
paramètre caractéristique. L'analyse à intervalles régu­
liers de la solution agitée ne peut être évidemment
retenue comme méthode d'essai de routine étant
donné sa lourdeur. L'idéal serait de pouvoir suivre cette
composition en continu. On pourrait envisager l'emploi
d'une électrode de verre et d'une électrode spécifique
du calcium, mais l'inconvénient de ces électrodes est
que leur réponse est logarithmique et non proportion­
nelle. C'est pourquoi nous avons utilisé une méthode
qui donne une information globale sur l'ensemble des
espèces ioniques présentes dans la solution tçut en
ayant l'avantage d'être à réponse proportionnelle:
c'est la mesure de la conductivité électrique.
a) Conductivité électrique d'une suspension de ciment
pouzzolanique
Si on suit en continu la conductivité d'un mélange de
ciment et d'eau au même rapport E/C que celui utilisé
dans l'essai ISO, et qu'on maintient le système en sus­
pension par une agitation magnétique, l'enregistre­
ment permet de retrouver de façon très nette, dans le
cas du ciment n° 1, l'évolution mise en évidence par
analyse discontinue. L'évolution dans les premières
heures ne se différencie pas de ce qu'a observé
R. Sierra sur un ciment CPA ou même sur du C 3S [11].
Mais à partir de 24 heures, au lieu d'un palier ou d'une
légère montée, on observe une lente décroissance qui
se poursuit jusqu'à trois jours et qui correspond à l'ap­
pauvrissement en chaux de la solution (fig. 2). Après
trois jours, la libération des alcalis l'emporte et l'on
observe à nouveau une remontée. Dans le cas du ci­
ment n° 2, la correspondance est un peu moins évi­
dente, mais reste vérifiée dans ses grandes lignes.
Cette courbe ne présente pas de minimum puisque
l'alcalinité totale ne rétrograde pas.
Conductivité (unités arbitraires)
CM CM
—i—i—i—i—i—i—i—i 1—i i i i
u Temps
Fig. 2 - Courbe conductrimétrique du ciment pouzzolanique n° 1
(E/C = 5, température = 40 °C).
b) Essais sur pâtes
Pour tenter de nous rapprocher davantage des condi­
tions pratiques de la prise, nous avons essayé le même
principe de suivi conductimétrique en l'appliquant à
une pâte de rapport ciment/eau égal à 0,35. Malheureu­
sement, dans ces conditions il n'est pas possible de
poursuivre l'essai de façon significative après le début
de prise marqué par une chute brutale de la conducti­
vité. Le début de prise a lieu au bout de quelques heu­
res, alors que ce n'est qu'au bout de quelques jours que
les phénomènes intéressants ont lieu (fig. 3).
Conductivité (unités arbitraires)
0 1
Temps (h)
Fig . 3-Courbes conductrimétriques du CPAdeGargenville additionné
de diverses pouzzolanes.
4. Accélération du processus pouzzolanique
Essai Chapelle modifié
Cette première série d'essais montre qu'il est illusoire
d'attendre une information quelconque sur la réaction
pouzzolanique dans un essai de très courte durée ef-
63

fectué à température ambiante ou voisine de l'am­
biante.
Pour déceler cette réaction dans un temps raisonnable,
il faut accélérer le processus, et la façon la plus natu­
relle est d'augmenter la température. Comme l'eau est
nécessaire, on peut aller d'emblée à la température
maximale compatible avec l'état liquide, c'est-à-dire la
température d'ébullition. C'est le principe de l'essai
Chapelle qui est utilisé pour caractériser l'activité d'un
matériau pouzzolanique [12]. Cet essai consiste à dé­
terminer la quantité de chaux consommée par la réac­
tion pouzzolanique après 16 heures d'ébullition d'un
mélange d'un gramme de pouzzolane ou de cendres
volantes, d'un gramme de chaux et de 200 cm 3 d'eau. Il
présente par rapport aux essais précédents un avan­
tage considérable. Il permet, en effet, de chiffrer la
quantité réelle de chaux consommée en faisant le bilan
non seulement de la chaux restée en solution, mais
aussi de celle qui est à l'état solide et qui était ignorée
dans les essais précédents.
Nous avons transposé l'essai Chapelle aux ciments
contenant des pouzzolanes en conservant le dosage
par la méthode Leduc à l'eau sucrée qui n'est peut-être
pas la plus juste, mais qui présente l'avantage de la
simplicité et que nous avons employée pour cette rai­
son.
On peut pratiquer l'essai Chapelle sur un ciment
contenant de la pouzzolane et comparer la quantité de
chaux résiduelle à celle produite par l'hydratation de la
quantité correspondante de ciment. A titre indicatif, il a
été trouvé 100 mg de chaux pour 650 mg de CPA et
seulement 90 mg de chaux pour un mélange de la
même quantité de ciment avec 350 mg d'une pouzzo­
lane.
Nous avons cherché à intensifier le phénomène en
ajoutant un excès d'un gramme de chaux pure. L'agita­
tion est assurée magnétiquement, à la différence de
l'essai original où elle résulte uniquement des courants
de convection créés par l'ébullition. On constate que la
quantité de chaux libre dosée à la fin de l'essai est
inférieure à un gramme. Ce qui prouve que la pouzzo­
lane a consommé non seulement toute la chaux libérée
par le clinker mais aussi une partie de la chaux primiti­
vement ajoutée (tableau I).
TABLEAU I
Consommation de chaux par la pouzzolane des ciments
Matériaux
Pouzzolane
(+ 15 % Bizac
CPA 6argenville

Etant donné la difficulté de la mise en évidence des
produits propres à la réaction pouzzolanique, on peut
chercher à caractériser l'activité pouzzolanique par
l'étude des propriétés liantes. Faute d'une théorie
complète de la cohésion, il n'est pas possible dans
l'état actuel des connaissances de chiffrer la contribu­
tion de chacun des deux composants du mélange
clinker-pouzzolane d'après la résistance mécanique de
l'ensemble. On doit donc se contenter des mesures
classiques de la résistance mécanique en temps réel et
à température ordinaire d'éprouvettes de mortier
4 x 4 x 16, qui permettent de faire des comparaisons
avec des ciments témoins sans ajout, ou contenant des
quantités équivalentes de matière inerte.
Pour accélérer le processus de prise et de durcisse­
ment, la seule chose qu'on sache faire c'est d'agir sur la
température. On pourrait proposer de maintenir des
éprouvettes4 x 4 x 16 dans une enceinte à vapeur sa­
turée à 100 °C. On peut également travailler en auto­
clave, mais on est limité par l'encombrement des
éprouvettes, d'où l'intérêt de travailler sur des micro-
éprouvettes d'un centimètre cube environ. Nous avons
comparé les résistances à la compression de telles
micro-éprouvettes et celles d'éprouvettes 4 x 4 x 1 6
durcies en temps réel. Les valeurs obtenues ne permet­
tent pas de dégager une corrélation significative (ta­
bleau II).
TABLEAU II
Résistances à la compression (bars)
Matériaux
Micro-éprouvettes
E/C = 0,11
(45 mn à 176 °C)
Eprouv. 4x4x16
E/C = 0,50
(à 28 jours)
CPA Gargenville 480 540
Pouzzolane
/ + 15 % Bizac 490 480
+ 25 % Bizac 490 400
CPA
Gargenville < + 35 % Bizac 400 350
CONCLUSION
+ 35 % Sopoulé 465 345
\ + 35 % Volvic 455 350
Si on veut prouver l'activité pouzzolanique d'un ajout,
on doit mettre en œuvre des essais qui s'appuient sur
les propriétés de base des matières pouzzolaniques,
c'est-à-dire leur aptitude:
1. à réagir avec la chaux en présence d'eau,
2. à former des produits aux propriétés liantes.
Il semble que les essais chimiques basés sur la pre­
mière partie de cette définition conduisent à des
conclusions beaucoup plus solides que ceux qui sont
basés sur la seconde.
L'essai ISO, dans sa formule actuelle, ne donne qu'une
information qualitative et par suite il est d'un intérêt
assez restreint, d'autant plus que sa base scientifique
paraît assez discutable.
L'étude cinétique de l'évolution d'une suspension
aqueuse de ciment contenant des pouzzolanes, telle
que nous l'avons abordée, apporte des informations
plus précises. Elle semble montrer que la présence de
matière pouzzolanique tend, dans les quinze premiers
jours, non pas à faire disparaître la phase portlandite —
ce qu'on admet implicitement dans l'essai ISO — mais à
faire cesser la sursaturation: Il semble par ailleurs que
la portlandite d'hydrolyse du ciment a une solubilité
plus faible que l'hydroxyde de calcium obtenu par ex­
tinction de la chaux vive dont les cristallites sont plus
fins.
Les essais quantitatifs qui permettent de chiffrer le taux
de réaction dans un temps donné nous paraissent les
plus significatifs. Ils font ressortir l'extrême lenteur de
la réaction pouzzolanique, même à des températures
relativement élevées. Les essais mécaniques classi­
ques de longue durée restent le complément indispen­
sable des essais chimiques.
BIBLIOGRAPHIE
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céments, Communication principale au 6 e
Congrès international
de la Chimie du Ciment, Moscou, sept. 1974.
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lime of pozzolanas, Communication supplémentaire au 6 e
Congrès international de la Chimie du Ciment, Moscou, sept.
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et déchets, Mons, sept. 1975.
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[9] LARGENT R., Estimation de l'activité pouzzolanique - Recherche
d'un essai, Thèse de doctorat Université Paris VI,
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[10] LUXAN M.-P. de et SORIA F., Study and critical review of the
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1975, p. 461-480.
[11] SIERRA R., Contribution à l'étude cinétique de l'hydratation
du silicate tricalcique, Bull, liaison Labo. P. et Ch., 77,
mai-juin 1975, p. 94-100.
[12] BENOIT O., Détermination de l'activité pouzzolanique d'une
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[13] DRONR., Les pouzzolanes et la pouzzolanicité,i?cv. Mat. de
Const., 692, janv.-fév. 1975, p. 27-30.
[14] DRON R., Etude expérimentale et théorique du système
CaO-Al203-Si02-H20, Communication au 6 e
Congrès international
de la Chimie du Ciment, Moscou,Bul. liaison Labo.
P. et Ch., 77, mai-juin 1975, p. 89-93.
Suite aux travaux de M. Largent, des recherches sur l'utilisation des pouzzolanes comme ajout dans les ciments ont été entreprises
au LCPC en relation avec la profession cimentière.
Quelques résultats de ces travaux figurent dans l'article paru dans le Bulletin 90 sous la signature de Mme Paillère et M. Raverdy:
Influence d'ajouts inertes ou actifs sur les propriétés des ciments.
Un article plus complet sera publié prochainement.
65

POUZZOLANES ET BASALTES
RÉSUMÉ
L'activité pouzzolanique
R. DRON
Docteur-Ingénieur
Service de chimie
Laboratoire central
L'activité pouzzolanique est due à une réaction de la chaux avec les produits de l'attaque
alcaline des silicates acises.
Cette réaction donne naissance à des composés hydratés semblables à ceux qui se
forment par hydratation du clinker et du laitier granulé.
Un processus physico-chimique de J'étape d'attaque est proposé. Il implique une possibilité
théorique d'activité pouzzolanique des feldspaths.
MOTS CLÉS :30 - Activité (physicochim.) - Pouzzolane - Oxyde - Silicium - Aluminium - Chaux
Cinétique - Feldspath - Réaction (chim.) - Hydraté ~ Acidelphase vitreuse (71)- Mécanique (90).
Les mélanges de pouzzolane, de chaux et d'eau ont la
propriété de durcir et constituent un liant dont on sait
qu'il fut utilisé dès l'époque romaine. L'expression activité
pouzzolanique définit les phénomènes qui à température
ordinaire transforment en un temps raisonnable
ces mélanges en un matériau dur et compact.
C'est à leur haute teneur en constituants acides, silice
et alumine, que les pouzzolanes doivent cette propriété,
la réaction pouvant s'écrire de façon très schématique
Silice > , , i silicate calcique hydraté
V ~t~ CnSLIX H- n J
63U ^ J
Alumine f I aluminate calcique hydraté
Cette écriture est simpliste dans la mesure où elle pourrait
faire croire que des formes à haute cristallinité,
comme le quartz et le corindon, sont susceptibles de
réagir avec la chaux. Il n'en est rien et la réaction pouzzolanique
n'est observable que sur des matériaux qui
comportent des phases dans lesquelles la silice et
l'alumine sont particulièrement mobilisables. C'est le
cas de certaines structures amorphes et plus particulièrement
des verres acides. L'activité pouzzolanique
des argiles calcinées, amorphes, et des cendres volantes,
essentiellement vitreuses, est liée à cette particularité.
Il est aujourd'hui communément admis [1] que le
même critère s'applique aux pouzzolanes naturelles et
que seules la silice et l'alumine constitutives des phases
vitreuses sont effectivement réactives.
Une exception doit cependant être faite pour certains
minéraux cristallisés comme l'analcime, qu'on ne rencontre
pas dans les pouzzolanes françaises mais qui
est fréquente dans le trass allemand, et dont la structure
est zéolitique. Selon Ludwig et Schwiete [2] ce
matériau présenterait une activité pouzzolanique supérieure
à celle des verres. Les mêmes auteurs estiment
66
que même les feldspathset la leucite combinent encore
d'appréciables quantités de chaux. La haute réactivité
des zéolites avait déjà été soulignée par Sersale et
Sabatelli [3] et antérieurement par Malquori [4]. Elle
peut être rattachée à la structure lacunaire de ces minéraux
qui favorise la pénétration des agents d'attaque.
La réactivité des zéolites a fait croire pendant un certain
temps que l'activité pouzzolanique était liée à un
processus d'échange ionique du type
A - ... Na + A - ...
+ Ca 2 + ^ "";;:Ca 2+ + 2 Na +
A" ... Na + A---'"
mais Sestini et Santarelli [5] ont montré que la capacité
d'échange de ces minéraux était tout à fait insuffisante
pour expliquer les quantités considérables de chaux
consommée. En réalité, le squelette zéolitique est détruit
et il se forme de nouveaux composés ayant des
caractéristiques complètement différentes de celles
des matériaux initiaux.
Les ions alcalins qui se trouvent ainsi libérés et qui
n'entrent pas dans la composition des produits néoformés
restent en solution et apparaissent en quelque
sorte comme un «déchet», sans qu'ils aient à aucun
moment joué un rôle actif. Cette particularité va se
retrouver dans le cas où les phases réactives, bien que
non zéolitiques, renferment des éléments alcalins.
Dans les phases sialiques (feldspaths alcalins, feldspathoïdes),
les éléments alcalins et l'aluminium sont
en quantité équivalente, de sorte qu'on peut les considérer
comme des associations d'aluminates alcalins et
de silice neutre. Les verres présents dans les pouzzolanes
ayant la même composition que les feldspaths [6],
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - 93 - ianv.-févr. 1978 - Réf 2144

ils sont formés de la même association. Notre première
écriture de la réaction pouzzolanique est donc inexacte
puisque, si l'on peut bien considérer la réaction globale
de la silice comme celle d'un acide et d'une base, la
réaction de l'alumine consiste en réalité en un dépla­
cement des bases soude ou potasse par la base chaux,
ce qui peut s'écrire schématiquement :
Aluminate de sodium Aluminate calcique
(ou potassium) ^ hydraté
+ chaux + eau + soude (ou potasse)
Le bilan de la réaction est dans ce cas équivalent à un
échange ionique, mais nous verrons plus loin que l'as­
similation ne doit pas être faite, l'échange ionique étant
topochimique alors que les réactions d'hydratation
passent toujours par une désagrégation totale du ré­
seau silico-alumineux initial.
Les produits de la réaction pouzzolanique
Malquori [4] a résumé les résultats des nombreuses
études concernant la nature des phases produites par
la réaction pouzzolanique et il a montré que les compo­
sés trouvés par tous les chercheurs étaient les sui­
vants :
— le silicate de calcium hydraté CSH, qui se présente
sous la forme d'un gel de faible cristallinité,
— l'aluminate tétracalcique hydraté C 4AH, 3, hexago­
nal.
Dans certaines conditions, il est possible de trouver
aussi
— la gehlénite hydratée C 2ASH 8
— l'ettringite 3CaO, Al 20 3, 3S0 4Ca, 32H 20 et le mo-
nosulfo-aluminate 3CaO, Al 20 3, CaS0 4, 12H 20.
Massazza [1] dans son rapport au 6 e Congrès interna­
tional de la Chimie du Ciment a confirmé cette conver­
gence.
Ces résultats sont en parfait accord avec les données
thermodynamiques déduites de notre étude du sys­
tème CaO-AI 20 3-Si0 2-H 20 [7]. Rappelons qu'elles peu­
vent être résumées au moyen d'une représentation
triangulaire, valable pour tous les liants silico-
alumino-calciques (fig. 1).
En l'absence de sulfates, la représentation est celle de
la figure 1. La composition d'une pouzzolane ramenée
au total CaO+Si0 2+AI 20 3 est figurée par le point Z.
Si(OH),
Ca(OH) AKOHL
C 4 A H ,3
Fig. 1 - Diagramme d'hydratation du système
CaO - Al 20, - SiO, - H20 en l'absence de gypse.
Celle du mélange pouzzolane + chaux se situe donc
sur la droite ZC.
Les produits d'hydratation ont la même composition
globale que le mélange chaux-pouzzolane qui leur a
donné naissance. Cette composition est donc repré­
sentée par le même point.
Nous avons montré que les phases présentes sont cel­
les qui correspondent aux sommets du domaine trian­
gulaire dans lequel se place le point représentatif de la
composition. Par conséquent, si l'addition de chaux est
forte, le point sera dans le domaine II. On trouvera de la
chaux éteinte (correspondant à un excès) et deux pha­
ses néoformées, le silicate de calcium hydraté et l'alu­
minate tétracalcique hydraté. Si l'addition est plus fai­
ble, le point représentatif sera dans le domaine I. Lors­
que le système sera en équilibre, il n'y aura plus de
chaux et on trouvera trois phases néoformées : les
deux précédentes et la gehlénite hydratée. Il convient
toutefois de signaler que dans la pratique on se trouve
plus généralement dans le premier cas (correspondant
à un excès de chaux).
Ce n'est que si l'on opère en présence de sulfate de
calcium que peuvent apparaître les sulfo-aluminates.
Le diagramme de phases est alors modifié (fig. 2).
Si'OHL
Ca(OH)2 AI(OH),
C3AS 3H 3 2
Fig. 2 - Diagramme d'hydratation du système
CaO - Al 20, - Si0 2 - H20 en présence de gypse.
Les mêmes raisonnements sont alors applicables et
c'est ainsi que pour une addition suffisante de chaux
on se trouvera dans le domaine II, donc avec deux pha­
ses néoformées, le silicate de calcium hydraté et l'et­
tringite. Cette possibilité, qui n'a jusqu'à présent pas
été utilisée dans la technique des graves-pouzzolanes,
présenterait un incontestable intérêt. On peut voir que
l'addition de sulfate de calcium n'évite cependant pas
l'emploi de chaux aux mêmes dosages que dans la
technique classique.
Le monosulfo-aluminate n'apparaît que lorsque le sul­
fate de calcium initialement ajouté est totalement
consommé par la réaction de formation de l'ettringite.
C'est d'ailleurs aux dépens de cette dernière que se
formera le monosulfo-aluminate.
Mécanisme de la réaction pouzzolanique
Les feldspaths, qui sont les constituants essentiels des
pouzzolanes, appartiennent à la classe des tectosilica-
tes. Leur structure cristalline résulte d'un arrangement
de tétraèdres Si 4 + (0 2 ") 4 et AI 3 + (0 2 ") 4 dans lequel cha­
que oxygène est commun à deux tétraèdres et peut
67

donc être considéré comme n'appartenant que pour
moitié à un tétraèdre donné. A tout ion Si 4 + ou
Al 3 + ne sont donc associés en réalité que deux ions O 2 - ,
de sorte que l'édifice est équivalent à un assemblage de
silice neutre Si0 2 et d'ions alumínate AI02~. Les tétraèdres
s'organisent en un édifice complexe sur lequel
nous ne nous étendrons pas et qui laisse des cavités
dans lesquelles se logent les cations alcalins et
alcalino-terreux. Les verres pouzzolaniques sont
constitués des mêmes tétraèdres, mais l'arrangement
de ceux-ci est désordonné.
Les silicates et les aluminates de calcium hydratés sont
également formés d'un arrangement de tétraèdres,
mais ceux-ci sont indépendants, étant constitués
d'ions tels que AI0 4H 4" et Si0 4H 3". Chaque atome de
silicium ou d'aluminium a donc «en propre» quatre
atomes d'oxygène et non pas deux. Le passage de la
phase anhydre, où les tétraèdres sont à oxygène commun,
aux phases hydratées où ils sont indépendants se
fait donc nécessairement par l'intermédiaire d'une individualisation
de ces entités sous une forme qui ne
peut être que ionique.
Dans l'hypothèse d'un mécanisme suivant le modèle de
Le Chatelier, on distinguera trois étapes
a) L'étape d'attaque
Les travaux de Wyart et al. [8] sur la réaction de l'eau sur
lestectosilicatesetceux de Struillou [9] sur le lessivage
des roches feldspatiques par l'eau suggèrent le mécanisme
suivant : considérons un assemblage tétraédrique
à oxygènes communs et intéressons-nous à un
tétraèdre superficiel. Celui-ci peut comporter, à la différence
des tétraèdres «profonds», un sommet libre,
occupé, non comme les autres sommets par un ion
O 2 - , auquel cas il présenterait un excès de charge égal
à —1, mais par un ion OH". Ce tétraèdre peut être
desserti par une solution basique de la façon suivante :
— un ion OH" est attiré par l'ion central (Si 4+ ou Al 3+ )
de l'un des tétraèdres supports. Il expulse l'oxygène de
liaison, provoquant le basculement du tétraèdre superficiel
qui n'est plus lié que par une arête autour de
laquelle il peut pivoter, et qui présente maintenant un
excès de charge égal à— 1, ce qui lui confère une forte
affinité pour l'eau (fig. 3);
— le même processus pourrait provoquer la rupture
des liaisons résiduelles, mais la présence d'une charge
négative excédentaire tend à éloigner les ions OH~.
L'hydrophilie du site ionique créé va favoriser une coupure
du même type, mais par des molécules H 20 et non
plus par des ions OH~, libérant ainsi un ion tétraédrique
qui sera soit l'ion Si0 4H 3~ soit l'ion AI04H4~.
b) L'étape de diffusion
L'ion libéré par l'attaque va diffuser dans la solution,
c'est-à-dire que sous l'effet de l'agitation thermique il
va s'éloigner progressivement de la surface originelle.
Il tendra statistiquement à se diriger vers les « puits » de
concentration que constituent les germes de cristallisation
d'hydrates.
c) L'étape de cristallisation des hydrates
La présence dans la solution d'ion Ca 2 + provoque, à
partir d'une certaine concentration d'ions silicate et
alumínate déterminée par les produits de solubilité des
hydrates, une instabilité thermodynamique qui va en-
68
Fig. 3 - Mécanisme d'attaque alcaline des tectosilicates.
traîner la cristallisation de ces derniers [10]. Cette cristallisation
va s'amorcer sur les surfaces minérales présentes,
les recouvrant d'une couche liante qui est à
l'origine du développement de la cohésion. La matière
pouzzolanique se recouvrant au même titre que les
surfaces inertes, ce phénomène va avoir tendance à
freiner de plus en plus l'attaque, jusqu'à inhibition pratiquement
totale.
Remarque : Dans une structure désordonnée vitreuse,
on a plus de chances de trouver des tétraèdres superficiels
à sommets libres que dans une structure organisée.
On peut ainsi expliquer la plus grande réactivité
des verres par rapport à celle des feldspahts. Le mécanisme
proposé implique toutefois la possibilité d'attaque
alcaline des feldspaths sur certains plans cristallographiques
et surtout sur les surfaces de fracture et,
par conséquent, une certaine activité pouzzolanique.

Conclusion
L'activité pouzzolanique consiste en une attaque alca­
line superficielle, par une solution saturée de chaux,
des minéraux silico-alumineux acides, et en la combi­
naison subséquente des ions résultant de cette attaque
avec la chaux présente dans la solution.
Elle conduit à la formation de composés hydratés dont
la nature est définie par les règles générales qui gou­
[1] MASSAZZA V., Chemistry of pozzolanic additions and mixed
cements, Communication principale 6 E Congrès intern, de la
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BIBLIOGRAPHIE
vernent l'hydratation des liants silico-alumino-
calciques. Dans la pratique courante où des quantités
importantes de chaux sont utilisées, les produits d'hy­
dratation sont l'aluminate tétracalcique hydraté et le
silicate de calcium hydraté.
L'analyse du mécanisme permet d'expliquer la plus
grande réactivité des verres, mais laisse supposer une
possibilité théorique d'activité pouzzolanique des
feldspaths.
[6] DRONR. et BRIVOTF., Bases minéralogiques de sélection des
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POUZZOLANES ET BASALTES
RÉSUMÉ
Le liant pouzzolanes-chaux
M. FOURNIER
J.-M. GEOFFRAY
Assistants
Laboratoire régional de Clermont-Ferrand
L'analyse chimique de pâtes pouzzolanes-chaux à différents stades d'avancement de la
réaction pouzzolanique montre que ce sont essentiellement des silicates de calcium hydratés,
peu basiques et à forte teneur en eau qui sont à l'origine de l'apparition de la cohésion. Les
aluminates ne jouent qu'un rôle accessoire.
La finesse de la pouzzolane semble être le facteur principal de l'augmentation de la
résistance mécanique de telles pâtes.
La chaux, outre son rôle de réactif, peut être responsable d'un surcroit de cohésion
lorsqu'elle comporte des constituants clinkerisés.
MOTS CLÉS : 33 - Mélange - Pouzzolane - Chaux - Liant - Cohésion - Essai - Résistance
(mater.) - Traction - Réaction (chim.) - Hydrate - Silicate - Calcium - Composition du mélange -
Granulométrie.
Le liant pouzzolanes-chaux existe depuis fort long­
temps. En effet, les Latins utilisaient déjà dans l'Anti­
quité des mortiers à base de chaux pour la liaison entre
les moellons ou pierres taillées. Ils importèrent cette
technique en Gaule, comme en témoignent de nom­
breux vestiges du sud-est de la France.
Cette technique traversa le Moyen Age en subissant
quelques modifications: ainsi le dosage en chaux
augmenta considérablement et peu à peu les chaux
hydrauliques se substituèrent aux chaux aériennes,
comme le montre l'étude des mortiers de cette époque
(mur des Sarrasins à Clermont-Ferrand).
Cependant, une version quasi originale de la technique
est parvenue jusqu'à nos jours, car nombreux sont les
paysans du Massif central qui traitent encore leur sol de
grange par des mélanges de trois quarts de pouzzola­
nes et d'un quart de chaux additionnée d'eau.
Partant de ces idées, le Laboratoire régional de
Clermont-Ferrand entreprit une série d'études pour
réajuster les bonnes proportions des constituants du
liant pouzzolanes-chaux en vue d'une éventuelle ap­
plication routière: car il n'y avait qu'un pas à franchir
pour tenter de substituer la pouzzolane broyée au lai­
tier granulé de la technique grave-laitier.
Il fallait donc préciser le rôle de chacun des compo­
sants (pouzzolanes - chaux et eau). A cet effet, le méca­
nisme de cohésion a dû être préalablement étudié, en
70
même temps que l'influence des différents paramètres,
à savoir:
— l'origine,
— l'aspect,
— la coloration et la finesse des pouzzolanes,
— la teneur et la nature des chaux aériennes et l'impor­
tance du rôle de l'eau.
MÉCANISME DE COHÉSION
Les propriétés liantes des mélanges pouzzolanes-
chaux sont inconstestables; cependant l'explication
de ce phénomène était jusqu'alors relativement mal
connue et il devenait nécessaire d'entreprendre des
études pour éclaircir le mécanisme de cohésion de ce
liant.
A cet effet, une série d'essais a été réalisée en vue
d'établir des corrélations entre l'augmentation des ca­
ractéristiques mécaniques développées par ce liant et
la formation des composés cristallins responsables de
cette cohésion: aluminates tétracalciques et silicates
de chaux hydratés.
Choix des matériaux
Pour la pouzzolane, il s'agit du passant à 80 ,u d'un
sable obtenu par broyage de pouzzolanes 5/10 lavées
de Volvic.
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - 93 - janv.-févr. 1978 - Réf. 2145

La chaux est une chaux aérienne calcique éteinte dont
les caractéristiques sont les suivantes:
— refus sur le tamis de 80/u = 0,20 %
— masse volumique à 20 °C = 2,20 g/cm 3
— surface spécifique Blaine = 14 000 cm 2 /g
— composition minéralogique (tableau I).
TABLEAU I
Caractéristiques minéralogiques de la chaux
(%)
— Teneur en insolubles dans HCI
(quartz, silicates insolubles, argiles, etc.) 0,12
— Teneur en calcite (CaC03) 4,62
— Teneur en chaux hydratée Ca(OH)2
— H20 libre (humidité) + H20 fixée sur
les constituants clinkérisés
91,34
Total 97,08
— Teneur en constituants clinkérisés 3
Etuis de conservation
Les étuis utilisés présentent les caractéristiques sui­
vantes :
— longueur moyenne : 6,85 cm,
— diamètre moyen : 3,30 cm.
Le fond de chaque étui a été découpé à la scie circulaire
et le bord ébarbé. Cette préparation a été réalisée de
façon à pouvoir fermer les deux ouvertures par un ca­
puchon en plastique afin de faciliter le démoulage de
l'éprouvette par simple poussée sur l'une des deux
faces.
Confection des éprouvettes
La composition du mélange pouzzolanes-chaux a été
fixée sur les bases de :
— 85 % de fines de pouzzolanes,
— 15 % de chaux aérienne calcique éteinte.
Le mélange à sec a été réalisé dans un malaxeur
Rilem 32 type béton, en une seule fois. Toutefois l'ho­
mogénéité se faisant mal, du fait de la présence de
grumeaux dans la chaux, le mélange initial
pouzzolanes-chaux a dû être tamisé à 80 p afin de
briser les grumeaux. Le refus à 80 p du mélange a été
pilé dans un mortier et repassé sur le même tamis de
façon à ce qu'il n'y ait aucune perte.
Après cette manipulation, le mélange subit une rého­
mogénéisation dans le malaxeur, et l'eau est ajoutée
jusqu'à l'obtention d'une bonne maniabilité qui se pro­
duit pour une teneur légèrement supérieure à 21 % par
rapport au mélange sec.
La confection des éprouvettes est réalisée par coulage
du mortier dans les étuis placés sur une table vibrante.
Après fermeture des étuis, l'ensemble est mis dans une
salle de conservation à 20 °C.
Résultats
Après conservation de 19, 36, 56, 85, 120 et 152 jours,
les éprouvettes sont démoulées et subissent les essais
de rupture en compression diamétrale du type « Brési­
lien ». Les résultats obtenus (fig. 1) montrent que les
résistances croissent linéairement jusqu'à 56 jours.
Entre 56 et 100 jours une phase intermédiaire est ob­
servée : la vitesse de montée des résistances décroît
sensiblement. Au-delà de cette période les performan­
ces mécaniques continuent de croître linéairement
avec cependant une vitesse plus faible.
RT b (bar)
U i 1 1 1 1 : 1 1 »J
19 36 56 85 120 152 176
Fig. 1 - Courbe d'évolution des résistances en traction « Brésilien» en
fonction de l'âge.
Après écrasement, les éprouvettes sont reprises en to­
talité pour être soumises à des essais chimiques nous
paraissant intéressants pour tenter d'expliquer le mé­
canisme de cohésion de ces liants pouzzolanes-chaux.
Pour apprécier l'avancement de la réaction pouzzola-
nique, nous avons eu recours à trois déterminations :
a) la quantité de chaux libre résiduelle;
b) le taux d'alumine et de silice solubilisables dans
l'acide chlorhydrique dilué au 1/50 à froid sous agita­
tion magnétique pendant trente minutes selon la tech­
nique de I.A. Voinovitch et coll. Dans ces conditions, les
aluminates et silicates de calcium hydratés formés par
la réaction pouzzolanique sont en effet solubilisés,
alors que la matière pouzzolanique originelle reste
inattaquée. L'alumine et la silice solubles sont ensuite
dosées par absorption atomique;
c) la quantité d'eau liée chimiquement, déterminée par
différence entre la teneur en eau initiale et la perte de
poids à 60 °C sous atmosphère inerte.
L'évolution de ces quatre paramètres est indiquée sur
la figure 2.
On remarque que les proportionnalités auxquelles on
pouvait s'attendre a priori ne sont pas respectées. En
effet, si nous calculons le rapport silice soluble/alumine
soluble, correction faite des valeurs initiales, corres­
pondant à une solubilisation de la pouzzolane elle-
même, on constate qu'il varie de 17à une valeur proche
de 6, très supérieure au rapport des teneurs en silice et
en alumine de la pouzzolane égal à 3,3, cela montre une
mobilisation préférentielle de la silice, très marquée
aux jeunes âges (fig. 3).
t(j)
71

A Chaux consommée
Eau liée
Si0 2
Fig. 2 - Evolution chimique de la pâte pouzzolane-chaux.
soluble
Al 20 3 soluble
iL
15 -
10 —
5 —
Ol I I I I I »J
19 36 56 85 120 152
Fig 3 - Evolution du rapport silice soluble/alumine soluble
en fonction de l'âge.
Si maintenant nous calculons le rapport chaux
consommée/alumine + silice solubles (fig. 4) nous
constatons une évolution depuis la valeur 1,3 jusqu'à
0,95. Les hydrates formés sont donc de moins en moins
basiques. On remarque toutefois qu'on se rapproche
de la valeur théorique de 56/60, soit 0,93, correspondant
à un CSH 1:1.
Le rapport eau consommée/chaux consommée varie
de façon continue de 0,33 à 0,98 (fig. 5). Ces valeurs
sont à comparer à la valeur 0,32 correspondant à
1 mole de chaux par mole d'eau. Compte tenu du fait
que la chaux utilisée était éteinte, on serait amené à
admettre que le principal produit de la réaction pouzzolanique
est un silicate de calcium hydraté dont la formule
approximative serait CaO, SiOz, nH20, n étant
supérieur à 2. Les aluminates ne jouent qu'un rôle accessoire.
Nous disposons en fait de trois indicateurs de l'avancement
de la réaction pouzzolanique, entre lesquels,
du fait de l'absence de proportionnalités, il est difficile
de faire un choix. Si l'on porte les résistances à la
traction en fonction de chacun d'entre eux (fig. 6) on
obtient cependant des courbes d'allures semblables.
La forme en S suggère que les hydrates formés en
premier ont un faible pouvoir liant. On tend finalement
vers une limite de l'ordre de 13 bars qui correspondrait
à la résistance propre de la phase hydratée.
72
t(j)
t(j)
A CaO
1,4 - Si0 2
1,2 -
1,0 —
0,8 | | | | | . I *J
19 36 56 85 120 152
Fig. 4 - Evolution du rapport chaux consommée/silice + alumine
solubles en fonction de l'âge.
0,5 -
Eau liée
Chaux consommée
0 I 1 1 1 1 1 1 ».
19 36 56 65 120 152 t (j)
Fig. 5 - Evolution du rapport eau liée/chaux consommée
en fonction de l'âge.
Rt (bar)
1 2 3 4 5
t(j)
Chaux consommée - Eau liée
Silice + alumine solubles (%)
Fig. 6 - Relation entre la résistance à la traction et les paramètres
chimiques.

INFLUENCE DES COMPOSANTS
Les pouzzolanes
Pour mieux préciser l'importance des différents paramètres
pouvant influencer la prise du liant pouzzolanes-chaux,
il a été nécessaire de mettre au point un
essai particulier qui devait être simple, le plus rapide
possible et surtout reproductible. Par ailleurs, le souci
de se rapprocher le plus possible des conditions d'emploi
sur chantier a conduit à retenir un test mécanique.
Pour l'étude des paramètres liés à la nature des pouzzolanes,
cet essai consiste à suivre l'évolution mécanique
dans le temps pour un sable broyé de l'échantillon
traité par une chaux aérienne éteinte sur les bases de
composition de mélange :
— 80 % de pouzzolanes broyées 0/2,
— 20 % de chaux aérienne éteinte,
— 9 % d'eau au compactage.
La granulante des pouzzolanes broyées 0/2 est fixée
sur les bases suivantes :
— tamis (mm) 3 2 1 0,5 0,2 0,08
— tamisât (%) 100 95 76 54 28 12
La chaux aérienne éteinte utilisée présente des caractéristiques
fixées comme suit :
— teneur en CaO libre (méthode Leduc) 60 %
— tamisât à 80 n 95 %
— teneur en éléments clinkérisables 8 %
Le malaxage des trois composants (pouzzolanes,
chaux et eau) est alors effectué dans un malaxeur du
type Angers : après pesée des deux premiers constituants,
le mélange (environ 15 kg) est malaxé une minute
à sec, puis deux minutes après introduction de
l'eau.
Le compactage des éprouvettes est assuré avec une
presse hydraulique. Il est à double effet et s'effectue
avec une force de compactage de 55 kN : les éprouvettes
obtenues sont parfaitement cylindriques et présentent
les caractéristiques géométriques suivantes :
— diamètre de 50 mm,
— hauteur de 100 mm.
Après confection, les éprouvettes sont démoulées à
l'aide de la presse de démoulage d'Angers et conservées
en étuis étanches à 20 °C en salle de conservation
thermostatée. Elles sont soumises aux essais de rupture
en compression simple après 7,14, 28, 60, 90,120,
150 et 180 jours de conservation.
L'évolution des performances obtenues en compression
simple fournit alors de précieuses indications sur
le développement de la prise du mortier étudié.
Influence de l'origine des pouzzolanes
L'étude de l'influence de l'origine des pouzzolanes sur
leur réactivité à la chaux n'a pas pour but de tester un
produit élaboré en carrière, mais elle vise plutôt à déterminer
les possibilités optimales que les différents
gisements examinés sont susceptibles de fournir avec
des installations adaptées. Dans cette optique tous les
matériaux utilisés pour ces études sont élaborés sui­
vant un même processus. Actuellement, toutes les
pouzzolanes connues dans le Massif central ont été
analysées ainsi que quelques pouzzolanes d'origine
lointaine (Guadeloupe, Réunion, Madagascar,
Rwanda, Cameroun, etc.).
o L L _ l I I I I |
7 28 60 90 120 150 180 365
Fig. 7 - Courbe d'évolution type des caractéristiques mécaniques (Ftc)
du liant pouzzolanes-chaux.
Malgré cette grance diversité, la cinétique de prise du
liant relève toujours du même processus (fig. 7):
— dans une première période, les résistances à la rupture
croissent de façon linéaire avec l'âge,
— dans une seconde période, qui débute entre 85 et
120 jours selon les échantillons, la croissance de ces
résistances fléchit très sensiblement. Cette seconde
phase s'achève généralement vers 6 mois d'âge pour
les matériaux très et moyennement réactifs; pour les
matériaux moins réactifs, il n'est pas possible de distinguer
l'achèvement de cette seconde phase (fig. 8,
courbe C),
— au-delà de cette période, les performances croissent
encore de façon linéaire pendant quelques mois
avant d'atteindre leur niveau maximal : cependant les
pentes des droites sont très nettement inférieures à
celles obtenues au cours de la première période.
Toutefois, si la cinétique de prise des liants relève du
même processus, certaines pouzzolanes peuvent se
distinguer entre elles; ainsi on peut distinguer trois
familles de matériaux :
— les pouzzolanes très réactives : Rc 180 j voisine de
150 bars (fig. 8, courbe A) ;
t(j)
73

150 A Rr (bar
100 -
7 14 28
Fig. 8 - Courbe d'évolution des Rc en fonction de la réactivité des
pouzzolanes.
— les pouzzolanes réactives : Rc 180 j très légèrement
supérieure à 100 bars (fig. 8, courbe B);
— les pouzzolanes faiblement réactives : Rc 180 j très
en dessous des 100 bars (fig. 8, courbe C).
Influence du type des pouzzolanes (aspect)
Pour préciser l'influence de l'aspect des pouzzolanes
sur leur réactivité à la chaux, nous avons retenu les
matériaux provenant du gisement situé sur le versant
est du puy de Paugniat, remarquable par la grande
variété de ses échantillons. Pour cette phase d'étude,
nous avons testé :
— la pouzzolane moyenne correspondant à la produc­
tion de la carrière,
— les bombes volcaniques rouges,
— les ponces rouges à vésicules très fines,
— les scories noires et légères,
— les hélices de couleurs jaune et grise (très dense),
— les blocs à inclusions granitiques.
Afin de faciliter la sélection des divers échantillons,
74
nous n'avons retenu que des éléments de calibre supé-
rieurà20 mm. Après lavage sur une grille de 20 mmces
Concassage
Broyage
0/20
Traitement
20/D
0/4
0/D
Lavage
Décomposition
I I I I
Recomposition
0/2
Fig. 9 - Schéma d'élaboration de pouzzolanes
pour études en laboratoire.
Fines
Analyses
matériaux subissent un premier concassage qui leur
confère une granularité 0/20. Un broyage (broyeur à
marteaux) de ce 0/20 permet d'obtenir un sable 0/4 qui
est ensuite décomposé granulométriquement par voie
sèche. Chaque fraction est alors lavée et séchée à
105 °C avant d'être utilisée pour la recomposition d'un
sable 0/2 de granularité identique pour tous les échan­
tillons (fig. 9).
L'identification de chacun des constituants ainsi éla­
borés a donné les résultats du tableau II.
TABLEAU II
Caractéristiques physiques des pouzzolanes
Echantillons
de pouzzolanes
de Paugniat
Poids
spécif.
Sable 0/2 Fines
Teneur
en fines
(%)
Poids
spécif.
Surf,
spéc.
Blaine
(cm 2 /g)
Pouzzolane moy. 2,64 13 2,91 1400
Bombes rouges 2,89 12,5 3,00 1200
Ponces rouges 2,93 14 3,03 1300
Scories noires 2,78 13 2,89 1300
Hélices jaunes 2,95 13 3,08 1300
Avec inclusions 2,73 14 2,85 1300
A partir de l'ensemble de ces sables 0/2, des éprouvet-
tes de liant pouzzolanes-chaux (diamètre 50 mm, élan­
cement 2) ont été confectionnées avec les composi­
tions définies précédemment.
L'évolution des propriétés liantes de ces mélanges a
été suivie en déterminant la résistance à la rupture en
compression simple des éprouvettes après conserva­
tion à 20 °Cenétuisétanchesde7, 28, 60 et 90 jours. La
résistance initiale à Ojour a été mesurée immédiate­
ment après compactage des éprouvettes.
La comparaison des densités sèches (yd) de confection
des éprouvettes avec le poids spécifique (ys) des sables
0/2 respectifs montre que le rapport le plus élevé est
obtenu avec les pouzzolanes types broyées en carrière
et seulement recomposées en laboratoire (tableau III).
TABLEAU III
Caractéristiques de confection des éprouvettes
Echantillons
de pouzzolanes
de Paugniat
yàlys
Pouzzolane moyenne 1,92 0,728
Bombes rouges 2,03 0,702
Ponces rouges 2,05 0,700
Scories noires 2,00 0,720
Hélices jaunes 2,08 0,706
Avec inclusions 1,93 0,707
L'évolution des résistances à la rupture en compres­
sion simple, déterminée sur chaque type de pouzzo­
lane (fig. 10), permet de tirer les conclusions suivan­
tes :
— les différences ne commencent à se manifester qu'à
partir de 28 jours;

A Rc (bar)
Pouzzolanes types
Bombes volcaniques
7 28 60 90
Fig. 10 - Influence de l'aspect sur les performances mécaniques.
— les pouzzolanes provenant des scories légères noi­
res sont les plus réactives et sont largement plus per­
formantes à partir de 60 jours que la pouzzolane
moyenne;
— les pouzzolanes élaborées à partir des bombes et
des ponces rouges sont sensiblement équivalentes en­
tre elles du point de vue de leur réactivité vis-à-vis de la
chaux, mais les performances mécaniques dévelop­
pées sont beaucoup plus faibles que celles de la pouz­
zolane moyenne;
— les pouzzolanes issues des inclusions granitiques
et des hélices compactes jaunes affichent des perfor­
mances nettement plus faibles que les précédentes, et
ne semblent plus être tout à fait des pouzzolanes : il
convient cependant de remarquer que ces matériaux
ne constituent qu'une très infime partie du gisement
(certainement inférieure à 1 %).
Influence de la couleur des pouzzolanes
Pour étudier l'influence de la coloration des pouzzola­
nes sur leur réactivité à la chaux, nous avons retenu des
scories provenant de la carrière Spase à Thueyts : ce
gisement est en effet reconnu comme étant le plus
riche en variétés de couleurs. Pour cette seconde
phase d'étude nous avons testé six types d'échantil­
lons :
— la pouzzolane moyenne correspondante la produc­
tion de la carrière,
— les scories rouges,
— les scories brunes,
t(j)
— les scories violettes,
— les scories noires,
— les scories bleues.
La préparation des échantillons s'est effectuée dans les
mêmes conditions que pour l'étude précédente. Leur
identification a donné les résultats du tableau IV.
TABLEAU IV
Caractéristiques physiques des pouzzolanes
Echantillons
de pouzzolanes
de Spase-Thueyts
Poids
spécifique
Sable 0/2 Fines
Teneur en
fines (%)
Poids
spécifique
Surface
spécifique
Blaine (erring)
Pouzzolane moy. 2,55 14 2,93 1800
Scories rouges 2,95 13 3,08 1400
Scories brunes 2,69 12 2,83 1300
Scories violettes 2,92 14 3,11 1900
Scories noires 2,81 14 2,96 1600
Scories bleues 2,74 12 2,89 1400
Les éprouvettes cylindriques (diamètre 500 mm - hau­
teur 100 mm) confectionnées à partir de ces sables 0/2
ont été compactées aux densités sèches indiquées
dans le tableau V.
TABLEAU V
Caractéristiques de confection des éprouvettes
Echantillons
de pouzzolanes
de Thueyts
ydlys
Pouzzolane moyenne 1,90 0,745
Scories rouges 2,05 0,712
Scories brunes 1,91 0,710
Scories violettes 2,00 0,686
Scories noires 2,00 0,712
Scories bleues 1,91 0,697
Le suivi de l'évolution des performances mécaniques
en fonction du temps de conservation (fig. 11) permet
dé constater que :
— les pouzzolanes noires sont très nettement plus
réactives ;
— les pouzzolanes rouges, violettes et brunes sont
sensiblement comparables entre elles;
— les pouzzolanes bleues sont un peu moins réactives
que toutes les précédentes;
— la réactivité des pouzzolanes à la chaux est nette­
ment moins influencée par les variations de coloration
que par celles de texture;
— cette dernière étude réduit à néant le préjugé selon
lequel les pouzzolanes noires sont impropres aux utili­
sations routières.
Influence de la finesse des pouzzolanes
L'influence de la finesse des pouzzolanes sur leur réac­
tivité à la chaux a été déterminée à partir de sables
présentant des teneurs en fines de 6,9 et 12 % (fig. 12).
75

150r— Rc (bar)
100
50
Pouzzolanes types
Scories violettes
• Scories rouges
Scories brunes
Scories bleues
Scories noires
7 28 60 90
Fig. 11 - Influence de la couleur sur les performances mécaniques.
« 100
-0
3
% 90
1 80
t
2 70
0)
0 60
Dl
ru
1 50
GRAVIERS GROS SABLE SABLE FIN
« 100
-0
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1
1 40
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ru
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1 40
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1 40
80
t
2 70
0)
0 60
Dl
ru
1 50
« 100
-0
3
% 90
1
Pouzzolanes à 6% de fines
1 40
\
80
t
2 70
0)
0 60
Dl
ru
1 50
« 100
-0
3
% 90
1
1 Il M I I I I II I M I
40
fir es
v
80
t
2 70
0)
0 60
Dl
ru
1 50
« 100
-0
3
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1 40
F Ol JZ z Ol îne s a 9"/ 3 C e fir es /
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80
t
2 70
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t
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0)
0 60
Dl
ru
1 50
1 40
30
20
\
\
• m m 10 20 10 5 2 1 0,5 0,2 0,1 50^ 20/J
Fig. 0 12 - Courbes granulométriques des pouzzolanes étudiées.
Les mélanges étudiés avaient tous la même composi­
tion :
— 8 % de pouzzolanes broyées,
— 20 % de chaux aérienne éteinte,
— 9 % d'eau.
76
t(j)
Les résultats obtenus lors des essais de rupture en
compression simple sur éprouvettes conservées de 0 à
180 jours (fig. 13) montrent que:
— dans les premiers jours, la teneur en fines n'a pas
d'influence significative,
— les premières différences n'apparaissent qu'à partir
de 60 jours,
— les performances développées à partir de l'âge pré­
cédent sont fortement influencées par les teneurs en
fines : les meilleurs résultats étant acquis avec la plus
forte teneur en fines.
150
100 —
, Rc (bar)
Fig. 13 - Courbes d'évolution des performances mécaniques (Rc) en
fonction de l'âge et de la finesse des pouzzolanes.
Du fait de l'importance du paramètre finesse, il
convient de lui accorder une certaine priorité dans le
classement des pouzzolanes.
Par conséquent, le test de réactivité des pouzzolanes
est effectué sur le sable de référence (12 % fines) :
lorsque cette réactivité est jugée satisfaisante (Rc 180 j
> 100 bars), la pouzzolane produite par une carrière est
classée suivant sa teneur en fines (inférieures à 80 «).
Actuellement, on peut distinguer trois classes de pouz­
zolanes pour emploi en technique routière (tableau VI).
TABLEAU VI
Classification des pouzzolanes
Classe de pouzzolanes I II III
Refus au tamis de 5 mm (%) 0 0 0
Refus au tamis de 4 mm (%) < 10 < 10 < 10
Taux d'éléments compris
entre 0,08 et 0,2 mm (%)
> 8 > 8 > 8
Teneur en fines (%) 6 à 10 10 à 14 14 à 18
Dans le cas où les performances mécaniques à 6 mois
sont insuffisantes, il convient de déclasser le matériau
pouzzolanique. Par exemple une pouzzolane broyée à
12 % de fines, dont la réactivité à la chaux est insuffi­
sante (Rc 180 j = 65 par exemple) sera déclassée de la

classe II, où elle devrait se trouver normalement, en
classe I. De ce fait, il résultera un dosage en pouzzola­
nes plus élevé dans le mélange graves-pouzzolanes-
chaux.
La chaux
Pendant longtemps les études de traitement des pouz­
zolanes par la chaux ont été basées sur la détermina­
tion de la réactivité des pouzzolanes, la chaux étant
considérée comme une « entité » et seul son effet mas­
sique étudié au détriment de son comportement pro­
pre.
La quantité de chaux ajoutée aux pouzzolanes pour la
mise au point de liants pouzzolaniques joue un rôle
considérable dans la cinétique de prise de ces liants.
Cependant, si elle constitue un facteur prépondérant, il
ne faut pas négliger le rôle que peut jouer la nature
même de cette chaux.
En effet, la composition minéralogique des chaux aé­
riennes industrielles varie fortement d'un centre de
production à l'autre. Il convient de se souvenir qu'en
raison du début de clinkérisation qui se produit dans
les fours à chaux, 5 % d'argiles dans la matière pre­
mière peuvent donner jusqu'à 20 % dans le produit fini
de constituants analogues à ceux que l'on trouve dans
Rc (bar)
0 1 I I I I 1 I I I I I I I I l 1 I I I l»l
0 10 20 30 40
Chaux (%)
Fig. 14 - Influence du dosage en chaux sur les performances
mécaniques du liant.
les ciments portlands anhydres. Il en résulte que 10 à
15 % de CaO ne peuvent plus être comptés comme
chaux libre puisqu'ils sont combinés sous forme
d'aluminates et de silicates.
Influence de la teneur en chaux
Pour préciser l'influence de la teneur en chaux sur les
performances intrinsèques des liants pouzzolanes-
chaux, plusieurs séries de mélanges ont été testées.
Leurs compositions voyaient fluctuer leur teneur en
chaux entre 2 et 40 %, avec une teneur en eau
constante (8 %) : les évolutions des performances mé­
caniques ont été suivies jusqu'à 2 ans d'âge.
Les résultats obtenus (fig. 14) mettent en évidence une
croissance sensible des dosages optimaux en chaux
éteinte avec la durée de conservation avant essais de
rupture pour toutes les pouzzolanes étudiées. Ces ac­
croissements, correspondant à la consommation de
chaux, montrent bien que les réactions chaux-
pouzzolanes continuent à se développer après un an
d'âge.
Rc (bar)
Rc (bar)
i.
140 —
120 —
100 —
0 28 60 90 1 20 1 50 1 80
1 - Très réactives
J I I I I I J
0 28 60 90 1 20 1 50 1 80
2 - Peu réactives
Fig. 15 - Pouzzolanes d'Auvergne traités par 20 % de chaux contenant
soit 3 %, soit 12 % de constituants clinkérisés: variation des
résistances à la compression en fonction du temps.
t(j)
t(j)
77

Influence de la nature de la chaux
Pour cette étude, le choix s'est porté sur deux chaux
éteintes industrielles qui se distinguent par des teneurs
très différentes en constituants clinkérisés (3 et 12 %).
Deux pouzzolanes de réactivité très différente ont été
successivement traitées par les deux types de chaux
précédents.
Les résultats obtenus (fig. 15) montrent que :
— la nature de la chaux joue une rôle non négligeable
dans la prise des liants pouzzolanes-chaux,
— la présence de constituants clinkérisés dans les
chaux aériennes constitue un élément favorable,, du fait
de l'accélération provoquée de la prise.
La teneur en eau
L'optimum de teneur en chaux ayant été défini, il
convient alors de préciser l'évolution des résistances à
la compression simple en fonction de l'eau introduite
dans le mélange au malaxage. La conduite de cette
étude est restée très voisine de la précédente ; les mé­
langes étudiés étaient réalisés à partir de 80 % de
pouzzolane et de 20 % de chaux éteinte, dosage opti­
mal moyen obtenu au cours des études précédentes
conduites sur plusieurs pouzzolanes.
Les résultats obtenus montrent qu'il ne se produit au­
cune prise pour des teneurs en eau inférieures à 4 %,
puisque les performances croissent jusqu'à un opti­
mum qui se situe entre 8 et 13 %. Cette étude précise
donc bien le rôle de l'eau dans la prise des liants
pouzzolanes-chaux (fig. 16) et confirme l'étude réali­
sée pour l'explication des mécanismes de cohésion,
détaillée précédemment.
CONCLUSIONS
Les résultats obtenus dans cette étude ont permis de
montrer que l'apparition de la cohésion s'explique par
la formation de silicates calciques hydratés. Cela est
illustré par les courbes d'évolution dans le temps des
résistances mécaniques en fonction de l'alumine et de
la silice solubles, de la chaux libre et de l'eau consom­
mée par les réactions d'hydratation.
78
0 2 4 6 8 10 12 14
Fig. 16 - Influence du dosage en eau sur les performances
mécaniques du liant.
w (%)
Nous avons étudié les rôles respectifs des composants
du liant.
Pour la pouzzolane, la finesse est l'élément dominant
pour l'obtention de bonnes performances mécani­
ques; mais il faut y ajouter son origine et son aspect qui
déterminent sa réactivité intrinsèque.
En ce qui concerne la chaux, dont le rôle est parfois
sous-estimé, l'étude montre qu'en plus de son action
comme activant, nécessaire à la formation de compo­
sés hydratés (fonction donatrice d'oxyde de calcium),
la présence de constituants du clinker portland peut
jouer un rôle dans l'évolution des résistances mécani­
ques.
L'eau est un élément fondamental qui permet au départ
la solubilisation des éléments actifs et qui entre dans la
composition des phases néoformées génératrices de la
cohésion.

POUZZOLANES ET BASALTES
Définition
La place des graves - pouzzolanes-chaux
en technique routière
s
RÉSUMÉ
P. LAMBERT
Assistant
R. RIEU
Technicien supérieur
Laboratoire régional de Clermont-Ferrand
La technique des graves-pouzzolanes-chaux a été expérimentée en 1968 dans le Puy-de-
IDôme et s'est ensuite progressivement étendue dans ce département pour la réalisation de
chantiers de renforcements coordonnés et de chaussées neuves à fort trafic.
Depuis sa création, les techniques de fabrication et de mise en œuvre, décrites dans
l'article, ont suivi l'évolution du matériel.
Le matériau peut être mis en place par temps de pluie et sous circulation sans inconvénient.
Le comportement des chaussées dotées d'une assise en Gpz est satisfaisant. Les performances
à long terme sont intéressantes malgré une évolution lente de la prise. Le bien-fondé du
|j dimensionnement reposant sur l'analogie Gpz/graves-laitier est confirmé dans le Catalogue des
structures types de chaussées, de 1977.
jj MOTS CLÉS : 33 - Assise traitée - Granulometrie continue - Granulat - Pouzzolane - Chaux -
% Mélange - Fabrication - Mise en œuvre - Pluie - Renforcement (chaussée) - Surveillance -
* Chantier - Planche Expérimentale - Construction routière - Déformation - Epaisseur - Expérimentation
- Composition du mélange - Granulante - Résistance (mater.) - Mécanique.
Les pouzzolanes naturelles transformées en sable
pourvu de fines (fig. 1), et associées à la chaux en
présence d'eau, forment des liants aptes au traitement
des graves. Cela étant, le Laboratoire régional de
Clermont-Ferrand a étudié, dès 1969, les mélanges
graves-pouzzolanes-chaux.
On appelle grave-pouzzolane-chaux le mélange com­
posé de grave, de pouzzolane broyée, de chaux et
d'eau. Les proportions de chaque constituant sont tel­
les que le produit final doit satisfaire à des exigences à
la fois techniques et économiques.
Parmi les liants (mélange de pouzzolane, de chaux et
d'eau) nous en choisissons un qui, par sa composition,
donne sensiblement les meilleures résistances à la
compression simple, il s'agit du mélange 80 % de
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - 93 - janv.-févr. 1978 - Réf. 2142
-S 100
1 90
l 60
eu
I 70
S 60
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OJ
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I ¿0
§ 30
I 20
CAILLOUX GRAVIERS GROS SABLE SABLE FIN
V
• mm 1 0 200 100 50 20 10 5 1 0,5 0,2 0.1 50u 20u
Fig. 1 - Courbe granulométrique du sable de pouzzolane utilisé dans
l'étude de l'influence de la teneur en chaux et de la teneur en eau.
\
79

pouzzolane et 20 % de chaux (fig. 2 et tableau I). Les
résistances mécaniques sont légèrement inférieures
aux résistances maximales, mais par la suite une telle
composition permet de mélanger les matériaux dans
des proportions représentées par des nombres entiers.
Fig. 2 - Evolution de la résistance à la compression simple en fonction
du temps du mélange de 80 % de pouzzolane, 20 %de chaux, plus 8 %
d'eau.
TABLEAU I
Caractéristiques chimiques et minéralogiques
de la chaux utilisée pour les études de
graves-pouzzolanes
Teneur en chaux libre (Leduc) (%) 70
Eléments > 80 p (%) 0,5
Surf, spécif. Blaine (cm 2
/g) 11500
Ca(OH) 2 (%) 85,84
CaO
CaC03 (%)
traces
7,60 j S¡0 Impureté hydraulique globale
(caractérisée par la solubilité
2 0,50
I MA 0,23
j Fe dans HCI 1/20) (%)
203 0,31
6,38 ( MgO 0,34
Impuretés non hydrauliques
J Na20 0,04
I K (argiles) (%)
20 0,64
0,22 \ CaO 4,32
• mm 200 100 50 0,2 0.1 50*j 20u
Fig. 3 - Courbes granulométriques des granulats d'origine alluvionnaire
élaborés suivant les fractions 0/6, 6/12, 12/20.
80
Ce liant est utilisé pour traiter un ensemble de graves
0/20. Pour cette étude il a été fait appel aux granuláis
alluvionnaires d'Allier, formés essentiellement de granités
et de basaltes en proportions sensiblement égales
et dont le Los Angeles moyen est de 22. Les matériaux
présentant un indice de concassage de 100 sont élaborés
en trois fractions 0/6, 6/12, 12/20 (fig. 3). L'équivalent
de sable est supérieur à 60.
A partir des coupures réalisées, trois matériaux de granulantes
différentes ont été reconstitués approximativement
à la limite supérieure, au milieu et à la limite
inférieure du fuseau Robin lorsqu'ils sont mélangés au
liant déjà présenté (fig. 4).
.S 100
1 90
l 80
I 70
î
6 0
*° 50
CAILLOUX GRAVIERS GROS SABLE SABLE FIN
1
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\l
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\
\
N \
2 \ 1\
-s 40

100
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80 •
70
60
50-
40-
30
20
1 0 -
Granularità
7d
R (bari
c
71 f
- -i
Mélange -7Q / 3Q
1 2 3
en ai
es M
CM I CM CM I
75/251
° ° o
° ° o
o ° - o
3 0 7 j 28 j
O o
o o °
O O
5 O
3 O
"4
CM
rsf CM
80/20
10
6.
1 -
+
+ +
Rt (bar)
'/"V
I R,
M;-
- A
I v
70/30
IR et IR t à 28 j A IR C et IR t à 60 j
i i û
1 û A A
A A A
ù ' A û û 60 i 90 j 180 j
A û
A
A ù
A
A A
A
1
7T"
1 2 3
of
75/25
365 j *"
+ -r
1 2 3
(N CM (N
80/20
g. 5 - Evolution au cours du temps de la résistance à la compression et de la résistance à la traction d'éprouvettes 10/20 de différentes compositions,
sans immersion, conservées à 20 ±2 °C, ou après immersion, conservées à 20 ±2 °C avant l'Immersion.
Rc : résistance à la rupture en compression simple,
Rt : résistance à la rupture en compression diamétrale (brésilien)
IRC : résistance à la rupture en compression simple après immersion
IR, : résistance à la rupture en compression diamétrale après Immersion.
730 .
81

pression les plus élevées sont obtenues avec le plus
fort pourcentage de liant; par contre, il semble que le
pourcentage moyen soit plus favorable pour les résistances
à la traction.
Pour les mélanges de compositions identiques, les résistances
varient selon la granularité de la grave. En
général, les résistances à la compression atteignent les
plus fortes valeurs lorsque la granularité est proche de
la limite supérieure du fuseau Robin. Par contre, les
résistances à la traction sont, en principe, maximales
quand la granularité est proche de la moyenne du fuseau
Robin. Dans l'ensemble, les rapports Rc/Rt sont
plus faibles pour des mélanges satisfaisant à cette
dernière granularité. L'immersion des éprouvettes
pendant 14 et 28 jours, dans une eau maintenue à 20 °C
après 14 et 28 jours de conservation dans l'air à 20
± 2 °C, n'entraîne qu'une chute modeste des résistances.
Les rapports IRC/RC sont supérieurs ou voisins de 0,8.
D'autres études montrent l'importance de l'origine
géologique des graves, les meilleurs résultats étant
obtenus avec des matériaux d'origine basaltique
(hg. 7).
7 28 60 90 180 365 730
Fig. 7 - Evolution des résistances à la compression simple de graves
0/20 d'origine géologique différente.
Planches expérimentales
L'utilisation des matériaux locaux doit toujours être
recherchée. Elle évite des frais de transport et permet à
la région où se réalise l'investissement d'en retirer plus
complètement le bénéfice économique indirect.
Le département du Puy-de-Dôme a contribué à la mise
au point des graves-pouzzolanes-chaux apportant
ainsi son aide à la Direction des routes; les résultats ont
été satisfaisants puisque la technique la plus utilisée
dans ce département pour les travaux de renforcement
82
TABLEAU II
Tonnage approximatif de graves-pouzzolanes-chaux
mis en œuvre depuis 1970 sur les chaussées
les plus circulées du département du Puy-de-Dôme
1970 100 000
1971 250 000
1972 300 000
1973 208 000
1974 450 000
1975 450 000
1976 250 000
t (¡1
des routes du schéma directeur de construction de
chaussées neuves à fort trafic et de grosses réparations
sur les chemins départementaux est celle de la gravepouzzolane-chaux.
On compte à l'heure actuelle plus de 2 millions de tonnes
de graves-pouzzolanes-chaux mises en œuvre (tableau
II) qui ont fait l'objet de contrôles par le laboratoire.
Cependant, une multitude de petits chantiers sur
lesquels ces matériaux sont employés échappent à ce
recensement qui, s'il était complet, montrerait que
cette technique est présente sur plus de 500 km de
chaussées à deux voies parmi lesquelles se trouvent les
chaussées les plus circulées du département.
Planche expérimentale et chantier de mesure
Enfin, si à partir de 1970 la technique des gravespouzzolanes-chaux
a été vraiment appliquée à
l'échelle industrielle par tout temps (beau temps et
période pluvieuse) (fig. 8-9-10 et 11) suivant les bases
décrites ci-dessus, les premières expériences remontent
à la fin 1968 sur deux tronçons de chaussée; il
s'agissait :
— du renforcement du CD 54 entre Lussat et la
RN 493,
— d'une construction neuve lors de la rectification du
CD 6 entre Saint-Beauzire et le CD 54 dans le département
du Puy-de-Dôme.
A l'époque, les matériaux utilisés pour la fabrication de
la grave-pouzzolane-chaux destinée à constituer la
couche de base de ces chaussées sur une épaisseur de
15 cm comprenaient :
— 80 % de graves d'Allier 0/25 partiellement concassées
et non reconstituées,
— 20 % de pouzzolane broyée 0/3 provenant des puys
de Tunizet et de Paugnat,
— 3 % de chaux éteinte de Gannat.
La mise en œuvre a été réalisée en septembre et octobre
1968 pour le CD 54 et en novembre pour le CD 6.
La surface de la grave-pouzzolane a été protégée de la
dessication par une couche de cure à l'émulsion de
bitume à pH > 4.
Pour permettre la circulation des poids lourds, nombreux
sur cet itinéraire (transport de graves d'Allier et
de betteraves à sucre), un bicoucheaété réalisé à l'aide
de granulats basaltiques 10/14 et 4/6 et d'émulsion de
bitume. La couche de roulement normalement prévue
de 100 kg/m 2 d'enrobés basaltiques 0/10 a été appliquée
lors de la campagne annuelle d'enrobés de l'été
1969.
L'évolution de la prise de la grave-pouzzolane a été
normale sur la plus grande partie du tronçon, sauf sur
une petite partie du CD 6 où la grave-pouzzolane a subi
une chute de neige et de gel avant le répandage de la
couche de cure.
Au cours de l'année 1971, cette technique aété utilisée
pour la première fois, à titre expérimental, dans le cadre
des renforcements coordonnés, sur la RN 89 entre La
Cassière et Rochefort-Montagne dans le Puy-de-
Dôme.
Compte tenu des études de laboratoire, d'une part, et
des résultats obtenus sur les chantiers réalisés en 1968

Fig. 8 - Centrale de malaxage.
Fig. 10 - Aspect de l'état de surface de la couche de gravepouzzolane-chaux
après une petite averse. On remarque le mortier
formant joint autour des grains du voisinage.
et 1970, d'autre part, le dosage en chaux a été légère­
ment diminué. Le mélange suivant a été utilisé :
— 77 % de graves 0/20 concassées reconstituées,
— 20 % de pouzzolane broyée 0/3,
— 3 % de chaux.
Chantiers
La technique grave-pouzzolane-chaux étant entrée
dans l'arsenal des techniques utilisées pour les renfor­
cements coordonnés, son emploi a été généralisé les
années suivantes. Un premier chantier expérimental a
été réalisé en 1972 sur la RN 89 à l'ouest de Clermont-
Ferrand (en mettant en œuvre de la grave-
pouzzolane-chaux en différentes épaisseurs) dans le
but de vérifier le bien-fondé des hypothèses de dimen-
sionnement résultant de l'analogie avec les graves-
laitier, faites dès le début de l'utilisation de cette tech­
nique. Pour cela, nombre d'observations et de mesures
ont été faites à partir de la surface de la chaussée, mais
comme les méthodes actuelles de dimensionnement
des chaussées font appel aux modèles mathématiques
multicouches représentatifs de la route, la connais-
Fig. 9 - Compactage de la grave pouzzolane au cylindre vibrant et au
compacteur à pneus. La circulation importante sur cette section de la
RN 89 n'apporte pas de perturbations dans l'exécution du travail.
Fig. 11 - Etat de la surface de la couche de grave-pouzzolane-chaux
après une forte averse.
sance des contraintes induites par la circulation est
nécessaire. Malheureusement la mesure d'une
contrainte est particulièrement difficile, celle-ci se ma­
nifestant surtout par ses effets. C'est pourquoi on fait
appel pour le besoin de l'expérience à des appareils
appelés jauges que l'on place à différents niveaux dans
les couches de chaussées pour mesurer les déforma­
tions. Ces jauges permettent de mesurer les allonge­
ments réels qui se produisent dans la structure sous
l'action des charges extérieures.
Les caractéristiques particulièrement médiocres de
l'ancienne chaussée nous ont conduits à implanter un
nombre élevé de jauges en vue :
— d'étudier les extensions maximales subies par la
grave-pouzzolane au cours de son évolution,
— d'étudier les sollicitations au niveau de la couche de
roulement,
— de comparer les déformations pour deux épais­
seurs de renforcement,
— d'apprécier les influences de l'état du support sur le
comportement des matériaux mis en œuvre,
83

— de connaître les conditions à l'interface renforcement
- ancienne chaussée (interface non glissant ou
interface glissant).
Celles-ci ont été disposées sous les pistes de roues
d'une voie de circulation à différentes profondeurs et
selon deux directions :
— jauges longitudinales pour mesurer les déformations
parallèles à l'axe de la chaussée,
— jauges transversales pour mesurer les déformations
perpendiculaires à l'axe de la chaussée.
Cette section expérimentale est définie sur la RN 89 à la
sortie ouest de Clermont-Ferrand, entre Ceyrat et Theix
PK 69,800 à 70,300 :
— Nombre de jours de gel moyen : 90 jours,
— Pluviométrie annuelle : 900 à 1 000 mm,
— Trafic PUj : environ 350 sur la voie la plus chargée.
Déformabilité de la chaussée avant renforcement
La chaussée présentait des caractéristiques légèrement
défavorables, davantage à l'axe qu'en rives. D'ailleurs
les dégradations apparaissaient essentiellement
dans la partie centrale d'épaisseur moindre.
Les valeurs mesurées caractérisant la déformabilité
sont indiquées dans le tableau III.
TABLEAU III
la - Sous section
PK 69,800 à 70,050
(25 cm couche de base)
Ib - Sous section
PK 70,050 à 70,300
(20 cm couche de base]
Déflexions m + 2o
(1/10 2
Rayon de courbure
mm) (m)
Rive Axe Rive Axe
130 140 76 45
120 140 80 74
Composition et caractéristiques du matériau de renforcement
— Densité sèche OPM : 2,15 kg/cm 3 ,
— Teneur en eau : 10 %,
!
77 % 0/20 grave alluv.
20 % pouzzolane
3 % chaux
— Résistance à la compression : tableau IV.
TABLEAU IV
Résistance à la compression du matériau
de renforcement (bar)
7j 28 j 60 j 180 j
5 15 24 40
Structure théorique
— Couche de roulement : béton bitumineux 0/10 basaltique
5 cm
— Couche de base : 25 cm sous section la PK 69,800 à
70,050; 20 cm sous section Ib PK 70,050 à 70,300.
84
Contrôles de fabrication
Les résultats des contrôles font ressortir les écarts suivants
:
— 2,08 < y d < 2,16 (toujours supérieurs à 95 % de
l'OPM)
— Teneur en chaux : 3,03 à 3,16 %.
La qualité de la chaux était telle que le refus sur le tamis
à 80 fi restait compris entre 6 et 17 %. La teneur en
fines du mélange était plus faible que prévu.
Déformabilité après renforcement (tableau V)
Age
TABLEAU V
Déflexions m + 2n
(1/10~ 2
mm)
Rayon de courbure
moyen (m)
1 an 10 à 35 1200 à 1300
Qualité de la structure (tableau VI et fig. 12)
Age
TABLEAU VI
Vibreur léger
vitesse de Raileigh
(m/s)
18 mois 1100 à 1300
Aspect visuel
Carottage
appréciation
caractéristiques
Les carottages montrent
que la GPz est dans un état
de prise correcte mais avec
une liaison GPz-BB défectueuse
Fig. 12 - Aspect de la
grave-pouzzolane-chaux
extraite de la chaussée
par carottage dans
chacune des structures.
La liaison béton
bitumineux-grave pouzzolane-chaux
est défectueuse.
Le comportement de la chaussée est satisfaisant. On
note la présence de quelques fissures transversales de
retrait.
Mesures de déformation
Les valeurs des déformations mesurées à différents
niveaux en juillet 1974 sont inscrites ci-dessous :
Section la
Compression 0 à 12 cm
Fibre neutre 12 cm
Niveau 4 30 x10" 6
Niveau 5 50x10 6
Ane. chaussée 90 x10" 6
Section Ib
Compression 0 à 8 cm
Fibre neutre 8 cm
Niveau 4 40x10"
Niveau 5 50x10" 6
Ane. chaussée 90 x 10" 6
La figure 13 donne une idée de l'évolution des déformations
dans le temps suivant les niveaux considérés de la
structure de 25 cm. D'une manière générale on voit que

BB
5 cm
Gpz
25 cm
Niveau 5
Niveau fi 2 cm| Ancienne chaussée
Moyenne '1 - 8° C ( Novembre 1972
t2 = 9° C (
t,= 8°C j
t2 = 9° C i
t, = 24°C )
t2 = 22° C Ì
ti =11"C )
t2 = 10°C Ì
t, = 6°C >
Avril 1974
t2 = 9°C i

POUZZOLANES ET BASALTES
Traitement des sables alluvionnaires
par le liant pouzzolanes-chaux
RÉSUMÉ
J.-M. GEOFFRAY
Assistant
R. VALLADEAU
Technicien supérieur
Laboratoire régional de Clermont-Ferrand
Le traitement des sables par le liant pouzzolane-chaux permet d'obtenir des mélanges à
durcissement progressif et dont la portance immédiate est excellente.
La fabrication et la mise en œuvre ne posent pas de problèmes particuliers.
Le développement de cette technique est assez fortement tributaire des contraintes
économiques et ne pourra être assuré que si l'on parvient à en réduire le coût, notamment par une
diminution des dosages en chaux.
MOTS CLÉS : 33 - Sable - Alluvlon - Roulé - Traitement des assises - Pouzzolane - Chaux -
Mélange - Composition du mélange - Résistance - Mécanique - Portance - Fabrication - Mise en
Œuvre - Essai.
Résumé de l'article de MM. Lambert et Rieu
La place des graves-pouzzolanes-chaux en technique routière
L'utilisation des sables dans la construction des
chaussées présente un très grand intérêt. Leur traite­
ment au laitier granulé s'est déjà largement répandu,
en particulier dans les régions riches en sables.
Bien que la région d'Auvergne dispose de réserves
abondantes en matériaux de carrière de qualité, il se
consomme néanmoins une quantité importante de
granulats alluvionnaires pour les besoins du bâtiment,
ce qui conduit à un excédent de sables roulés 0/2.
Cet état de fait a conduit en 1973 à reconsidérer les
conditions d'emploi de ces matériaux et à les traiter à la
pouzzolane sur le chantier de la sortie est de
Clermont-Ferrand.
Le sable utilisé se présente sous la forme d'un sable
alluvionnaire provenant du. val d'Allier et présentant
une forte teneur en éléments basaltiques (50 % envi­
ron) ; les stocks invendus de ce matériau croissent sans
cesse du fait de la présence locale d'un grand nombre
de matériaux de qualité supérieure et de prix de revient
guère plus élevé. Le problème posé consistait donc à
trouver une utilisation routière pour ce sable inutilisé.
Nous nous proposons donc de montrer ici que les sa­
bles alluvionnaires du val d'Allier peuvent être traités
par les liants pouzzolanes-chaux et développer alors
des performances suffisantes pour un emploi en cou­
ches de fondation de chaussées à fort trafic.
86
CONSTITUANTS
Sables
Deux sables distincts ont été utilisés pour la recompo­
sition du sable destiné au traitement :
— un sable 0/2 du val d'Allier, qui constituait une quan­
tité considérable de matériau invendu;
— un sable de concassage 0/6 de même origine, dont
l'emploi étaita priori justifié par la nécessité d'incorpo­
rer un agent correcteur de granularité pouvant occa­
sionnellement jouer un rôle d'agent de cohésion.
Le sable roulé provenait de la ballastiène FGTP située
sur les rives de l'Allier près de la commune des
Martres-d'Artière dans le département du Puy-de-
Dôme. Ses principales caractéristiques sont indiquées
dans le tableau I.
TABLEAU I
Caractéristiques du sable roulé 0/2
Equivalent de sable 80
Teneur en matières organiques traces
Teneur en basaltes (%) =* 50
Teneur en fines (%) 1
Granularité fig. 1
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - 93 - janv.-févr. 1978 - Réf. 1845

s
1 0 0
§ 90
1 80
Ê
2 70
« 60
Ol
ra
£ 50
u
o 40
30
GRAVIERS GROS SABLE
Sable de concassage
Sable roulé
SABLE FIN
20
I mm 20 10 5 2 1 0,5 0,2 0,1 bOU 20/J
10
Fig. 1 - Courbes granulométriques des sables avant traitement.
Le sable de concassage 016, de même origine, que le
précédent présentait les caractéristiques du tableau II.
TABLEAU II
Caractéristiques du sable concassé 0/6
Equivalent de sable 65
Teneur en fines (%) 5
Granularité fig. 1
Pouzzolanes
Les pouzzolanes retenues pour la réalisation de ce
chantier provenaient du puy de Corent situé au sud-est
de Clermont-Ferrand. Elles se présentent après élabo­
ration sous la forme d'un sable 0/4. La granularité de ce
sable (fig. 2) permet de constater la faiblesse des te­
neurs en fines inférieures à 80 fi, puisque celles-ci va­
rient entre 4,9 et 9,3 % alors qu'une valeur de 12 % est
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
O mm 20
GRAVIERS
5
GROS SABLE SABLE FIN
10 2 1 0,5 0,2 0,1 50U 20p
Fig. 2 - Courbe granulométrique du sable 0/4 élaboré avec les pouzzolanes
de Corent.
habituellement exigée pour la constitution des liants
pouzzolanes-chaux. La densité apparente de ces
pouzzolanes est en moyenne égale à 1,06.
Du point de vue de leur réactivité à la chaux, ces pouz­
zolanes se caractérisent par un démarrage de prise
relativement précoce, puisque les résistances à la
compression simple, déterminées sur éprouvettes de
liant (80 % de pouzzolanes à 12 % de fines et 20 % de
chaux aérienne éteinte), atteignent 100 bars avant
60 jours, comme l'indique la figure 3. Cependant, les
performances finales demeurent assez limitées
(Rc = 165 bars à 1 an).
. Rc (bar)
14 28 60 90 120 1 50 180
Fig. 3 - Résistance à la compression en fonction du temps des pouzzolanes
de Corent.
Chaux
La chaux utilisée pour les études est une chaux aé­
rienne éteinte provenant de Terrasson. Ses principales
caractéristiques sont données dans le tableau III.
TABLEAU III
Caractéristiques de la chaux
Teneur en CaO libre globale (%)
— ATPS
— méthode Leduc
61,75
62,50
Passant au tamis de 80 fi(%) 99
Cette chaux répond parfaitement aux normes SETRA-
LCPC actuellement en vigueur.
ETUDE DE TRAITEMENT
Formulation
Le sable destiné au traitement a été recomposé dans
une première phase d'étude dans les proportions sui­
vantes:
— 70 % de sable roulé 0/2,
— 30 % de sable de concassage 0/6.
Trois modes de traitement ont été retenus pour les
premières études de laboratoire (tableau IV).
87

TABLEAU IV
Formules de traitement retenues
Formules 1 2 3
Sable corrigé (%) 75 71 70
Pouzzolanes de Corent (%) 21 25 25
Chaux aérienne éteinte (%) 4 4 5
Appellation 75/21/4 71/25/4 70/25/5
Ces compositions de mélanges ont été déterminées en
vue d'obtenir des courbes granulométriques sensiblement
identiques (fig. 4), mis à part le mélange 3 (70/
25/5) dont la teneur en fines est un peu plus élevée
(fig. 4).
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0 .
GRAVIERS
3
Sable avant traitement
GROS SABLE
é .
V
Sables traités
l
SABLE FIN
I mm 20 10 5 2 1 0,5 0,2 0,1 50/U
Fig. 4 - Courbes granulométriques des mélanges.
20/U
Les aptitudes au compactage de ces mélanges ont été
déterminées lors des essais Proctor modifiés et de la
portance immédiate (CBR sans surcharge) (tableau V).
Formules
TABLEAU V
1
(75/21/4)
2
(71/25/4)
3
(70/25/5)
ya OPM (kg/dm 3
) 1,75 1,79 1,78
w OPM (%) 8 7 6,5
Indice CBR 48 55 56
Ces résultats mettent en évidence une croissance sensible
des indices portant immédiats lorsque les dosages
en pouzzolanes passent de 21 à 25 %, l'apport
supplémentaire de pouzzolanes entraînant une amélioration
de l'angle de frottement.
Performances mécaniques
A partir des mélanges retenus précédemment, des
éprouvettes cylindriques (diamètre 50 mm, élancement
2) ont été confectionnées en vue d'être soumises
aux essais de rupture en compression simple après 7,
14, 28, 60, 90,180 et 365 jours de conservation à 20 °C
en étuis étanches. A titre d'information les éprouvettes
confectionnées présentaient les caractéristiques du
tableau VI.
88
Formules
TABLEAU VI
1
(75/21/4)
2
(71/25/4)
3
(70/25/5)
Teneur en eau
au compactage (%)
Densité sèche
7 7 7
de confection (kg/dm 3
) 1,95 1,93 1,95
Densité sèche OPM 1,75 1,79 1,78
Il convient de remarquer que les densités sèches de
confection sont totalement différentes des valeurs déterminées
par l'essai Proctor modifié : ces densités sèches
ont été déterminées de façon à permettre un démoulage
satisfaisant des éprouvettes et sont de ce fait
très nettement supérieures à celles attendues ; la réalisation
de la planche expérimentale montrera plus tard
que ces valeurs élevées sont bien représentatives de la
réalité et que les valeurs OPM n'ont aucune signification
pratique.
Les courbes d'évolution des résistances à la compression
simple en fonction du temps (fig. 5) montrent que
le niveau des performances est acceptable pour un
emploi en couches de fondation. Cependant, l'emploi
des pouzzolanes de Corent, assez pauvres en fines
inférieures à 80 p., conduit à retenir une des formules
de traitement avec 25 % de pouzzolanes; mais au vu
des très faibles différences entre les deux mélanges à
25 % de pouzzolanes, il est préférable de limiter le
traitement à 4 % de chaux aérienne éteinte.
Fig. 5 - Influence du dosage en liant pouzzolanes-chaux sur l'évolution
de la résistance à la compression simple en fonction du temps.
Influence de la correction granulaire
Bien que la correction granulaire par 30 % de sable de
concassage ait été retenue pour la réalisation du chantier,
il était intéressant de préciser son influence sur les
performances mécaniques des mélanges. Cette se-

conde partie de l'étude a donc été conduite dans les
mêmes conditions que l'étude précédente, le traite­
ment par 25 % de pouzzolanes et 4 % de chaux étant
retenu pour ce faire.
Trois taux de correction (10, 20 et 30 % rapportés au
poids total de sable) ont été étudiés, conduisant ainsi
aux formules du tableau VII.
TABLEAU VII
Formules 2 4 5
Sable roulé (%) 49,7 56,8 63,9
Sable de concassage (%) 21,3 14,2 7,1
Pouzzolanes de Corent (%) 25 25 25
Chaux aérienne éteinte (%) 4 4 4
Les courbes d'évolution des performances mécani­
ques en fonction du temps de conservation avant rup­
ture (fig. 6) montrent que les différences entre les mé­
langes à 30 % (2) et 20 % (4) de sable correcteur sont
relativement faibles, alors que le mélange ne compor­
tant que 10% (5) de ce même sable est nettement
moins performant.
7 28 60 90
Fig. 6 - Influence du pourcentage de sable correcteur sur l'évolution de
la résistance à la compression en fonction du temps.
APPLICATION SUR CHANTIER
Présentation du chantier
Les sables-pouzzolanes-chaux ainsi étudiés ont été uti­
lisés comme couche de fondation sur la RN 89, à la
sortie est de Clermont-Ferrand, chaussée dont la
classe de trafic est T0. Le dimensionnement retenu
pour cette chaussée neuve était celui de la figure 7.
6 cm
25 cm
40 cm
25 cm
W/,
/
//////// J
àéiox\ bitumineux Ò/10 ;/
m W M
I'" 0 0\. -
''
I o -
vc/° • :
6 .
, "• ' Graves-pouzzolanes-chaux
• ^ • ° ••»• Ç> : '0:\;C\ 0 6
„
'". à : • '„':• V-y '•" .' o
-,.'. t..
• V/. o v ,
I
:
';ïv •-< ::':: :''/\^ :S:
Sables-pouzzolanes-chaux
•-!"-*'.
fi
Fig. 7 - Dimenslonnement retenu pour l'application sur chantier.
Fabrication
La fabrication était assurée à partir d'une centrale tradi­
tionnelle, située aux Martres-d'Artrière à 15 km environ
du chantier.
TABLEAU VIII
Origine de la chaux Terrasson Gannat
Teneur en CaO libre (méth.
Leduc) (norme : > 50 %) 63,8 à 66,3 63,9
Passant au tamis de 80 n
(norme : > 90 %) 93 à 98 93,6
Les chaux aériennes éteintes, utilisées pour le liant
avaient une double provenance, mais demeuraient de
qualité satisfaisante dans les deux cas du tableau VIII.
L'ensemble des contrôles de dosages en chaux a per­
mis de montrer qu'il était relativement difficile de maî­
triser ces dosages dans un mélange de sables-
pouzzolanes-chaux, puisque ceux-ci ont fluctué entre
2,8 et 5,5 % pour un dosage théorique de 4 %. Ces
dispersions sont principalement imputables aux ca­
dences de production trop élevées qui, associées à un
dosage en chaux élevé (4 %), ne permettaient plus un
malaxage suffisant en centrale.
Enfin, l'absence de trémies de stockage (chargement
direct sur camions par l'interposition d'une sauterelle
placée sous le malaxeur) a contribué à cette hétérogé­
néité du fait de lafréquence des arrêts de centrale. Il est
cependant à noter que les productions des derniers
jours révèlent une nette amélioration.
Du fait des pluies torrentielles tombées les jours précé­
dant la réalisation du chantier, la teneur en eau des
sables roulés était anormalement élevée, aussi la te­
neur en eau du mélange était-elle très difficile à main­
tenir dans les limites fixées initialement et toute intro­
duction d'eau fut suspendue dans les premiers jours de
chantier. Une nette amélioration a été ressentie en fin
de chantier où il fut possible d'ajuster cette teneur en
eau de malaxage.
89

Mise en œuvre.
Le répandage des sables-pouzzolanes-chaux sur la
grave de la couche de forme a été réalisé à la niveleuse
et le compactage assuré par un compacteur vibrant
CA 25 A DYNAPAC et un compacteur à pneumatiques
ORTHOPACTOR P5 (charge : 231 ; pression des
pneumatiques : 4 bars) ;
Les mesures de densité sur la planche d'étalonnage,
réalisées à l'aide d'un gammadensimètre R18, ont
permis de montrer que les quatre premières passes du
compacteur vibrant avaient un effet de léger décom­
pactage, mais que les passes suivantes présentaient un
apport de densité très sensible, puisqu'au terme de
vingt passes de ce compacteur vibrant les densités
sèches en place étaient passées de 1,80 à 1,87 kg/dm 3 ,
comme le montre la figure 8.
1,90
1,85
1,80
son
0 8 16 20 24 32 40 48 50 56
Passes
Fig. 8 - Etalonnage de l'atelier de compactage.
• m m
wm MSBÊÊBÊÈÊSËm
"i,.
_,„,__, „ 'JljlM.i||M
Inr I nlTÉllMHffniamtfe 1
Fig. 9 - Aspect de surface des sables-pouzzolanes-chaux.
Cette planche d'étalonnage permettait donc de définir
la marche de l'atelier de compactage comme suit:
— vingt passes de vibrant;
— trente passes de compacteur à pneumatiques OR­
THOPACTOR.
90
Il convient de remarquer que la densité sèche maximale
demeure très éloignée de la valeur déterminée à l'essai
Proctor modifié.
A titre de vérification, un essai Proctor modifié effectué
sur le mélange prélevé à la sortie du malaxeur a donné
des résultats (yd = 1,90 kg/dm 3 ) différents de ceux ob­
tenus sur le mélange malaxé en laboratoire. En tout état
de cause ces derniers résultats sont assez proches de
la réalité du chantier, sans que la granularité du mé­
lange soit modifiée (fig. 10).
• mm 20 10 0,2 0,1 50JU 20/U
Fig. 10 - Fuseau granulométrique de production des sablespouzzolanes-chaux.
Avec le mode de compactage défini précédemment, les
densités sèches en place sont satisfaisantes dans leur
ensemble comme l'indiquent les contrôles effectués au
gammadensimètre R 18 (fig. 11).
Par ailleurs, il convient de signaler l'excellente por-
tance du matériau constatée sur l'ensemble du chan-
Nombre d'essais
•
6 -
1 -
Nombre d'essais 24
Densité moyenne 1,90
Densité (étalonnage) 1,93
1,86 1,90 1,94 1,98 7d
Fig. 11

tier, et plus particulièrement sur la bretelle de raccor­
dement de lazone industrielle du Brézet, où l'épaisseur
de la couche de fondation en sable traité a souvent
dépassé 60 cm en vue de rattraper une couche de
forme assez mal nivelée.
Fig. 12 - Défauts dus aux excès d'eau de la première journée (zone
affectée : 30 m 2 environ).
Enfin, l'excès d'eau constaté en début de fabrication
s'est répercuté à la mise en œuvre, du fait que le com­
pactage provoquait des remontées d'eau en surface ;
cependant cet incident a été très localisé et n'a affecté
que quelques mètres carrés.
Enduits de protection
Dans certaines zones, le passage des camions et des
engins de chantier a détérioré l'enduit de protection.
Ces dégradations sont dues à la superposition de deux
phénomènes défavorables:
— l'émulsion utilisée, présentait un pH de 7,2 donc
trop peu acide pour la réalisation de cet enduit;
— le réglage fin des sables provoqua des apports en
couches minces qui séchèrent trop vite et n'adhérèrent
pas à cette couche de fondation. Un balayage efficace
avant l'épandage d'émulsion aurait permis de pallier
partiellement cet inconvénient.
CONCLUSIONS
De l'ensemble de ce premier chantier effectué en 1973,
on retiendra que la portance immédiate des sables-
pouzzolanes-chaux est satisfaisante, les pouzzolanes
apportant une augmentation considérable de l'angle
de frottement.
Les constatations faites en 1977, à l'occasion du chan­
tier de construction de l'autoroute Clermont-Ferrand -
Thiers, ont permis de mieux appréhender l'importance
du rôle correcteur des pouzzolanes sur le bon compor­
tement de ces sables roulés au moment du compac­
tage, même sous précipitations.
Le sable utilisé est un sable roulé 0/6 du val d'Allier,
obtenu par dessablage puis traité par 20 % de pouzzo­
lanes 0/3 à 15 % de fines en moyenne. L'essai Proctor
réalisé sur le sable ainsi traité a conduit à une densité
sèche de 2 kg/dm 3 pour une teneur en eau de 8 %.
L'indice portant immédiat déterminé par poinçonne­
ment CBR sans surcharge est de 70, donc nettement
supérieur au seuil de 35 généralement requis. Les ré­
sultats sur chantiers ont confirmé ceux obtenus en
laboratoire. Les compacteurs du type lourd vibrant
CC 50 Aetà pneusAlbaret P 5ontévolué normalement
sans causer de frayées.
La texture déchiquetée des pouzzolanes est probable­
ment le facteur le plus important qui confère au mé­
lange une très bonne stabilité. Elle autorise une imbri­
cation des grains ronds, facilitée d'ailleurs par le fait
que le mélange contient une quantité de fines relative­
ment importante.
L'intérêt économique que peut représenter l'emploi
des sables roulés en technique routière est évident,
même dans une région comme l'Auvergne où l'on dis­
pose de réserves importantes en matériaux de carrière,
car la solution de traiter les sables par les pouzzolanes
conduit à une meilleure utilisation des ressources en
matériaux alluvionnaires disponibles.
91

LES POUZZOLANES ET LES BASALTES
La publication d'articles sur les pouzzolanes et les basaltes se poursuit.
Nous rappelons ci-dessous d'une part les articles déjà publiés, d'autre part les
articles à paraître.
Bull. n° 92 Présentation générale, par J. Bonnot et J.-C. Montvenoux.
nov.-déc.
1 9 ? 7 « Rappel de l'article Basaltes et pouzzolanes du Massif-Central par J.-M. Geoffray,
A. Mishellany et J. Restituito, paru dans le numéro spécial granulats (1977).
1 — Pouzzolanes
Morphologie et couleur des pouzzolanes, par J.-M. Geoffray et R. Valladeau.
Bull. n° 93 2 — Les liants pouzzolanes-chaux
Observation des pouzzolanes au microscope électronique à balayage, par M.-
H. Tinturier.
Dosage de la phase vitreuse dans les matériaux pouzzolaniques, par J. Millet, R.
Hommey et F. Brivot.
Bases minéralogiques de sélection des pouzzolanes, par R. Dron et F. Brivot.
janv.-févr. Estimation de l'activité pouzzolanique. Recherche d'un essai, par R. Largent.
1 9 7 8 L'activité pouzzolanique, par R. Dron.
Le liant pouzzolanes-chaux, par M. Fournier et J.-M. Geoffray.
3 — Applications routières
La place des graves-pouzzolanes-chaux en technique routière, par P. Lambert et R.
Rieu.
Bull. n° 94 4 — Les basaltes
Traitement des sables alluvionnaires par le liant pouzzolanes-chaux, par J.-M. Geoffray
et R. Valladeau.
mars-avril Planches expérimentales basaltes-chaux, par M. Faure et J.-M. Geoffray.
1978
92
Tous les articles publiés seront regroupés après la sortie du dernier numéro sous couverture spéciale.

POUZZOLANES ET BASALTES
INTRODUCTION
Planches expérimentales basalte-chaux
RESUME
Depuis quelques années on assiste à une diversifica­
tion des techniques de traitement des assises de
chaussées, succédant à une période pendant laquelle
une ou deux techniques de traitement seulement
(grave-laitier et grave-bitume) étaient utilisées. Cette
évolution répond à la préoccupation de mieux utiliser
les ressources locales en liant, lorsqu'elles s'avèrent
économiquement intéressantes. C'est ainsi que la Ré­
gion Auvergne a vu se développer depuis 1970 la tech­
nique grave-pouzzolane-chaux, en particulier en ren­
forcements coordonnés. En effet, l'existence de gise­
ments de pouzzolane rend cette technique compétitive
dans cette région dans un rayon d'environ cinquante
kilomètres autour des gisements.
Les gisements de pouzzolane ne sont pas également
répartis dans toute la région ; ils sont concentrés dans
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - 94 - mars-avril 1978 - Réf. 2176
B. FAURE
J.-M. GEOFFRAY
Assistants
Laboratoire régional de Clermont-Ferrand
Les études de laboratoire ayant révélé une forte pouzzolanicité pour les roches basaltiques,
une nouvelle technique routière a pu paraître intéressante pour les régions riches en basalte,
l'Auvergne notamment:
— la grave-basalte-chaux est une technique très voisine de la grave-pouzzolane-chaux puisque
seule la pouzzolane est remplacée par une même quantité de sable basaltique de même
granulométrie que la pouzzolane.
L'année 1975 a vu la réalisation d'une planche expérimentale de 500 m dans le département
du Puy-de-Dôme, à partir de basaltes à forte réactivité vis-à-vis de la chaux. Les résultats ont été
très encourageants et ont révélé un bon comportement mécanique (déflexions, produits Rd et
carottages). En contrepartie, la fissuration est un peu plus rapide que pour les graves
pouzzolanes chaux.
A la suite de cette première planche, un chantier expérimental a été effectué dans le
département du Cantal (1976). Les basaltes retenus présentaient une réactivité beaucoup plus
faible que précédemment et, de ce fait, la grave traitée se rigidifie de façon beaucoup plus lente
que lors de la première expérimentation.
Du point de vue économique, cette nouvelle technique devient compétitive par rapport aux
graves-pouzzolanes-chaux dès que le prix de fourniture départ plus élevé du liant est compensé
par son coût de transport.
MOTS CLES : 33 -Planche expérimentale - Basalte - Chaux - Granulat - Granulométrie continue
Réaction (chim) - Comportement - Mécanique - Déflexion - Fissure - Coût - Assise traitée.
les monts d'Auvergne, le Velay et le Vivarais (départe­
ments du Puy-de-Dôme, de la Haute-Loire et de l'Ardè-
che). Par ailleurs, les autres sources possibles de liant
routier (ciment, laitier, cendres ou même bitume) sont
éloignées ou d'accès difficile.
C'est pourquoi, un certain nombre d'études de labora­
toire ayant révélé la pouzzolanicité des basaltes, une
nouvelle technique routière a pu paraître intéressante
pour les régions d'Auvergne riches en basalte (mais
dépourvues de ressources connues en pouzzolane) : la
grave-basalte-chaux, qui consiste à substituer sim­
plement à la pouzzolane du mélange grave-
pouzzolane-chaux une quantité égale de sable basalti­
que de même granularité que la pouzzolane.
La première planche expérimentale a été réalisée en
juin 1975 en renforcement du CD 986 entre Volvic et
Riom dans le département du Puy-de-Dôme dans le but
53

de mettre au point cette nouvelle technique routière,
d'apprécier le comportement du matériau ainsi traité
sous circulation, et enfin de mieux connaître les carac­
téristiques mécaniques à moyen terme.
A la suite des performances encourageantes obtenues
sur la planche expérimentale, il a été décidé de pour­
suivre l'expérimentation de cette technique par la réali­
sation d'un chantier expérimental de plus grande en­
vergure.
Compte tenu que les basaltes constituent l'essentiel
des ressources en granulatsdu département du Cantal,
la Direction départemental de l'Equipement du Cantal a
immédiatement accepté de se prêter à l'expérimenta­
tion projetée avec le concours du SETRA, du LCPC et
du CETE de Lyon.
Le chantier retenu pour cette expérimentation est situé
sur la RN 588: rectification d'une longueur de 2,8 km
au niveau de Neussargues.
ETUDES DE LABORATOIRE
Les basaltes utilisés proviennent de basaltes concas­
sés dont les caractéristiques sont bonnes et conformes
aux normes admises pour assises de chaussées.
Pour la planche expérimentale CD 986, il s'agit de ba­
saltes type I de Durtol et Chateaugay, ayant un Los
Angeles de 11 à 14. Pour le chantier expérimental
RN 588, ce sont des basaltes de type II du Rocher de
Laval (Los Angeles de 11, micro-Deval en présence
d'eau de 8,4).
La détermination de la pouzzolanicité, c'est-à-dire de
la réactivité, vis-à-vis de la chaux est appréciée par
150
100
7 1 4 28 60 90 1 20 1 50 1 80
(jours)
Fig. 1 - Evolution de la résistance à la compression des éprouvettes en
fonction de l'âge.
54
l'évaluation des performances mécaniques dévelop­
pées sur des éprouvettes cylindriques (diamètre
50 mm, hauteur 100 mm) confectionnées par compac­
tage statique uniforme (55 kN) puis conservées à 20 °C
en étuis étanches. Les essais de rupture en compres­
sion simple sont alors appliqués à ces éprouvettes
après 0, 7, 14, 28, 60, 90, 120, 150 et 180 jours de
conservation (fig. 1).
Les résultats obtenus au cours de ces études mettent
bien en évidence la différence très nette de réactivité
entre les deux types de basaltes:
à 180 jours R c = 165 bar pour le basalte type I
R c = 102 bar pour le basalte type II
Il convient d'ajouter que le basalte du type II se
situe parmi les moins réactifs des basaltes à utiliser
(R c à 180 j > 100 bar).
Traitement des graves
Les mélanges ont été obtenus par recomposition des
fractions suivantes:
Planche CD 986
20 % sable 0/4
31 % sable 0/6
46 % gravillon 6/20
3 % chaux aérienne
éteinte
Chantier RN 588
45 % sable 0/4
22 % gravillon 4/10
30 % gravillon 10/20
3 % chaux aérienne
éteinte
Ces deux types de recomposition ont conduit à une
même courbe de mélange (fig. 2).
100
70
10
CAILLOUX GRAVIERS GROS SABLE SABLE FIN
Fuseau Robin
a mm 200 100 50 20 10 5 2 1 0,5 0,2 0,1 50/i 20/j
Fig. 2 - Courbe théorique du mélange.
Les caractéristiques Proctor modifié des deux graves
traitées mettent en évidence des densités sèches éle­
vées provenant des valeurs élevées des masses volu-
miques des basaltes.
Planche CD 986
r d OPM = 2,26
wOPM = 9 %
Chantier RN 588
Td OPM = 2,31
w OPM = 8 %
Les performances mécaniques développées par les
deux mélanges ont été suivies à partir des essais de
rupture en compression simple sur des éprouvettes
cylindriques de 100 mm de diamètre, hauteur 200 mm,

après conservation à 20 °C en étuis étanches. Les résis­
tances à la rupture confirment l'écart déjà constaté
entre les deux types de basaltes.
RÉALISATION DE CHANTIERS
La planche expérimentale CD 986
La section retenue est un tronçon rectiligne de 400 m
environ qui présente une légère rampe (fig. 3). La
chaussée, de largeur réduite (6 à 6,50 m), supportait en
1975 un trafic de 2 000 à 2 500 véhicules/jour, dont 200
poids lourds.
L'ancienne chaussée avait une structure traditionnelle
hétérogène :
— une succession d'enduits superficiels;
— 5 à 15 cm de pierre cassée 40/70;
— 30 à 50 cm de blocage basaltique (50 cm du PK
1,700 à 1,900 - 30 cm du PK 1,900 à 2,100).
Le sol de fondation est un limon (limon très plastique Lt
ou argile peu plastique Ap) appartenant à la classe Si
du Catalogue de structures types de chaussées (éd.
1971).
— Limite de liquidité : 48 à 67.
— Indice de plasticité : 16 à 33.
La chaussée est relativement bien drainée latéralement
par deux fossés profonds.
La section présentait avant travaux un affaissement
généralisé des rives avec fissures et faïençage comme
le montre le schéma itinéraire (fig. 3).
Les déflexions mesurées en mai 1975 caractérisent une
chaussée de déformabilité moyennement élevée, mais
hétérogène :
— du PK 1,700 au PK 1,900 : m + 2a
20 à 125/100 mm
— du PK 1,900 au PK 2,100 : m + 2a
mm.
125 à 150/100 mm, avec quelques pointes à 250/100
•Le dimensionnement du renforcement retenu a été le
suivant:
La centrale de fabrication était une centrale de 400 t/h
alimentée par trois trémies prédoseuses à contrôle
pondéral avec enregistrement en continu et compor­
tant un malaxeur bas et une trémie tampon de 30 m 3 .
La mise en œuvre était effectuée par un atelier classi­
que comprenant une niveleuse, un rouleau vibrant
lourd, un rouleau à pneus lesté à 32 tonnes.
Le répandage et le compactage du basalte-chaux ont
été réalisés par demi-chaussées. La couche de base a
été protégée par l'application d'un enduit de cure 24
heures après.
A signaler qu'en fin de compactage, au-delà des douze
passes du rouleau vibrant, l'eau remontait en surface:
le basalte-chaux «ressue» assez vite en raison de la
forte teneur en fines du mélange (10 %).
Il importe de souligner que la réalisation de la planche
expérimentale s'est déroulée dans les meilleures
conditions du fait de la maîtrise du matériel de fabrica­
tion par l'entreprise et des conditions météorologiques
particulièrement favorables.
55

En effet, la planche a été exécutée le jour suivant la fin
des travaux de renforcement de la RN 9 en graves-
pouzzolane-chaux. De ce fait, l'entreprise a bénéficié
de l'expérience acquise lors de l'exécution de ces tra­
vaux, et cela explique l'homogénéité peu commune du
matériau fabriqué.
Le chantier expérimental RN 588
La chaussée retenue est une chaussée neuve compor­
tant une couche de forme intégrée constituée de mo­
raines glaciaires. La structure de la chaussée est défi­
nie comme suit:
— couche de fondation :
40 cm de graves non traitées 0/31,5
— couche de base :
20 cm de graves-basaltes-chaux 0/20
— couche de roulement :
8 cm de bétons bitumineux 0/10.
Cette structure repose sur des sols de classe S2 S3. Le
trafic est de classe T3*.
La couche de forme présentait des caractéristiques
satisfaisantes :
— Essai à la plaque (Mode opératoire LCPC - Dunod,
1973).
EV-i compris entre 316 et 907 (pour E V 1 > 270 de­
mandé)
K = ^ L
EVi
mandé)
compris entre 1,51 et 1,93 (pour K ^ 2 de-
Pour la couche de fondation, les essais à la plaque
suisse effectués sur les graves non traitées de la cou­
che de fondation ont donné une variation du module
d'élasticité comprise entre 1034 et 2000, alors qu'il était
requis une valeur minimale de 800.
Les graves non traitées 0/31,5 étaient d'origine basalti­
que et provenaient des deux carrières locales (Rocher
de Laval et Chanzac).
Oependant, il convient de signaler que cette couche de
fondation présentait initialement un aspect de surface
très ouvert et très sec, provoquant de ce fait une trafi-
cabilité non satisfaisante pour la mise en œuvre de la
couche de base.
Une reprise de cette surface a donc été effectuée ponc­
tuellement par apport de sable et humidification, suivie
de compactage. A la suite de cette opération, la traf ica-
bilité était fortement améliorée.
La fabrication des graves-basaltes-chaux était assurée
en centrale (50 à 220 t/h), comprenant:
— un groupe mobile de malaxage;
— un groupe mobile de prédosage à trois comparti­
ments de 10 m 3 avec motovariateur servocommande;
* Catalogue de structures types de chaussées, éd. 1971.
56
— unsiloàchauxde50 m 3 avecmotovariateursurvis;
— une trémie prédoseuse à fines.
La mise en œuvre était assurée par le même atelier de
compactage que celui utilisé lors de la planche.
Résultats des contrôles (tableau I)
TABLEAU I Planche CD 986 Chantier RN 588
Teneur en chaux (%)
Teneur en eau OPM (%)
Densité sèche
2,97 à 3,06
(8 essais)
6,9 à 7,8
2,16 à 2,39
2,2 à 3,8
(68 essais)
7,8 à 8,5
2,06 à 2,3
Les teneurs en eau lors de la réalisation du chantier ont
été adaptées aux conditions météorologiques particu­
lièrement exceptionnelles (sécheresse de l'été 1976).
Les contrôles de dosages en chaux ont été effectués
par pHmétrie (fig. 4).
40
30
20
10
(%)
A.
Dosage théorique 3%
Caract. statistiques
N = 68 observations
Moyenne = 3%
Ec. type = 4%
Coef. var. = 13,3515
Valeurs extrêmes = 1,6 et 3,9%
2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 chaux (%)
Fig. 4 - Histogramme des dosages en chaux dans la grave traitée sur le
chantier de la RN 588.
La forte dispersion des dosages en chaux provient es­
sentiellement du fait que la centrale de fabrication ne
comportait qu'un seul silo de stockage. De plus,le fait
d'utiliser des chaux de trois origines différentes ne
pouvait qu'accentuer cette dispersion.
Les insuffisances des densités obtenues sur.le chantier
s'expliquent par la mauvaise tenue au roulage de la
couche de fondation en graves non traitées (fig. 5). Il est
également évident que la différence du niveau de com­
pactage entre les deux chantiers est liée à « l'effet d'en­
clume» qui contribue à une plus grande efficacité de
compactage dans le cas du chantier de renforcement,
comme le montre la comparaison des planches de
compactage (fig. 6).

40
30
20
10
Caract. statistiques
N = 110 observations
Moyenne = 220
Ecart-type = 0,6
Coef. var. = 2,5917
Valeurs extrêmes =
2,07 et 2,29
Référence planche
de compactage = 2,25
0 I
2,00 2,03 2,06 2,09 2,12 2,15 2,18 2,21 2,24 2,27 7d
7d
2,40
2,35
2,30
2,25
2,20
2,15
2,10
2,05
Fig. 5 - Histogramme des densités sèches
sur le chantier de la RN 588.
SUIVI DU COMPORTEMENT
Déflexions
Type I - Renforcement
CD 986
Type II - Chaussée neuve
RN 588 y'
2 4 8 16 Nombre de passes
Flg. 6 - Evolution de la densité sèche
en fonction du nombre de passes.
Des mesures de déflexion au déflectographe Lacroix
ont été réalisées à la fin des travaux de mise en œuvre
de la grave-basalte-chaux, après mise en œuvre du
béton bitumineux et à trois mois d'âge, afin de suivre
l'évolution de la déformabilité de la chaussée.
Les résultats obtenus montrent une diminution de la
déformabilité dans les deux cas, mais le niveau de la
déformabilité reste élevé sur le chantier de la RN 588.
Le tableau II donne l'ensemble des mesures de dé­
flexions.
TABLEAU II
Ancienne chaussée 125
Renforcement Chaussée neuve
CD 986
RN 588
m + 2d mm / 100
Après mise en œuvre
grave-basalte-chaux 70 143
Après mise en œuvre
béton bitumineux
(un mois) 45 104
A trois mois d'âge 30 75
Evolution du produit Rd
Les mesures de déflexion ont été complétées par des
mesures de relevés des lignes d'influence à trois mois
d'âge.
Là encore on peut constater une différence très nette
dans le comportement des assises traitées ainsi réali­
sées.
Sur la planche expérimentale, on peut remarquer que
la déflexion est pratiquement toujours inférieure au
seuil admissible habituellement pris en compte pour
les graves traitées aux liants hydrauliques et que le
produit Rd est toujours supérieur à 15 000 (fig. 7). Le
diagramme représentant R et d montre bien que la
grave-basalte-chaux se caractérise par une rigidifica-
tion remarquable.
En revanche, sur le chantier expérimental RN 588, on
peut observer que dans plus de la moitié des cas la
déflexion est supérieure au seuil de 40/100 mm et que
dans tous les cas le produit Rd est inférieur à 15 000
(fig- 7).
R (m)
Fig. 7 - Rayon de courbure. Diagramme
Ig Ig à trois mois d'âge.
Chaussée à couche de base traitée
aux liants hydrauliques.
Planche expérimentale CD 986
Pointsfiguratifsdanslazone I pour
la plupart.
— d < 40/100 en général
— Rd > 15000
Chantier expériemental RN 588
Points figuratifs dans les zones II et
d > 40/100
Rd < 15000
30 40 50 100 200
d(1/100 mm)
57

Les mesures au vibreur léger faites sur le chantier RN
588 à trois mois d'âge ont mis en évidence des célérités
faibles de 700 à 800 m/s.
Carottages
Des carottages ont été réalisés à quatre mois d'âge. Il a
été extrait des carottes entières dans tous les cas sur la
planche, alors qu'un tiers seulement des carottes a pu
être extrait sur le chantier de la RN 588.
L'examen visuel des carottes permet de constater une
cohésion correcte, avec cependant un aspect moins
compact en fond de couche (la partie supérieure des
carottes révèle la présence de surfaces «blanches»
plus grandes et plus nombreuses que sur la partie en
contact avec l'enrobé). Il convient de souligner que,
d'une manière générale, la liaison avec l'ancienne cou­
che de surface et l'enrobé est bonne (fig. 8, carotte 2).
Fig. 8 - Carottes extraites
sur la planche
expérimentale
CD 986. Bonne liaison
enrobés basaltechaux
et couche de
base - ancienne
chaussée (carotte
n° 2) (4 mois d'âge).
Les essais de carottages ont permis d'évaluer:
L'épaisseur : celle-ci varie entre 15 et 25 cm pour les
graves-basaltes-chaux.
La densité moyenne : le gradient de densité est impor­
tant: 2,40 au sommet des carottes, 2,23 à la base de la
couche.
TABLEAU III
Caractéristiques mécaniques des échantillons carottés
en place sur la planche CD 986 à quatre mois d'âge
Densité
sèche
2,40
2,23
2,34
2,18
2,34
2,16
R
,
(bar)
E
(bar)
Déformation
à la rupture
3,5 260 000 34.10" 6
3,3 170 000 46.10" 6
4 170 000 41.10" 6
Les performances mécaniques obtenues sur les
basaltes-chaux de la planche à quatre mois d'âge sont
très élevées: elles sont supérieures à celles obtenues
sur des graves-pouzzolanes au même âge.
58
Examen visuel
Sur la planche expérimentale CD 986, des fissures de
retrait thermique sont apparues fin septembre 1975,
c'est-à-dire quatre mois après la mise en œuvre, à la
suite d'un refroidissement soudain (variation de l'ordre
de 10 °C de la température ambiante sous abri).
Les fissures étaient visibles uniquement sur le bord de
la dalle non recouverte par le béton bitumineux (fig. 9),
puis elles ont commencé à apparaître sur la couche de
roulement un mois après, sous forme de «segments»
très courts.
Elles sont très espacées, de 15 à 20 m; leur largeur est
très réduite.
Seules deux fissures (en novembre 1975) traversent la
chaussée sur toute la largeur. Néanmoins, il est curieux
de constater que ce type de fissuration se caractérise
par une géométrie très erratique (fig. 10).
Là encore ces constatations corroborent les résultats
des mesures de déflexion et des carottages.
Dalle basalte-chaux Bord de la couche de roulement BB 0/10
Fig. 9 - Apparition très nette de la fissure sur le bord de la dalle non
recouverte par le béton bitumineux. Amorce de fissures du béton
bitumineux (planche expérimentale CD 986) (4 mois d'âge).
Fig. 10 - Fissuration de géométrie très erratique ne débouchant pas sur
les bords de la chaussée (planche expérimentale CD 986).

CONCLUSIONS
Les essais de suivi réalisés à un mois et trois mois d'âge
confirment largement les tendances qui avaient pu être
révélées par les études préalables effectuées en labora­
toire:
Comme pour les pouzzolanes, il importe de déceler les
propriétés pouzzolaniques des basaltes qui dépendent
de la roche d'une part, et du degré de finesse granulaire
d'autre part.
En effet, les constatations effectuées sur la planche
expérimentale montrent que la rigidification des
basaltes-chaux est rapide. Les caractéristiques de dé-
formabilité (déflexions, produit Rd), ainsi que les résul­
tats de carottages indiquent un bon comportement
mécanique de la section ainsi renforcée. En contre­
partie, la fissuration est plus rapide.
Pour le chantier de la RN 588, la déformabilité se situe
encore à un niveau élevé, confirmant ainsi l'étude de
réactivité des basaltes de Laval, qui mettait en évidence
que le niveau de la prise à 90 jours représentait moins
de 50 % de celle obtenue à un an d'âge. De ce fait, la
grave n'est pas encore assez liée, à 90 jours, pour auto­
riser un niveau de déflexions comparable à celui
constaté sur la planche expérimentale.
De plus, pour l'étude du comportement de cette cou­
che de base, il convient de prendre en compte les diffé­
rentes dispersions constatées à la réalisation du chan­
tier, et notamment celles dues au compactage, imputa­
bles à la mauvaise traficabilité de la couche de fonda­
tion en graves non traitées.
Il faut, en tous cas, retenir que les essais de suivi met­
tent en évidence les similitudes entre les techniques
grave-pouzzolane-chaux et basalte-chaux au niveau
des performances mécaniques, commandées par la
réactivité des constituants de base.
Quant à l'intérêt économique de cette technique, com­
parativement à celle de la grave-pouzzolane-chaux, il
est fonction d'une part des prix respectifs de fourniture
départ du sable-basalte et de la pouzzolane, et d'autre
part de l'éloignement des gisements respectifs par
rapport à l'aire de stockage. S'il est possible d'obtenir
un sable-basalte de concassage à 8-10 % de fines, le
prix de fourniture ne sera guère plus élevé que celui de
la pouzzolane et, dans ces conditions, la technique
grave-basalte-chaux sera compétitive par rapport à la
technique grave-pouzzolane-chaux dès que le prix de
fourniture départ plus élevé du « liant » sera compensé
par un coût de transport moindre de ce «liant» (donc
par une distance de transport moindre).
59

LES POUZZOLANES ET LES BASALTES
Le regroupement sous couverture spéciale de tous les articles de ce thème,
parus dans les Bulletins 92 à 94, comportera les tirés à part suivants :
Bull. n° 92 Présentation générale, par J. Bonnot et J.-C. Montvenoux.
nov.-déc.
1 ^ 7 7 • Rappel de l'article Basaltes et pouzzolanes du Massif-Central par J.-M. Geoffray,
A. Mishellany et J. Restituito, paru dans le numéro spécial granulats (1977).
1 — Pouzzolanes
Morphologie et couleur des pouzzolanes, par J.-M. Geoffray et R. Valladeau.
Bull. n° 93 2 — Les liants pouzzolanes-chaux
Observation des pouzzolanes au microscope électronique à balayage, par M.-
H. Tinturier.
Dosage de la phase vitreuse dans les matériaux pouzzolaniques, par J. Millet, R.
Hommey et F. Brivot.
Bases minéralogiques de sélection des pouzzolanes, par R. Dron et F. Brivot.
janv.-févr. Estimation de l'activité pouzzolanique. Recherche d'un essai, par R. Largent.
1978
L'activité pouzzolanique, par R. Dron.
Le liant pouzzolanes-chaux, par M. Fournier et J.-M. Geoffray.
3 — Applications routières
La place des graves-pouzzolanes-chaux en technique routière, par P. Lambert et R.
Rieu.
Bull. n° 94 4 — Les basaltes
Traitement des sables alluvionnaires par le liant pouzzolanes-chaux, par J.-M. Geoffray
et R. Valladeau.
mars-avril Planches expérimentales basaltes-chaux, par M. Faure et J.-M. Geoffray.
1978
60
Mise en évidence des propriétés pouzzolaniques des basaltes, par J.-C. Montvenoux et
J.-M. Geoffray (information parue dans le Bulletin 78, p. 21-24).
Nos lecteurs désirant recevoir ce document sont priés de
nous retourner la formule de demande en fin de Bulletin.

Mise en évidence
des propriétés
pouzzolaniques
des basaltes
J.-C. MONTVENOUX
Directeur du Laboratoire régional
de Clermont-Ferrand
J.-M. GEOFFRAY
Assistant
Laboratoire régional de Clermont-Ferrand
L A technique des graves-pouzzolanes-chaux,
utilisée depuis plus
de 5 ans tant en chaussées neuves
qu'en renforcements coordonnés,
a fait l'objet de nombreuses
études en laboratoire et de constatations
sur chantier.
Dès 1970, les différences constatées
dans les performances mécaniques
obtenues avec des roches
de diverses natures nous permettaient
de penser que certaines roches,
telles que les basaltes,
étaient dotées d'un pouvoir pouzzolanique
plus ou moins marqué
et semblaient participer au phénomène
de prise : les mêmes basaltes,
successivement traités par
des pouzzolanes dont les réactivités
à la chaux étaient très inégales,
ne montrent aucune différence
sensible de comportement.
Cette constatation établie aussi
bien en laboratoire que sur chantier
permettait donc de formuler
l'hypothèse d'une participation au
phénomène de prise des basaltes
eux-mêmes.
Cependant, la vérification de cette
hypothèse posait de sérieux problèmes
du fait de la présence de
matériaux susceptibles de réagir
individuellement avec la chaux
qui leur était associée et des
rôles respectifs des basaltes et
des pouzzolanes dans la granulan
t e des mélanges.
Au terme de cinq années d'études
effectuées au laboratoire et d'expérimentations
sur chantier, cette participation
semble bien être confirmée.
De plus, les qualités de ces liants,
constitués uniquement par des sables
broyés basaltiques et par de la
chaux, sont parfaitement comparables
à celles des liants pouzzolaneschaux
traditionnels.
Le programme de ces études avait
pour seul objectif de démontrer
l'existence du pouvoir pouzzolanique
des basaltes et, de ce fait,
il a recouvert plusieurs aspects du
problème posé, puisqu'il convenait
:
— de chiffrer la participation de
ces basaltes à la prise du liant,
lors de leur traitement par les
pouzzolanes-chaux ;
— de vérififer qu'à la limite l'absence
de pouzzolane dans le liant
n'entraînait pas de perturbations
trop sensibles au niveau des performances
de la grave traitée ;
— enfin, de démontrer que ces
basaltes une fois broyés et associés
à la chaux étaient bien susceptibles
de donner des liants
pouzzolaniques intéressants en
technique routière.
Bull. Liaison Labo P. et Ch. - 78 - juil.-août 1975 - Inf. 1651
Cette nouvelle technique routière
pourra présenter bon nombre
d'avantages dans des départements
pourvus de basaltes et
n'ayant pas, à proximité, de carrière
de pouzzolane.
Caractéristiques des basaltes
Avant de détailler l'ensemble des
études qui ont conduit à confirmer
l'existence de la pouzzolanicité
des basaltes, il convient de
revenir -sommairement sur leurs
principales caractéristiques géologiques,
physiques et chimiques :
la connaissance de ces divers paramètres
permettant de mieux
établir les similitudes entre basaltes
et pouzzolanes et de mieux
appréhender les qualités pouzzolaniques
de ces matériaux.
Données géologiques
Les basaltes sont les roches effusives
les plus répandues dans le
monde, puisqu'ils forment de très
puissantes coulées sur tous les
continents et notamment en
France, dans le Massif central.
Ces basaltes se présentent généralement
sous la forme de roche
compacte, de couleur très sombre
(noire le plus souvent). Ce sont
des roches à équilibre de silice,
très riches en plagioclases basiques.
Leur examen au microscope
permet de distinguer une multitude
de microlithes entourés de
verre amorphe.
Caractéristiques physiques
La masse volumique des basaltes
est très élevée, puisqu'elle dépasse
2,8 kg/dm 3 pour atteindre 3,2 kg/
dm 3 pour les plus denses. Leur
porosité demeure de l'ordre de
1 %.
La dureté de ces matériaux est
très élevée, puisque les coefficients
Los Angeles ne varient qu'entre
12 et 18 et les coefficients inicro-
Deval humides ne fluctuent qu'entre
5,5 et 15,5 pour les produits
connus. Les basaltes constituent
donc des matériaux de très bonne
qualité pour la construction routière.
Caractéristiques chimiques
La composition globale des basaltes
est très voisine de celle de»
pouzzolanes, malgré une basicité

légèrement supérieure. Il faut,
constater par ailleurs que, dans
un sable basaltique broyé, la basicité
du matériau croît sensiblement
quand on passe des éléments
supérieurs aux éléments les plus
fins (tableau I).
TABLEAU I
Composition ternaire d'un sable
basaltique en fonction de sa
granularité
Classe
granulaire
0,08 / 3 mm
0 / 0,08 mm
Silice
%
64
61
Alumine
%
19
21
Chaux
%
17
18
En se reportant sur un diagramme
ternaire Si0 2, A1 20 3, CaO
(fig.l), on constate que les basaltes
sont effectivement plus basiques
que les cendres volantes et
présentent une basicité comparable
aux pouzzolanes naturelles les
plus basiques connues.
Fig. 1 - Situation des basaltes dans le
diagramme ternaire SiOj, AI,Oj, CaO.
A côté de ces trois constituants,
il faut signaler la présence de
fortes quantités d'oxydes de fer
et de magnésium, comme l'indique
le tableau II.
22
TABLEAU II
Composition chimique des basaltes
et des pouzzolanes
Basaltes Pouzzolanes
Mini. Maxi. Mini. Maxl.
Si02 39 50 40 54
AI2o3 11 21 12 19
Fe203 1,8 9,5 7 16
FeO 2 8,5 0,1 2,6
MnO 0,05 0.25 0,15 0,20
MgO 5,2 14 2,4 14
CaO 3 13 5 12
Na20 1,5 4,3 2,8 6,1
K20 0,6 2,4 1,0 3,2
Ti02 2,2 4,8 1,6 2,9
24 analyses 62 analyses
Traitement par les liants
pouzzolanes-chaux
Le traitement des graves basaltiques
par les liants pouzzolaneschaux
a toujours donné d'excellentes
performances en technique
graves-pouzzolanes, quelle
que soit la réactivité des pouzzolanes.
Mais lorsque ce liant pouzzolanes-chaux
est préparé à partir
de pouzzolanes peu réactives, il
semble que la pouzzolanicité des
basaltes destinés au traitement
par ce liant puisse l'emporter
sur celle des pouzzolanes proprement
dites.
En effet, si on traite un basalte
0/20 et un gneiss 0/20 par 20
et 30 % d'un même liant pouzzolanes-chaux,
constitué par des
pouzzolanes très peu réactives, et
si on suit dans le temps l'évolution
des résistances à la compression
simple des éprouvettes
confectionnées à partir des mélanges
définis précédemment, on
constate un ensemble de faits qui
laisse entrevoir une certaine réactivité
des basaltes à la chaux
(fig. 2) :
— les performances développées
par les basaltes-pouzzolanes-chaux
(courbes B 30 et B 20) sont très
nettement supérieures à celles
données par les gneiss-pouzzolanes-chaux
(courbes G 30 et G 20);
— dans le cas des mélanges
gneiss-pouzzolanes-chaux, les courbes
d'évolution des performances
montrent que le phénomène de
prise se poursuit encore à 2 ans,
semblant ainsi indiquer que dans
ce mélange la chaux n'est consommée
que très lentement, du fait
de la faiblesse de réactivité des
pouzzolanes utilisées (très pauvres
en parties vitreuses) ;
— dans le cas des mélanges basaltes-pouzzolanes-chaux,
la prise
progresse plus rapidement et
semble évoluer vers une phase de
durcissement aux environs de
180 jours d'âge, toute la chaux
consommable ayant été utilisée;
— enfin, le traitement des graves
par 30 % de liant au lieu de
20 %, apporte des augmentations
de performances relativement plus
marquées pour les gneiss que
pour les basaltes ; les pouzzolanes
associées à la chaux constituent
le liant lorsqu'elles sont employées
pour le traitement des gneiss,
mais lorsqu'elles sont utilisées
pour le traitement des basaltes,
ce rôle n'est plus prépondérant.
R (bar)
c
/
1 /
II 1 /
l
/
y
*
s
s
y
s
28 60 90 180 365 730
t (i)
Fig. 2 - Etude comparative du traitement
des basaltes et des gneiss par 20 et 30%
d'un liant pouzzolanes-chaux faible.
Etude des liants basaltes-chaux
Si la pouzzolanicité des basaltes
est supérieure à celle de certaines
pouzzolanes, moyennement ou
peu réactives, il convient cependant
de la comparer avec celle de
l'ensemble des pouzzolanes naturelles
: nous avons donc effectué
des études de liants basalteschaux
suivant les mêmes critères
d'étude des liants pouzzolaneschaux.
Rappelons que l'essai de détermination
de la pouzzolanicité d'un
matériau naturel consiste à traiter
par une chaux éteinte appropriée
le matériau broyé selon la
courbe granulométrique normalisée
de la figure 3, sur les bases
de composition du mélange :
— 80 % de basalte broyé 0/3,
— 20 % de chaux éteinte,
— 9 % d'eau au compactage.
Des éprouvettes cylindriques
(50 mm de diamètre, 100 mm de
hauteur) sont alors confectionnées
par compactage statique uniforme
(55 kN) puis conservées à
20 °C en étuis étanches. Les essais
de rupture en compression simple
sont alors appliqués à ces
éprouvettes après 0, 7, 14, 28, 60,
90, 120, 150, 180 et 365 jours de
conservation.
L'évolution des performances
obtenues fournit alors des indications
très précieuses pour !a
connaissance de la prise du liant
étudié.
Les courbes d'évolution des résistances
à la compression simple
(fig. 4) représentent les valeurs

•S 100
I 90
S 80
I 70
I 60
S 50
GRAVIERS GROS SABLE SABLE FIN
I
I
I
1
I i
0
• mm 20 0 1 2 0 5 0, 2 0 1 5 0 LI 20
Fig. 3 - Courbe granulométrique type utilisée
pour la confection des éprouvettes
de liant pouzzolanique.
Fig. 4 - Courbes d'évolution de la résistance
à la compression simple des éprouvettes
de liants.
moyennes de résistances obtenues
avec les sables basaltiques et les
pouzzolanes, les plus représentatives
du Massif central.
Nous constatons la supériorité du
liant basaltes-chaux moyen sur le
liant pouzzolanes-chaux moyen. De
ce fait, nous pouvons estimer que
ces nouveaux liants correspondent
approximativement aux meilleurs
liants pouzzolanes-chaux.
De plus, les allures des courbes
d'évolution sont très comparables
entre elles, permettant notamment
de dissocier un temps de prise qui
peut durer jusqu'à 120 jours en-
TABLEAU III
Densité sèche des basaltes et pouzzolanes
Matériaux pouzzolaniques
Basaltes de Châteaugay
Pouzzolanes très réactives
Pouzzolanes peu réactives
Yd (kg/dm 3
)
à 0 j à 180 j
2,16
1,85
1,87
2,21
1,90
1,89
* Pourcentage d'eau combinée par rapport à l'eau Introduite au malaxage (9 %)
viron, et une phase de durcissement
qui prend le relai de cette
prise.
En outre, une étude complémentaire
de ces liants basaltes-chaux
a permis de montrer, comme dans
le cas des pouzzolanes naturelles,
une augmentation sensible des
densités sèches des éprouvettes
dans le temps.
Au cours de cette étude, les
teneurs en eau résiduelle ont été
déterminées sur éprouvettes de
liant après 6 mois de conservation
à 20 °C en étuis étanches.
Les éprouvettes auscultées n'ont
pas subi les essais de rupture en
compression simple en vue de ne
pas fausser la détermination de
la teneur en eau libre. Pour déterminer
ces teneurs en eau libre,
la perte de poids des éprouvettes
a été suivie à 50 °C pendant
90 heures, avec un point de
confirmation à 500 heures environ.
Cette température de 50 °C
avait été retenue pour ne pas
provoquer de dégradation des
hydrates formés.
Les résultats obtenus (tableau III)
montrent que cette croissance
des densités sèches est essentiellement
imputable à l'eau qui,
introduite au malaxage, se
combine partiellement sous forme
d'hydrates aux constituants cristallins
formés au cours de la
réaction pouzzolanique.
L'ensemble de ces études comparatives
permet donc d'affirmer
que les basaltes broyés présentent,
une pouzzolanicité comparable ou
supérieure à celle des pouzzolanes
broyées.
Traitement des graves
basaltiques par la chaux
La pouzzolanicité des basaltes
étant alors démontrée, il convenait
de s'assurer qu'une grave
basaltique 0/20 (5 % d'éléments
inférieurs à 80 u.) pouvait faire
prise lorsqu'elle était directement
traitée par une chaux aérienne
éteinte.
Eau combinée
(%)
19
25
12
Les performances mécaniques développées
par deux mélanges à
base de chaux et un témoin pouzzolane-chaux
ont été suivies à
partir des essais de rupture en
compression simple sur des éprouvettes
cylindriques (100 mm de
diamètre, 200 mm de hauteur
après conservation à 20 "C en
étuis étanches).
Deux dosages en chaux ont été
retenus pour l'étude du traitement
des basaltes. Les trois mélanges
étudiés avaient donc les
compositions indiquées dans le
tableau IV.
TABLEAU IV
Composition
des trois mélanges (%)
2
(%)
3
(%)
Basaltes 0/20 Durtol 77 77 76
Basaltes 0/3 broyés — 20 20
Pouzzolanes Volvic 20 — —
Chaux éteinte 3 3 4
Les courbes granulométriques
(fig. 5) des trois mélanges étudiés
étaient rigoureusement identiques,
compte tenu que les sables 0/3
broyés de basaltes furent reconstitués
en laboratoire sur les
bases granulométriques des pouzzolanes
de Volvic qui se présentaient
sous la forme de sable 0/3
à 12 % de fines inférieures à
80 u..
GRAVIERS GROS SABLE
/ I 1
V- 1
i
F us R Ol ir
-TT
/
V/
V
\ /
0
• mm 50 0 20 1 0 5 2 1 0 5 0,, 0 1 50
F.g. 5 - Courbe granulométrique des trois
mélanges de graves traitées.
•f
i
23

Les caractéristiques Proctor modifié
des trois graves traitées
mettent en évidence des densités
sèches beaucoup plus élevées dans
le cas des basaltes-chaux, provenant
des valeurs élevées des masses
volumiques des basaltes par
rapport à celles des pouzzolanes.
Les teneurs optimales en eau (w)
sont du même ordre de grandeur
dans les deux cas (tableau V).
TABLEAU V
Caractéristiques OPM
des trois mélanges 1 2 3
Yd (kg/dm»)
w (%)
2,17
9,5
2,27
9
2,27
9
Les résultats obtenus (fig. 6) montrent
qu'il n'existe pas de différence
très significative entre les
mélanges 1 et 2 puisqu'à 6 mois
d'âge, il n'existe qu'une différence
de 4 bars en compression simple.
Le traitement des basaltes par
4 % de chaux éteinte permet
d'obtenir des résultats supérieurs
à ceux obtenus en traitant ces
basaltes par des pouzzolanes très
réactives (Volvic) et par 3 % de
chaux éteinte.
L'allure des courbes d'évolution
des performances montre en outre
qu'il n'existe pas de différence
particulière de cinétique que l'on
ait présence de pouzzolanes ou
non.
Ces études permettent donc de
penser qu'il est possible d'obtenir
les mêmes performances mécaniques
entre un basalte traité
directement par la chaux et le
même basalte traité par les liants
pouzzolanes-chaux, dans la mesure
où ce basalte aura été enrichi en
24
Rc (bar)
i
i
/ j
Ì
// 'ft
r
Y' ^
7 28 60 90 120 180
t (i)
3o o Basalte 0/20 traité par 4% chaux
2 A Basalte 0/20 traité par 3% chaux
1 • • Graves pouzzolanes chaux
(Etude de référence)
Fig. 6 - Evolution comparative de la résistance
à la compression des trois mélanges
en fonction du temps de
conservation.
fines (environ 5 % de fines basaltiques
au total dans la grave
destinée au traitement).
Conclusions
L'hypothèse d'une pouzzolanicité
des basaltes, soupçonnée depuis
1970, a été vérifiée par l'étude de
l'évolution des résistances mécaniques
des mélanges : basalte -
chaux - eau. La détermination des
quantités d'eau fixée au cours de
l'évolution de tels systèmes confirme
ce point de vue.
Deux possibilités peuvent alors
être retenues pour l'utilisation des
basaltes à la réalisation de graves
traitées :
— le traitement direct d'un basalte
0/20 (à 5 % de fines environ)
par les chaux aériennes ;
— le traitement d'une grave 0/20
par 20 % d'un liant basalte-chaux
constitué à partir d'un sable
broyé 0/3 de basalte contenant
au moins 12 % de fines inférieures
à 80 u..
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