La Craie

Compte rendu des journées d'études organisées les 3 et 4 novembre 1971,
au Laboratoire régional des Ponts et Chaussées de Rouen.

Les études effectuées mettent en évidence le caractère ambigu de la craie qui possède à la fois
les caractéristiques des sols et des roches.
L'observation au microscope électronique permet d'expliquer ces caractéristiques. La matrice
crayeuse se présente, en effet, comme un empilement anarchique de grains de calcite associés
à des coccolithes, texture apparentée à un empilement de grains de sable de très petites
dimensions proches de celles de particules d'argile.
La photo représente une coccosphère,
constituée de coccolithes,
telle qu'on peut l'observer
au microscope électronique.

MINISTÈRE DE L'AMÉNAGEMENT DU TERRITOIRE, DE L'ÉQUIPEMENT, DU LOGEMENT ET DU TOURISME
Laboratoire central des Ponts et Chaussées - 58, boulevard Lefebvre
75732 PARIS CEDEX 15 - Tél. : (1) 532 31 79 - Télex LCPARI 20361 F
Sûécial V - Octobre 1973
sommaire
Présentation générale
G. ARQUIÉ
La craie du Bassin parisien
Géologie de la craie dans le Bassin parisien
11
G. BIGNOT et M.P. AUBRY
Pétrophysique de la craie
23
M. MASSON
Texture et comportement des craies
49
A. LE ROUX
La craie et les terrassements
Stabilité des remblais crayeux de grande hauteur
57
A. DE RAGUENEL
Problèmes de terrassement dans la craie
81
J. PUIG
Etude par vibrobroyage de l'aptitude des craies au compactage
99
R. STRUILLOU
La craie et les ouvrages d'art
Fondations dans la craie
113
F. BAGUELIN
Les cavités souterraines de la craie dans le nord de la France
123
J. LEPLAT
La craie dans les sites d'ouvrages de production d'électricité
149
G. COMÉS
Quelques remarques sur la stabilité des tunnels dans la craie
159
M. PAN ET
Conclusions générales et recommandations
165
A. DE RAGUENEL
RÉSUMÉS - ABSTRACTS - ZUSAMMENFASSUNGEN - RESUMENES - PE3IOME 171

PRÉSENTATION GÉNÉRALE
G. ARQUIÉ
Directeur de l'Ecole nationale des TPE
La craie pose à l'ingénieur du génie civil des problèmes que l'on ne peut pas ramener à ceux
des autres sols.
Efficacité des essais
Nous disposons pour les sols d'une série d'essais soit généraux (identification, essais de cisaillement,
essais triaxiaux), soit orientés vers un objectif donné (Proctor, CBR, œdomètre, certains
essais in situ).
Certes ces essais ne sont pas, de beaucoup s'en faut, à l'abri de toute critique et dans certains
cas, on a tenté de remplacer tel ou tel de ces essais par d'autres. Des efforts importants sont
à faire pour obtenir des essais plus fidèles, moins dispersés, plus rapides, etc., mais tout cet
arsenal est en gros efficace : il nous permet d'agir et même de comprendre comment se produisent
les phénomènes.
Malheureusement, pour la plupart de ces essais, cette efficacité disparaît pour la craie. En effet,
toutes ces méthodes reposent sur la notion de grain, d'élément relativement indestructible.
Or la craie est un mélange de blocs et de fines en proportions variables en fonction de sa nature
et de son état de remaniement. Ce mélange « évolutif », lorsque sur un chantier on est amené
à manipuler le matériau, est aussi évolutif lors des essais de laboratoire, ce qui ôte toute signification
aux résultats obtenus.
Qu'est-ce par exemple que la porosité d'une craie ? La craie n'est pas le seul matériau dans
lequel les vides sont d'une part ceux entre grains et d'autre part des cavités internes aux grains.
Mais dans le cas de la craie, la porosité interne à un grain se transforme par fragmentation
en porosité entre grains ; de plus l'eau emprisonnée (ou relativement emprisonnée) dans les
pores internes à un grain va par fragmentation de ce dernier être libérée et accroître brutalement
la pression interstitielle locale : il en résulte une transformation complète des qualités mécaniques
du matériau.
Imprécision du vocabulaire
Par ailleurs le terme de craie est équivoque ; il est utilisé pour un ensemble géologique important
recouvrant des roches de nature et donc de comportement très différent sans qu'il existe actuellement
de classification géologique ou géotechnique permettant de les situer en fonction de leur
comportement géotechnique global.
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - Spécial V - Octobre 1973

Analyse de la structure intime de la craie
Les travaux du colloque (et les études préparatoires) ont montré que toutes ces difficultés
s'éclairaient lorsque l'on examinait la structure intime de la craie. Cette structure, ce « nannofacies
» pour utiliser le terme de M. Bignot, nous permet de comprendre ou de commencer
à comprendre.
De plus cette étude de la structure permet de classer les craies et d'introduire dans le vocabulaire,
des distinctions permettant de lever des ambiguïtés.
Terrassements
C'est peut être dans le domaine des terrassements que la clarté apportée par ces études est la
plus nette.
Le développement des travaux autoroutiers au profil en long très tendu, rend particulièrement
intéressant ce progrès, car ces travaux ont conduit à multiplier les mouvements de terre importants
en particulier sur les autoroutes du Nord (Al), du Sud (A6) et de Normandie (A13).
Toutes ces radiales, partant du centre du bassin de Paris, ont traversé les auréoles crayeuses
de l'étage géologique Crétacé. Pays de plateaux ou de plaines ouvertes, ces régions sont entaillées
par de profondes vallées qu'il convenait de franchir. Les contraintes géométriques des projets
ont ainsi conduit à la réalisation de déblais très importants à chaque raccordement de plateau.
On peut estimer à 15-20 millions de mètres cubes, le volume de craie terrassé entre 1963 et 1968.
Au sujet des difficultés rencontrées, les opinions émises sur la craie par beaucoup d'ingénieurs,
en fonction de leur expérience personnelle acquise au cours des travaux, étaient très contradictoires
allant d'un optimisme serein à un pessimisme noir.
Ces divergences d'avis se sont traduites dans les faits, par de grandes incertitudes lors de l'établissement
des projets, par de nombreuses surprises en cours de terrassements et une certaine
crainte sur la tenue des ouvrages réalisés.
Lors de Y exécution des terrassements, il était fréquent de rencontrer des craies facilement réduites
en pâte, à forte teneur en eau, très difficiles à mettre en œuvre et à compacter. Elles ont le plus
souvent été mises en dépôts.
Elles ont parfois été utilisées en remblais qui ont souvent donné lieu, soit à des tassements
importants dus en partie à un manque de compactage, soit à des fissures longitudinales très
importantes, soit à des ruptures de talus.
Fondations
Très fréquemment les ingénieurs sont amenés à fonder des ouvrages sur pieux battus dans les
horizons de craie altérée ; chacun sait que le refus est difficile à obtenir dans ces matériaux,
mais que si, sans avoir obtenu le refus, on laisse un temps de repos de quelques jours, la force
portante obtenue, mesurée par des essais statiques de chargement, est souvent très suffisante.
Il y a là un phénomène très connu mais mal expliqué encore.
Etudes entreprises
Il est apparu indispensable, dès 1965, d'engager une recherche sur ces problèmes et ce, en
remontant à la source même des difficultés, en particulier la connaissance de la nature et de la
structure de la craie. Cette recherche entreprise de 1966 à 1970, a ainsi comporté différents
aspects étudiés simultanément :
— étude des caractéristiques géologiques, minéralogiques, pétrographiques et physiques des
différentes craies. Cette étude avait pour but d'expliquer le comportement physique de ce matériau
en fonction de sa nature et de sa structure, d'en déduire une classification utile pour le géotechnicien
et par là même de permettre au géologue de se constituer une échelle litho-stratigraphique
lui permettant d'établir des prévisions de comportement de façon spatiale;

— constatations sur l'exécution des terrassements (extraction, transport, mise en œuvre), sur
les désordres constatés sur les grands remblais (fissuration, tassements) et sur l'exécution des
pieux dans la craie en multipliant les essais de chargement ;
— mise au point de nouveaux essais géotechniques permettant de prendre en compte le caractère
évolutif de l'ensemble a craie blocs + pâte crayeuse», de prévoir le comportement de la craie
à la mise en œuvre et au compactage, et d'adapter les essais de contrôle dans ce domaine.
Colloque sur la craie à Rouen
Le faisceau des recherches entreprises essentiellement au Laboratoire des Ponts et Chaussées
de Rouen en collaboration avec les Laboratoires de l'Est parisien, de Lille et de Saint-
Quentin, s'est avéré suffisamment convergent dès 1970 pour faire le point sur la craie et les
problèmes de terrassements.
L'organisation d'un colloque sur ce sujet est apparue comme le meilleur moyen d'une part
de faire connaître l'état d'avancement des recherches et d'autre part de confronter nos connaissances
avec celles obtenues dans ce domaine par d'autres spécialistes. Citons en particulier,
les géologues du Bassin parisien et les ingénieurs ayant eu l'occasion de rencontrer la craie
lors des études du tunnel sous la Manche, des centrales thermiques ou nucléaires à l'EDF,
des stockages pétroliers souterrains et des nombreuses études de fondations d'ouvrages d'art.
Ce colloque sur la craie s'est tenu à Rouen les 3 et 4 novembre 1971 en présence d'environ
150 ingénieurs de différentes origines.
Numéro spécial du Bulletin de Liaison
On trouvera ci-après la reproduction, quasi intégrale des exposés qui ont été présentés, complétée
par les articles de M. Le Roux : Texture et comportement des craies, de M. Struillou : Etude
par vibrobroyage de l'aptitude des craies au compactage et de M. Panet : Quelques remarques
sur la stabilité des tunnels réalisés dans la craie.
Ce document ne prétend en aucun cas être exhaustif sur le sujet, mais a essentiellement pour but
de publier un certain nombre de connaissances acquises sur la craie par les Laboratoires des
Ponts et Chaussées et en retour de susciter une collaboration plus étroite entre les chercheurs
et praticiens qui sont amenés à se pencher sur le problème.
Nous avons déjà eu l'occasion de mentionner les lumières qu'apporte sur le comportement
de la craie l'étude de sa structure et l'emploi du microscope à balayage. L'exposé de M. Bignot
et Mlle Aubry, l'article complémentaire de M. Le Roux et l'exposé de M. Masson, font le
point sur cet apport. Il est, à notre avis, fondamental et nous croyons que l'on ne pourra plus
travailler sur la craie sans se référer à l'un ou à l'autre de ces trois travaux.
Plus pragmatiques apparaissent les contributions de M. de Raguenel et de M. Puig. Elles
intéressent directement les ingénieurs routiers et spécialement les maîtres d'œuvre. Des enseignements
décisifs en découlent :
a) un grand remblai en craie peut très bien du fait de la présence d'eau se composer d'un
matériau dont le coefficient de Poisson global est voisin de 0,5. Apparaissent alors dans le haut
du remblai des contraintes de traction qui produisent des fissures de 1 à 2 décimètres de largeur ;
b) le compactage d'un remblai en craie suppose l'emploi de techniques appropriées au cas
particulier. Pour les choisir, l'essai de vibrobroyage exposé par M. Struillou permet de classer
les craies et pour celles qui posent des problèmes de les éliminer ou de les mettre en œuvre
suivant des techniques adaptées à la hauteur du remblai.
Certes tout n'est pas dit dans ce domaine ; c'est ainsi que certains se demandent s'il est bien
opportun de compacter jusqu'à dépasser dans le remblai les densités sèches qu'avaient les
craies dans le gisement d'où elles sont extraites ; c'est ainsi que personnellement nous serions
pour les remblais de faible hauteur, un peu plus prudent que ne l'est le rapport de M. Puig.
Mais cela dit, il est très réconfortant de noter que l'on dispose enfin de recommandations claires
concernant les terrassements.

La synthèse faite par M. Baguelin des essais de pieux et d'une manière plus générale de nos
connaissances récentes dans le domaine des fondations dans la craie, montre clairement comment
en pratique un ingénieur peut projeter ces ouvrages.
De la même manière, l'exposé de M. Cornés montre comment exécuter les ouvrages souterrains
et même si nous n'avons pas encore pénétré toutes les raisons de nos méthodes de travail, un
progrès essentiel a été fait : nous savons comment projeter et exécuter.
L'article de M. Panet montre dans quelle voie on peut étudier la stabilité des ouvrages souterrains
dans la craie. La craie saine et non fissurée ne présente pas de difficultés très graves à court
terme. Mais la craie est sujette à d'importantes déformations différées qui imposent au revêtement
des sollicitations croissantes dans le temps, sollicitations qu'il faut prendre en compte.
Conclusions
Nous proposons de tirer du colloque quelques conclusions générales.
Si les problèmes posés par les travaux dans la craie s'éclairent lorsque l'on examine la
structure intime de la craie, il est toutefois nécessaire pour comprendre la mécanique de la
craie d'entreprendre des études sur :
— l'origine de la cohésion, à savoir, comment cette cohésion se détruit par des manipulations
et se reconstitue au moment du repos ;
— l'influence de la teneur en eau, à la fois sur cette cohésion et sur le comportement en masse
de la craie ;
— la normalisation des processus de prélèvement, de transport, de conservation, de préparation
des éprouvettes et bien entendu d'essais ;
— l'altération de la craie, étude à la fois des processus et des formes de cette altération.
Ces études devront aboutir à une théorie mécanique de la craie expliquant aussi bien les constatations
dans les travaux de fondations que dans ceux de terrassements.
On ne devra jamais oublier que les grands remblais doivent être étudiés comme des ouvrages
d'art, pour lesquels il est aujourd'hui possible de donner des recommandations. Celles-ci devront
être appliquées avec prudence et leur exécution comme leur vie après construction devront
faire encore l'objet de constatations.
Les problèmes d'ouvrages souterrains dans la craie semblent liés à plusieurs paramètres :
—• les caractéristiques intrinsèques du matériau (absence d'effet d'échelle, homogénéité d'ensemble)
;
— la hauteur de recouvrement ;
— la méthodologie de foration ;
— le type de soutènement;
— le comportement à long terme et le fluage.
•
Il ne nous est pas possible de terminer cette présentation générale sans souligner le grand effort
accompli depuis quelques années qui a abouti à des progrès très sensibles, sans souligner l'apport
important de mise au point du colloque et sans féliciter chaleureusement les différents rédacteurs
auxquels sont dus les progrès enregistrés.

La craie
du Bassin parisien
Séance sous la présidence de M. Berthier,
Adjoint au Directeur du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

Géologie de la craie
dans le Bassin parisien
G. BIGNOT
M.P. AUBRY
Laboratoire de Micropalèontologie
Université de Paris VI
introduction
Tous ceux qui ont séjourné sur le littoral cauchois ou visité les caves
champenoises savent que la craie 1
est Vun des principaux composants
du sous-sol du nord de la France.
Un examen plus attentif des falaises de Haute-Normandie révèle sans peine qu'en réalité la lithologie
1 de cette roche n'est pas homogène (fig. 1) et que Ton peut distinguer des variétés différant
les unes des autres par quelques détails (couleur, présence ou absence de silex, résistance à l'érosion,
etc.).
Les craies se définissent comme étant des roches sédimentaires de couleur claire, généralement
blanches, poreuses, légères, faiblement cohérentes, presque exclusivement constituées de carbonate
de calcium.
En plus de cette signification pétrographique 1 ,
une valeur stratigraphique 3 .
le terme « craie » a acquis, au début du siècle dernier,
Dès 1822, J.-B. Omalius d'Halloy groupa les craies du Bassin parisien à l'intérieur d'un système
crétacé, représentatif d'une période de l'histoire de la Terre.
Un peu plus tard, grâce aux particularités pétrographiques et paléontologiques* des craies,
A. d'Orbigny proposa de diviser la portion la plus récente du Crétacé en trois étages, à savoir de
haut en bas :
— Sénonien ou craie blanche de Sens;
— Turonien ou craie tuffeau de Tours;
— Cénomanien ou craie chloritée du Mans.
Ultérieurement, les géologues s'aperçurent que la craie d'un étage donné passe latéralement à des
roches de nature différente : marnes, sables, grès, etc. Les changements d'aspect — on dit de faciès
5
— des terrains de même âge permettent de se représenter la sédimentation et ses variations
dans un bassin à un moment donné. On peut alors reconstituer les différentes paléogéographies de
celui-ci.
Nous allons envisager successivement la craie sous ses aspects pétrographiques, stratigraphiques
et paléogéographiques.
1. Craie - du latin « creta » : roche peu cohérente telle la craie ou l'argile.
2. Lithologie - du grec « lithos » : roche et de « logos » discours. Etude des caractères des roches. On dit aussi
pétrographie - du grec « petros » : pierre.
3. Stratigraphie - du latin « stratum » : couche et du grec « graphein » : décrire. Etude de la succession
des terrains dans le but d'établir une chronologie ou « échelle stratigraphique ».
4. Paléontologie - du grec « palaios » : ancien, « ontos » : être et « logos » : étude des êtres fossiles.
5. La notion de faciès que nous devons à A. Gressly (1838) a été clairement définie par E. Haug comme suit
« Par faciès géologique, nous entendons la somme des caractères lithologiques et paléontologiques que présente
un dépôt en un point déterminé ».
11
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - Spécial V - Octobre 1973

Fig. 1. — Les craies sur le terrain (faciès). _
Dans les trois cas, les craies sont d'âge Sénonien inférieur.
Falaises des environs d'Etretat.
Les alignements de rognons de silex sont bien réguliers.
Vue détaillée des falaises précédentes.
Observez, parallèlement aux lits de silex, les
bancs noduleux dont les parties dures sont
mises en relief par l'érosion.
continue, l'autre en rognons isolés.
12

PÉTROGRAPHIE DES CRAIES
Buffon s'intéressa le premier à la composition de la
craie et fut suivi en cette voie par bien d'autres.
Lucien Cayeux apporta les résultats fondamentaux.
Sa magistrale Contribution à Vétude micrographique
des roches sédimentaires [7] est consacrée, pour une
part, aux craies du bassin de Paris. Publié en 1897,
cet ouvrage fit autorité durant soixante ans et sa
lecture reste encore aujourd'hui indispensable.
Classiquement, l'étude pétrographique d'une craie
nécessite quatre types d'examens :
— les analyses chimiques et aux rayons X ;
— le lavage et tamisage sous un filet d'eau. Les tamis
les plus couramment employés ont des mailles de
360 et 160 microns ; les résidus séchés sont examinés
à la loupe binoculaire à de faibles grossissements (de
10 à 50 fois) ;
— le frottis qui consiste en l'examen au microscope
optique, à de forts grossissements (de 1 000 à 1 500
fois), de quelques gouttes d'eau dans lesquelles a été
délayée une petite quantité de craie ;
— la lame mince ou plaquette de craie collée sur une
lame de verre et amenée à l'épaisseur de 25 à 50
microns. La lame est examinée à la loupe ou au microscope
(fig. 2, 3, 4, 7, 8 et 9).
Les trois premières méthodes sont analytiques car on
considère isolément les différents constituants chimiques,
minéralogiques et paléontologiques. La dernière,
par contre, est synthétique et tient compte à la fois
des éléments constitutifs en place et de leur arrangement
réciproque. J. Cuvillier a proposé de désigner
cette image globale, ce « paysage sédimentaire », par
le nom de « microfaciès ».
Chimiquement et minéralogiquement, la craie est une
roche presque entièrement formée de carbonate de
calcium CaC0 3
, à l'état de calcite. Son pourcentage
peut dépasser 90, voire 95 %. Il peut s'y ajouter de
la dolomite Mg Ca(C0 3
) 2
, du phosphate de calcium
Ca 3
(P0 4
) 2
, de la glaucome 6 , des argiles, de la silice,
des sulfures de fer, en proportions variables. Lorsque
la teneur en l'un de ces composants devient élevée,
on distingue des craies dolomitiques, phosphatées,
glauconieuses, marneuses ou des tuffeaux.
Lavages, frottis et lames minces révèlent la morphologie
des constituants précédents. Depuis les travaux
de Cayeux, on a pris l'habitude de distinguer dans
les craies, comme d'ailleurs dans toute roche sédimentaire
:
—• les fragments détritiques provenant du démantèlement
de roches préexistantes et resédimentés au fond
des mers crétacées. C'est la fraction « héritée » ;
— les restes des organismes ayant vécu autrefois dans
ces mers. Le plus souvent, seules les parties initiale-
6. La glauconie est un silicate hydraté de Fe et de K qui se présente
en grains arrondis de couleur verte plus ou moins foncée.
7. Ensemble des transformations subies par les sédiments postérieurement
à leur dépôt.
ment minéralisées ont été fossilisées. Elles sont complètes
ou brisées en morceaux de taille variable ;
— les minéraux de néoformation formés au moment
de la sédimentation ou après au cours de la diagenèse 7 .
Les fragments détritiques de grande taille ne sont pas
courants dans les craies. Dans celles du Nord, de la
Picardie et plus rarement du pays de Caux, des galets
isolés de granité, de quartzite, de schiste et de houille,
ont été rencontrés. Les grains de petite taille (de
l'ordre du millimètre ou au-dessous) sont plus fréquents,
les quartz abondent au Cénomanien. Les
minéraux lourds : rutile, tourmaline, grenat, zircon,
se trouvent quelquefois. Certaines argiles (montmorillonite)
appartiennent à la fraction héritée èt représentent
jusqu'à 40 % du total de la roche au
Turonien inférieur. Les craies blanches, très pures,
du Sénonien supérieur, sont presque totalement dépourvues
d'éléments détritiques.
Les organismes entiers ou en débris forment une
portion importante des craies. A côté des grands
fossiles qui sont, somme toute, accessoires, une foule
de menus fragments d'origine organique s'observe
au microscope : spicules de Spongiaires, débris de
Bryozoaires (fig. 2), de Mollusques, d'Echinides (fig.
3), accompagnés de microfossiles de petite taille (de
0,1 à 1 mm) tels que des Ostracodes et des Foraminifères.
Ces derniers peuvent être fort nombreux ; dans
certaines craies picardes, leur nombre a été évalué à
3 700 individus par 10 g de roche. Enfin, aux très
forts grossissements, le microscope permet d'apercevoir
des fossiles encore plus petits : Pithonelles (fig. 4),
coccolithes (fig. 5) et Nannoconus (fig. 6) dont la taille
avoisine 20 à 50 p. Ce sont les nannofossiles.
Plusieurs minéraux de néoformation sont probablement
d'origine biochimique, résultat de l'activité
biologique de bactéries. On explique ainsi la formation
des grains de glauconie (fig. 7), des boules de marcassite,
du phosphate (fig. 8). La mise en place des silex
et la dolomitisation (fig. 9) se comprennent encore mal.
On constate cependant que cette dernière est localisée
dans les régions affectées de plissements ou de failles
(vallée de la Seine, bombement de Beynes, de Compiègne).
Tous ces constituants sont noyés dans une matrice
que les techniques classiques ne permettent pas d'analyser.
Cayeux a appelé cette matrice « ciment » et l'a
considérée comme « la somme des éléments minéraux
et organiques de dimension tellement exiguë qu'il est
impossible d'en préciser la forme et la nature ».
L'utilisation récente depuis 1966 (D. Noël [9]) du
microscope électronique qui permet des grossissements
importants jusqu'à 50 000 fois, a considérablement
accru nos connaissances. Contrairement à ce qui est
de règle avec le microscope optique, où l'observation
porte sur une certaine épaisseur de roche vue par
transparence, en microscopie électronique, la surface
seule du matériau — obtenue par simple cassure —
est prise en considération. L'observation porte sur
une fraction de la roche non modifiée, dans laquelle
les différents constituants sont intacts et « in situ ».
13

Fig. 2. — Craie à débris de Bryozoaires.
Fig. 3. — Craie à débris d'Echinodermes.
Fragments de Bryozoaires et Foraminifères noyés dans un « ciment » Gros débris d'Echinodermes, de Lamellibranches, etc., grains de
peu cohérent de calcite cryptocristalline.
glauconie ; petits galets (?) de craie argileuse à Pithonelles et
Sénonien supérieur (assise à Actinocamax quadrati,*). Saint-Didier-
Foraminifères. « Ciment » de calcite spathique.
des-Bois (Eure), x 18 (MPA 93). Turonien. Saint-Jouin (Seine-Maritime), x 10 (GB 1175).
OI
io
io
Fig. 4. — Craie argileuse à Pithonelles.
Nombreuses Pithonelles ovales ou circulaires de 30 à 65 n à parois
relativement épaisses. Une Calcisphaerula sphérique, plus grande
(150 tx) et à paroi mince. A droite du cliché, un Foraminifère
(Hedbergella). Quelques Radiolaires en dehors du champ photographié.
« Ciment » de calcite et d'argiles cryptocristallines.
Turonieninférieur (à Inoceramus Labiatus et grandes Ammonites).
Le Tréport (Seine-Maritime), x 45 (GB 126).
Fig. 5.
a) Coccosphère de Coccolithus pelágicas (d'après Murray et Blackmann,
in Deflandre). La coccosphère est la coque, constituée de
coccolithes, qui entoure la cellule du Coccolithophoridé, env. x 5000.
b) Coccolithe isolé de Prediscosphaera cretácea (d'après Noël).
Chaque coccolithe est formé de petits éléments calcaires de taille et
de forme variables, x 15000.
c) Eléments isolés, x 15000.
k
14

Fig. 7. — Craie glauconieuse.
Petits quartz anguleux hétérométriques (0,1 à 0,4 mm). Grains de
glauconie verte à contour arrondi ou lobé de 0,2 à 1 mm de diamètre.
Spicules calcinés de Spongiaires, débris d'Echinides. « Ciment »
cohérent de calcite cryptocristalline avec des plages plus largement
cristallisées.
Cénomanien. Octeville (Seine-Maritime), X 22 (GB 506).
Fig. 8. — Craie phosphatée.
Quelques petits quartz et plages d'opale. Fossiles (Polypiers) altérés
par l'épigenèse en phosphate. Grains et feuillets de phosphate
cristallin.
Sénonien supérieur (assise à Actinocamax quadratus). Ileim-Monacu
(Aisne), x 7 (GB 1681).
Fig. 9. — Craie dolomitique.
Petits débris de Lamellibranches et d'Echinodermes. Nombreux
microrhomboèdres de dolomite de 0,1 mm. « Ciment » cryptocristallin.
Sénonien inférieur. Margny-lès-Compiègne (Oise), x 18 (GB 396).
i
Fig. 6.
à) « Rosette » de Nannoconus steinmanni (d'après Trejo). La rosette
constituée de Nannoconus rayonnants et jointifs, apparaît comparable
morphologiquement à la coccosphère, env. x 1000.
b) Schéma de la section axiale d'un Nannoconus steinmanni (d'après
Bronnimann). Chaque nannoconus est constitué de prismes disposés
radiairement, env. x 7000.
c) Elément prismatique isolé env. x 7000.
15

Fig. 10a. — Matrice constituée de coccolithes entiers mélangés à
des éléments de calcite. Aucune liaison n'existe entre ces constituants :
ils sont simplement juxtaposés les uns aux autres. Ainsi sont
individualisés des vides de tailles variées.
Campanien, Incarville (Eure), x 2000.
Fig. 106. — Matrice principalement constituée d'éléments.
Quelques coccolithes, une section axiale de Nannoconus.
Coniacien, Rouvray (Seine-Maritime), x 2000.
Fig. 10c. — Matrice plus hétérogène : coccolithes, éléments, un fragment
de test de Foraminifère, de gros cristaux de calcite.
Turonien supérieur, Trith-Saint-Léger (Nord), x 2000.
Fig. lOd. — Détail de la structure d'une matrice : coccolithes, les uns
entiers, les autres en partie désorganisés, éléments. Des vides
( — pores) de taille variable sont individualisés.
Coniacien, Sauqueville (Seine-Maritime), x 4500.
A cette échelle, on ne peut plus parler de microfaciès.
Le terme « nannofaciès », récemment introduit, désigne
l'ensemble des caractères minéralogiques et paléontologiques,
ainsi que leurs relations mutuelles (fig. 10,
11, 12 et 13).
Ainsi examiné, le ciment se montre constitué de
nannofossiles et de très petits éléments (fig. 10) juxtaposés
reliés entre eux par des ponts calcitiques, délimitant
de nombreux espaces vides. La taille des éléments
oscille autour du micron.
Dans ses travaux sur les craies campaniennes,
D. Noël [10] a considéré les éléments comme résultant
de la fragmentation de coccolithes (fig. 5 et 11).
Récemment, il a été établi (M.-P. Aubry [2]) que ce
sont les Nannoconus (fig. 6 et 12) qui sont à l'origine
de la plupart des éléments des craies turoniennes.
Comme M. Masson l'exposera plus loin 8 , la connaissance
des nannofaciès est fondamentale pour l'ingénieur.
En effet, la taille et l'arrangement réciproque
des éléments conditionnent diverses particularités des
16

Fig. lia. — Coccolithes nombreux partiellement brisés et éléments.
Coniacien supérieur, Sauqueville (Seine-Maritime), x 2000.
Fig. 11b. — Accumulation de coccolithes partiellement désorganisés.
Structure très lâche. Coniacien, x 3250.
craies, leur densité, leur couleur, leur faible cohérence,
leur grande porosité et leur perméabilité réduite. Le
comportement géotechnique d'une roche (spécialement
sa résistance mécanique et son comportement à l'eau)
est en relation directe avec son nannofaciès.
Le passage est insensible entre les véritables craies
et les variétés dolomitiques, phosphatées, glauconieuses
(fig. 7), marneuses (fig. 13) et tufïeaux. Cependant,
l'augmentation sensible du pourcentage d'un
constituant accessoire (dolomite, phosphate, glaucomes,
argile, silice) modifie profondément le nannofaciès,
et partant, les propriétés mécaniques du matériau
résultant. A la limite, on aboutit à des roches
(dolomies compactes, marnes, calcaires siliceux) qui
n'ont plus rien de commun avec les véritables craies.
On les désigne pourtant habituellement par le même
terme « craie » suivi d'un adjectif. Un tel vocabulaire
est source de confusions.
STRATIGRAPHIE DES CRAIES
Les craies parisiennes appartiennent à trois étages
différents 9 . Chacun d'eux correspond à un ensemble
de couches à contenu paléontologique défini et constant.
Des études minutieuses ont montré que l'apparition
ou la disparition de fossiles privilégiés permettent
de pousser plus loin encore la division stratigraphique
des terrains en définissant des biozones. Un étage en
comprend un nombre variable.
Il serait fastidieux de détailler les zonations établies
au cours de la deuxième moitié du siècle par E. Hébert,
8. Cf. article suivant de M. Masson : Pétrophysique de la craie.
9. Notons que l'on connaît des craies non crétacées. Récemment,
les géologues britanniques ont trouvé au fond de la
Manche des roches tout à fait semblables pétrographiquement
à nos craies, mais les fossiles qu'elles renferment sont beaucoup
plus récents et d'âge miocène.
Fig. 11c. — Coccosphère.
Santonien, Vastérival (Seine-Maritime), x 8000.
Ch. Barrois, J. Lambert, E. Bucaille, A. de Grossouvre
et d'autres. Ils se basèrent sur les fossiles de grande
taille ou macrofossiles appartenant aux groupes zoologiques
suivants :
— les Ammonites fréquentes dans le Cénomanien,
plus rares ensuite ;
— les Lamellibranches ;
17

— les Echinides toujours très nombreux ;
— les Bélemnitelles précieuses pour la subdivision
des craies du Sénonien supérieur.
La répartition dans le temps des représentants de ces
groupes a permis de dresser, pour les craies du Bassin
parisien, une échelle désormais classique, résumée dans
le tableau.
Certains stratigraphes découpent le Sénonien parisien
en trois sous-étages : Coniacien, Santonien et Campanien,
définis dans les Charentes alors qu'il y a très
Fig. 13. — Matrice à structure serrée : entre les éléments et les nannofossiles
se glissent des feuillets d'argile, souvent concentrés en
lentilles.
Turonien supérieur, Trith-Saint-Léger (Nord), x 2000.
peu de fossiles communs entre le nord du Bassin
aquitain et le Bassin parisien. Pour cette raison,
nous pensons qu'il est parfois imprudent de distinguer
dans nos craies le Coniacien et le Santonien. On
peut admettre, par contre, la synonymie approximative
: Campanien = Sénonien supérieur, en se basant
sur la présence simultanée de quelques fossiles.
Fig. 12a. — Les Nannoconus sont très abondants dans les matrices des
craies turoniennes. Ici, s'en observent deux, de part et d'autre des loges
de Foraminifères ; l'un en section transverse, l'autre de profil.
Turonien inférieur (à Inoceramus labiatus). Saint-Martin-Plage (Seine-
Maritime), x 4000.
Fig. \ïb. — Nannoconus.
Si les macrofossiles ont historiquement joué un grand
rôle dans l'établissement de la stratigraphie de la craie,
ils sont maintenant un peu négligés à cause de leur :
— rareté relative au moins en plusieurs régions
(Champagne) ;
— conservation souvent imparfaite ;
— détermination difficile, due principalement au fait
que la paléontologie classique est en ce moment une
discipline peu en honneur en France.
Pour dater les craies, on a de plus en plus recours aux
microfossiles, Foraminifères principalement. Nous
avons vu qu'ils sont toujours nombreux et que leur
mise en évidence est aisée. Le lavage est la méthode
la plus économique et la plus utilisée. Pour ce faire,
un kilogramme de craie déposé sur un tamis à maille
de 0,36 mm est délayé sous un filet d'eau, le refus
sur le tamis, après disparition des particules les plus
fines, est presque totalement constitué de microfossiles.
Parallèlement à la zonation macropaléontologique,
on a pu établir des microbiozonations basées sur
l'apparition ou la disparition des espèces de Foraminifères.
Jusqu'à ce jour, seules les zonations locales
ont été publiées pour les régions suivantes :
— Rouen (R.K. Goël, 1962) ;
— Dieppe et Saint-Valéry-sur-Somme (A.A. Ariai,
1965 et A. Chemirani, 1968) ;
— Sens (K.K. Téhérani, 1968) ;
— Tours (J.P. Bellier, 1968) ;
— Reims et Epernay (K. Ebrahimzadeh, 1968).
18

Tableau des subdivisions stratigraphiques établies dans les craies de trois régions différentes du Bassin parisien
(d'après divers auteurs)
HAUTE-NORMANDIE ARTOIS SENONAIS
SENONIEN
I (= SUPÉRIEUR
CAMPANIEN)
INFÉRIEUR
j
TURONIEN
[OMANIEN
u
Assises à
Belemnitella
mucronata
Assises à
Actinocomax
quadratus
vlicraster
unum
Assises à Ì
corangi
Assises à Micraster
decipiens
(manque)
Craie blanche de Saint-Didier-desbois
à Actinocamax quadratus
Craie blanche, tendre du Cap
d'Ailly à Marsupites testudinarius
Craie blanche tendre de Belbeuf
à Micraster coranguinum
Craie blanche de Canteleu à
Echinocorys carinatus
Craie grenue de Moulineaux et
d'Orival à Bryozoaires et silex
zones
Craie blanche calcaire de Quevilly
à Micraster decipiens
(manque)
Craies phosphatées
Craies blanches
Craie jaunâtre noduleuse de Saint- Craie phosphatée du Cambrésis à
Etienne-du-Rouvray à Micraster Micraster decipiens
decipiens et Micr. normanniae
Craie de Montereau (et de Meudon)
à Magas pumilus
Craie de
papillosa
Michery à Galeola
Craie de Soucy à Offaster pilula
Craie de Sens à Marsupites testudinarius
Craie de Paron à Conulus albogalerus
Craie de Maillot à Inoceramus
involutus
Craie de Rosoy à Micraster
decipiens
Craie à Micraster decipiens, Epiaster
brevis et Prionotropis neptuni
Craie marneuse tendre de Blosseville-Bonsecours
à Terebratulina
planus
Craie de Vervins à Holaster planus
Craie de Saint-Julien à Holaster
rigida
Craie marneuse blanche de Maromme
à Terebratula semiglobosa
Craie noduleuse de la Poterie-
Belbeuf à Inoceramus labiatus
et grandes Ammonites
Craies à Actinocamax plenus
Craie glauconieuse de Rouen à
Acanthoceras rothomagensis
Craie sableuse du Mont-Gargan à
Pecten asper et Holaster subglobosus
Craie sableuse d'Eauplet à Ostrea
lateralis
Marnes grises à Terebratulina
rigida et Inoceramus brongniarti
« Dièves vertes » à Inoceramus
labiatus
Marnes glauconieuses à Actinocamax
plenus
« Dièves blanches »
« Tourtias » à Acanthoceras
rothomagensis et Mantelliceras
mantelli
Craie de Villevallier à Cardiotaxis
peroni
Craie de Joigny à Terebratulina
rigida
Craie de Brion à Echinoconus
subrotondus
Craie Actinocamax plenus et
Inoceramus labiatus
Craie de Saint-Pierre à Scaphites
aequalis
Craie massive à Spongiaires et
Echinides
Craie à Céphalopodes
On remarque que cette chronologie est relative. Elle permet uniquement de savoir que telle craie est plus ancienne ou plus récente
que telle autre. Grâce à des procédés géochimiques complexes, il s'élabore peu à peu une chronologie absolue fixantpour chaque
âge relatif une ancienneté précise. Les résultats obtenus sont encore imparfaits, mais les spécialistes s'accordent sur les chiffres
approximatifs suivants :
terrains sénoniens : autour de 75 millions d'années ;
terrains turoniens : autour de 90 millions d'années ;
terrains cénomaniens : entre 95 et 100 millions d'années.
19

Une généralisation valable pour l'ensemble du Bassin
parisien est actuellement mise au point par Ch. Monciardini
qui détaillera, par ailleurs, sa méthode et les
résultats qu'il a obtenus. D'ores et déjà, à la lumière
de ces travaux récents et d'autres plus anciens, comme
ceux menés il y a une trentaine d'années par P. Marie,
on peut affirmer qu'il est tout à fait possible de dater
rapidement et avec exactitude des craies, à partir de
l'examen de leurs résidus de lavage.
Quel est l'avantage, pour le géotechnicien, de situer
les craies dans l'échelle stratigraphique ?
Il réside dans le fait que la pétrographie des craies
varie avec leur âge. Déjà en'1897, L. Cayeux écrivait :
« Chacune des craies que j'ai étudiées possède des
caractères microscopiques qui lui sont propres et que
j'ai mis en évidence par l'examen pétrographique que
j'en ai fait. La considération des minéraux, des organismes
et du ciment d'un morceau de craie permet de
fixer sa place, non seulement dans la série des assises,
mais encore dans celles de leurs subdivisions ».
En d'autres termes, on peut dater les craies à partir
de leur microfaciès (fig. 2 à 9). Des recherches récentes
encore inédites ont montré, comme il fallait s'y
attendre, que les nannofaciès ont, eux aussi, une signification
stratigraphique. On saura, très bientôt, caractériser
et dater les craies par leurs nannofaciès. Leur
étude apparaît alors comme une méthode de choix
à intérêts multiples. Elle conduira à des renseignements
dans le domaine stratigraphique en datant le matériau
en même temps qu'elle expliquera et, éventuellement,
permettra de prévoir ses propriétés mécaniques.
L'observation des nannofaciès nécessite l'utilisation
d'un matériel coûteux par des spécialistes avertis.
Ceux-ci, en collaboration avec les géotechniciens,
établiront peu à peu des tableaux où seront portés
en parallèle, pour les différentes craies, âge (à partir
des microfossiles) - nannofaciès - comportement
mécanique. L'observation des nannofaciès, étape intermédiaire,
sera faite une fois pour toutes et l'ingénieur
mis en présence d'une craie, disposera, avec une simple
datation, de renseignements géotechniques immédiatement
utilisables.
PALÉOGÉOGRAPHIE DU BASSIN PARISIEN
AU CRÉTACÉ SUPÉRIEUR
Les terrains de même âge présentent des caractères
pétrographiques et paléontologiques, c'est-à-dire des
faciès, des microfaciès et des nannofaciès différents
selon leur position géographique ; en conséquence,
leurs propriétés mécaniques se modifient parallèlement.
Il est instructif de préparer, pour chaque étage, une
carte de répartition de faciès. Un tel document rend
particulièrement évidents les passages latéraux entre
craies et roches de nature différente.
Des tableaux de concordance âge-nannofacièscomportement
géotechnique devront nécessairement
être dressés pour plusieurs points du bassin. Plus ces
points seront proches, plus leur utilisation sera fructueuse.
L'établissement de ces données exige des
recherches de longue haleine. Le travail est bien
avancé pour ce qui concerne la Haute-Normandie.
Les géologues et les ingénieurs des Ponts et Chaussées,
travaillant en Collaboration, terminent actuellement
l'étude détaillée des craies du Havre, de Rouen et
de Dieppe.
Il nous paraît indispensable d'aborder maintenant
un problème proprement géologique : quelles sont
les causes des variations géographiques de faciès ?
Les géologues proposent une explication en essayant
de reconstituer cartographiquement les paléogéographies
successives des bassins sédimentaires. Il ne
saurait être question de développer ici de longues
considérations, mais quelques points méritent d'être
soulignés. L'établissement des cartes paléogéographiques
se heurte à un problème majeur. On ne connaît,
en effet, que l'extension actuelle des sédiments conservés
à l'intérieur de limites d'érosion. De sorte qu'il
est toujours difficile — sauf cas exceptionnel de
rivages fossilisés — d'établir l'extension réelle des
sédiments d'un âge donné, donc de préciser les relations
mer-continent.
Rappelons, tout d'abord, que les craies parisiennes
sont d'anciens dépôts marins ainsi qu'en témoignent
les organismes fossiles qu'ils renferment et dont on
retrouve des équivalents dans les mers actuelles
(Coccolithophoridés, Echinides, etc.).
Résumons comment les géologues se représentent
l'évolution du Bassin parisien au cours du Crétacé
supérieur.
La mer cénomanienne a recouvert entièrement le
Bassin parisien et la Manche orientale (fig. 14). Vers
l'ouest (Cotentin, Anjou, Touraine), les dépôts très
détritiques, sableux ou marneux, indiquent la proximité
du littoral. Il en va de même pour le nord et le
nord-est (Argonne, Hainaut, Artois) où se sont
formées des gaizes et des marnes contenant à leur
base des galets de roches anciennes. Au centre du
bassin, les éléments détritiques les plus grossiers n'ont
pu parvenir. Si la fraction organique y est prédominante,
les apports continentaux à l'état soluble n'en
sont pas moins importants. Ceux-ci donneront naissance
à la glauconie (fig. 7) et aux silex. La mer
cénomanienne communiquait dans l'océan par les
emplacements actuels de la Loire et du Pas-de-Calais.
Il semble bien qu'elle ait été également en relation,
par le sud-est, avec la mer alpine (détroit morvanovosgien).
Au Turonien, la situation est analogue (fig. 15). Les
dépôts restent franchement détritiques dans le sudouest
(« tuffeaux » de Touraine) et marneux vers le
nord (« dièves bleues » de l'Artois). Au centre du
bassin, des craies d'origine organique dominent (fig.
3 et 4). Toutefois, la présence d'argiles (craies marneuses)
témoigne d'un apport continental détritique
non négligeable.
Les sédimentations sénoniennes sont plus difficiles
à reconstituer (fig. 16 et 17) car l'érosion a fait en
20

grande partie disparaître les formations détritiques
littorales. Toutefois, la « craie » de Villedieu suggère la
proximité du rivage armoricain. Le Sénonien est
presque exclusivement représenté par des craies
blanches à silex dans lesquelles l'apport continental
s'est limité à des arrivées de phosphates (fig. 8) et de
silice dissous. Les craies blanches sont pratiquement
dépourvues de fraction détritique sableuse ou marneuse
(fig. 2).
On ne sait si la mer s'est retirée à la findu Sénonien
ou au Maestrichtien. Si des sédiments de ces âges se
sont déposés dans le Bassin parisien, ils ont été entièrement
déblayés par l'érosion post-crétacée.
Pendant longtemps, la craie a été considérée comme
l'équivalent fossile des actuelles boues à Globigérines
que l'on rencontre au fond des océans Atlantique et
Pacifique à des profondeurs excédant 1 000 m.
L.Cayeux a vivement critiqué cette assimilation. Il a
établi à partir de l'examen des macrofossiles que la
craie s'est déposée sous une tranche d'eau inférieure
à 250 m. Tous les résultats récents confirment l'hypothèse
de Cayeux.
Les terres émergées fournissaient à la sédimentation
marine du matériel détritique sableux et argileux. Ce
transport a atteint son maximum au Cénomanien,
puis s'est progressivement réduit au cours du Turonien
pour disparaître au Sénonien. Par contre, l'apport
des éléments dissous, générateurs de glauconie, de
silex et de phosphates, semble être resté important
tout au long du Crétacé supérieur. Pour expliquer
ce phénomène, l'hypothèse de masses continentales
à peu près complètement arasées et pénéplanées dès
le Turonien, a été proposée (Bailey 1923). L'érosion,
cessant peu à peu, les apports détritiques diminueront.
La théorie de la biorhésistasie (Ehrardt 1934) a conduit
à une explication complètement différente. A l'idée
d'un désert, s'est substituée celle d'un continent
soumis à un climat humide et relativement chaud,
Manche orientale
vosgien
•vosgien
Fig. 14. — Le Bassin parisien au Cénomanien.
Fig. 15. — Le Bassin parisien au Turonien.
Emplacement approximatif des rivages de la mer
Limites actuelles des sédiments de l'étage considéré
Terres émergées
Massif
vosgien
mor vano- vosg len
Fig. 16. — Le Bassin parisien au Sénonien inférieur
(= Conacien + Santonien).
Fig. 17. — Le Bassin parisien au Sénonien supérieur ( = Campanien).
21

favorisant le développement de la végétation. Ce
couvert végétal a joué le rôle d'un filtre retenant les
éléments détritiques grossiers (phase résiduelle insoluble)
et permettant le départ des éléments minéraux
et organiques dissous (phase migratrice soluble). Le
bassin cesse d'être alimenté en sable et en argiles, mais
continue à recevoir du carbonate de calcium, de la
silice et des phosphates. Ceux-ci favorisent le pullulement
des organismes marins : Coccolitophoridés,
Nannoconus, Pithonelles, Spongiaires, etc. Ainsi,
peut-être est-il possible d'interpréter la formation
des véritables craies à silex et des craies phosphatées
comme la conséquence de l'établissement progressif
d'une végétation continentale dense.
Conclusion
Bien d'autres problèmes auraient dû être abordés, en particulier, celui de Vhydrogéologie des craies.
Cela n'était guère possible en si peu de pages.
Tel qu'il est, ce bref aperçu montre — une fois de plus — tout l'intérêt qu'il y a pour l'ingénieur à
envisager ces problèmes sous un angle géologique. La pétrographie moderne, utilisant de plus en
plus le microscope électronique, apporte avec la notion de nannofaciès, une explication aux particularités
mécaniques des roches.
Quant aux données stratigraphiques et paléogéographiques, elles permettent, en replaçant ces
roches dans le temps et dans l'espace, de considérer les problèmes géotechniques dans un cadre
générateur d'indispensables vues d'ensemble.
BIBLIOGRAPHIE
[1] ABRARD R., Géologie régionale du Bassin de Paris. 397 p., Paris. Payot (1950).
[2] AUBRY M.-P., Importance géologique des Nannoconus dans les craies turoniennes de la région
dieppoise, Bull. Soc. Géol. Normandie, t. LX (1970), p. 3-9.
[3] AUBRY M.-P., Recherches sur les craies de Haute-Normandie, Thèse 3 e cycle, Univ. Paris-VI (à paraître).
[4] BAILEY E.B., The desert shores of the chalk seas, Proc. Géol. Assoc., vol. LXI, (1924), p. 102-116.
[5] BIGNOT G., Les microfaciès et leur utilisation stratigraphique, Coll. méth. tendances, Stratigraphie,
Orsay, (1970).
[6] BIGNOT G., et EBRAHIMZADEH K., La craie à Marsupites testudinarius du Cap d'Ailly (près de
Dieppe, Seine-Maritime). Bull. Soc. Géol. Normandie, t. LIX (1969), p. 4-15.
[7] CAYEUX L., Contribution à l'étude micrographique des terrains sédimentaires. 589 p., Lille, Le Bigot
(1897).
[8] EHRARDT H., La genèse des sols en tant que phénomène géologique. 177 p., Paris, Masson (1967).
[9] NOËL D., Etude des Coccolithes in situ dans les roches. La notion de nannofaciès. Proc. First Int.
Conf. Plankt. Micro/., Geneva, vol. II, (1967), p. 486-491.
[10] NOËL D., Coccolithes crétacés. La craie campanienne du Bassin de Paris, 130 p. Paris, éd. CNRS
(1970).
NOTE DE L'AUTEUR
Depuis le colloque de Rouen au cours duquel le texte ci-dessus a été présenté, les recherches sur la craie ont
été activement poursuivies. En nous limitant à l'étude pétrographique au microscope électronique à balayage,
il convient spécialement de citer les publications suivantes :
AUBRY M.-P., Recherches pétrographiques, stratigraphiques et paléo-sédimentologiques sur les craies de Haute-
Normandie.
Thèse 3 e cycle, Univ. Paris-VI, 108 p., 24 pl. (1972).
LE ROUX A., Caractéristiques mécaniques des roches argileuses en relation avec leur texture.
Bull. Liaison Labo. P. et Ch., 61, sept.-oct. 1972, p. 151-178 (1972).
Elles font le point sur les travaux qui étaient en cours lors du colloque.
Les résultats détaillés dans ces ouvrages sont importants, bien que certains ne soient encore que des hypothèses
de travail. L'utilisation du microscope électronique en pétrographie a entraîné une évolution importante des
connaissances admises jusqu'alors depuis Cayeux. Il est souhaitable que les toutes récentes découvertes subissent
un peu l'épreuve du temps et de la critique avant de sortir du domaine des spécialistes.
22

1
Pétrophysique de la craie
introduction
M. MASSON
Assistant géologue
Laboratoire régional de Rouen
La nécessité d'une étude particulière de la « craie » s'est révélée lorsque
de grands travaux de terrassements ou defondations ont intéressé ce matériau
naturel. En effet, des difficultés importantes sont alors apparues :
— au niveau des chantiers : comportement très variable, proche soit de celui d'un calcaire, soit
de celui d'un limon, voire d'une argile ;
— au niveau des études : difficulté de prévision du comportement par les moyens habituels de la
géotechnique.
De premières recherches très limitées, liées à l'expérience de chantier, permettaient néanmoins de
mettre l'accent, d'une part, sur la variété pétrographique recouverte par le terme « craie », d'autre
part, sur l'influence probablement déterminante de la structure fine, microscopique, de ce matériau
sur son comportement.
Cependant, l'ambiguïté même de la craie — roche pour les uns, sol pour les autres, au sens mécanique
du terme — ne constituait pas un facteur favorable à la programmation d'une recherche à
ce sujet. A l'indifférence des géotechniciens répondait d'ailleurs celle des géologues, peu préoccupés
par une formation en apparence fort monotone, et dont seules, très récemment, les techniques de
la micropaléontologie (microfaciès et nannofaciès) permettent de renouveler l'étude.
Les insuffisances des méthodes classiques de reconnaissance géotechnique ayant conduit à des déboires
importants lors de terrassements routiers ou autoroutiers, c'est en définitive sur ce type de
problème qu'a été concentrée la recherche. Les chantiers de terrassements présentent d'ailleurs
l'avantage de constituer un terrain de constatations idéal et permettent, une fois achevés, des observations
et des prélèvements aisés. Aussi, l'étude a-t-elle eu pour objet, à partir des problèmes
concrets mis en évidence lors des travaux, de définir le plus précisément possible le matériau utilisé,
sous le triple aspect géologique, physique et mécanique.
En première phase, l'étude a posteriori de cinq types de craie de Normandie, liée à quatre chantiers
importants, a permis de différencier ces craies et de corréler à leur comportement les résultats
d'essais de laboratoire.
L'extension de l'étude à des craies du nord, de Picardie et de la région parisienne a permis de vérifier
la validité de la méthode.
Cet article, rédigé dans une optique d'application géotechnique, a pour but :
— sur le plan pratique, de proposer une méthode d'étude d'un massif crayeux en vue de la prévision
du comportement en terrassement ;
— sur le plan théorique, de mettre en évidence le rôle de la structure fine dans le comportement
d'un matériau naturel.
L'aspect théorique peut apparaître fastidieux aux yeux de praticiens. Néanmoins, il est apparu
indispensable de comprendre effectivement les bases physiques dont dépend le comportement du
23
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - Spécial V - Octobre 1973

matériau soumis à des contraintes. Après la définition stratigraphique et lithologique des craies 1 ,
on serait tenté d'établir des corrélations entre la pétrographie fine (essentiellement la structure,
les caractéristiques physiques et mécaniques) et le comportement en chantier de terrassements.
A partir de cette analyse établie sur une quinzaine de types de craie différents, il est vraisemblable
qu'il sera possible d'étendre cette méthode, d'une part, à des formations crayeuses nouvelles, d'autre
part, à de nouveaux types de problèmes, dont particulièrement les fondations profondes.
Cette démarche rejoint en partie des recherches menées par ailleurs depuis plusieurs années en
Grande-Bretagne [9, 12, 16 et 18], et en France plus récemment [7 et 8] où l'EDF a particulièrement
développé l'étude de l'aspect mécanique des roches, dont nous ne ferons que citer les résultats les
plus importants 2 .
La présente étude regroupe les travaux de plusieurs Laboratoires des Ponts et Chaussées : LCPC,
Est parisien, Lille, Rouen et Saint-Quentin. Elle tire également profit d'une étroite collaboration
avec le laboratoire de Micropaléontologie de la faculté des sciences de Paris, pour l'étude pétrographique
[5],
1. Cf. article précédent de M. Bignot et de Mlle Aubry : La Géologie de la craie du Bassin parisien.
2. Cf. article de M. Comès : La Craie dans les sites d'ouvrages de production d'électricité.
1 - Déviation de Sauqueville
2 - Belbeuf
3-Rouvray > A U T O R O U T E A 13
4 - Incarville S
5 - Pacy-sur-Eure
6 - Saint-Cloud (RN 187)
7 - Le Catouillage (RN 1 )
8 - Autoroute A 27
9 - Trith-Saint-Lêger (Autoroute A 2)
10 - Malincourt
11 - Serain
12 - Morval
13 - Combles Autoroute A 1
14 - Feuillères
Craies de Normandie
Fig. 1. — Localisation des craies étudiées.

Choix des types de craie
Du fait de l'orientation initiale de l'étude, on s'est
efforcé de prendre en compte des craies ayant donné
lieu à des chantiers de terrassements, dont les données
essentielles sont présentées par ailleurs 3 . Les chantiers
présentent l'avantage, lorsque des constatations ont
été faites en nombre suffisant en cours de travaux, de
constituer une appréciation globale de la qualité de
la craie synthétisant tous les facteurs en présence :
caractéristiques intrinsèques du matériau - conditions
de gisement (fissuration - altération) - conditions
météorologiques - matériel utilisé et cadences, ce que
ne peut faire l'étude de laboratoire.
Il est donc possible de classer les conditions de chantiers
en fonction des difficultés rencontrées. Ce classement,
qui présente l'inconvénient de n'être que qualitatif,
peut être résumé de la façon suivante en fonction
des conditions :
— très favorables : comportement de la craie proche
de celui d'un calcaire,
— bonnes : pas de problème de chantier, sauf pour
des conditions météorologiques très défavorables,
— mauvaises : difficultés pour la circulation des
engins et pour le compactage, sauf par très beau
temps ; risques de tassements de remblais,
— très mauvaises : difficultés par tous temps - tassements
de remblais.
Il a été vérifié dans tous les cas que le chantier n'intéressait
qu'un seul type pétrographique de craie,
dans des conditions de gisement homogènes, mis à
part le facteur altération qui sera étudié dans le chapitre
« La Craie dans son gisement».
Certains types de craies, non rencontrées à ce jour
en chantier de terrassement, ont néanmoins été choisies
de manière à compléter la gamme pétrographique
des craies testées.
Le classement ainsi établi est donné dans le tableau I.
3. Cf. article de M. Puig : Problème de terrassement dans la craie.
L'emplacement de ces chantiers (fig. 1) montre que
seule la moitié septentrionale du Bassin parisien a
été concernée par la présente étude. Cela résulte du
fait qu'aucun chantier de craie important n'a jusqu'à
présent été étudié dans les autres régions, ce qui
s'explique, outre l'aspect économique, par le fait que
la craie typique n'y est pas toujours présente. C'est
ainsi qu'ont été éliminés les tuffeaux de Touraine,
par exemple. Il n'en demeure pas moins qu'une extension
de l'étude au reste du Bassin parisien serait
souhaitable.
TABLEAU I
Classement des différentes craies étudiées
Désignation
du
chantier
Comportement
en
chantier de
terrassement
Localisation
Numéro
de repérage
sur la carte
Très bon Feuillères, autoroute A 1 Picardie 14
Bon
Autoroute A 27 Nord 8
Trith-Saint-Léger,
autoroute A 2 Nord 9
Rouvray, autoroute A 13 Normandie 3
Combles, autoroute A 1 Picardie 12
Incarville, autoroute Al 3 Normandie 4
Mauvais Morval, autoroute A 1 Picardie 13
Déviation de Sauqueville Normandie 1
Très Le Catouillage, RN 1 Nord 7
mauvais Déviation de Pacy-sur- Normandie 5
Eure
Inconnu
Belbeuf* Normandie 2
Saint-Cloud, RN 187
Serain*
Région
parisienne
Picardie
Malincourt Picardie 10
* Le comportement de cette craie est présumé bon.
6
11
25

Caractéristiques physiques et mécaniques
de différents types de craie
Rôle de la structure microscopique
POSITION STRATIGRAPHIQUE ET
PÉTROGRAPHIE MACROSCOPIQUE
Sachant que le faciès « craie » se limite à l'intérieur
du Bassin parisien aux étages stratigraphiques du
Crétacé supérieur, nous avons sélectionné dans cet
ensemble des craies suffisamment caractéristiques sous
l'angle pétrographique. Nous avons éliminé en particulier
celles qui présentaient les particularités suivantes
:
— composition polyminérale trop accusée : les craies
sableuses, glauconieuses ou phosphatées, les craies
argileuses (marnes), les craies magnésiennes ou ferrifères,
les craies siliceuses (gaizes) (certaines d'entre
elles ont néanmoins été étudiées sommairement, à
titre de référence) ;
— diagenèse trop accusée : les craies noduleuses,
ayant subi une recristallisation trop importante qui
permet de les assimiler à des calcaires (également envisagées
marginalement).
Dans ces conditions, les craies étudiées tant en Haute-
Normandie que dans les régions du Nord et du Pasde-Calais
entrent toutes dans les limites suivantes
(tableau II) :
— teneur en CaC0 3
> 94,5 %,
— teneur en MgO ou Fe 2
0 3
< 4 %.
L'analyse des résidus solides par diffractométrie de
rayons X ou par analyse thermique différentielle
montre que toutes ces craies contiennent des argiles,
dont les mieux représentées sont la montmorillonnite,
argile gonflante, et l'illite muscovite, caractéristiques
d'un milieu confiné basique.
TABLEAU II
Stratigraphie, analyse chimique, lithologie des craies étudiées
Origine
Analyse chimique ( %)
Position
stratigraphique CaCOs MgO Fe 2
0 3
P2O3
M
Analyse des résidus solides
IM
Haute- Normandie
Pacy-sur-Eure
Incarville
Sauqueville
Rouvray
Belbeuf
Région parisienne
Saint-Cloud
Santonien sup.
Campanien inf.
Coniacien inf.
Coniacien moy.
Turonien
Campanien sup.
97,1
98,9
98,4
96,9
96
+ +
tr.
+ +
+
+ +
+
+ +
+
+ +
+ + +
+ + +
+ +
+
+
+
+ +
+
+ + +
+
Région du Nord
Pas-de-Calais
Le Catouillage, RN 1
Autoroute A 27
Trith-Saint-Léger
Picardie
Malincourt
Serain
Coniacien moy. à sup.
Coniacien sup.
Santonien inf.
Turonien sup.
Coniacien moy.
(base)
Turonien sup.
98,4
98,5
94,5
98,5
97,6
1,8
0,5
+
+
+ +
+ +
+
+
+
+
+
Morval
Combles
Feuillères
Coniacien moy.
Santonien moy.
96,8
96,8
97,1 0,1
3,45
M
Q
IM
F
A
: montmorillonnite
: quartz
: illite muscovite
: feldspath
: autres (surtout hydroxydes de fer)
+ : peu abondant \
+ + : abondant I par rapport à l'ensemble
+ + + : très abondant ( du résidu sec
tr. : traces )
26

Les limitations imposées sur le plan minéralogique
ont amené un resserrement de l'échelle stratigraphique,
en particulier par élimination des craies le plus souvent
polyminérales du Cénomanien. Aussi, tous les
faciès étudiés se rapportent-ils aux étages du Turonien
et du Sénonien, qui constituent d'ailleurs les
5/6 environ de la série crayeuse du Bassin parisien.
Influence de la minéralogie sur le comportement des
craies
Nous avons vu que nous nous étions efforcés de nous
limiter le plus possible aux craies typiques, dans
lesquelles les minéraux autres que la calcite ne peuvent
jouer un rôle important.
La comparaison des tableaux I et II montre que ce
résultat a été atteint dans la majorité des cas, puisque
les faibles différences de teneur en CaC0 3
constatées
ne se traduisent pas par des différences significatives
du comportement. Contrairement même à ce que
l'on pourrait penser, une mauvaise « qualité » géotechnique
s'accompagne souvent d'un pourcentage
élevé de CaC0 3
. Il en va ainsi des craies de Sauqueville
et de la RN 1. Ceci indiquerait que, tout au moins
dans ce registre minéralogique, ces faibles variations
de teneur en résidu n'ont pas de répercussion notable
sur la « qualité » de la craie. De même, la plus ou
moins grande abondance relative de montmorillonnite
ou d'illite dans le résidu ne se traduit pas de
manière significative dans le comportement du matériau
correspondant.
Nous tenterons dans le chapitre « Les Craies atypiques
», d'analyser plus eu détail le rôle des minéralisations
secondaires dans le comportement de la craie,
et de définir à partir de quel pourcentage ce rôle ne
peut plus être considéré comme négligeable.
Les craies retenues peuvent donc être considérées
comme monominérales, homogènes. Il est donc possible
de comparer leurs caractéristiques physiques et
mécaniques à partir d'un seul paramètre pétrographique
: la texture 4 .
PRINCIPALES PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ET
MÉCANIQUES
Les études préalables à la réalisation des terrassements
n'avaient pu permettre, le plus souvent, d'identifier
clairement le matériau sous l'angle géotechnique, et
par conséquent de prévoir son comportement. Les
essais employés, soit de reconnaissance in situ (sismique
réfraction), soit de laboratoire (granulométrie -
limites d'Atterberg - essai de compactage - teneur
en eau) donnaient en effet des mesures très dispersées
et le plus souvent ininterprétables.
4. Nous utiliserons désormais le terme texture, le terme structure
étant réservé aux arrangements atomiques.
Il a donc paru intéressant de reprendre ces études sur
la base de la comparaison des résultats de plusieurs
essais réalisés dans des conditions bien définies, de
manière à obtenir chaque fois une moyenne représentative
et une étude de la dispersion. Le problème
était en effet de savoir si aux différences de comportement
géotechnique pouvaient être comparées des
différences dans les caractéristiques intrinsèques des
matériaux.
Sur chacune des craies retenues ont donc été réalisés
les essais les plus courants concernant les caractéristiques
physiques et mécaniques des sols et des roches :
— mesure de la teneur en eau naturelle (w„)
— densité de la roche sèche (yd)
— vitesse de propagation d'ultra-sons sur échantillons
{V l
vitesse longitudinale)
— résistance à la compression simple R c
.
Ces essais rapides et peu onéreux ont été autant que
possible réalisés un nombre de fois permettant pour
chaque type de craie une analyse de fréquence des
mesures. Cette méthode nous a paru en effet indispensable,
compte tenu de la dispersion parfois élevée
observée avec certains essais, ou sur certains types de
craie. Il devient ainsi possible de comparer entre eux
ces différents types, et d'établir des corrélations entre
les essais.
Ayant constaté que le degré de saturation en eau
pouvait avoir une influence considérable sur les résultats
de différents essais, de même que sur le comportement
en chantier, nous insisterons particulièrement
sur cet aspect qui revêt une très grande importance
en géotechnique.
En dernier lieu, nous évoquerons rapidement les résultats
obtenus par ailleurs concernant l'étude du
comportement de la craie soumise à des contraintes
mécaniques en laboratoire. Cet aspect, qui concerne
la craie en tant que « roche » au sens géotechnique
du terme, et qui est plus directement lié à des applications
spécialisées, n'entre pas en effet directement
dans le cadre de la présente étude, dont il constitue
un prolongement ; il sera étudié plus en détail dans
les articles suivants.
Identifications par les essais courants
Pour chaque type de craie et pour chaque essai (hormis
R c
) a été réalisé un minimum de vingt mesures, à
partir desquelles ont été calculés la moyenne, l'étendue
(intervalle de variation), l'écart type et le coefficient
de variation.
Les mêmes essais ont été effectués, à la fois sur des
échantillons à teneur en eau naturelle, des échantillons
saturés et des échantillons desséchés.
Les vitesses de propagation d'ultra-sons ont été mesurées
suivant les trois axes médians de chacun des
échantillons étudiés. Les valeurs exprimées se rapportent
donc à un minimum de soixante mesures par
type de craie.
27

Par contre, les essais de compression uniaxiale sur
éprouvette d'élancement 2 ont été réalisés en nombre
limité (3 à 5 par type de craie), ne permettant pas une
analyse de type statistique.
Une première observation des résultats montre qu'il
y a lieu de distinguer les essais réalisés sur échantillons
saturés ou à teneur en eau naturelle de ceux qui concernent
les échantillons secs.
ECHANTILLONS A w n
ou A SATURATION
Le tableau III récapitule les moyennes arithmétiques
des résultats obtenus sur chaque type de craie.
On constate ainsi de très fortes différences dans ces
résultats d'un type de craie à l'autre se traduisant
pour l'ensemble du tableau par une fourchette de
valeur très étalée pour chaque type d'essai :
14,7 < w n
< 27,5 % (les valeurs < 10 % n'étant pas
représentatives)
1,44 < y d
< 1,8
23,6 < porosité < 43,8 %
1963 < F, < 2 800 m/s
13 < R c
< 92 bars.
Il est donc possible, pour chaque essai, d'établir un
classement relatif des craies, allant par exemple des
plus faibles valeurs aux plus fortes.
TABLEAU III
Moyennes arithmétiques des résultats d'essais.
Une représentation graphique des résultats obtenus,
du type nomogramme (fig. 2) permet de réaliser très
rapidement les comparaisons des divers résultats d'essais
en fonction du matériau étudié.
On observe ainsi un parallélisme assez satisfaisant des
graphes correspondant à chaque type de craie. En
dehors du couple w, yd, les intersections sont relativement
rares. En particulier, les craies situées en haut
du nomogramme se distinguent très nettement de
celles qui se concentrent à sa partie inférieure. Or, la
comparaison avec le tableau I montre une corrélation
très nette de la forme suivante :
— faibles caractéristiques = très mauvais comportement,
— fortes caractéristiques = très bon comportement.
Entre ces deux extrêmes, se répartissent plusieurs
craies, sans qu'il soit possible de définir des limites
précises de familles distinctes sur le nomogramme.
Cela peut s'interpréter par le fait qu'il n'existe pas de
différences tranchées de nature entre les différents
types de craie, mais plutôt des variations continues,
par exemple de proportions relatives de divers constituants.
Néanmoins, il est possible d'établir, dans
cette succession continue, des coupures similaires à
celles du tableau I, et concernant une ou deux familles
intermédiaires.
Il apparaît donc possible de caractériser à l'avance,
au stade de l'étude, la qualité géotechnique appliquée
aux terrassements d'une craie donnée, par rapport
à une échelle de référence type, à condition d'opérer
sur un nombre suffisant d'essais différents, ainsi que
sur un nombre de mesures permettant le calcul des
moyennes arithmétiques.
Désignation Wn
de la craie (%)
Yd
Porosité Vi Rc
(%) (m/s) (bar)
R eàw=0
Pacy-sur-Eure 27,5 1,52 42,5 2 111 21,6
Incarville 22,5 1,59 41 2 144 19,7
Sauqueville 24,5 1,50 39,1 1 963 13,4
Rouvray 22,5 1,57 40,9 2 246 33,7
Belbeuf 15,8 1,60 23,6 2 648 91,7
Saint-Cloud 25,7 1,57 42,0 2 091 12,3
RN 1 24,3* 1,51 43,8 2 130 18
Autoroute A 27 23,4* (1,44)** 37,3 23
Trith-Saint-Léger 15,5* 1,69 35,2 2 560 40
Malincourt 25 1,53 2 450 28
Serain 20,3 1,65 2 545 32
Morval 24,8 1,59 40,3 2 470 39,8
Combles 19,5 1,64 41,5 2 480 39,3
Feuillères 14,7 1,82 30,2 2 800 78
* Valeur à saturation. Ces résultats peuvent être comparés
aux valeurs de la teneur en eau d'un sable saturé, calculées en
fonction de sa porosité :
— texture compacte si
— texture lâche si
** Valeur douteuse.
n = 0,2 w„ = 9,2 %
« = 0,3 w n
= 16 %
n — 0,6
n - 0,55
wn = 25 %
Wn = 30 %
Pacy-sur-Eure
Sauqueville
Le Cafouillage (RN
Morval
Saint-Cloud
Rouvray
Serain
Belbeuf
Feuillères
II
, Craies à mauvais comportement
1 (d'après tableau 1}
Fig. 2. — Nomogramme des résultats d'essais (moyennes arithmétiques).
28

TABLEAU IV
Dispersion des résultats d'essais
Types de craies
TypeT^^^^
d'essais ^^^^
Pacy-sur-Eure Sauqueville Incarville Rouvray Belbeuf Saint-Cloud
w
e
X
CV (%)
4
27,55
1,09
4
10,50
24,50
3,19
12,5
5,30
22,48
1,48
6
3,60
22,50
0,88
4
8,20
15,77
1,92
12
4,7
25,7
1,16
4,5
Yd
e
X
CV C/o)
0,40
1,52
0,07
5
0,38
1,50
0,08
5,5
0,17
1,59
0,05
3,5
0,26
1,57
0,05
3,5
0,47
1,60
0,10
6
0,09
1,57
0,024
1,5
Vi
e
X
CV(%)
623,33
2111,36
156,96
7
606,67
1 963,28
190,97
10
636,67
2 143,97
170,40
8
270
2 246,35
70,14
3
470
2 648,56
143,02
5,5
557
2 180
122
5,6
Re à Wn
e
X
CV (%)
21,6 13,4 19,7 33,7 91,75
7
12,3
2,32
19,3
Dispersion des résultats d'essais. Il est évident que le
nomogramme des moyennes donne une représentation
assez simplifiée de la réalité. Sa valfeur est en fait
surtout fonction du nombre de mesures réalisées pour
chaque essai. On se situe en effet pour cette étude à
un degré de finessed'analyse qui nécessite de s'affranchir
de toutes les influences secondaires qui peuvent
contribuer à masquer les caractéristiques intrinsèques
de l'échantillon. Il en va ainsi en particulier des microhétérogénéités
liées soit à la pétrographie, soit à la
fissuration. Interviennent également les dispersions
inhérentes à l'exécution même des différents essais.
Cela conduit à tempérer les déductions que l'on peut
réaliser au niveau des seules moyennes par la prise
en compte de la dispersion, exprimée essentiellement
par l'écart type a.
Notons tout d'abord que, si l'on considère la seule
étendue e (intervalle de variation), on constate pour
chaque type d'essai, un chevauchement très net des
valeurs correspondant aux différents types de craies.
Cela ressort nettement de l'examen du tableau IV.
Il est donc clair qu'au degré de finesse recherché,
l'exécution d'un très petit nombre de mesures par
type d'essai ne donnerait à une étude que très peu de
chances de différencier les craies en question, pourtant
nettement différentes sous l'angle du comportement
en terrassements.
L'examen des écarts types a et des coefficients de
variation CV permet de compléter l'analyse de la
dispersion des essais de la manière suivante :
— la dispersion, assez comparable pour tous les types
d'essais, se caractérise par un CV généralement compris
entre 5 et 10 % et paraît donc moyenne à forte ;
— la dispersion relativement faible des mesures de
jd pourrait être fortement réduite par l'emploi d'un
pienomètre de précision, à vis et joints cylindriques,
mis au point récemment au LCPC à l'occasion de
l'étude sur la craie ;
— la dispersion de l'essai V t
pourrait sans doute être
également réduite par l'application de conditions de
mesures très rigoureuses ;
— la dispersion varie suivant le type de craie. Elle est
maximale pour la craie de Sauqueville qui présente
des particularités de conditions de gisement (fissuration
- altération).
En définitive, on peut admettre que les différents essais
retenus sont :
— très peu sélectifs si l'on considère l'étendue,
— suffisamment sélectifs lorsque le nombre de mesures
est assez grand pour que l'on puisse calculer une
moyenne et un écart type. Néanmoins, il y a lieu de
veiller très soigneusement à l'exécution très précise
de ces essais et éventuellement à définir des processus
opératoires très rigoureux. En tout état de cause, un
seul type d'essai ne peut permettre une identification
précise de ces craies du fait des recoupements que l'on
observe, même au niveau des écarts types. Seule, la
comparaison des résultats de plusieurs essais peut
permettre de classer assez précisément le matériau
étudié dans l'échelle de qualité définie, en réduisant
le risque d'erreur.
Par ailleurs, et bien que le nombre de mesures soit
faible, l'essai de R c
apparaît comme particulièrement
dispersé et ce, d'autant plus que la craie est plus tendre.
Corrélations. Sous réserve de l'analyse ci-dessus, il
est possible de corréler ces résultats d'essais avec le
comportement géotechnique des différentes craies.
En fait, il ne paraît pas possible, au vu de ces seuls
résultats, de définir plus de trois familles distinctes
de craie dont les caractéristiques seraient les suivantes
(Tableau V).
29

Essais
y (%)
T«
Vi (m/s)
Rc (bar)
Type de craie
TABLEAU V
Caractéristiques des trois familles de craie
Comportement en terrassements
Très mauvais Mauvais Bon à très bon
S* 24
< 1,57
< 2 150
< 25
Pacy-sur-Eure
Sauqueville
RN 1
Saint-Cloud
15 à 25
1,53 à 1,70
2 150 à 2 550
20 à 50
Morval
Incarville
Combles
Malincourt
*i 17
> 1,60
> 2 500
> 40
Feuillères
Trith-Saint-
Léger
Belbeuf
Il devrait être possible à l'avenir, en fonction des
observations faites plus haut relativement à la dispersion,
de préciser plus étroitement ces valeurs.
Il faut remarquer dans le tableau V que le recouvrement
des valeurs entre les trois familles est net pour
les essais de w et yj mais plus réduit, pour les essais
de V t
et R c
. Cela indiquerait qu'à de très faibles
variations des propriétés physiques (donc de texture)
correspondrait de très grandes variations du comportement
de la roche aux essais mécaniques.
Cette constatation est très importante car elle montre
en particulier que la tolérance de la dispersion ne peut
être la même pour tous les essais et qu'en particulier,
l'essai de yd doit être réalisé avec une dispersion très
faible (CV < 5 %, voire < 2 ou 3 %), alors que pour
R c
des écarts importants n'altéreraient pas exagérément
la valeur de l'interprétation géotechnique. Cela
paraît d'ailleurs logique si l'on tient compte de
l'échelle des valeurs des différents essais pour un
matériau carbonate :
— 1,40 à 2,70 pour yd,
— 1 800 à 6 000 m/s environ pour V x
,
— 10 à 3 000 bars environ pour R c
.
INFLUENCE DU DEGRÉ DE SATURATION EN EAU
Une fois extraite de son gisement, la craie perd progressivement
la plus grande partie de son eau interstitielle.
Cette évolution se traduit par un changement
des propriétés mécaniques, particulièrement sensible
dans l'essai de compression simple.
Des essais effectués sur la craie de Val-Guyon (Autoroute
Al3, Eure) avaient permis d'observer une chute
progressive des résultats de R c
en fonction de l'augmentation
du degré de saturation. La courbe obtenue
présente une pente particulièrement forte au
voisinage du point de saturation nulle. Ce résultat
s'accorde avec ceux obtenus par Dessenne sur la craie
d'Epernay [7].
La comparaison des R c
mesurées, d'une part sur
échantillon saturé (R c
sat.), d'autre part sur échantillon
sec (R c
sec) (sans mesure intermédiaire), a été
réalisée pour les craies entrant dans le cadre de la
présente étude. Elle permet d'observer des différences
importantes de sensibilité à l'eau (rapport R c
sec/R c
sat.) entre les craies ; les échantillons étudiés se classent
de la façon suivante par ordre croissant (tableauVI).
Type de craie
TABLEAU VI
Sensibilité à l'eau
R c
sec
Rc sat.
Feuillères 2,8
Belbeuf 2,9
Rouvray 3,2
Malincourt 3,3
Combles 3,5
Morval 3,6
Sauqueville 3,7
Incarville 4
Serain 4,7
Pacy-sur-Eure 4,8
Bien que cet essai soit soumis aux réserves exprimées
ci-avant quant à la dispersion, il n'en apparaît pas
moins une gradation très nette que l'on peut mettre
en corrélation avec les essais antérieurs et avec les
observations de chantiers. On aurait ainsi la correspondance
suivante :
I? c
sec , , ,
< 3 : très bonnes craies,
R c
sat.
3 < — < 3,5 : bonnes craies,
3,5 < — < 4 : craies médiocres à mauvaises,
— ^ 4 : craies très mauvaises.
Seules les craies de Sauqueville et de Serain apparaissent
mal classées dans cet ensemble. Cela peut
être dû, pour la première, à l'incidence des conditions
de gisement, déjà évoquée plus haut et pour la seconde
à l'hétérogénéité liée à la présence de nodules phosphatés
ou glauconieux.
Il faut noter que toutes les craies étudiées ont, sous
l'angle de la sensibilité à l'eau, un comportement
totalement différent de celui des calcaires au sens strict
pour lesquels le rapport R c
sec/R c
à saturation est
voisin de 1 et le plus souvent de l'ordre de 1,1 à 1,2.
Ce comportement s'apparente en fait plus à celui
d'un sol argileux qu'à celui d'une roche.
L'essai V x
apparaît quant à lui peu sensible à la teneur
en eau de la craie. Les variations constatées ne dépassent
pas, en effet, 25 % et demeurent d'interprétation
difficile, compte tenu de la dispersion de l'essai.
30

Il semble, en fait, que les écarts les plus importants
ne concernent pas les mesures à sec et à saturation,
mais plutôt comparativement à celles-ci, les mesures
correspondant à des teneurs en eau intermédiaires
pour lesquelles on aurait une diminution des V t
.
Comportement de la craie, sous contraintes,
en laboratoire
Bien que cet aspect sorte du cadre de la présente étude,
il paraît intéressant de rappeler brièvement des résultats
obtenus par d'autres auteurs et concernant
exclusivement la craie « roche ».
Sous des contraintes statiques, Dessenne a montré
qu'une craie blanche typique subit une densification
pour des pressions de « confinement » élevées [7].
ev
La diminution de volume — atteint 15 % pour
a
\ — 3 ff = 900 bars. La résistance à la compression
augmente très rapidement avec la densité.
Par cisaillement direct, les caractéristiques suivantes
ont été obtenues :
— C = 20 bars (craie sèche),
— C = 5 à 10 bars (craie saturée),
— q> = 29°.
Par ailleurs, Dessenne a mis en évidence une anisotropie
de la craie, R c
et V, étant maximales, et R,
(résistance à la traction) minimale dans la direction
perpendiculaire à la stratification.
Pour les craies ayant fait l'objet de la présente étude,
une anisotropie de ce type apparaît nettement par
l'essai V l
pour les craies du Rouvray et de Feuillères;
elle est beaucoup moins nette dans les autres cas. Cela
peut s'expliquer par le fait que, contrairement à la
galerie d'Epernay, les zones concernées ici sont peu
profondes et qu'une légère décompression a pu affecter
le massif.
Sous des contraintes dynamiques, la craie évolue très
rapidement par fragmentation, puis pulvérisation, avec
passage à l'état de « sol ». Cette transformation peut
être obtenue expérimentalement :
—- par vibration : dispositif EDF [8] et vibrobroyeur 5
— par attrition : essai Deval adapté 5 ,
— par compactage : essai de compactages répétés 5
montrant, outre l'évolution de la granulométrie, la
densification du matériau.
Ces différents essais tentent de reproduire plus ou
moins imparfaitement les conditions rencontrées sur
5. L'essai de vibrobroyage a été mis au point et réalisé au LCPC
par M. Struillou (Cf. à ce sujet son article : Etude par vibrobroyage
de l'aptitude des craies au compactage) ; l'essai Deval
adapté a été mis au point et réalisé au Laboratoire de Saint-
Quentin ; l'essai de compactages répétés a été réalisé au Laboratoire
de Rouen. Les résultats obtenus avec ces trois essais
sont donnés dans l'article de M. Puig.
chantier. Ce sont des tests de comportement. Ils se
différencient donc nettement des essais d'identification
géotechnique, à caractère plus général. Néanmoins,
il est montré par ailleurs que, bien qu'empirique,
l'essai de vibrobroyage en particulier peut tenir lieu
d'essai d'identification.
MISE EN ÉVIDENCE DU ROLE
DE LA TEXTURE
Le comportement très particulier de la craie, intermédiaire
entre celui d'une roche et celui d'un sol, ne
peut s'expliquer indépendamment de la composition
minéralogique que par des caractéristiques spéciales
de sa texture. La gamme de variation très étendue de
ce comportement selon le type de craie considéré ne
peut donc s'expliquer que par des variations de cette
texture. Il est donc important de prolonger l'étude
physique et mécanique par une étude plus théorique,
permettant de définir de manière plus rationnelle le
matériau craie.
Deux méthodes d'investigation peuvent être utilisées
dans ce domaine, l'une purement physique et quantitative,
l'autre pétrographique, qualitative.
Mesures physiques
Différentes techniques ont été utilisées pour caractériser
les craies.
Porométrie au mercure
Les diagrammes de la figure 3 montrent que dans leur
quasi-totalité, les micropores des différentes craies
(les macropores, d'ailleurs très peu nombreux, ne
pouvant être décelés par ce procédé) ont des dimensions
comprises entre 1,5 et 0,1 ii (moyenne : 0,9 à
0,25 p).
On remarque que les craies de Normandie se différencient
globalement des autres craies par des diamètres
de pores sensiblement plus grands : moyenne
de 0,8 à 0,75 ii au lieu de 0,5 à 0,25 a. Seule échappe
à cette règle, la craie de Belbeuf, d'âge turonien.
Les courbes cumulatives sont toutes très serrées, indiquant
une distribution unimodale du diamètre des
pores. Cette distribution distingue assez nettement les
craies d'autres roches carbonatées [10]. De même,
les pores des calcaires francs sont généralement plus
fins que ceux de la craie.
Il n'apparaît pas possible de mettre en corrélation
directement les mesures de porométrie avec le comportement
des différents types de craie.
Mesure de la surface spécifique
Les mesures de porométrie sont corroborées par les
mesures de surface spécifique réalisées avec l'appareil
BET simplifié, mis au point par M. Deloye au LCPC
31

pour le Laboratoire d'Autun. Néanmoins, les valeurs
relativement faibles obtenues (0,98 à 2,33 m 2 /g)
semblent indiquer que la totalité des vides n'a pu être
explorée par ce procédé. En effet, des mesures antérieures
réalisées sur des craies comparables avaient
permis d'obtenir des valeurs généralement proches
de 3 m 2 /g. Une étude complémentaire serait nécessaire
à l'interprétation plus précise des résultats de cet essai.
Mesure de la succion
La succion représente le déficit de pression qui apparaît
dans les pores d'un matériau du fait des forces de
liaison entre l'eau et le squelette solide. Ces forces,
de nature capillaire dans les sols sableux non saturés,
sont également des forces d'adsorption dans le cas
des sols argileux. La succion est exprimée par le symbole
pF, qui représente le logarithme décimal de la
succion exprimé en centimètres d'eau.
La figure 4 représente les courbes de drainage obtenues
à titre d'expérience, pour quelques-unes des craies
étudiées, ainsi que des exemples types empruntés à
des études réalisées en Grande-Bretagne [12].
Bien que ces essais n'aient pas été menés à terme du
fait de la nécessité d'utiliser divers types d'appareils
en fonction de la gamme de pF testée, ils montrent
néanmoins que toutes les craies présentent une succion
très élevée, c'est-à-dire qu'elles ne se drainent
que très difficilement. En fait, un drainage notable de
la craie ne peut se produire au-dessous d'un pF de
3,2 à 3,5 correspondant à une hauteur de 30 à 50 m
au-dessus de la nappe aquifère. Ce résultat est directement
lié aux précédents concernant la dimension des
pores et confirme que la craie s'apparente nettement,
(%)
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H
ti
r
1 Calcaire de Tancarville
2 Feu i Hères
3 Autoroute A 2
4 Autoroute A 27
5 Saint-Cloud
6 Belbeuf •
7 Combles
8 Le Catouillage (RN 1)
9 Morval
10 Pacy-sur-Eure \
11 Incarville f
12 Rouvray l
13 Sauqueville '
1
Craies de Normandie
lOu
Diamètre des pores
Fig. 3. — Courbes de répartition des pores (essais réalisés par le Centre de Géomorphologie du CNRS de Caen).
32

du point de vue de sa texture, à des sols fins limoneux
ou argileux. Le diamètre équivalent des pores (D),
calculé d'après la loi de Jurin,
pDg
avec . tension superficielle T = 76,4 dyn/cm ) pour
. masse spécifique p = 1 g/cm 3 ) l'eau
. accélération de la pesanteur g = 981 cm/s 2
varie de 1,5 p pour pF — 3 à 0,5 p pour pF = 3,5,
ce qui s'accorde aux porométries mesurées sur les
craies de Normandie.
Mesure de la vitesse d'ascension capillaire
Cet essai présente l'avantage d'être extrêmement simple.
Il consiste à déposer un échantillon de craie de
hauteur suffisante (> 15 cm) dans un bac contenant
de l'eau, de manière que sa base seulement soit immergée,
sur une hauteur de 1 cm. L'essai consiste à
mesurer la hauteur d'ascension capillaire, en fonction
du temps, sur une face aplanie de l'échantillon (fig. 5).
Le front d'ascension capillaire étant nettement visible,
cet essai présente l'avantage d'être particulièrement
simple.
On constate ainsi que :
— la hauteur d'ascension capillaire est très forte pour
toutes les craies étudiées. Elle n'a généralement pas
été testée complètement du fait de la hauteur insuffisante
des échantillons ;
— les vitesses d'ascension sont constantes pour un
type de craie donné, mais très variables d'un type
de craie à un autre : 50 mm en 16 mn pour la craie
de Sauqueville et en 3 h 16 mn pour la craie de Trith-
Saint-Léger (A2) ;
— le classement obtenu est parfaitement corrélable
avec les résultats des essais physiques et mécaniques
et avec le classement en fonction du comportement ;
— l'ensemble des craies se différencie nettement, dans
cet essai comme dans la mesure de porométrie, du
calcaire sublithographique.
Cet essai présente, par ailleurs, l'avantage de pouvoir
refléter dans une certaine mesure le comportement de
la craie sur chantier en fonction des conditions météorologiques,
sous l'angle de l'aptitude à l'absorption de
l'eau de pluie. Il est vraisemblable d'ailleurs qu'à l'inverse,
l'aptitude à la dessiccation pourrait également
caractériser les différentes craies.
33

2 4 6 8 10 12
4mn 16mn 36mn 64mn lOOmn
18 20
5h2imn
Sauqueville
Pacy-sur-Eure
Le Catouillage (RN 1)
4 Saint-Cloud
5 Morval
6 +++++++ Incarville
7 —•*• • Malincourt
8
9
10
11
12
13
14
Combles
Serai n
Autoroute A 27
Belbeuf
Feu i Hères
Autoroute A 2
Calcaire sublithographique
5. — Hauteur d'ascension capillaire dans la craie et dans un calcaire en fonction du temps.
Mesure de la décroissance de la réimbibition en fonction
des cycles séchage-imbibition
Les mesures de ce type montrent qu'une craie séchée,
puis réimbibée ne peut reprendre totalement sa teneur
en eau primitive et, a fortiori, sa teneur en eau de
saturation. La décroissance de teneur en eau atteint
en moyenne pour les craies de Normandie 7 à 8,5 % ;
elle est particulièrement accentuée pour la craie de
Belbeuf qui possède les pores les plus fins : 18 %.
On peut supposer que cette évolution est due, lors
du séchage, à la précipitation des ions contenus par
l'eau de gisement de la craie, cette précipitation provoquant
alors un colmatage partiel des pores.
Gélivité de la craie
Aucune mesure de gélivité n'a été réalisée dans le
cadre de la présente étude. La craie est connue pour
sa très forte gélivité et, du fait de la sévérité des essais
de gel habituellement employés pour les roches, il
paraît vain de tenter de différencier les craies par cette
méthode. Une étude spécifique de gélivité comparant
une craie de Normandie à divers calcaires a été réalisée
par ailleurs au Centre de géomorphologie de Caen [10].
Etude pétrographique
LA
CRAIE
Les différentes méthodes d'étude utilisées mettent en
évidence le caractère ambigu de la craie qui possède
à la fois des caractéristiques de sol et de roche.
Dotée à la fois d'une cohésion et d'un angle de frottement
interne, elle apparaît d'une sensibilité à l'eau
qui l'apparente fortement à un sol limoneux ou argileux.
L'observation au microscope électronique permet d'expliquer
au moins partiellement ces caractéristiques.
La matrice crayeuse se présente en effet comme un
empilement anarchique de grains de calcite (fig. 6).
Cette texture s'apparente à celle résultant d'un empilement
de grains de sable, avec toutefois une granulometrie
très fine des grains, allant de 0,5 à 2 u
environ, donc de l'ordre des dimensions théoriques
des particules d'argile exprimées dans la classification
géotechnique type LPC.
Cela est en accord avec les résultats des mesures ou
des observations réalisées par ailleurs et en particulier
avec celles que nous allons énumérer.
34

Les mesures purement physiques liées directement à
la texture :
— porosité de l'ordre de 40 % en moyenne correspondant
sensiblement aux cas théoriques 2 et 4 (définis
par Graton et Fraser) d'arrangement de sphères
de même diamètre 6 . La porosité théorique maximale
(47,6 %) ne peut être atteinte du fait de la granulometrie
relativement étalée des grains élémentaires,
auxquels se superposent des éléments plus gros de
l'ordre de 10 p. (nannofossiles). de 50 à 150 LI (Foraminifères)
et parfois plus (100 p. à quelques millimètres
pour les débris de coquilles),
— yd directement fonction de la porosité dans le cas
d'un matériau monominéral,
— porométrie. moyenne de 0,5 p, compatible avec un
assemblage majoritaire de grains de 0,5 à 10 p,
— succion élevée, directement liée à la porométrie,
de même que la vitesse d'ascension capillaire ;
l'ensemble de ces résultats permettrait de classer les
craies, du point de vue de la granularité, entre les
limons et les argiles (au sens de la classification géotechnique).
Ceci est également en accord avec des
mesures de perméabilité réalisées sur échantillons :
k x 10 _ 6
cm/s.
La présence d'un frottement interne dû aux contacts
des grains élémentaires, à arêtes vives et de forme grossièrement
cubique, rhomboédrique ou lamellaire.
La variation des résultats d'essais mécaniques (R c
) en
fonction de la teneur en eau.
L'aptitude à la densification sous contrainte statique
ou dynamique, du fait du réarrangement des grains
tendant à réaliser une texture plus compacte, et de
la fragmentation des coccolithes qui constituent en
quelque sorte des ponts de matière à l'intérieur même
de la matrice.
La figure 7 montre l'évolution de la texture de la craie
de Pacy-sur-Eure soumise à, un, puis à quatre compactages.
Le resserrement des grains, peu visible dans le
premier cas, apparaît particulièrement accentué dans
le second.
Cependant, l'observation de la texture ne permet pas
d'expliquer de manière satisfaisante la présence d'une
cohésion au sein de la craie. En effet, cette cohésion
ne peut être directement comparable à celle qui se
manifeste dans les argiles pour lesquelles les forces
d'adsorption dues à l'eau liée jouent un rôle important.
Par ailleurs, on n'observe pas nettement de liaisons
mécanique ou chimique entre les grains du type de
celles qui caractérisent les roches ; ces liaisons n'apparaissent
que pour des craies sortant de la gamme
étudiée ici et se rapprochant nettement des calcaires
au sens strict (cf. chapitre « Les Craies atypiques »).
En fait, et faute de démonstration directe, il faut admettre
que cette cohésion est intermédiaire entre celle
des argiles et des roches. Elle peut être due à la composition
de différentes forces :
— en partie, des forces de surface développées entre
l'eau des pores et les grains solides, ces forces pouvant
s'exercer jusqu'à des dimensions de l'ordre du micron
[3]. Ces forces de surface peuvent être augmentées
de l'effet de la pression osmotique liée à la présence
vraisemblable de sels dissous dans l'eau des pores ;
— en partie, au collage chimique des grains, mis
en évidence par ailleurs [11], sous la forme de ponts
de calcite, sans qu'il soit possible pour le moment
de chiffrer la densité de ces ponts et d'estimer leur
influence véritable sur la cohésion de la roche.
Le passage de la craie de l'état de roche à celui de
boue au sein de laquelle peut se manifester le phénomène
du coussin de caoutchouc (observé fréquemment
dans les chantiers de terrassements et produit également
par le battage des pieux) est vraisemblablement
lié à la perte de cohésion due à la destruction de la
texture. Les grains élémentaires seraient alors entourés
d'une pellicule d'eau capillaire, supportant seule les
contraintes mécaniques, avec développement de surpressions
interstitielles [4]. Le phénomène serait
d'autant mieux développé qu'une plus grande proportion
de grains serait ainsi libérée.
Par ailleurs, le fait qu'une craie desséchée ne peut
recouvrer la totalité de sa teneur en eau de saturation
s'explique, sous réserve de vérification, par le
dépôt au cours du drainage, des sels dissous dans l'eau
interstitielle. Il pourrait s'agir d'une véritable cristallisation
chimique qui, bien que peu importante quantitativement,
abaisserait de façon sensible la porosité
de la roche. La très forte variation de R c
en fonction
de la teneur en eau pourrait également s'expliquer en
partie de la même façon.
Fig. 6. — Craie de Pacy-sur-Eure vue au microscope électronique
(G = x 2500).
6. Modèles de Graton et Fraser : arrangement de couches de
sphères, à disposition carrée ou à disposition rhombique. La
porosité théorique atteint ainsi un maximum de 47,64 % (cas 1)
et un minimum de 25,95 % (cas 6).
35

a) Etat après un compactage Proctor normal. b) Etat après quatre compactages Proctor normal.
Fig. 7. — Craie de Pacy-sur-Eure vue au microscope électronique (G = X2250).
Cette possibilité paraît vérifiée par l'observation à de
très forts grossissements de craies ayant subi de
nombreux compactages, puis séchées en vue de la
réalisation de l'étude microscopique (fig. 8).
On peut supposer également qu'il s'agit ici d'une
amorce de recristallisation, provoquée par le développement
de fortes contraintes au niveau des grains,
plutôt que d'une précipitation d'ions dissous dans
l'eau interstitielle.
De toute manière, ces indications s'accordent à des
observations empiriques relatives à un « phénomène
de prise » se produisant sur des craies déstructurées,
puis laissées au repos, tant sur des remblais que lors
du battage de pieux. Une étude plus poussée de ce
phénomène, qui peut avoir d'importantes conséquences
pratiques, pourrait avantageusement être
envisagée. Des développements devraient en découler
sous l'angle du traitement de la craie. Outre le traitement
au ciment pour lequel des essais encourageants
ont été réalisés dans un passé récent, des traitements
chimiques divers (par imprégnation d'une solution
saturée en sels) ou électrochimiques peuvent s'avérer
efficaces pour la résolution de certains problèmes de
chantiers.
Fig. 8. — Craie de Pacy-sur-Eure après quatre compactages ; on
remarque des liaisons très nettes entre grains évoquant des soudures
par nourrissage (G = x 7500).
LES CRAIES
La famille de la craie se différenciant assez nettement
des autres types de matériau, il s'avère intéressant de
poursuivre l'analyse en tentant de discerner les facteurs
pétrographiques déterminant des différences de
comportement d'un type de craie à l'autre.
Cette tentative peut être réalisée par méthode directe,
au moyen de l'observation microscopique, qui met
en évidence des possibilités de fluctuation :
d'une part, au niveau de la microscopie optique (microfaciès),
en effet, certaines craies se distinguent nettement
des autres par étude de lames minces, voire directement
par observation macroscopique. Il en va ainsi
particulièrement des craies fournissant le meilleur
comportement (craies très bonnes ou bonnes):
— craies du Turonien de teinte grise, caractérisées
par la grande abondance de Foraminifères de forme
plus ou moins sphériques, les coccosphères et les
36

Fig.9. — Craie de Belbeuf (G = X 45).
Fig. 10. — Craie de Feuillères avec des rhomboèdres de dolomie.
(G = x 45).
Pithonelles. Les parois (tests) de ces microorganismes,
très proches les unes des autres, constituent en effet
une sorte de squelette à la roche et expliquent ses
caractéristiques relativement élevées. Une telle texture
se rencontre pour les cas de Belbeuf (fig. 9) et
de Trith-Saint-Léger ;
— craies à cristaux de néoformation. La craie de
Feuillères se caractérise par la présence de rhomboèdres
de dolomie ou de sidérose, en nombre relativement
important (fig. 10) et dont la présence peut
expliquer en partie certaines caractéristiques élevées
mesurées sur ce matériau ;
— craies très grossières. La craie du Rouvray se caractérise
par une grande abondance de débris de
coquilles, de dimension moyenne de 200 \x à 10 mm
(fig. 11).
Dans tous les cas, la proportion relative de gros éléments,
constitués de calcite cristalline pure de y d ~ 2,70
(ou de dolomie ou de sidérose) peut influer directement
sur la porosité de la roche, donc sur sa densité
et ses caractéristiques mécaniques.
En ce qui concerne les différentes craies de Normandie,
il semble exister une relation entre cette proportion
et le classement géotechnique obtenu par les méthodes
précédentes. Cette observation demeure malheureusement
qualitative du fait de la difficulté d'évaluation
visuelle du pourcentage de gros éléments.
Par contre, et mis à part le cas des craies du Turonien,
l'extension de cette corrélation à d'autres régions ne
paraît pas satisfaisante, certaines craies « mauvaises »
du Nord contenant une forte proportion de ces éléments.
Il est donc nécessaire de tempérer cette observation
en prenant en compte les caractéristiques de
la matrice elle-même.
Fig. 11. — Craie de Rouvray (G = X 45).
d'autre part, au niveau de la microscopie électronique
(nannofaciès), les différentes craies présentent des
variations non négligeables :
— des dimensions des grains élémentaires : de 0,5 à
1 p pour certaines craies, atteignant une moyenne de
1 à 2 p pour d'autres, ce qui confirme les données des
mesures physiques (porométrie - succion) ;
— de la proportion des nannofossiles intacts : les
craies du Nord présentent généralement des cocco-
37

lithes intacts, alors qu'ils apparaissent plus fragmentés
dans les craies de Normandie ;
— de la forme des nannofossiles ou des microfossiles :
sphérique pour les coccosphères et les Pithonelles,
elle s'apparente à des anneaux pour les coccolithes,
à des bâtonnets pour les Rhabdolithes.
Ces différents facteurs influencent vraisemblablement
le degré de compacité atteint par la matrice, fonction
du mode d'arrangement des grains. Des différences
sensibles de cet arrangement apparaissent à l'observation
microscopique, mais ne peuvent, pour le moment
du moins, donner lieu à une interprétation quantitative.
De même il y aurait lieu de vérifier la présence éventuelle
de ponts, susceptibles d'exister de manière plus
ou moins ténue dans certaines craies.
Les différences observées dans l'étude des microfaciès
et des nannofaciès semblent se répercuter sur le comportement
des craies soumises à des contraintes. C'est
ainsi qu'au cours de compactages répétés, le resserrement
de la texture apparaît moins rapide pour la craie
de Rouvray que pour celle de Pacy-sur-Eure. De plus,
ce resserrement, homogène pour la craie de Pacy,
se fait irrégulièrement pour la craie de Rouvray, ce
qui se traduit en fin de compte par une texture en
alvéoles.
Un essai de quantification des données relatives à la
texture a été réalisé par une méthode indirecte, au
moyen de l'essai de microdureté. Cet essai, qui s'apparente
à un poinçonnement, consiste à enfoncer
sous une pression donnée, une pointe diamantee sur
une face polie du matériau. On mesure la dimension
de l'empreinte, à partir de laquelle on calcule à l'aide
d'un tableau de référence, une résistance au poinçonnement
exprimée en kg/mm 2
(Hv : dureté Vickers).
Pour la craie, la dimension de l'empreinte atteint 100
à 200 ¡i en moyenne. L'essai peut donc s'appliquer à
un milieu homogène, dont la majeure partie est constituée
d'éléments de dimension inférieure à 50 \x. Il
est ainsi possible de mesurer la microdureté de la
matrice. Lorsque la mesure intéresse un élément de
grande dimension, sa valeur tend à se rapprocher de
la microdureté du cristal de calcite, soit 110 kg/mm 2 .
Le principe même de l'essai suppose donc la réalisation
d'un grand nombre de mesures sur chaque échantillon
testé, de manière à obtenir une représentation
de type statistique.
Les résultats, exprimés par des courbes de fréquence,
s'avèrent très représentatifs de la dispersion du milieu
: l'absence de gros éléments et la présence d'une
matrice peu compacte se traduit par des valeurs très
faibles, très peu dispersées aux alentours de la limite
de sensibilité de l'essai (1,8 kg/mm 2 ) ; une grande
abondance de gros éléments de calcite cristalline se
traduit par une forte dispersion des essais, et un glissement
vers la droite du graphique de la moyenne arithmétique
des mesures.
La figure 12 permet de visualiser très rapidement les
différences obtenues dans les courbes de fréquence
et les moyennes arithmétiques des valeurs mesurées,
concernant un minimum de 100 mesures par type de
craie, sont également très significatives (résultats en
kg/mm 2 ) :
Pacy-sur-Eure : 2,4 Incarville : 4,5
Le Catouillage (RN 1) 2,5 Rouvray : 5
Saint-Cloud : 2,5 A 27 : 7
Sauqueville : 2,7 Trith-Saint-Léger : 7,5
Morval : 3 Belbeuf : 8,7
Malincourt : 4 Feuillères : 15
Ce classement est en parfaite corrélation avec ceux qui
ont été établis précédemment. L'essai de microdureté
paraît ainsi bien adapté à l'étude géotechnique des
craies.
INTERPRÉTATION
GÉNÉRALE
A la suite de l'étude des différentes caractéristiques
physiques et mécaniques et de la pétrographie fine
des craies étudiées, il paraît possible :
— de différencier nettement la famille « craie » des
autres roches carbonatées et particulièrement des calcaires
;
— d'expliquer le comportement général des craies en
chantier par leur texture très particulière ;
— de différencier nettement, au moyen d'essais physiques
et mécaniques de laboratoire, des craies présentant
des comportements différents en terrassements.
Il paraît donc possible de définir une méthode d'étude
des caractéristiques intrinsèques des craies. En fait,
il s'avère que, moyennant un certain nombre de précautions,
de nombreux essais peuvent concourir au
résultat cherché. Par contre, il paraît indispensable
de corréler les résultats de plusieurs essais différents
pour caractériser de manière sûre une craie donnée.
Parmi les essais les plus simples et les moins onéreux,
il est possible de retenir :
. la densité sèche (yd),
. la vitesse longitudinale (V,),
. la microdureté (Hv),
. le vibrobroyage, (V b
), processus sans eau,
. la vitesse d'ascension capillaire (V AC
),
Rc sat.
L'interprétation des résultats peut être réalisée directement
par la méthode du nomogramme.
Un soin tout particulier doit être apporté à la réalisation
des essais, de manière à diminuer la dispersion,
spécialement pour l'essai de yd, et dans une moindre
mesure pour l'essai de V t
.
L'application de cette méthode d'identification, mise
au point pour les problèmes spécifiques de terrassements,
intéresse également tant la stabilité des grands
38

Fig. 12. — Courbes de fréquence des microduretés.
Craie du Nord
et de la Picardie
1 ^ ^ r ~ H — i — H 1 — l ' ' > T ' ^ i—i 1—i ±i±».
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 U 15 16
Hv (kg/mm )
2
40"
30--
+ + + + +
Sauqueville
Pacy -sur-Eure
Incarville
Rouvray
Belbeuf
Saint-Cloud
Craie de Normandie
et de la région parisienne
10 •-
lì ^
I 60"
E
a>
Y. 50-
20-
" ' - VCL
&•>' / !* -,
-I—i—i-
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Hv(kg/mm2)
\ Essais
Dif. \
cas\
TABLEAU VII
Corrélation entre les caractéristiques des craies
et leur aptitude à changer de structure
Ta
Vi
m/s
Hv
kg/
mm 2
VAC
R c
sec Aptitude à
en
Vo
changer de
16 mn R c
sat.
structure
%
1 1,70 2 500 10 2 > 2 faible
craie dure
15
2 1,60 2 300 5 2,5 20 > 3 notable
craie
mi-dure
3 1,55 2 100 3 4 30 3= 4 particulièrement
forte: craie
tendre
remblais que, vraisemblablement, les problèmes de
fondations profondes.
Il paraît essentiel dans tous les cas de mettre en évidence
l'aptitude de la craie à modifier sa texture, par
resserrement ou par fragmentation d'éléments organiques,
aptitude liée à l'intensité des contraintes
subies (tableau VII).
Il est ainsi possible de différencier trois domaines
de caractéristiques des craies, en corrélation avec trois
types de comportement. Plutôt que de « bonnes » ou
« mauvaises » craies, termes qui ne peuvent se définir
que par rapport à un type donné de travaux, nous
donnerons l'appellation suivante à ces cas :
— cas 1 : craie dure,
— cas 2 : craie mi-dure,
— cas 3 : craie tendre.
39

La craie dans son gisement
HÉTÉROGÉNÉITÉS DES MASSIFS DE CRAIE
L'étude pétrophysique est nécessaire à l'identification
précise du matériau concerné sur le plan géotechnique,
et à la prévision de son comportement. Elle prend
toute sa valeur dans le cas d'un milieu homogène,
auquel peuvent s'extrapoler ses résultats. Les massifs
de craie remplissent généralement cette condition.
Cependant, même ces massifs homogènes sur le plan
strictement pétrographique présentent des caractères
secondaires générateurs d'hétérogénéité ; ce sont :
. la présence de lits de silex ou de cherts,
. la fissuration,
. l'altération.
Présence de silex
Rares sont les faciès crayeux dépourvus de silex 7 .
Mis à part le Turonien, tous les étages de la série
crayeuse en renferment, en nodules isolés, ou plus
souvent, en lits de 10 à 20 cm d'épaisseur, espacés
de 0,50 à 2 m selon les niveaux.
Sur le plan géotechnique, ces silex se traduisent
essentiellement par :
— des perturbations apportées aux mesures sismiques,
— les usures apportées aux matériels de sondage
(couronnes) ou de terrassement (pneus de la décapeuse),
— leur rôle positif dans le comportement du matériau
en terrassement, du fait de leur caractère non évolutif.
Ces aspects ont été jusqu'à présent assez peu étudiés,
bien qu'ils puissent dans certains cas avoir une incidence
non négligeable sur le déroulement d'un chantier.
Fissuration
La série crayeuse du Crétacé a subi des efforts tectoniques,
contrecoups de la phase alpine, qui se sont
traduits par des plissements à grand rayon de courbure
7
et par une fissuration importante.
Aux deux extrémités de l'échelle de fissuration, les
conséquences géotechniques sont assez peu marquées :
— les failles relativement abondantes en pays de
craie, où elles ont déterminé le plus souvent l'orientation
des vallées, peuvent être décelées au niveau d'un
projet par une étude de corrélation pétrographique
entre sondages, et par la sismique réfraction. Un cas
particulier est constitué dans les vallées par les effondrements
de falaises en grands panneaux d'origine
ancienne (fin de la dernière période glaciaire), relativement
fréquents en Normandie ;
7. Cf. article de M. Bignot et de Mlle Aubry.
— la microfissuration apparaît généralement faible,
voire inexistante, dans la craie, ce qui est en accord
avec l'aspect « sol » de ce matériau. Une vérification
indirecte de ce caractère est apportée par la mesure
de la vitesse de propagation des ultrasons, du fait de
la faible influence de la teneur en eau sur les résultats
de cet essai.
La macrofissuration, par contre, est très abondante
dans toute la série crayeuse. Elle est très variable
suivant l'âge et le type de craie. Ainsi en Normandie :
— craie blanche du Sénonien : fissures verticales,
très nettes, fermées, de maille très resserrée : 0,10 à
0,30 m dans les cas observés ;
— craie grise du Turonien : fissures courbes plus ou
moins inclinées sur l'horizontale, de maille très variable,
délimitant très souvent des dièdres ;
— craie calcaire : fissures verticales, à maille lâche
(1 à 5 m), souvent ouvertes.
Sur le plan géotechnique, et tout au moins pour les
ouvrages courants, la fissuration rencontrée dans le
sein même des massifs de craie ne se traduit généralement
pas par des conséquences très importantes,
positives ou négatives. Au-dessous de la zone d'altération,
en effet, les fissuressont ordinairement fermées
et ne renferment pas de matières compressibles. La
perméabilité qui leur est associée est dans ce cas très
faible ainsi qu'ont pu le montrer les percements de
galeries d'essai du tunnel sous la Manche et de
l'usine souterraine d'EDF à Epernay [8]. En déblai,
elles ne posent pas de problème grave de stabilité,
sauf dans le cas où le pied de talus concernerait la
base du Cénomanien, dans son contact avec la glaucome
et l'argile albienne. Elles peuvent par contre
faciliter la gélifraction de la craie.
En terrassement, il a été observé, sur les chantiers
de l'autoroute Al3 que l'exécution du ripage dans
le sens de la fissurationpermettait de reculer la limite
d'emploi de ce procédé.
Au niveau de l'étude géotechnique, la fissuration
amène à des difficultés d'interprétation des résultats
de la sismique. Dans ce cas, en effet, les fissuresnon
ouvertes et très resserrées de la craie tendre peuvent
n'avoir aucun effet sur les vitesses mesurées in situ
qui deviennent très proches des vitesses mesurées sur
échantillons. Par contre, les craies calcaires, très dures
peuvent passer inaperçues du fait de l'espacement
très important de leur maille de fissuration. On conçoit
ainsi qu'il ne soit guère possible dans ce cas d'interpréter
directement les mesures sismiques, mais qu'un
étalonnage banc par banc, sur la base d'une étude
pétrophysique (et plus particulièrement d'une comparaison
entre les vitesses in situ et les vitesses longitudinales)
s'impose.
40

Altération
Sous ce titre sont regroupées l'ensemble des vicissitudes
subies par les massifs de craie après leur mise en place
et leurs déformations tectoniques, du fait d'actions
climatiques diverses.
Les types d'altération rencontrés en zones de craie
sont très variés, mais il y a lieu de distinguer deux cas
principaux.
FORMES DE DISSOLUTION
La dissolution de la craie, essentiellement en période
de climat chaud, s'est traduite par la création de
formes de type karstique : les lapiez constitués de
poches et d'entonnoirs très profonds (10 à 50 m),
très nombreux et les karsts profonds, beaucoup moins
répandus, comprenant des galeries et des cavités profondes
(Caumont, près de Rouen), mais qui dans des
conditions topographiques favorables, apparaissent
très près de la surface.
Le développement de ces formes apparaît lié, d'une
part à la nature de la craie, d'autre part à celle du
terrain de couverture. Ainsi, à Dieppe, la présence de
sables tertiaires (Thanétien) aquifères au contact de
la craie a entraîné la création de poches de dissolution
profondes, orientées selon les réseaux de diaclases,
alors qu'à 10 km de là, au cap d'Ailly, ces
poches disparaissent en même temps que les sables.
De même, le karst profond paraît lié, du moins en
Normandie, aux bancs de craie calcaire de la base du
Sénonien ou du toit du Turonien très peu perméables,
sur lesquels s'est réalisé un drainage important.
Sur le plan géotechnique, la présence de ces poches
et cavités se traduit par différents problèmes pratiques :
— les lapiez comblés et recouverts par l'argile à silex
se caractérisent par une hétérogénéité considérable
Fig. 13. — Altération de la craie d'Incarville par fissuration
horizontale.
qui rend très aléatoire toute étude géotechnique classique.
Or, on observe, soit dans les poches de dissolution,
soit dans les épis de craie qui les bordent, des zones
partiellement déconsolidées, susceptibles de tasser.
La solution de ce problème ne peut être obtenue,
très souvent, que lors de l'ouverture des fouilles ;
— le karst profond pose les problèmes classiques
de fondations liés aux cavités souterraines. Il ne
devient préoccupant cependant qu'en vallée, là où
l'érosion est proche du niveau de base de ce karst.
A ces formes de dissolution sont le plus souvent liées
des formations résiduelles bien connues sous les noms
d'argile à silex ou bief à silex, qui peuvent recouvrir
la surface de la craie sur des épaisseurs de plusieurs
mètres (jusqu'à 15 à 20 m) et emplissent les poches
de dissolution. Nous n'aborderons cependant pas ce
sujet qui ne présente qu'un rapport théorique (problème
de genèse) avec la craie.
ALTÉRATION AU SENS STRICT
Elle est surtout associée aux climats froids développés
dans nos régions depuis la fin de la dernière période
glaciaire. Elle se manifeste donc essentiellement, dans
les zones non recouvertes de formations résiduelles,
de limons éoliens ou de formations du Tertiaire, et
dans les vallées.
En sommet de versant, on observe une altération
profonde liée essentiellement à l'action du gel. Elle
comprend une zone superficielle cryoturbée, dans
laquelle la craie est à l'état de nodules enrobés dans
une pâte crayeuse abondante ; en dessous, le passage
se fait progressivement avec une zone où prédomine
la fissuration horizontale de maille très serrée tout
d'abord, puis de plus en plus lâche jusqu'à la craie
intacte (fig. 13).
La profondeur de cette altération peut varier, en
moyenne entre 1 et 5 m et peut atteindre une dizaine
de mètres.
Son incidence sur le plan géotechnique n'est pas
négligeable, d'une part sous l'angle des fondations
(force portante décroissante avec l'intensité de l'altération),
d'autre part sous l'angle des terrassements.
Ainsi, les constatations faites sur le déblai d'Incarville
ont montré que la craie altérée se mettait en place
beaucoup plus difficilement que la craie saine, ce qui a
entraîné la nécessité de l'extraire à la pelle, en butte.
En fond de vallée, cette altération s'est propagée
différemment suivant la nature de la craie : tantôt
limitée à une simple ouverture des fissures (craies
dures), elle se traduit parfois par le développement
sur plusieurs mètres d'épaisseur du faciès nodules
plus pâte indiqué plus haut. Cela se traduit par une
compressibilité importante de la craie, dont le prélèvement
peut d'ailleurs être réalisé dans ce cas avec
carottier à paroi mince foncé ou battu.
L'ouverture des fissures, phénomène dominant dans
les craies dures et en fond de vallons secs, du fait de
la décompression et de la circulation des eaux, consti-
41

éelles se traduit tant par une faible perméabilité que
par l'absence de l'effet d'échelle. Dans ce cas, les
résultats obtenus sur échantillons sont directement
applicables au massif. La craie peut alors être étudiée
comme une roche homogène, élastique, légèrement
anisotrope [7-8].
Ce cas idéal est vraisemblablement représenté sous
tous les plateaux, à forte profondeur lorsqu'il n'y a
pas de couverture imperméable ou directement sous
cette couverture lorsque celle-ci existe (Tertiaire).
Les méthodes classiques de la mécanique des roches
peuvent être appliquées dans ce cas, sans perdre de
vue le fait que tout remaniement ou toute contrainte
dynamique se traduiront par une déstructuration du
matériau et un comportement comparable à celui du
sol.
Domaine superficiel
Fig. 14. — Bloc de craie de Sauqueville montrant sur sa face inférieure
des chenaux dus à la circulation des eaux.
tue un facteur favorable pour la recherche d'eau, à
cause de l'augmentation très forte de la perméabilité,
mais défavorable par contre sous l'angle des fondations.
Du point de vue des terrassements, il semble que,
dans un cas au moins des chantiers intéressés par la
présente étude, à Sauqueville, l'altération pénétrant
à l'intérieur du massif, à la faveur des fissures naturelles
et complétée par une amorce de karstification
(fig. 14) ait modifié dans un sens défavorable les
caractéristiques de la craie. Cela expliquerait certaines
contradictions observées dans les résultats d'essais
formulés précédemment.
En pied de versant, les alternances de gel-dégel ont
provoqué la mise en place des dépôts de pente, parfois
développés sur plusieurs mètres d'épaisseur. Ces
dépôts, qui sont en fait des formations superficielles,
n'entrent pas dans le cadre du présent sujet. De même,
la gélivité très forte de la craie constitue, outre l'aspect
esthétique, le principal obstacle à la réalisation de
talus de déblais verticaux ou à pente très forte.
MÉTHODES D'ÉTUDE EN PLACE
DES MASSIFS DE CRAIE
Compte tenu des observations précédentes, il y a lieu
de considérer deux domaines d'étude en place des
massifs de craie.
Domaine profond
Le domaine profond n'est pas affecté par l'altération,
les fissures sont fermées du fait des contraintes liées
au poids du recouvrement. L'absence de discontinuités
Le domaine superficiel peut atteindre de 1 à 20 ou
30 m selon les cas ; il est caractérisé par le développement
de l'altération.
Ce domaine est le plus concerné par la grande majorité
des travaux de génie civil. Il pose de nombreux problèmes
:
— de géométrie : localisation de poches de dissolution
ou de cavités souterraines ;
— de caractéristiques : variation progressive des
caractéristiques depuis la surface en direction de la
profondeur.
Les méthodes d'étude les mieux adaptées à ces problèmes
semblent, à l'heure actuelle, être les suivantes.
Géomorphologie : il est possible dans un site ou une
région donnée, d'établir des relations entre la profondeur
de l'altération et la situation topographique ou
l'orientation du versant.
De même, on peut déceler les zones favorables à
l'existence de cavités souterraines, lorsque l'on connaît
la relation de celles-ci avec un niveau préférentiel,
soit lithologique (base du Coniacien), soit hydrogéologique
(niveau de base).
Des observations systématiques seraient à entreprendre
pour dégager clairement et généraliser de telles relations.
Géophysique : hormis la gravimétrie, employée avec
des succès variables pour la recherche des cavités
souterraines, la sismique réfraction est fréquemment
utilisée pour l'étude de zones d'extraction, telles que
des déblais autoroutiers. Nous avons vu précédemment
(§ Fissuration) que les résultats de la sismique devaient
nécessairement être contrôlés par une étude pétrophysique.
On peut penser également que, dans certains
cas du moins, une investigation à base de diagraphies
soniques devrait également permettre un tel étalonnage.
Essais de perméabilité : les essais Lugeon ont été
réalisés pour l'étude des fondations d'ouvrages importants
(Normandie : ponts d'Oissel, de Criquebeuf -
42

1
viaduc de la Risle, sur l'autoroute A 13). Il apparaît
que la sensibilité de l'essai est généralement trop
grande vis-à-vis du problème posé : la forte perméabilité
des zones superficielles ne permet pas la montée
en pression, les débits minimaux retenus (40 1/mn sous
une pression de 4 bars au pont d'Oissel) intéressant
une profondeur trop importante eu égard aux possibilités
réelles de fondations dans une craie à fissures
ouvertes [15]. Des observations en fond de caissons
à air comprimé ont d'ailleurs montré que ces fortes
perméabilités pouvaient être le fait de bancs de craie
d'apparence massive, à réseau assez lâche de fissures
très peu ouvertes et peu oxydées, et sur lesquels des
essais de plaques permettaient d'obtenir de très bons
résultats (résistance ^ 50 bars).
L'observation des carottes constitue par ailleurs un
test intéressant de la fissuration du massif, toujours
pessimiste, de même que les perméabilités, elle montre
que l'obtention régulière de morceaux de carottes
cylindriques de plus de 5 à 10 cm de longueur, à faces
peu oxydées, indique un milieu très peu fissuré.
Essais de mécanique des sols en place. L'essai pressiométrique
et l'essai de chargement de pieu paraissent
bien adaptés à la détermination des caractéristiques
mécaniques du massif de craie 8 , mais ils sont coûteux.
Les craies atypiques
Termes de transition entre les craies et les roches comparables
Influence de la minéralisation secondaire et de la recristallisation
sur les caractéristiques physiques et mécaniques des roches crayeuses ou assimilées
Ayant isolé et étudié les facteurs déterminants du
comportement de la craie typique, qui peut être
considérée comme monominérale, il est intéressant
d'examiner l'incidence de variation de la composition
chimique et minéralogique sur les caractéristiques et
le comportement géotechnique de roches habituellement
assimilées aux craies.
Nous ne disposons pas de résultats d'essais en nombre
suffisant pour établir de manière précise ces corrélations.
Néanmoins, il est possible, à partir des résultats
d'anciennes études de projets particuliers, de dégager
certaines tendances qui pourront être précisées par
la suite.
Il y a lieu de distinguer dans cette optique 9 :
. les craies siliceuses,
. les craies magnésiennes, ferrifères ou glauconieuses,
. les craies à recristallisation partielle,
. les craies argileuses.
8. Cf. article de M. Baguelin : Les Fondations dans la craie.
9. Cf. article de M. Bignot et de Mlle Aubry.
Craies siliceuses
Elles sont très différentes selon la nature de la minéralisation
siliceuse.
Les craies quartzeuses (ou « sableuses ») présentent
des caractéristiques physiques sensiblement meilleures
{yd, porosité) que les craies typiques. La granulante
de leurs constituants est plus grossière et moins
évolutive, leur perméabilité est plus élevée. Aussi
peut-on supposer, en l'absence de constatations, que
leur comportement en chantier de terrassement est
meilleur que dans les cas étudiés. Elles sont également
peu sensibles à l'altération.
Les craies à silice amorphe (calcédonite, opale) se
caractérisent par des propriétés physiques très particulières
: yd très faible (1,10 à 1,20), teneurs en eau
très élevées (60 à 80 %). Ces propriétés s'expliquent
par la texture très particulière de la roche composée
alors, soit de spicules d'épongés en forme d'aiguilles,
très enchevêtrés, soit de sphérules très petites (< 50 «)
agglomérées par de fortes tensions capillaires. De tels
matériaux, dont le comportement en terrassement n'est
pas connu, ne peuvent cependant pas être classés
dans la famille des craies malgré leur position au sein
de la série du Crétacé supérieur.
43

Yd R c s e c
• Mesures deyd
x Mesures de Rc
Plage de variation pour les
craies de Normandie
I 1 1 1 1 »1
SO 60 70 80 90 100
Ca C03 (o/o)
Fig. 15. —• Variation de YS et Rc en fonction de la teneur en CaCCh.
Craies magnésiennes, ferrifères et glauconieuses
Des craies magnésiennes ou ferrifères observées dans
la région de Rouen présentent des caractéristiques
assez proches de celles de la craie au sens strict,
lorsque leur teneur en Mg ou Fe est faible 10 %).
Des études de fondations d'ouvrages d'art montrent
qu'elles se distinguent néanmoins par des densités
apparentes élevées (yd =1,7 à 2) alors que leur
résistance est peu différente de celle d'une craie typique
: R c
sec < 100 bars. Cette non-corrélation s'explique
à l'observation au microscope optique par la
dispersion de cristaux rhomboédriques de dolomie Mg
Ca (C0 3
) 2
ou de sidérose Fe Ca (C0 3
) 2
, au sein
d'une matrice crayeuse. La densité du matériau est
donc affectée par la présence de ces minéraux, de
densité sèche y s
plus élevée que la calcite (2,85 à 2,90
au lieu de 2,72) alors que ces caractéristiques R c
et
V x
ne sont guère accrues par la présence de ces cristaux
non jointifs. L'assimilation de ce faciès à la craie au
sens strict est donc possible.
Craies calcaires
Dans la série crayeuse, certains bancs se révèlent
extrêmement indurés et leurs caractéristiques s'apparentent
à celles de calcaires. Ainsi dans la région de
Rouen, pour la base du Coniacien, on obtient en
moyenne les valeurs suivantes :
2,00 ^ yd < 2,20, pouvant atteindre 2,40
150 ^ R c
sec ^ 500 bars
3 000 ^ V x
< 5 000 m/s
Ces caractéristiques s'expliquent, en dehors de toute
minéralisation secondaire, par une recristallisation
plus ou moins poussée de la matrice. Cette diagenèse
paraît liée à la présence de dolomie ou de sidérose :
on observe en effet, au microscope, des craies dans
lesquelles des rhomboèdres ont été dissous et n'apparaissent
plus que par leur empreinte : dans d'autres
cas, dans ces cavités se forme une recristallisation
très fine de calcite ; au bout de l'évolution, on remarque
une invasion de l'ensemble de la matrice par la
recristallisation calcitique : on obtient alors un calcaire
lithographique très compact, très résistant. Entre la
craie à rhomboèdres et ce calcaire, le stade intermédiaire
se traduit macroscopiquement par des hétérogénéités
liées à l'inégalité de la recristallisation au
sein de la roche : le faciès correspondant constitue
la craie noduleuse.
Sur le plan géotechnique, ces niveaux très favorables
pour les fondations, constituent des obstacles sérieux
à l'extraction et nécessitent alors l'emploi de l'explosif.
En fait, il n'est plus possible alors de parler de craie
au sens défini plus haut : il est nécessaire d'attribuer
à un tel matériau la dénomination de calcaire ou,
dans les cas intermédiaires, de craie-calcaire.
Craies argileuses
Ces craies sont mal connues sur le plan géotechnique.
Dans certains cas (dièves du nord-est du Bassin parisien),
elles sont assimilées à des marnes. Les principaux
résultats d'étude géotechnique concernant ces craies
argileuses sont relatifs au tunnel sous la Manche 10
pour lequel des identifications poussées ont été réalisées
dans les formations du Cénomanien, du Turonien
et du Sénonien inférieur.
Dans ce cas, la connaissance de la teneur en CaC0 3
a permis de délimiter des horizons différents, homogènes
sur l'ensemble du tracé, sur lesquels ont été
réalisés un grand nombre d'essais géotechniques.
Il est donc possible d'étudier la variation des caractéristiques
physiques et mécaniques en fonction de la
teneur en CaCÔ 3
. C'est ce que nous avons tenté de
réaliser avec les essais yd et R c
, dont les valeurs retenues
correspondent à des moyennes arithmétiques,
sur la figure 15 qui concerne à la fois les craies du
tunnel sous la Manche et les craies faisant l'objet de
notre étude.
On remarque ainsi que pour des pourcentages en
CaC0 3
croissants de 55 à 100 % (environ), les
résultats de yd et R c
croissent, passent par un maximum
(pour 70 à 75 % de CaC0 3
), puis décroissent pour
atteindre la gamme des craies au sens strict définies
dans la présente étude. A ce niveau, si les valeurs de
yd prolongent sensiblement la courbe précédente, les
résultats de R c
présentent une plage de variation
très étendue qui n'a plus grand rapport avec la courbe
correspondante. Il est possible de déduire de ce graphique
:
10. Informations partielles communiquées par M. Berthier du
LCPC.
44

— la spécificité des craies que nous avons étudiées
par rapport à des craies argileuses sur le plan des
caractéristiques physiques et mécaniques. La limite
à 95 % retenue a priori paraît très significative pour
la définition des craies au sens strict ;
— le rôle d'une minéralisation secondaire dans
l'évolution des caractéristiques d'une roche. L'optimum
obtenu sur les courbes représente vraisemblablement
le résultat de l'engrenage maximum de deux
phases minérales distinctes, de granularité très différente
: la calcite d'une part sous forme de grains de
1 à 10 p, l'argile d'autre part en grains beaucoup plus
petits (0,1 à 0,01 u), cette dernière remplissant les
vides qui séparent les grains de calcite.
Le même phénomène devrait se retrouver dans le cas
des craies sableuses, bien que jouant en sens inverse :
gros grains de quartz ( > 50 u), petits grains de calcite.
Il y aurait lieu de vérifier la validité de ces relations
sur un grand nombre de craies argileuses. Il devrait
être possible ainsi de délimiter le domaine des craies
marneuses, celui des marnes au sens strict et celui
des marnes argileuses.'-
Proposition d'une méthode d'étude géotechnique
d'un massif crayeux
L'analyse des différents paramètres qui commandent
le comportement d'une craie considérée dans son
massif montre qu'il y a lieu de distinguer, au niveau
de l'étude géotechnique, les aspects suivants :
. géologique,
. pétrophysique,
. conditions de gisement.
Il paraît possible désormais d'énoncer un certain
nombre de règles permettant une appréciation au
plus juste du comportement de ce matériau soumis
à tel ou tel type de contraintes.
Etude géologique
Elle a pour but de situer la zone étudiée par rapport
à la série stratigraphique, d'identifier macroscopiquement
les différents faciès et de réaliser l'analyse
structurale du massif. L'étude particulière d'un projet
doit se caler par rapport à des références régionales
qui ont valeur de lois 11 .
Etude pétrophysique
Elle a pour but, pour chaque faciès ainsi défini :
de Videntifier minéralogiquement par rapport aux craies
au sens strict, et par rapport aux craies atypiques.
La mesure de la teneur en CaC0 3
éventuellement
complétée d'une analyse minéralogique du résidu,
satisfait à cette condition;
de Videntifier du point de vue de sa texture fine lorsqu'il
s'agit d'une craie typique. Cette identification peut
se faire de manière indirecte :
. par des mesures physiques : yd - V l
- vitesse
d'ascension capillaire, porométrie, etc., exprimant
des caractéristiques intrinsèques du matériau ;
. par des essais empiriques, testant de manière
plus ou moins précise le comportement du matériau
soumis à tel ou tel type de contrainte : R c
,
microdureté, vibrobroyage.
Ce type d'identification nécessite d'une part un recoupement
entre les résultats de plusieurs essais différents,
d'autre part la réalisation d'un nombre de
mesures suffisant pour chaque type d'essai. Cette méthode
permet, en effet, de comparer des moyennes
arithmétiques et des dispersions qui seules permettent
de différencier valablement des matériaux qui, sur le
plan de l'identification, présentent une plage de variation
très faible, mais qui sur le chantier présentent
des comportements très différents.
Dans la pratique, nous proposons de retenir de préférence
les essais suivants :
. la densité sèche (yd) sous réserve de l'emploi d'une
technique de mesure très élaborée,
. la vitesse longitudinale (F;),
. la microdureté (H v
),
. la vitesse d'ascension capillaire (V AC
),
. le vibrobroyage (V b
).
11. Cf. article de M. Bignot et de Mlle Aubry.
45

j.//,.;-v:vy/j Craies tendres
| | Craies mi-dures
\////\ Craies dures
Craies atypiques
craies calcaires
calcaires
craies polyminérales
Td
"AC
Densité sèche
Vitesse longitudinale
Vitesse d'ascension capillaire :
hauteur atteinte en 16' (cm)
Hu : Microdureté Vickers (kg/mm 2 )
Vb
: Vibrobroyage-% d'usure, processus sans eau.
Rc sec Rapport de Rc sur échantillon desséché
R sat. ' à R sur échantillon
saturé
Fig. 16. — Nomogramme d'identification géotechnique des craies.
Tous ces essais présentent l'avantage d'une grande
rapidité d'exécution et d'un faible coût. Ils peuvent
être complétés, en particulier, par la détermination
du rapport :
R c
sec
R c
sat.
'
Il est possible avec une expérience plus grande, que
le nombre de ces essais soit diminué à l'avenir.
Parallèlement, l'identification peut être réalisée de
manière directe, par observation aux microscopes optique
et électronique. Un étalonnage systématique reste
cependant à faire, de même qu'un essai de traduction
quantitative des observations ainsi faites. Une connaissance
plus élaborée des faciès régionaux devrait
permettre une progression rapide dans cette voie ;
de le situer par rapport à une échelle de référence,
deux types d'échelles peuvent être élaborés :
. l'une théorique, découlant des résultats de l'étude
pétrophysique (craies tendres, mi-dures et dures)
et exprimée par le nomogramme (fig. 16) ;
. l'autre appliquée à un type de travaux donné,
par exemple aux chantiers de terrassements :
comportement mauvais, moyen ou bon.
Dans le cas des terrassements, nous avons établi a
priori une relation directe entre les deux échelles. Il
est évident que pour d'autres cas (fondations par
exemple), il y aurait lieu de reconsidérer le problème.
Le matériau considéré peut être comparé à cette
échelle, directement issue des constatations sur chantiers,
par l'intermédiaire d'essais spécialisés, par
exemple l'essai de compactages répétés.
Etude des conditions de gisement
Elle permet de préciser les conditions de gisement,
c'est-à-dire de mettre en évidence les hétérogénéités
qui se superposent à celles inhérentes à la lithologie
et à la structure tectonique. Il en va ainsi des problèmes
liés à la fissuration du massif et à son altération au
cours des périodes récentes de l'histoire géologique
(Tertiaire, Quaternaire).
Cette étude doit permettre de discerner des sousfamilles
à l'intérieur d'un ensemble lithologiquement
homogène, par exemple : craie saine - craie altérée,
et par là même de réduire la dispersion des résultats
d'essais. Elle doit faciliter également la prise en compte
du comportement de masse, différent du comportement
de l'échantillon. Les méthodes classiques de
reconnaissance en place appliquées aux terrassements
(sismique réfraction, sondages mécaniques) demeurent
donc valables à condition d'être éclairées par une
étude pétrophysique qui seule permet leur interprétation
correcte.
Ainsi conçue comme un ensemble homogène et compréhensif,
l'étude géotechnique d'un massif crayeux
devrait permettre d'apporter au maître d'œuvre des
résultats concrets, directement utilisables pour une application
pratique particulière.
46

Conclusion
L'étude pétrophysique de la craie a permis, sur le plan pratique, de mettre au point une méthode
d'étude géotechnique, reposant sur la mesure de caractéristiques physiques et mécaniques, interprétées
en liaison avec la connaissance de la texture du matériau. A cette méthode d'étude des
caractéristiques intrinsèques de la craie, il est nécessaire de coupler une méthode plus générale
d'étude des massifs de craie, prenant en compte en particulier les hétérogénéités dues à la fissuration
et à l'altération.
Il s'avère désormais possible de prévoir le comportement d'un tel matériau, en fonction de références
précises à des chantiers antérieurs. De la même façon pourra être choisi le mode d'exécution
à employer (matériel, techniques de chantier).
Cet objectif est en partie réalisé en ce qui concerne les terrassements généraux et les grands remblais.
Les possibilités d'application de la méthode restent par contre à étudier en ce qui concerne
d'autres types de travaux (fondations - tunnels). De même, des développements sont envisageables
dans le domaine des traitements.
Sur le plan théorique, a été mis en évidence l'influence de la texture d'un matériau naturel sur ses
caractéristiques physiques et mécaniques, ainsi que sur son comportement. La méthode ainsi dégagée
demeure embryonnaire, mais son développement ultérieur devrait permettre des améliorations
dans la connaissance des matériaux naturels, et une simplification de leur étude sur le plan géotechnique.
De ce point de vue, la craie, intermédiaire entre un sol et une roche, constitue un corps idéal,
à partir duquel peut être envisagée la mise au point d'une méthode mixte d'observation, de mesure
et d'expérimentation, comparable à celle qui est utilisée à l'heure actuelle pour les matériaux artificiels,
tels que le béton ou les métaux.
BIBLIOGRAPHIE
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de la carte géotechnique de Jérusalem. Cong. int. de géologie de l'ingénieur, Paris, sept. 1970.
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[4] ARQUIÉ G., Théorie générale de l'influence de la teneur en eau sur les résultats du compactage.
Bull, liaison Labo. P. et Ch., 64, mars-avril 1973, p. 145-158.
[5] AUBRY M.P., Recherches sur les craies de Haute-Normandie, thèse 3 E cycle. Univ. Paris-VI.
[6] CAYEUX L., Contribution à l'étude micrographique des terrains sédimentaires, Lille, Le Bigot, 1897.
[7] DESSENNE J.L., Etude rhéologique et géologique de la craie, thèse de Docteur-Ingénieur, Grenoble,
27 janv. 1971.
[8] DESSENNE J.L., COMES G., DUFFAUT P. et GÉRARD P., La craie au laboratoire et dans un tunnel,
profond, VII Cong. int. de méc. sols et trav. de fond., Mexico, août 1969.
[9] HIGGINBOTTON, The engineering geology of chalk. Proceedings of the Symposium de l'Institution of
Civil Engineers, 1965.
[10] LAUTRIDOU J.P., Recherches de gélifraction expérimentale. II Calcaires de Normandie et de Provence,
publication du Centre de Géomorphologie du CNRS, Bull. 6, mai 1970.
[11] LE Roux A., Caractéristiques mécaniques des roches argileuses en relation avec leur texture,
Bull, liaison Labo. P. et Ch., 61, sept-oct. 1972, p. 155-178.
[12] LEWIS et CRONEY, The properties of chalk in relation to road foundations and pavements, id. [9],
[13] MAMILLAN, Dix ans de recherches sur les pierres calcaires. Ann. ITBTP, fév. 1954.
[14] NOËL D., Coccolithes crétacés. La craie campanienne du Bassin de Paris, 130 p. édition du CNRS,
Paris, 1970.
[15] RAGUENEL A. (de). L'essai Lugeon, Bull, liaison Labo. P. et Ch., numéro spécial N, Hydraulique
des sols, avril 1970, p. 67-74.
[16] TOMS, Chalk in cuttings and embankments, id. [9].
[17] TOURENCQ C. et FOURMAINTRAUX D., Propagation des ondes et discontinuités des roches, Colloque
.sur la fissuration, Soc. int. de méc. des roches, Nancy, 1970.
[18] WAKELING, Foundations on chalk, id. [9].
47

Texture et comportement
des craies
A. LE ROUX
Docteur en géologie
Département de géotechnique
Laboratoire central
La minéralogie appuyée sur les rayons X apparaissait
comme une méthode élégante, capable d'apporter
aux mécaniciens des sols la réponse au comportement
curieux de certains matériaux. Une mise au point [3]
a montré l'intérêt de la connaissance de la minéralogie
dans l'étude du comportement des sols, mais également
ses limites. Aussi, l'étude des textures s'est-elle tout
naturellement imposée d'autant qu'elle était rendue
possible par l'apparition depuis quelques années du
microscope électronique à balayage [1].
Les craies qui sont étudiées ici confirment l'importance
du rôle joué par la texture dans leur comportement.
Minéralogiquement, les craies apparaissent comme
constituées presque exclusivement de carbonate de
calcium. (CaC0 3
> 95 %), la fraction argileuse s'y
trouve réduite à quelques pour-cent et a, comme
nous le verrons, une action assez peu sensible sur le
comportement.
Nous avons étudié huit échantillons, cinq étant
fournis par le Laboratoire de Rouen et trois provenant
de sondages effectués dans la région parisienne (qui
font partie, comme les craies rouennaises, de la série
terminale du Crétacé supérieur).
Le tableau I donne la composition des craies de Rouen.
Les proportions des différents minéraux argileux
présents dans la partie insoluble ont été exprimées de
façon semi-quantitative. Cependant, si on compare
deux craies comme Pacy-sur-Eure et Belbeuf qui ont
un pourcentage de CaC0 3
voisin de 97 % nous pouvons
faire certaines remarques.
Dans le cas de la craie de Pacy-sur-Eure, la montmorillonite
est affectée de deux croix sur un total de
huit alors que la craie de Belbeuf en a deux sur un
total de quatre. Il y aurait donc approximativement
deux fois plus de montmorillonite dans la craie de
Belbeuf que dans celle de Pacy-sur-Eure. Or, le
comportement sur chantier de la craie de Belbeuf
est en fait excellent alors que celui de la craie de
Pacy-sur-Eure est un des plus mauvais. Cela indique
que l'influence de la minéralogie du résidu est peu
importante quant à la qualité de la craie et qu'il est
possible de comparer les caractéristiques physiques et
mécaniques des craies en connaissant un seul paramètre
: la texture.
Les différents essais mécaniques effectués sont en
bon accord avec les observations de chantier, ce qui
permet de classer les craies en trois groupes :
— bonnes : Rouvray, Belbeuf, sondages A, B et C ;
— mauvaises : Incarville ;
—• très mauvaises : Sauqueville, Pacy-sur-Eure.
Pacy-sur-
Eure
TABLEAU I
Echantillon
Position
strati-
CaCOa
graphique
(%)
Santonien
sup.
Incarville Campanien
inf.
Sauqueville
Rouvray
Coniacien
inf.
Analyse du résidu insoluble
à HC1
M IM Q F A
97,1 + + + + + + + +
98,9 tr. + + + +
98,4 + + + + +
Coniacien
moy. + +
Belbeuf Turonien 96,9 + + + +
+ +
+ + + +
M : montmorillonite tr. traces
IM : illite muscovite + peu abondante
Q : quartz
+ + abondant
F : feldspath + + + très abondant
A : hydroxydes de fer
49
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - Spécial V - Octobre 1973

Observations microscopiques
Les différents échantillons ont été étudiés au microscope
électronique à balayage. La métallisation
indispensable à l'observation a nécessité, pour certains
échantillons, une technique légèrement différente de
celle utilisée habituellement. Préalablement à la
métallisation or-palladium, l'échantillon a été recouvert
d'un dépôt très mince de carbone par vaporisation
sous vide. La membrane de carbone, sans doute plus
élastique que le film d'or-palladium, nous a permis
des observations confortables jusqu'à 50 000 de
grossissement, sans voir les phénomènes de charges
fréquents avec la seule métallisation or-palladium.
Tous les échantillons se sont montrés constitués de
grains de CaC0 3
plus ou moins anguleux associés à
des coccolithes intacts ou partiellement détruits ainsi
qu'à d'autres espèces de fossiles 1 . Les cristaux constituant
la roche ont une taille variable comprise entre
0,5 et 2 microns. On peut observer également des
cristaux de CaC0 3
très bien formés, souvent groupés
et de taille comprise entre 2 et 20 microns (fig. 1 et 2).
Il est important de constater que dans tous les échantillons
observés les « grains » de CaC0 3
apparaissent
1. Cf. l'article de M. Bignot et de Mlle Aubry : La Géologie de
la craie du Bassin parisien.
liés entre eux par des ponts de CaC0 3
deux types
d'image sont alors possibles :
soit des cristaux bien formés liés entre eux par
interpénétration (fig. 3 et 4) ;
soit des cristaux ayant l'aspect de « bonbons
sucés », la liaison se faisant alors par l'intermédiaire
d'un pont de CaC0 3
de 0,1 ou 0,2 micron (fig. 5 et 6).
Ce dernier cas est le plus fréquent.
L'origine de ces deux types de liaisons est sans doute
différent [3], mais ils contribuent tous deux à donner
à la craie une cohésion qui la distingue des matériaux
rencontrés généralement par le mécanicien des sols.
Plongée dans l'eau, la craie peut rester intacte pendant
très longtemps : il faut pour la désagréger apporter
une certaine énergie mécanique. Ainsi, les vibrations
dues aux passages des engins de chantiers, en brisant
les liaisons, la transforme plus ou moins rapidement
en boue.
Les liaisons entre cristaux présentés dans tous les
matériaux étudiés sont plus abondantes dans les
échantillons de Rouvray, Belbeuf et des sondages A,
B et C, ce qui semble aller dans le même sens que les
autres essais et expliquerait leur bon comportement sur
chantier.
Le tableau II donne quelques caractéristiques associées
à l'estimation visuelle du nombre de liaisons.
Fig. 1. Fig. 2.
Les grands cristaux que nous montre la figure 1 se présentent dans le matériau comme une microgéode. Ce faciès est assez peu
fréquent, plus souvent ce sont des cristaux isolés ou groupés en petit nombre qui apparaissent complètement enrobés dans la
matrice constituée de débris de coccolithes et autres nannofossiles associés à de petits cristaux de CaCOs (fig. 2).
50

Echantillon
TABLEAU II
V¡
(m/s)
R c
(bar)
Estimation visuelle
du nombre de ponts
Pacy-sur-Eure 2 110 21,6 +
Incarville 2 140 19,7 +
Sauqueville 1 960 13,4 +
Rouvray 2 250 33,7 + +
Belbeuf 2 650 91,7 + + +
A 3 850 157 + + + +
B 3 000 71,6 + + +
C 76 + + +
Ecuelles 4 000/4 500 500 très abondants et
très visibles
Remarque : L'échantillon provenant d'Ecuelles, qui
doit être considéré comme un calcaire, est en quelque
sorte un intermédiaire entre les craies et les calcaires
francs. Les figures7, 8, 9 montrent un assemblage de
grains (de 5 à 10 microns) assez semblable à celui des
craies, dimension mise à part ; les cristaux de CaC0 3
montrent de très fortes liaisons entre eux, ce qui
explique les caractéristiques mécaniques relativement
élevées du matériau.
Le fait que la vitesse de propagation des ondes longitudinales
soit plus élevée montre aussi que le nombre
de liaisons entre grains est plus grand. Il en résulte
d'ailleurs une porosité plus faible de telles craies, leur
granulante étant sensiblement la même.
Fig. 4. — Réplique obtenue par la méthode de la double empreinte et ombrée assez fortement ce qui
contribue à donner l'impression de relief. On remarque dans le quart supérieur gauche de la photo
une liaison par interpénétration. La réplique observée au microscope électronique à transmission est le
complément de l'observation au microscope électronique à balayage.
51

Fig. 5.
Existence de liaisons par ponts associées à des cristaux
arrondis à l'aspect de dragées. Le carbonate de calcium qui
a donné naissance à ces ponts provient des grains voisins
par dissolution ; la recristallisation s'étant faite aux points
de contact entre grains. Ces liaisons suffisamment résistantes
pour s'opposer à la désagrégation de la roche en présence
d'eau sont assez fragiles pour se briser sous des sollicitations
mécaniques (vibrations, etc.). Les petites taches circulaires de
1 à 2/10 de micron que l'on voit sur les cristaux sont les
traces de ces liaisons brisées lors de la préparation de
l'échantillon.
Fig. 6.
Conclusion
La faible importance de la phase argileuse dans les matériaux étudiés et la mise en évidence de liaisons
entre cristaux montrent l'importance de la texture dans le comportement des matériaux en présence
d'eau :
— d'une part les cristaux restent accrochés les uns aux autres, ce qui empêche les craies de se
désagréger. Cela reste valable même pour les plus « mauvaises », qui se comportent dans Veau
comme des roches et non comme des sols au sens géotechnique du terme ;
— d'autre part l'existence de liaison va dans le sens d'une amélioration des propriétés mécaniques.
52

Fig. 9.
Ce matériau est intermédiaire entre les craies et les calcaires. Nous voyons que les liaisons par ponts y sont beaucoup plus nombreuses
que dans les figures précédentes et surtout que les ponts sont ici très bien fermés (fig. 9). Assez résistant pour donner au matériau des caractéristiques
mécaniques convenables, ils apparaissent aussi beaucoup plus fragiles que les grains qu'ils soudent : lors d'une rupture, il est
exceptionnel de briser un grain, la séparation se faisant au niveau des ponts. La figure 9 rend compte de cette fragilité relative.
BIBLIOGRAPHIE
[1] LE ROUX A., Le microscope électronique à balayage. Applications à l'étude des marnes, Bull,
liaison Labo. P. et Ch., 54, août-sept. 1971, p. 6-12.
[2] LE Roux A., Caractéristiques mécaniques des roches argileuses en relation avec leur texture, Bull,
liaison Labo. P. et Ch., 61, sept.-oct. 1972, p. 155-178.
[3] PILOT G., AMAR S. et LE Roux A., Relation entre la composition minéralogique et les caractéristiques
mécaniques de quelques sols argileux français, Bull, liaison Labo. Routiers P. et Ch., 43, janv.-fév.
1970, p. 69-80.
53

La craie
et les terrassements
Séance sous la présidence de M. Brault,
Ingénieur des Ponts et Chaussées,
Arrondissement Etudes et Travaux neufs de Seine-Maritime.

Stabilité
des remblais crayeux
de grande hauteur
A. de RAGUENEL
Chef du groupe géotechnique
Laboratoire régional de Rouen
introduction
L'étude des remblais crayeux de grande hauteur a été abordée à l'occasion
des désordres constatés sur le remblai crayeux du Val-Guy on
sur l'autoroute A 13 à hauteur de la déviation de Bonnières.
En 1969, D. Pasturel 1
a présenté un historique de la construction de l'ouvrage et un inventaire
chronologique des désordres constatés, que l'on peut résumer comme suit : ce remblai de 34 m de
hauteur maximale et de 300 m de longueur, mis en service en août 1964, n'a présenté aucun signe
apparent de faiblesse avant février 1966 ; des désordres sont alors apparus, en février 1966, mai
1966, janvier-février 1967, avril 1968.
Ces désordres se sont traduits par deux phénomènes :
— des tassements atteignant 2 m d'amplitude dans la zone de remblai maximal ;
— des fissures, le plus souvent longitudinales, affectant l'ensemble de la plate-forme, sauf au droit
de la butée fournie par la « décharge sud ».
En vue de définir les risques probables d'aggravation des désordres et les travaux confortatifs à
entreprendre, une première reconnaissance a montré que :
— les teneurs en eau étaient systématiquement très élevées (19 à 25 %), proches de la saturation,
mais variaient peu dans le temps (relevé de profils neutroniques) ;
— le remblai était sujet à des déformations faibles, mais désordonnées, sans que l'on puisse noter
aucun plan de cisaillement au niveau de tubes témoins de déformation ;
— la stabilité du remblai était limite, le coefficient de sécurité déterminé sommairement en partant
de résultats d'essais pressiométriques étant compris entre 1 et 1,5.
Il est surtout apparu en fait qu'il nous était impossible de déterminer, en interprétant ces quelques
essais, d'une part, les causes des fissures, imputables soit à des glissements par cisaillement, soit à
une consolidation, soit à un fluage, d'autre part, l'origine des tassements dus à l'existence de vides
laissés lors de la construction ou à une modification de structure de la craie.
Il a alors semblé indispensable, pour expliquer les phénomènes, de pousser les recherches sur les
points suivants :
— détermination précise des caractéristiques physiques et mécaniques des matériaux crayeux
du remblai ;
— étude de la craie ayant été utilisée pour l'édification de l'ouvrage ;
— étude des possibilités de déformations résultant d'un processus strictement élastique.
Ces différentes recherches, synthétisées dans le présent document, permettront de définir les causes
probables des désordres constatés et d'envisager des recommandations pour l'exécution des remblais
crayeux à venir.
1. Désordres dans un grand remblai de craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., 36, janv.-fév. 1969, p. 119-134.
57
II. Liaison Labo. P. et Ch. - Spécial V - Octobre 1973

Rappel historique de la vie du remblai
DESCRIPTION DE L'OUVRAGE
L'autoroute A 13 franchit le Val-Guyon par un grand
remblai de craie situé entre le passage inférieur de
l'antenne de Bonnières et la butte de la Houssaye
(fig. 1 à 5). Ses caractéristiques géométriques principales
sont les suivantes :
— longueur : 300 m,
— hauteur maximale : 34 m,
— pente du talus : 3/2,
— largeur en tête : 34 m.
L'édification du remblai a comporté la mise en œuvre
des cubages suivants :
— 20 000 m 3 de gros blocs de craie calcaire provenant
du déblai à l'explosif de Bonnières ;
— 183 000 m 3 de déblais crayeux à la décapeuse constitués
par une craie relativement sèche et pulvérulente
(H> < 19 %) provenant de la carrière située du côté
de Paris, immédiatement au nord-est du passage inférieur
de la bretelle de Bonnières ;
La hauteur maximale de remblai atteinte à ce moment
était d'environ une dizaine de mètres.
— 305 000 m 3 de craie, provenant des déblais à la
décapeuse de la butte de la Houssaye bordant à l'ouest
le Val-Guyon, ont constitué le reste du remblai. Cette
craie blanche, altérée et humide (w > 20 %), le plus
souvent pâteuse, contenait quelques veines d'argile
ocre.
Le compactage était assuré par deux cylindres à pneus
de 20 t et un cylindre de 50 t. La densité sèche obtenue
était comprise entre 1,55 et 1,61 pour une teneur en
eau très variable comprise approximativement entre
16 et 22 %.
Les travaux ont débuté en mai 1963 et se sont terminés
en octobre 1963, après un mois d'août très pluvieux
puisqu'il n'a comporté que quatre jours de travail.
La construction des chaussées n'est intervenue qu'au
printemps 1964, le remblai demeurant exposé aux intempéries
sans protection particulière durant l'automne
et l'hiver.
Les chaussées sont constituées par :
— 10 cm de couche drainante,
— 30 à 60 cm de couche de fondation en grave non
traitée,
— 15 cm de couche de base non traitée en grave 0/30,
— 8 cm de couche de liaison en enrobés denses 0/30
traitée au bitume 80/220,
— 3,5 cm de couche de roulement en béton bitumeux.
Les accotements sud et nord étaient constitués par
25 cm de grave naturelle dont les 10 cm supérieurs
étaient sommairement traités au ciment.
59

P18 P19 P 20 P21 P 22 P 23 P 2ü P25 P26 P 27 P28 P29 P30 P31
Fig. 3. —
Profil en long.
partie en déblai vers Evreux.
60

Un terre-plein central de 2 m de largeur supportait
une végétation arbustive.
Les eaux de ruissellement des chaussées et accotements
étaient recueillies du côté sud de chaque chaussée par
un collecteur enterré (400 mm de diamètre) en bordure
du terre-plein central d'une part et sous l'accotement
sud d'autre part (fig. 6). Ces collecteurs sont des
canalisations en béton armé à joints de caoutchouc
serrées au tirefort. Il convient de noter que les caniveaux
qui conduisent les eaux de ruissellement jusqu'aux
regards à grilles de ces collecteurs, situés tout
les trente mètres, n'ont été exécutés que plusieurs mois
après la mise en service de l'ouvrage qui est intervenue
en août 1964.
APPARITION DES DÉSORDRES
TRAVAUX CONFORTATIFS
Le relevé des fissures au 10 mai 1966 mettait en évidence
de nouvelles fissures ou l'extension et le creusement
des anciennes. Par contre, les broches ne dénotaient
pas d'écartement.
L'eau apparaissant comme la cause majeure de ces
désordres, il fut décidé de recourir à un système de
drains horizontaux. Celui-ci fut mis en place à l'automne
1966 ainsi qu'un ensemble de tubes témoins
verticaux de 15 à 20 m de profondeur destinés à permettre
la surveillance des déformations éventuelles
dans la masse du remblai.
Ces tubes témoins sont des tubes en plastique de
20/24 mm de diamètre. Pour la mesure, on fait descendre
à l'intérieur du tube une tige métallique de
diamètre légèrement inférieur (18 ou 14 mm) et de
30 cm de longueur. Une légère déformation du tube
empêche la tige de descendre plus profondément et
indique donc le niveau à partir duquel le tube n'est
plus vertical.
Premiers désordres : février 1966
Les premiers désordres sont apparus en février 1966
sous la forme de fissures longitudinales peu ouvertes
mais très étendues, réparties d'une extrémité à l'autre
du remblai sur une longueur de 300 m environ. Le
laboratoire de l'Ouest parisien, contacté à ce moment
là, a effectué le relevé des fissures (fig. 7).
En mars 1966 de nouvelles perturbations en surface,
à l'aplomb du collecteur central, et des affaissements,
autour des supports des glissières de sécurité, dénotant
des infiltrations d'eau dans le terre-plein central et
l'accotement sud, ont été observées.
Les fissures furent colmatées superficiellement et des
broches mises en place à 60 cm de part et d'autre
pour surveiller leur écartement.
5 S ici
NORD "i
2 V.
—3,57.3,57. -Í 3sr 3,5 7. — r
Echelle: V 600
Fig. 6. — Profil type de la chaussée en remblai.
Fig. 7. — Relevé des fissures.
61

Fig. 8 et 9. — Désordres apparus en
janvier 1967. Fissures sur la chaussée
nord, de direction essentiellement longitudinale,
dont l'ouverture peut atteindre
2 à 3 cm. On ne note ici aucun
rejet.
Fig. 8.
On a noté un léger débit sur certains drains hauts du
versant sud, uniquement au moment de leur mise en
place. Aucun débit n'a été signalé depuis.
Le forage des drains (70 mm de diamètre), effectué en
rotation et percussion à l'air comprimé, a également
mis en évidence des zones très humides sur le versant
sud, mais l'appréciation de cette humidité était purement
qualitative :
— pour la ligne des drains supérieurs située à 8 m sous
la chaussée, ces zones sont situées à l'aplomb de l'accotement
;
— plus profondément, vers 20 à 25 m sous la chaussée,
l'humidité est également très grande et à peu près constante
depuis la surface du talus jusqu'au cœur du remblai.
Ces observations laissent supposer que la perméabilité
des accotements non traités, ainsi que la présence de
collecteurs non étanches pourraient être, en grande
partie, responsables des fortes teneurs en eau mesurées
et, partant, des désordres observés.
Deuxième vague de désordres : janvier 1967
Des désordres plus graves furent observés à partir du
10 janvier 1967 constitués par de nouvelles fissures,
certaines pouvant présenter une ouverture de 3 cm
et un rejet de 2 cm (fig. 8 à 13). Le relevé précis des
fissures, effectué le 8 février 1967, est représenté sur
la figure 14. Ces désordres succédaient à une période
de précipitations, combinée avec une période de gel.
Des infiltrations d'eau manifestes avaient lieu par le
terre-plein central en bordure des chaussées et sous
l'accotement sud (affaissements, entonnoirs autour
des poteaux des glissières de sécurité, etc) (fig. 15 et 16).
62

Fig. 10. — Janvier 1967, fissure longitudinale entre la chaussée et
l'accotement côté nord.
Fig. 11. — Janvier 1967, réparation des fissures sur la chaussée nord
par simple remplissage superficiel avec un mortier bitumineux.

Fig. 16. — Janvier 1967, affaissement du terre-plein central.
Fig. 17. — Janvier 1967, chaussée nord, ouverture d'une tranchée
à l'aplomb d'une fissure.
Des tranchées furent exécutées à l'endroit des fissures
(fig. 17) et mirent en évidence une ouverture continue
de 3 à 5 cm de largeur, apparemment très profonde
(plus de 2 m). Les lèvres en craie de la fissures étaient
relativement sèches (fig. 18). Toutes les fissures ainsi
mises à jour furent colmatées manuellement à l'aide
d'un mortier et ne se sont plus manifestées depuis.
Des essais d'étanchéité par mise en charge de certains
tronçons des collecteurs centraux et sud indiquèrent
une étanchéité très imparfaite, source probable d'entrée
d'eau dans le remblai. Dans le courant de l'année
1967, on continuait à observer de lents affaissements
en rigoles, de part et d'autre des fissures indiquant
un mouvement descendant des matériaux du corps
de chaussée dans les fissures ouvertes non colmatées.
A la suite des premières investigations et du rôle
semble-t-il important joué par les venues d'eau, un
certain nombre de travaux confortatifs ont été réalisés
en partant des principes suivants :
1. Protection aussi poussée que possible de venues
d'eau éventuelles dans le remblai. Il a été effectué à
cet effet :
— la mise hors service de collecteurs centraux et sud
remplacés par une gouttière, à ciel ouvert, en béton
bitumeux canalisant les eaux vers l'aval de l'ouvrage
et jusqu'au pied du talus,
— le revêtement imperméable des accotements nord
et sud,
— la réduction de la largeur du terre-plein central,
sur lequel une certaine végétation a pu être maintenue
et une protection plus efficace de ses bords contre les
eaux de ruissellement.
2. Reconstitution des propriétés mécaniques de la
partie supérieure du remblai et colmatage des vides
existants au moyen d'injections de mortiers, de ciment
et de sable fin. Ces injections ont été faites de part et
d'autre des fissures depuis 5 m de profondeur en remontant
jusqu'à 1,50 m. La pression d'injection était
pratiquement nulle et atteignait très rarement la pression
maximale qui avait été fixée à 2 bars.
Les quantités injectées ont été très importantes, particulièrement
au voisinage des grandes fissures ou des
zones d'affaissement. On a observé certaines résurgences
à la surface par les fissuresainsi que sur presque
tous les drains de la ligne supérieure située pourtant
à plus de 7,50 m sous la chaussée. Ces observations
dénotent particulièrement bien le mauvais état de la
partie supérieure du remblai.
Toutes les fissures de la chaussée sud (province-Paris)
ont été ainsi traitées, de même que la moitié ouest de
la chaussée nord (Paris-province), mais d'une manière
moins intense.
65

Fig. 18. — Vue détaillée des fissures au fond de la tranchée. La profondeur de ces fissuresatteint au moins 2 m
et leur largeur 3 à 5 cm. Les lèvres en craie des fissures étaient relativement sèches.
Nouveaux désordres : avril 1968
De nouvelles fissures analogues aux précédentes sont
apparues en avril 1968 dans la partie non traitée et
partiellement traitée de la chaussée nord.
La chaussée sud qui avait été complètement traitée
n'a absolument pas bougé.
Des tranchées ont été ouvertes au droit des fissures
principales afin de les reboucher manuellement avec
un mortier de ciment. Elles ont donné lieu à des observations
semblables à celles de 1967.
Les observations poursuivies après la pose d'un nouveau
tapis d'enrobés ont montré que, bien que les
tassements se poursuivent à raison de 10 cm par an en
moyenne, aucune nouvelle fissure n'est apparue.
En résumé, il convient de souligner les comportements
suivants :
— les premières fissures ne sont apparues que 18 mois
après la mise en service de l'autoroute ; c'est dans la
zone de hauteur maximale qu'elles furent les plus importantes
;
— ces fissures largement ouvertes, 3 à 5 cm, n'ont
jamais présenté de forts rejets ; ceux-ci étaient le plus
souvent imperceptibles ;
— l'injection des 5 m supérieurs du remblai, bien que
l'ensemble du remblai continue à se tasser de quelque
10 cm par an, a neutralisé la formation de fissures ;
— sur la portion de chaussée sud (province-Paris)
butée par une importante décharge, aucune fissure
ne s'est jamais manifestée alors que les tassements ont
été du même ordre de grandeur que sur la chaussée
nord parallèle ;
— les tassements cumulés auraient atteint actuellement
quelque deux mètres au maximum d'amplitude, de
façon relativement régulière à raison de 10 à 20 cm
par an, sauf au début de la vie du remblai où ils n'ont
pas été suivis et où l'on ignore leur amplitude.
66

Etude des caractéristiques physiques et mécaniques
Cette étude a été menée en partant d'une part d'échantillons
de craie prélevés sur les lieux d'emprunt et
d'échantillons intacts prélevés directement dans le
remblai au moyen du carottier battu à parois minces
(diamètre 78 ou 100 mm) ; le pourcentage de carottes
fut le plus souvent de 100 %.
de la craie de remblai
IDENTIFICATION
La craie d'emprunt du déblai de la Houssaye est une
craie blanche à silex du Sénonien supérieur. Cette
craie plus ou moins altérée est humide, légèrement
pâteuse et contient de nombreuses veines d'argile
ocre.
Elle présente les caractéristiques suivantes :
— teneur en eau naturelle :19 < w„ < 24 %
(moyenne 21,8 %)
— limites d'Atterberg : 21 < w L
< 29
16 < w P
< 21
5 < I P
< 11
— densité des blocs : 1,36 < yd < 1,77
(moyenne 1,61)
— résistance
à la compression
des blocs
Granulométrie
à teneur en eau naturelle
21,6 < Rc < 29,6 bars
échantillon séché
63,4 < Rc < 79,6 bars
Les granulométries effectuées à l'alcool, pour éviter
le délitage de la craie, sur le matériau prélevé à différentes
profondeurs du remblai se situent dans le fuseau
de la figure 19. Si l'on fait abstraction de la proportion
d'éléments supérieurs à 20 mm constitués essentiellement
par des silex, les courbes ont des formes identiques
indépendantes de la profondeur. Il convient de
noter le pourcentage important des fines (éléments
plus petits que 0,08 mm), soit 58 % en moyenne.
Ce fait est à comparer à la courbe granulométrique
de la fraction 0/20 de la craie brute, extraite à la pelle
dans le déblai et son évolution, sous l'effet d'un compactage
au Proctor normal (fig. 19).
On constate que même sous une énergie de choc importante,
on provoque essentiellement une diminution
de la taille des blocs de craie sans que l'on note pour
autant une augmentation sensible des fines dont la
proportion reste voisine de 15 %.
0,5 , 0,2 0,1 S0(j 20(j lOp 5)J 2p
Fuseau granulométrique de la craie prélevée
dans le remblai
Evolution de la granulométrie au compactage
sur la craie du déblai
Fig. 19.
Il semble donc que, au cœur du remblai, on ait eu dans
le temps une production importante de fines, difficilement
explicable à la mise en œuvre.
Densité des blocs - Densité de la niasse du remblai
Des mesures de densité ont été effectuées sur la carotte
entière (nous les appellerons « densités globales »),
et sur les blocs restant intacts dans la carotte.
Les deux histogrammes (fig. 20 et 21) montrent d'une
part une très grande dispersion des résultats obtenus
à différents niveaux ; d'autre part, que la densité
moyenne des blocs ne diffère pas sensiblement de la
densité globale mesurée sur carotte.
Cependant, si l'on effectue des moyennes pour différentes
tranches de profondeur, on obtient les valeurs
suivantes (tableau I) :
Profondeur
(m)
Densité des
blocs
(moyenne)
TABLEAU I
Densité
globale
(moyenne)
Teneur en eau
globale
(%)
1 à 6 1,63 1,62 22,6 < w < 26,7
7 à 17 1,68 1,68 10 < w < 24
17 à 25 1,73 1,72 17,4 < w < 21,5
On note une augmentation de la densité moyenne des
blocs en profondeur avec correspondance de la densité
moyenne globale. Cette évolution peut provenir, soit
67

Nombre de mesures
Nombre de mesures
Densités globales
Yd moyen = 1,69
1,52

5 < Pi < 25 bars (moyenne 13)
2,7 < P f
< 15 bars (moyenne 8,5)
25 < E < 240 bars (moyenne 132).
Nombre de mesures
Les rapports — sont le plus souvent égaux à 10 et
Pi
les pressions de fluage P f
sont systématiquement sup
périeures à — ; on en déduit que la craie présente une
2
structure relativement rigide et assez peu plastique.
14 16 18 20 22 24 26 (bar)
Fig. 23. — Histogramme des valeurs des pressions limites (Pî)
dans le remblai.
On note peu d'amélioration avec la profondeur, sauf
dans le substratum où la craie présente des caractéristiques
nettement meilleures.
P, = 28 à 50 bars
E = 280 à 530 bars
La variation du coefficient de sécurité F =— (la
H c
hauteur critique H c
étant définie par la méthode de
Tailor), en fonction des couples de valeurs C et

Résistance au cisaillement
Les caractéristiques obtenues dans les essais de cisaillement
au triaxial ont conduit aux résultats suivants :
Essais triaxiaux drainés (fig. 25)
éprouvettes compactées | 31,5 < D.
L'étude des cercles de glissement montre (fig. 26) :
1. que les cercles de glissement les plus probables sont
des cercles quasi superficiels qui intéressent essentiellement
les talus entre le pied et le voisinage de la crête ;
2. vis-à-vis de tels glissements, le coefficient de sécurité
n'est jamais inférieur à 1, mais il est parfois très
faible (cas d'une hauteur de remblai de 34 m) (tableau
ii);
»0.
• 0.
70
M
0 10 JO 30 40 50 «0 70 X(m)
* 1,4 55
i,40z/ / ' / />
( \\
50 U3°8 \ V329
40
30
20.
10

3. l'augmentation du facteur de sécurité résultant
d'une augmentation de

plus faibles lors de l'application de la contrainte supérieure
que lors de la contrainte immédiatement
avec h : demi-hauteur de l'éprouvette
t l00
: temps consolidation terminée
inférieure.
a :4
nh 2 faible résistance à la compression des blocs humides
Ce fait incite à penser que le remblai crayeux du Val-
0,17-10" 2 < C v
< 4,3-10" 2 cm 2 /s suivant les échantillons.
Guyon n'a pas un comportement plastique et que l'on
aurait des réarrangements successifs de grains, correspondant
à des états d'équilibre limite successifs Si l'on tente d'évaluer le délai de consolidation totale
entre lesquels on retrouve à nouveau un état d'équilibre
surabondant.
propre poids, en admettant une possibilité de drainage
du remblai supposé saturé et soumis à l'action de son
radial, on obtient :
Compressibilité du remblai
_ nh 2
1
'100 — ~ ~
Les courbes de consolidation hydrostatique des éprouvettes
soumises aux essais triaxiaux avec préconsoli­
4C„
dation et les mesures de compressibilité sur des éprouvettes
soumises, dans une cellule triaxiale, à une pression
hydrostatique croissant par paliers, nous ont permis
d'apprécier la compressibilité du remblai.
Le module E déduit des essais précédents en supposant
h x 17 m : 1/2 hauteur du remblai
R « 50 m (tenant compte de la longueur du remblai)
C v
= 10" 2 cm 2 /s
le coefficient de Poisson v = 0,33 prend les valeurs
suivantes :
E (bar)
0-3 (bar)
= 910 jours = 2,5 années
11
100 à 250 0,5 à 2
200 à 350
2k 4
Ce calcul très sommaire fournit un ordre de grandeur
300 à 500
4 à 10
vraisemblablement maximal du temps de tassement
compte tenu de la perméabilité des fissuresdu remblai
et du fait qu'il n'était certainement pas saturé après
Un calcul sommaire permet d'évaluer un ordre de compactage.
grandeur du tassement possible du remblai du Val-
Guyon d'une hauteur de 34 m en prenant une pression
de précompactage c' c
= 1 bar et un y n
de 2 t/m 3 .
Les tassements observés à partir de 1967 ne sont donc
pas imputables au phénomène de consolidation, ce
d'autant plus que les 10 cm de tassements observés
On obtient avec ces hypothèses, apparemment pessimistes,
un tassement total de 55 cm. Or, d'une part ce compte tenu de l'évolution logarithmique du phéno­
en 5 mois au cours de 1968 conduiraient à admettre,
tassement est inférieur au tassement total observé, mène en fonction du temps, que les tassement antérieurs
auraient atteint plusieurs mètres.
d'autre part s'il s'est réellement produit, il n'a pu se
faire que dans les premières années de vie du remblai,
compte tenu de la perméabilité du massif crayeux.
En effet, la vitesse de stabilisation des tassements
dépend essentiellement de la vitesse de dissipation
de la pression interstitielle, c'est-à-dire des propriétés
de consolidation du sol.
En conclusion, on retiendra :
— que les fissureslongitudinales au centre du remblai
ne peuvent être dues à un phénomène de rupture
circulaire ;
— que les simples phénomènes de consolidation ne
peuvent expliquer les tassements observés ;
— que le remblai est proche de la saturation et que
On a : C„ =
les variations de teneurs en eau dans le cœur du
m 0
-y w
remblai n'existent pas ;
C v
: coefficient de consolidation
m v
: coefficient de compressibilité volumétnque
— que la densité des blocs de craie qui subsistent
dans le remblai est en moyenne nettement supérieure
à la densité des blocs de craie à l'extraction.
si
-7 1 1
k = 7-10 cm/s, m„ = — = — bar
La seule explication qui apparaît alors comme plausible
est d'attribuer l'origine des fissuresau développe­
E 100
C v
= 0,07 cm 2 /s
ment de fissures de traction et le tassement à une
densification du remblai par désagrégation progressive
sous l'effet statique du poids du remblai et peut-être
ou encore en exploitant les courbes de consolidation : des vibrations dues aux véhicules, des blocs de craie
de faible densité, ce qui semble compatible avec la
a t 100
et à la proportion anormale de fines dans le remblai.
72

Etude théorique
des déformations élastiques du remblai
Le but de l'étude était de calculer le remblai par la
méthode des éléments finis, dans un schéma élastique
parfait. La connaissance du champ de contraintes et
de déformations nous permettant de comprendre la
formation des fissures et les tassements enregistrés.
On a supposé, dans le calcul, le milieu crayeux du
remblai élastique, homogène et isotrope de caractétiques
E, v.
i ÛH
Icm)
INFLUENCE DU COEFFICIENT DE POISSON
Nous avons fait les hypothèses de calcul suivantes :
Remblai
hauteur 34 m
chaussée 34 m
pente 3/2
C = 0,05 bar

Contraintes
Tractionlbarl
L'élargissement de la chaussée obtenu précédemment
pour v > 0,385 coïncide avec l'apparition d'une
contrainte horizontale de traction dans la partie
supérieure du remblai, et maximale au centre du
remblai (fig. 32).
Pour v = 0,4 on observe une traction horizontale
pour un seul élément au centre de la chaussée ; puis
quand v croît la zone de traction s'étale horizontalement
pour atteindre pour v = 0,44 tout le sommet
du remblai sur une couche du découpage soit sur
une épaisseur de 3,8 m environ et pour v = 0,49
l'épaisseur de la couche supérieure du remblai en
traction atteint 7,6 m.
Zones de plasticité
En comparant en chaque point le rapport
Compression (bar)
,ygQ,« ^
Traction sur 5 à 7 m
de profondeur
V2 largeur du remblai
(m|
-!^v=0 4 Valeur probable
à la construction '
Fig. 32. — Valeur des efforts de traction en différents points delà
demi-plateforme du remblai pour différentes valeurs du coefficient
de Poisson.
avec le coefficient de butée
o- 2
+ C/tg K P
.
Les figures 33, 34 et 35 montrent les valeurs de ce
rapport calculées pour des coefficients de Poisson
= 0,25, 0,38 et 0,49, dans l'hypothèse où E = 100
bars, yh = 2 t/m 3 , C„ = 0,05 bar et q> = 32°.
On constate que si v est faible (fig. 33) la zone de
plasticité définie quand RAP > 3,25 atteint pratiquement
toute la base du remblai ; pour v = 0,38 la
zone de plasticité se développe au centre du remblai
et sur ses bords ; quand v croît, elle gagne la partie
supérieure du remblai et le coin inférieur (fig. 35).
Fig. 33. — v = 0,25.
74

Fig. 34. — 0,38. Apparition des zones de plasticité (en couleur)
pour un rapport limite > 3,25 suivant
les différentes valeurs du coefficient de
Poisson.
Fig. 35. — v = 0,499.
75

APPLICATION AU REMBLAI DU VAL-GUYON
E(bar)
Valeurs à prendre en compte pour le remblai
Module élastique du remblai
— module d'Young calculé en partant du module
œdométrique : 200 < E < 280 bars ;
— module obtenu par essai de plaque : 198 < E < 593
bars ;
— module pressiométrique : 74 < E < 195 bars ;
— module de compression simple : 40 < E < 150 bars.
ISO.
ÎOO
Si l'on suppose le matériau du remblai homogène
et isotrope, il nous semble plausible de prendre en
compte un module élastique E = 200 bars.
Coefficient de Poisson
On peut penser que le coefficient de Poisson dans le
remblai était inférieur à 0,40 lors de la construction
de celui-ci. Il semble très probable par ailleurs qu'un
apport d'eau dans le remblai et que les processus de
consolidation et de densification dans le temps aient
provoqué une augmentation de v qui aurait pu atteindre
0,499 lors de mise en charges temporaires de
l'eau interstitielle.
Nous supposerons donc de telles variations du coefficient
de Poisson qu'une étude ultérieure devrait
permettre de confirmer.
Conséquences des variations du coefficient de Poisson
Tassement (fig. 36)
Pour v = 0,42 et E = 200 bars, le tassement élastique
obtenu en fin de construction serait de 30,25 cm. Pour
expliquer le tassement d'environ 2 m constaté, il
faudrait que le module du remblai soit descendu à
30 bars.
Cela semble incompatible avec la réalité et le tassement
ne peut s'expliquer de façon élastique.
Fissuration
Si l'on suppose pour E = 200 bars que v passe de
0,40 à 0,499, on aurait un élargissement de la plateforme
de 9,5 cm, une zone en traction correspondant
à la partie supérieure de la plate-forme et sur 5 à 7 m
de profondeur. Les efforts de traction, maximaux au
centre du remblai, décroissent en profondeur et sur
les bords de remblai.
De telles contraintes doivent conduire, compte tenu
de la faible résistance à la traction de la craie, à l'apparition
de fissures longitudinales maximales au centre
du remblai et donc sensiblement analogues à celles
observées dans la réalité.
Fig. 36. — Tassement central élastique de la chaussée en fonction
de la variation de E.
Zones de plasticité
Une zone importante du remblai a atteint l'équilibre
limite (fig. 35), mais il est impossible de dire si cette
zone plastique va entraîner de grandes déformations.
Le calcul purement élastique ne nous permet pas de
voir les répartitions de contraintes résultant d'une
loi de déformation élastoplastique.
ESSAI D'EXPLICATION DES DÉSORDRES
DU VAL-GUYON
Tassement
Le tassement semble assez complexe et imputable
en partie à différents phénomènes :
— tassement dû à la consolidation et tassement
élastique qui n'ont pu se produire que relativement
rapidement (1 à 2 ans) et pour une valeur totale
certainement inférieure à 60 cm ;
— tassement différé dû soit à une mise en plasticité
du remblai (nuage) et difficile à préciser, soit plus
probablement à une densification du remblai à la
suite d'une modification de structure de la craie par
destruction des blocs crayeux de faible densité et
augmentation corrélative de la densité globale du
remblai sous l'effet de son propre poids. On constate
en effet une augmentation sensible de la densité optimale
de compactage à la suite de compactages répétés
détruisant les blocs. Or, une augmentation de densité
de 1,6 à 1,7 conduirait à un tassement de 2 m et ce,
de façon progressive comme il a été constaté.
76

1
Fissuration
L'action combinée du tassement et de l'apport d'eau
conduisant à une saturation du massif crayeux et à
des mises en charge de l'eau interstitielle même de
façon temporaire entraînerait une augmentation du
coefficient de Poisson, favorisant le développement
de fissures de traction longitudinales.
Cette interprétation se voit confirmée par trois faits
principaux :
— l'apparition des fissures seulement 18 mois après
la mise en service,
— l'injection des cinq mètres supérieurs du remblai
a neutralisé les fissures,
— aucune fissure n'a été observée sur la partie de
chaussée sud, butée par une importante décharge
modifiant totalement le schéma de contraintes précédemment
défini.
Recommandations
pour la construction des remblais crayeux
INFLUENCE DE LA PENTE ET DE LA
HAUTEUR DU REMBLAI
Les calculs ont été faits avec les hypothèses suivantes :
E = 100 bars
• v = 0,42
. 1H = 2 t/m 3
C = 0,05 bar
q> = variable
pente de talus 2/1 et 3/2
On a fait les observations suivantes :
1. le tassement AH au centre de la chaussée est proportionnel
à la hauteur et peu influencé par la pente
de talus (fig. 37) ;
2. l'élargissement — de la demi-plate-forme négli-
2
geable pour les remblais de faible hauteur atteint un
maximum pour les remblais d'une vingtaine de mètres
et est peu influencé par la pente de talus (fig. 38) ;
3. les contraintes de traction maximales sous la chaussée
n'apparaissent que pour des remblais supérieurs
à 10 m de hauteur et deviennent très importantes pour
77

des remblais de 20 à 30 m de hauteur ; la pente de
talus influence peu la valeur de ces contraintes (fig. 39) ;
4. l'angle de frottement minimal, pour éviter dans
le remblai le développement de zones de plasticité,
est fonction d'une part de la hauteur, d'autre part,
et ce de façon importante, de la pente de talus.
INFLUENCE DES CONDITIONS DE MISE
EN ŒUVRE
c„
X
\30-35° ^
1 i i \ 0".
La figure 40 montre les valeurs de R c
obtenues en
fonction du couple ya, w, résultat d'une intensité de
compactage donnée. Elle permet d'avancer quelques
conseils sur le compactage de la craie et son utilisation.
La résistance à la compression R c
nous permet de
calculer la cohésion C„ = — et de définir un critère
2
de stabilité à court terme. Si l'on adopte pour un
échantillon du remblai un coeflicient des terres au
repos de 0,6 on devra avoir, pour qu'il y ait équilibre :
o-i-o-3 <
R c
a, = 0,6 o-, d'où o\

RECOMMANDATIONS
Il convient de distinguer les bonnes craies ne demandant
a priori aucune précaution particulière hormis
les règles habituelles de bonne mise en œuvre, des
craies douteuses ou mauvaises que l'on peut caractériser
par les paramètres suivants :
— densité sèche (yd) < 1,7,
— résistance à la compression (R c
) < 50 bars (humide),
— vitesse longitudinale (V,) < 2 200 m/s,
— teneur en eau naturelle (w„) > 20 %.
Ces craies rencontrées le plus souvent avec de fortes
teneurs en eau naturelle seront :
— difficiles à mettre en œuvre,
— réduites facilement en pâte molle,
— sujettes au phénomène de « densification » par
destruction dans le temps des éléments blocs,
— une fois réduites en poudre auront des angles de
frottement faibles.
Remblai de faible hauteur : 0 à 5 m
La stabilité d'un tel remblai nécessitera une résistance
à la compression supérieure à 0,5 bar, ce qui est
facilement obtenu, même avec une forte teneur en
eau et un compactage faible ; les contraintes faibles
au cœur d'un tel remblai n'entraîneront que peu de
densification et pas de contraintes de traction.
Les critères de mise en œuvre seront donc prépondérants
sur les problèmes de stabilité. Les problèmes de
mise en œuvre se poseront si les teneurs en eau sont
fortes (elles étaient supérieures à 20 % dans le cas
de la craie du Val-Guyon) ; on aura alors intérêt,
pour faciliter cette mise en œuvre, à limiter au maximum
le fractionnement des blocs et à éviter un surcompactage.
La densité du remblai sera faible, mais
la mise en œuvre possible, en l'absence du phénomène
dit du « coussin de caoutchouc ».
Remblai de hauteur moyenne : 5 à 12 m
On devra avoir une résistance à la compression comprise
entre 1 et 2 bars et la teneur en eau de mise en
œuvre devra être inférieure à 20 % si l'on développe
une énergie correspondant au Proctor normal. Un
compactage plus poussé ne sera pas nocif, au contraire,
le fractionnement des blocs évitant les risques de
densification éventuels.
On ne devrait pas rencontrer dans ces conditions de
problèmes de stabilité et de fissurations.
Remblai de grande hauteur : 15 m et plus
Ces remblais devront être étudiés et réalisés comme
des ouvrages d'art. Il convient en effet de déterminer,
en fonction de la géométrie du remblai et des contraintes
qui s'y développent, quelles sont les caractéristiques
minimales tolerables.
Nous avons vu que dans le cas du remblai plan du
Val-Guyon de 34 m de hauteur, ces conditions auraient
été les suivantes :
— R c
> 3 ce qui nécessite une teneur en eau de mise
en œuvre inférieure à 19 % et une intensité de compactage
supérieure à l'OPN évitant ainsi les densités
inférieures à 1,65 ;
— angle cp > 34° pour une pente de 2/1 ou (p > 38°
pour une pente de 3/2 ;
— un fractionnement poussé à l'extraction et à la
mise en œuvre de façon à désagréger les blocs les plus
tendres et à éviter ainsi les phénomènes de densification
ultérieurs ;
— éviter toute entrée d'eau dans le remblai en cours
et après la construction, en excluant tout collecteur
dans le terre-plein central et en effectuant une imperméabilisation
totale de la plate-forme.
A priori, l'ensemble de ces conditions était irréalisable,
la teneur en eau à l'extraction étant trop forte et le
fractionnement intense étant peu conciliable avec un
angle de frottement élevé : les désordres observés
étaient donc prévisibles.
Conclusion
L'étude du remblai du Val-Guyon nous a permis de mettre en lumière les causes des désordres susceptibles
de se produire sur les remblais crayeux de grande hauteur en « mauvaise craie ».
L'ensemble des phénomènes résulte de la conjonction d'une craie de faible densité (donc de faible
résistance, facilement transformable en pâte de façon statique) et d'une forte teneur en eau à la
mise en œuvre ou introduite ultérieurement dans la vie du remblai.
Trois processus semblent primordiaux :
— une densification de la masse du remblai par désagrégation des blocs les plus tendres entraînant
une consolidation lente et régulière, donc des tassements importants ;
79

— le développement de fissures de traction résultant d'un processus élastique permettant le développement
de contraintes de traction liées à une variation du coefficient de Poisson probablement
résultant de mises en charge même partielles et temporaires de Veau interstitielle ;
— la mise en plasticité de zones importantes pouvant conduire à des phénomènes de fluage
assez complexes.
Les grands remblais crayeux en mauvaise craie sont donc à étudier et à réaliser comme des ouvrages
d'art ; les conséquences des désordres apparaîtront comme d'autant plus graves que le remblai
sera dissymétrique et d'épaisseur variable en profil en travers.
Cet article s'appuie sur les travaux de MM. Guerpillon, Pasturel, Puig et de Raguenel effectués au
Laboratoire de Rouen et exprimés dans des documents internes.

Problèmes de terrassement
dans la craie
J. PUIG
Assistant
Laboratoire régional de Rouen
introduction
et en
Picardie.
Dans le cadre des grands programmes d'aménagement en cours, les
travaux de terrassement intéressent de plus en plus fréquemment le
substratum crayeux du Bassin parisien, particulièrement en Normandie
Il s'agit essentiellement de déblais et remblais autoroutiers, d'emprunts destinés au remblaiement,
de tracés d'autoroute ou de zones industrielles par exemple.
Les volumes mis en œuvre atteignent ou dépassent fréquemment un million de mètres cubes.
Or, ces dernières années, certains chantiers de cet ordre ont posé des problèmes importants de circulation
d'engins, de réemploi et de compactage, de tassement et de stabilité dans le cas de grands
remblais.
En fait, le laboratoire s'avérait assez démuni en ce qui concerne l'étude préalable de ces problèmes.
La craie se comporte, en effet, tantôt comme une roche, tantôt comme un sol, et l'on utilisait indifféremment,
sans beaucoup de succès, les types d'essais adaptés à l'un ou l'autre état (granulométrie,
résistance à la compression, limites d'Atterberg, densité, compactage Proctor).
Il s'avérait très difficile de préciser :
— le seuil de non-utilisation possible d'une craie,
— les méthodes d'extraction et de compactage les mieux adaptées.
Les constatations effectuées sur les chantiers de terrassement crayeux nous ont montré qu'il était
nécessaire de rechercher et mettre au point des méthodes d'identification et d'étude de terrassement
mieux adaptées à ce type de matériau.
On trouvera ci-après un certain nombre de constatations sur chantier et les enseignements qui ont
pu être obtenus en partant des études réalisées à Rouen, et dans les Laboratoires de Lille, de Saint-
Quentin, de l'Est parisien, et au LCPC.
81
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - Spécial V - Octobre 1973

La craie et les essais géotechniques
Avant extraction, nous avons affaire à un massif
crayeux rocheux dont l'analyse géologique générale,
la lithostratigraphie et la pétrophysique au niveau
des blocs élémentaires ont été étudiées 1 .
En terrassement, sous les actions des engins d'extraction,
du pétrissage dû aux passages des matériels de
transport et du compactage, les blocs de craie de
faible densité (craie blanche) se transforment en
craie-sol.
La destruction partielle ou complète de la structure
« roche » dépend, bien sûr, des conditions de gisement,
mais aussi et surtout, dans le cadre précis des craies
ayant posé des problèmes de terrassement, des conditions
d'extraction et de mise en œuvre.
La craie-sol
Au point de vue minéralogique, toutes les craies
étudiées sont à peu près exclusivement carbonatées
(tableau I).
Type de craie
TABLEAU I
Teneur en CaCÛ3
(%)
Densité des
grains solides y/«
Pacy-sur-Eure 97,1 2,714
Sauqueville 98,4 2,720
Incarville 98,9 2,724
Belbeuf 96,9 2,721
Saint-Cloud 96 2,72
Malincourt 98,5 2,72
Serain 97,6 2,72
Morval 96,8 2,72
Combles 96,9 2,72
Feuillères 97,1 2,72
M. Masson a montré que la faible teneur en argile
trouvée dans le résidu ne joue pas un rôle notable
dans le comportement géotechnique.
Dans la classification des sols LPC, on dispose d'un
nombre de grandes familles qui ont des propriétés
géotechniques suffisamment différentes pour que le
rattachement d'un matériau donné à l'une des familles
permette une connaissance approximative, mais fort
utile, de ses propriétés géotechniques.
Pour la craie-sol, les caractéristiques qui servent au
classement, granulometrie et limites d'Atterberg, sont
difficiles à mesurer.
Granulométrie
La granularité de la craie est variable en fonction
des précautions que l'on prend pour effectuer l'essai.
Par voie humide (essai normalisé), les éléments se
fragmentent aisément et même se délitent dans l'eau
au cours des opérations de lavage-tamisage.
Par voir sèche, il est impossible de séparer les éléments
les plus fins qui restent collés aux éléments les plus
gros et, si l'on poursuit le tamisage, on produit par
attrition une proportion de fines non contrôlable.
Cet essai n'est donc pas significatif, et ne peut être
pris en compte pour le classement géotechnique de
la craie. De plus, entre l'extraction et la mise en
œuvre-compactage, l'évolution de la granularité peut
être très importante.
On peut en juger par quelques essais réalisés avec
un mode opératoire qui semble mieux adapté à ce
type de matériau. Afin d'éviter au maximum le délitage
au cours de l'essai, nous avons utilisé de l'alcool
à la place de l'eau.
Ces essais ont été effectués sur des prélèvements au
déblai de Bonnières, au remblai du Val-Guyon, après
apparition des désordres et récemment au cours de
mise en œuvre sur l'autoroute A 15 au remblai du
« four à chaux » (fig. 1).
Suivant les critères de classification LPC, on peut
donc être en présence d'un sol grenu (craie brute
du déblai de Bonnières), ou d'un sol fin (craie de
l'autoroute A 15).
On conçoit aisément que le comportement géotechnique
soit très différent.
-S 100
S 40
CAILLOUX GRAVIERS GROS SABLE SABLE FIN
\
'
\ > S S
T
• mm 200 100 5 0 2 0 10 S 2 1 0,5 0,2 0,1 50p 20u
(T)
Fraction 0/20 de la craie-sol extraite du déblai de Bonnières
(2) A 15 après mise en œuvre et 8 passages Tamping C 825
\
J
-
Y
(3) Remblai Vai-Guyon
1. Cf. article de M. Masson : Pétrophysique de la craie.
Fig. 1. — Courbes granulométriques de la craie-sol.
82

1
Limites d'Atterberg
Sous l'action de pétrissage des engins de chantier
et des compacteurs, la craie se transforme en une
pâte à comportement plastique et parfois même (tout
particulièrement lors de conditions météorologiques
défavorables) en une boue impossible à travailler.
Si l'on considère que la très faible proportion d'argile
peut être négligée, les limites d'Atterberg effectuées
sur le mortier (fraction à 0,4 mm) dépendront de la
granulante du matériau.
Bien que l'augmentation du pourcentage de fines
puisse entraîner une évolution de la plasticité, un
certain nombre de résultats obtenus sur différentes
craies-sol, montrent que leur fraction mortier aurait
plutôt des caractéristiques géotechniques se rapprochant
d'un limon peu plastique Lp (fig. 2).
La craie-sol est un matériau particulier, difficile à
classer, car en fait, suivant le nombre de manipulations
qu'elle aura subi, elle pourra être classée comme
un sol grenu (grave limoneuse ou grave argileuse,
suivant la plasticité du mortier), ou comme un sol
fin (limon peu plastique ou argile peu plastique).
Quelle que soit la dénomination adoptée, elle caractérise
mal ce type de matériau et elle ne permet pas
au départ d'avoir une idée de son comportement
géotechnique.
X
X
Ap ,
"i '«"
x'«
y
o
LO
I
5
1 n
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Teneur en eau
Limite de liquidité
Fig. 2. — Plasticité de quelques craies-sol.
Ce paramètre est aussi assez délicat à définir.
Teneur en eau de la craie-bloc
Dans le massif, les craies ayant posé des problèmes
en terrassement sont en moyenne à des teneurs en
eau proches de la saturation (tableau II).
L'influence de la teneur en eau sur les caractéristiques
mécaniques est extrêmement importante. Ce
paramètre déterminant pour les valeurs trouvées dans
les essais mécaniques, l'est aussi sur les chantiers.
w L
Type de
craie
moyenne
TABLEAU n
w % Pour­
moyenne
saturé (cal­
°/
culé) pour centage
de
/o Y* = 2,72 saturation
Pacy-sur-Eure 1,52 27,5 28,9 96
Sauqueville 1,50 24,5 29,7 83
Incarville
Rouvray
1,59
1,57
22,5
22,5
26,1
26,9
86
83,5
Belbeuf 1,60 15,8 25,7 61,5
Saint-Cloud 1,57 25,7 26,9 96
RN 1 1,51 24,3 29,4 83
Malincourt 1,53 25 28,6 87,5
Serain 1,65 20,3 23,8 85,5
Mot val 1,59 24,8 26,1 95
Combles 1,64 19,5 24,2 80,5
Feuillères 1,82 14,7 18,1 81
Teneur en eau de la craie-sol
Lors des manipulations dues à l'extraction, à la mise
en œuvre et au compactage, la craie-bloc est soumise
à des efforts mécaniques violents qui la réduisent
en craie-sol et qui libèrent l'eau. Celle-ci, en tant que
constituant de la craie-bloc, avait peu d'influence
sur les caractéristiques physiques. Il n'en est plus de
même avec la craie-sol. A teneur en eau égale de
départ (craie-bloc), plus les efforts mécaniques seront
importants, plus on libérera de l'eau qui viendra
lubrifier en quelque sorte les éléments constitutifs
de la craie-sol. D'autre part, plus la teneur en eau
de la craie-bloc sera forte, moins seront importants
les efforts mécaniques pour obtenir rapidement une
craie-sol. Les craies ayant posé des problèmes à la
mise en œuvre ont toutes des résistances à la compression
simple, (à la teneur en eau naturelle) très
faibles, comprises entre 10 et 40 bars.
La teneur en eau de la craie-sol est donc un paramètre
très important : d'une part, il renseigne pour la craiebloc
sur la fragilité de la craie soumise à des efforts
mécaniques violents ; d'autre part, il est, comme le
dit M. Reverdy [6] un des quatre éléments qu'il est
impossible de maîtriser parfaitement sur un chantier
de terrassement.
Dans la craie-sol, on peut parler de teneur en eau
« globale », mais il est impossible de faire la part de
l'eau de rétention capillaire (bloc de craie intact) et
la part de l'eau « libérée » qui conditionne le comportement
du sol à la mise en œuvre et au compactage.
Il est donc très difficile de déterminer une teneur en
eau probable de compactage pour la craie-sol.
Conditions probables de mise en œuvre et de compactage
Essai Proctor
En applicant le mode opératoire normalisé de l'essai
Proctor, et s'agissant d'un matériau évolutif, en
reconstituant un échantillon pour chaque point Proctor,
on obtient sur la craie-sol une courbe Proctor
83

16 18 20 22 24 w% 16 18 20 22 24
a) Courbe Proctor obtenue et courbe Proctor corrigée. b) Production de finesde compactage.
Fig. 3.
très mal définie sans optimum marqué. Ce fait s'explique
par la disparité dans la production des fines au
compactage.
Plus la proportion d'éléments fins est importante,
plus la densité obtenue par compactage devrait être
forte. Si le matériau compacté était identique pour
l'ensemble des teneurs en eau, on aurait donc une
« courbe corrigée » plus conforme à ce que l'on
obtient avec un sol classique (fig. 3).
Influence de l'état initial
Les conditions de préparation des échantillons pour
la réalisation de l'essai Proctor ont aussi une grande
influence sur le résultat de l'essai.
Si l'on prend deux échantillons de nature identique
provenant d'un même chantier et si l'on effectue
deux compactages Proctor normal :
— l'un avec des éprouvettes obtenues en partant de
la teneur en eau naturelle par évaporation lente et
humidification,
— l'autre avec des éprouvettes préalablement séchées,
puis réimbibées pendant 24 h,
on obtient deux courbes très différentes (fig. 4).
77 est donc impossible de définir par la méthode habituelle
une densité maximale et une teneur en eau optimale
de compactage.
Influence du nombre de compactages
La craie-bloc se présente, à partir des observations
au microscope électronique, comme un empilement
anarchique de grains de calcite (fig. 5a).
Sous contrainte statique ou dynamique, ou en terrassement
sous l'action des manipulations successives,
il y a destruction partielle de cette texture. L'action
de compactage tend à réaliser une texture plus
compacte accompagnée d'une fragmentation des
coccolithes constituant en quelque sorte dans la
craie-bloc des ponts de matière à l'intérieur même
de la matrice.
L'aptitude à la compaction de la craie-sol est bien
mise en évidence si l'on effectue une série de compactages
successifs à l'énergie Proctor normal (fig. 6).
Avec la craie de Pacy-sur-Eure, pour une teneur en
eau de 20 %, on obtient 1,46 au premier compactage
et 1,61 au troisième compactage.
Les figures 5 b et 5 c montrent bien l'évolution de
la texture, et le resserrement des grains, peu visible
après un compactage, apparaît particulièrement accentué
après quatre compactages.
Cette aptitude à la compaction est étroitement liée
à la texture. La connaissance géologique et pétrophysique
de la craie en place est prépondérante.
Les résultats de l'analyse pétrophysique renseignent
bien sur les paramètres liés à cette texture (densité,
microdureté, résistance à la compression, teneur en
eau).
Pour l'étude de terrassement, l'étude de la portance
en fonction de la teneur en eau de départ et du nombre
de compactages répétés apparaît comme un test de
comportement global de la craie.
x-
16 18 20 22 24 26 28
w %
Fig. 4. — Compactage Proctor normal, fraction 0/20.
X-
-x
Portance
Pour une teneur eau donnée, le nombre de manipulations
(une manipulation = une intervention mécanique
modifiant la granularité de la craie) influe
directement sur la portance. Le graphique (fig. 7)
montre que pour une teneur en eau de 22 %, on
84

Fig. 5. — Craie de Pacy-sur-Eure.
Observations au microscope électronique.
1,60
7d
• 1 compactage
0 2 compactage
e
1 3 e compactage
CBR
50,
*0
30
p
\
\ V
t \ 1
>
L
1,50
U0
20
10
\
\
\
1 V
\
w %
Fig. 6. — Essai Proctor normal.
Cinq couches.
w %
Fig. 7. — Essai CBR.
Poinçonnement immédiat.
Craie de Pacy-sur-Eure. Evolution de la densité sèche et du CBR
immédiat en fonction du nombre de compactages.
a) Etat avant compactage ( x 2500),
^100
1 90
" 80
(A
I 70
E
¡3 60
V)
•ë 50
4 0
f
§ 30
o 20
1 0
0
CAILLOUX GRAVIERS GROS SABLE SABLE FIN
Graviers Sable ^Craie
• mm 200 100 50 20 10 5 2 1 0,5 Q2 0,1 50u 20u
Fig. 8. — Analyse granulométrique des constituants.
b) Etat après un compactage ( x 2250),
peut avoir une excellente portance au premier compactage
(CBR = 37), alors qu'elle devient très faible
au troisième compactage (CBR = 8).
Pour une teneur en eau donnée, plus le nombre de
compactages est élevé, plus le pourcentage de mortier
(ou pâte), est important. Pour un état donné, ce
pourcentage influe directement sur la portance.
A partir de quel pourcentage de pâte a-t-on l'apparition
d'une portance faible conduisant à des conditions
de mise en œuvre difficiles ?
Cette étude a été effectuée sur deux types de craie :
Feuillères et Combles, la première étant considérée
comme excellente, la seconde comme médiocre.
c) Etat après quatre compactages ( x 2250).
Les échantillons de craie à étudier ont été broyés à
sec jusqu'à l'obtention d'une poudre de granularité
0/0,5. A ce stade de fragmentation, on peut avancer
que la craie était très peu ou pas évolutive.
85

Afin d'obtenir un matériau 0/20, du sable propre et
du gravier de granularité donnée par la figure 8 ont
été ajoutés dans les proportions suivantes :
craie : x
sable 0,5/5 roulé et lavé : 100-x
5/20 silex :
100 -x
Ces deux derniers matériaux n'étant pas évolutifs,
seul, le pourcentage de la craie pourrait donc modifier
la portance du mélange.
Résultats
La variation de la portance (CBR immédiat) pour une
énergie de compactage de Proctor normal est très
significative. Pour la pâte seule, le CBR chute très
rapidement entre 16 et 18 % pour Feuillères et entre
21 et 22 % pour Combles (fig. 9).
Dès que l'on introduit du sable et du gravier, le comportement
est très différent.
Pour des pourcentages de craie de 10 %, le squelette
sable-gravier l'emporte nettement sur la matrice, la
craie joue le rôle de liant et la portance est excellente
(fig. 10 et 11).
Le comportement du mélange est sensiblement le même
que celui de la pâte dès que le pourcentage de cette
dernière est supérieur à 20 %.
Il semble même que l'eau se porte essentiellement sur
la craie, les mélanges contenant un fort pourcentage
de craie ont une portance qui chute rapidement pour
des teneurs en eau plus faibles.
L'essai CBR permet de chiffrer la portance. Bien
qu'empirique, il nous paraît devoir être le seul donnant
un critère valable pour la détermination des conditions
probables de mise en œuvre.
86

Recherche et mise au point
d'essais mieux adaptés
La liaison entre l'identification géotechnique de la
craie-roche et le comportement sur chantier ne peut
être réalisée au moyen des essais classiques de sols.
Nous avons donc tenté d'utiliser des tests de comportement
empruntés aux essais de pierres pour la mise au
point d'un classement géotechnique directement applicable
aux problèmes de terrassement.
Il s'agit de l'essai Deval et de l'essai de vibrobroyage,
ces deux essais ont été adaptés.
Pour les deux, il est pris en compte la production
d'éléments fins (tamisât à 1,6 mm pour le Deval et
tamisât à 1,25 mm pour le vibrobroyage) produits
à partir de blocs de craie de tailles différentes. Cette
production plus ou moins importante d'éléments fins
a une incidence directe sur la portance.
En ce qui concerne la prévision du comportement sur
chantier, l'étude en laboratoire courante (Proctor -
CBR) des conditions de terrassement ne s'applique
pas à la craie-sol ; il est donc impossible, par cette
méthode, de déterminer les conditions probables de
mise en œuvre et de compactage.
Il n'est pas possible de définir une densité, celle-ci
variant avec le nombre de manipulations pouvant
conduire même, pour une teneur en eau donnée, à
une portance très médiocre.
Il est apparu que l'utilisation d'un essai de compactages
répétés et poinçonnement CBR, prenant en
compte la production d'éléments fins - densification,
en fonction de la teneur en eau de la craie-sol, pouvait
apporter les éléments nécessaires à la détermination
des conditions probables de mise en œuvre et de compactage.
Essai Deval 2
Essais comparatifs sur cubes sciés
et sur blocs 4 x 7 cm
Dans cet essai, il était important de déterminer si
la forme de 44 blocs nécessaires à l'essai avait une
influence sur la quantité de pâte produite en fonction
du nombre de tours. Des essais ont donc été réalisés
sur des cubes sciés et sur des blocs sensiblement parallélépipédiques
de 4 x 7 cm d'arête environ.
Les résultats sont donnés dans le tableau III.
La différence sur la production de fines n'est importante
que pour les craies fragiles (Sauqueville). Elle
est due essentiellement à l'augmentation du nombre
de blocs dès les premiers tours du pot Deval, ce qui
conduit bien sûr à une augmentation très sensible
du nombre d'arêtes.
2. Essais réalisés par le Laboratoire de Saint-Quentin.
>-15
-
k
-
= 10
.s'A
V>" >
• s*
•
-
A
/A
V s>A !>'
IV ^'
^-^
100 200 300 500 800 1300 1600 1800
Nombre de tours
x xlncarville A ABelbeuf û A Feuillères••--•Combles
»__#Sauqueville Malincourt • • Serain o—-—OMorval
Fig. 12. — Essai Deval à teneur en eau naturelle.
Variation du pourcentage de tamisât cumulé à 1,6 mm pour huit
craies différentes en fonction du nombre de tours.
4 i
;
-J
100 200 300 500
kBelbeuf
i Malincourt
I i .... i 1 I 1 1 1
800
1300 1600 1800
Nombre de tours
A
ûFeuillères
• • Serain
•—-•• Combles
o-—O Morval
Fig. 13. — Essai Deval sec.
Variation du pourcentage de tamisât cumulé à 1,6 mm pour six
craies différentes en fonction du nombre de tours.
87

TABLEAU m
Pourcentage de tamisât à 1,6 mm cumulé
Résultats sur cubes (sciés) et blocs parallélépipédiques
Nombre tours 100 200 300 500 800 1 300 1 600 1 800 2 000 2 200
Cubes 1,7 3,3 5 6,5 10 13,4 16,2 18,4 20,9 23,5
Feuillères
Blocs 1,4 3 5 7 9,3 13 16,2 18,4 19,4 21,2
Différence +0,3 +0,3 0 -0,5 +0,7 +0,4 0 0 + 1,5 +2,3
Différence peu significative.
Cubes 6,7 14 23,2 31,6
Sauqueville
Blocs 11,4 20,6 29,6 39
Différence -4,7 -6,6 -6,4 -7,4
Différence significative, augmentation du nombre d'arêtes dès les premiers tours par fragmentation des blocs.
Cubes 2,5 4,6 7,4 11,5 17,9 24,6 30,3
Malincourt
Blocs 4,5 6,7 10 14,1 22 29,8
Différence -2 -2,1 -2,6 -2,6
-4,1 -5,2
Comportement analogue à celui de la craie de Sauqueville, mais différence moins importante.
Cubes 2,5 4,7 8,3 13,3 19,3 25,8 30,3
Morval Blocs 4,3 8,1 12 17,3 22,4 28,8 33
Différence -1,8 -3,4 -3,7 -4 -3,1 -3 -2,7
Cubes 1,6 3,9 5,9 9 13,3 18,7 23,3 27 30,5
Combles
Blocs 2,8 6 9,6 14,4 19,6 23,2 29,9 32,8 37
Différence -1,2 -2,1 -3,7 -4,6 -6,3 -4,5 -6,1 -5,8 -6,5
Comportement voisin des précédents mais à noter, pas d'augmentation au-delà de 500 tours.
Cubes 3,5 5,6 8,4 12,2 17,8 22,2 27,6 31,8
Blocs 2,2 5 8,2 12 17 22,4 26,6 30 36
Serain Différence +2,3 +0,6 +0,2 +0,2 +0,8 -0,2 + 1 + 1,8
Hétérogénéité, présence de nodules phosphatés. Les blocs ont automatiquement été pris dans les échantillons les
plus durs, résistant le mieux au burin et permettant de tailler des morceaux de 4x 7 cm environ.
A noter que pour augmenter l'attrition, après chaque
pesée, seuls les blocs étaient réintroduits dans le pot.
Essai Deval en présence d'eau (blocs à teneur en eau
naturelle proche de la saturation)
et essai Deval sec.
A partir des essais réalisés sur huit types de craie
pour le Deval en présence d'eau et six types pour
le Deval sec, on peut classer les craies en fonction
du pourcentage de pâte produite pour un certain
nombre de tours, soit, en somme, en fonction de leur
« fragilité » (fig. 12 et 13).
Au bout de 500 tours avec l'essai sur blocs à teneur
en eau naturelle, le comportement est différent selon
le type de craie (tableau IV).
TABLEAU IV
Deval en présence d'eau (blocs à teneur en eau naturelle)
Pourcentage de tamisât cumulé à 500 tours du pot Deval
pour huit types de craie
Incarville Sauqueville Belbeuf Malincourt
17 % 40 % 4,5 % 12,5 %
Feuillères Serain Combles Morval
5 % 10,5 % 8 % 10,5 %
88

On a, d'une part, des craies peu fragiles (Belbeuf
et Feuillères), des craies moyennement fragiles (Malincourt,
Serain. Combles et Morval) et des craies
très fragiles comme Sauqueville. Avec le Deval sec,
les différences sont bien moins significatives.
L'attrition produite par les différentes opérations de
terrassement pourra donc être appréciée au moyen
de cet essai.
Mais c'est un essai long, demandant une préparation
minutieuse de 44 blocs de dimensions 4 x 7 cm environ,
qui ne rend pas compte à lui seul de toutes
les conditions dans lesquelles se trouve soumise la
craie au cours des manipulations.
La production d'éléments fins à 100 tours du pot
Deval, ce qui est déjà énorme par rapport à ce qui
peut se produire sur chantier est, excepté pour Sauqueville,
très faible et inférieure à 4 %.
Ce mode d'usure n'explique pas à lui seul la grande
proportion de fines rencontrées dans les remblais
(ex. Val-Guyon) après mise en œuvre. Il peut correspondre
à un certain atelier de mise en œuvre très
limité et peu réaliste.
Vibrobroyage 3
Mode opératoire
Cet essai a l'avantage de permettre l'utilisation des
échantillons demandant une préparation moins importante
; il est donc très rapide.
Après concassage de blocs de craie préalablement
séchés, on reconstitue un échantillon de granularité
5/20 (fig. 14) qui est immergé pendant une heure.
Trois essais au vibrobroyeur sont réalisés :
— usure à sec,
— usure à teneur en eau obtenue après une heure
d'immersion (proche de la saturation),
— usure à teneur en eau obtenue après une heure
d'immersion, le bol étant rempli d'eau.
Après 30 secondes de vibration, on détermine par
tamisage sous l'eau le pourcentage du tamisât passant
à 1,25 mm.
Le poids de matériau introduit à chaque essai est
calculé avec le rapport suivant : (500-d)/2,8
500 = volume du bol en cm 3 ,
2,8 = densité des matériaux normalement utilisés.
Résultats
Ce classement (tableau V) est bien lié aux difficultés
apparues lors de la réalisation des terrassements,
excepté pour Sauqueville. Pour cet emprunt, il est probable
que la teneur en eau de l'essai très inférieure à
la teneur en eau moyenne (21 au lieu de 24,5 %)
et le mode de préparation (concassage à sec, éliminant
les blocs les plus tendres dans le cas d'une craie très
hétérogène) ont influencé l'essai.
Dans cet essai, la craie se trouve broyée non plus
seulement par attrition, mais surtout par éclatements
successifs dus aux contraintes développées au cours
de l'essai et transmises bloc en bloc.
3. Essais réalisés par M. Struillou au LCPC, section de minéralogie
et pétrographie appliquées, cf. article suivant : Etude par
vibrobroyage de l'aptitude des craies au compactage.
TABLEAU V
Pourcentage tamisât à 1,25 mm
moyenne sur 3 essais
Provenance
échantillon
Usure
« à sec »
%
Usure
« saturé »
/o
Usure
« saturé
+ 250gd'eau»
%
Teneur en eau après
1 h d'immersion
%
Teneur
en eau naturelle
moyenne
%
Observations de chantier
Belbeuf 9 14 36 15 15,8
Rouvray 14 20 36,3 23 22 Pas de problème majeur à l'extraction
et à la mise en œuvre.
Saint-Cloud 15 26,6 61,5 26 25,7 Craie mise à la décharge.
Sauqueville 16 28* 73 21 24,5 Gros problèmes à la mise en œuvre,
craie très hétérogène.
Incarville 17,8 31* 87 21,6 22,5 Quelques problèmes à la mise en
œuvre si extraction au bouteur
+ chargeur. Pas de problème avec
l'extraction à la pelle.
Pacysur-Eure
18 44 92,2 26 27 Problèmes importants à l'extraction
et à la mise en œuvre.
* Sauqueville et Incarville identiques si l'on tient compte des teneurs en eau réelles en place.

100
90
80
7 0
60
50
40
30
2 0
1 0
• mm 200 100 50
Fig.
S 20
CAILLOUX | GRAVIERS
\
L
\
20 10
14. — Granulométrie des gravillons de craie pour essai de
vibrobroyage.
1 0
Belheuf
\
\
Sauc lueville •
/
/
/
/
1
Par>\/_ci ir.Pi iro
/
/
/
m
/
/
/
/
/
/
/
/
/
• Incarville
/
y* Sain -Cloud
•
^ • L Rouvra'
sec
R„ saturé
Fig. 15. — Relation entre l'augmentation du pourcentage de tamisât
à 1,25 mm entre l'essai saturé et l'essai sec (vibrobroyage) et le
rapport Rc sec/if
c
« sat. ».
On peut d'ailleurs remarquer que plus le rapport
Rc sec//? c
sat. est élevé, plus la différence entre le
pourcentage du tamisât à sec et « saturé » est forte
(fig. 15).
La production d'éléments inférieurs à 1,25 mm est
très importante. Compte tenu de l'influence de cette
fraction granulométrique sur les conditions probables
de mise en œuvre, on peut raisonnablement se
fixer une limite à 30 %.
Cette limite peut être prise en compte aussi bien dans
l'essai d'usure « saturé » (conditions de mise en œuvre
par temps favorable) que dans l'essai d'usure « saturé
dans l'eau » (conditions de mise en œuvre par
temps de pluie ou après précipitations importantes).
Il serait donc possible avec cet essai de déterminer
rapidement l'aptitude d'une craie au terrassement
(tableau VI).
TABLEAU VI
Usure « saturé » et usure « saturé
dans l'eau», donnant un pourcentage
d'éléments inférieurs à 1,25 mm, inférieur
à 30 %.
Usure « saturé » donnant un pourcentage
d'éléments inférieurs à 1,25 mm,
inférieur à 30 % et usure « saturé
dans l'eau» produisant plus de 30%
d'éléments supérieurs à 1,25 mm.
Cas où les deux essais donnent un
pourcentage supérieur à 30 %.
Essai de compactages répétés
Craie tous temps à
utiliser sans précautions
particulières.
Craie à employer en
dehors des périodes
défavorables.
Craie dangereuse.
Chaque échantillon réduit en fraction 0/20 est soumis
à des compactages répétés (énergie Proctor normal)
pour des teneurs en eau différentes encadrant
la teneur en eau naturelle moyenne, mais très voisines.
Après chaque compactage, un poinçonnement CBR
immédiat est effectué.
On assimile un compactage à une manipulation.
Compte tenu de la préparation en fraction 0/20,
celle-ci conduit en fait déjà à obtenir un échantillon
ayant subi une manipulation qui, bien sûr, a produit
une quantité non négligeable d'éléments fins (Cf.
§ granulométrie ). On peut estimer que leur pourcentage
ne dépasse pas 15 % à 1,25 mm.
Ces essais ont été réalisés sur cinq types de craie :
Rouvray - Incarville - Sauqueville - Pacy-sur-Eure -
Saint-Cloud.
Normalement, pour un sol non évolutif, le nombre
de compactages pour une énergie donnée influe peu
sur la densité sèche. La production de fines est négligeable.
Il n'en est pas de même pour la craie.
L'augmentation de la densité sèche pour une même
teneur en eau peut être très importante en fonction
du nombre de compactages.
Cet essai peut donc permettre de déterminer la sensibilité
aux manipulations pour une craie dans un état
donné et de fixer la valeur maximale de la densité
sèche qu'elle pourra atteindre.
90

Evolution de la densité sèche en fonction du nombre
de compactages
Pour des teneurs en eau faibles, la densité continue
à évoluer au-delà de cinq compactages et atteint un
palier entre sept et huit compactages.
Pour des teneurs en eau élevées (> 22 %), la quantité
d'eau devient trop importante, il est difficile de dépasser
deux à trois compactages sans apparition du
« coussin de caoutchouc » ; la densité sèche maximale
obtenue est beaucoup plus faible (fig. 16).
Si Ton compare les résultats obtenus pour les différents
types de craie (y 2 2 %
1 2 3 U 5 6 7 8
Nombre de compactages
Fig. 16. — Allure des courbes obtenues en fonction du nombre
de compactages.
Evolution de la portance et des caractéristiques. Conséquences
Considérons maintenant une série de courbes (fig. 17)
obtenues après un nombre de compactages croissant
avec les valeurs du CBR immédiat correspondantes.
• Un premier cas est celui d'une densité sèche moyenne
pour une teneur en eau faible (point I).
Supposons que la teneur en eau ne varie pas : il
n'y aura pas d'augmentation de la densité sèche si
les contraintes ultérieures ne sont pas supérieures à
celles mises en œuvre au compactage.
Types
de
craie
yd max. pour
5 compactages
répétés
TABLEAU VII
e
>>
° R
S-S
Différence
v= moyenne
bloc
Incarville 1,68 1,59 0,09 17,5 22,5 5
o
«> i
*-
Si
Q*
correspondante
Pacy-sur-
Eure 1 66 1,52 0,14 20,0 27,5 7,5
Rouvray 1,64 1,57 0,07 19,6 22,5 2,9
Sauqueville 1,63 1,50 0,13 19,4 24,5 5,1
Saint-Cloud 1,62 1,57 0,05 18,3 25,7 6,4
/o
1,40 I I I I I I I • I I I I
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 w %
Fig. 17. — Courbes Proctor normal pour différents nombres de
compactages.
Les caractéristiques mécaniques seront élevées 4
si
l'on se réfère aux résultats obtenus sur la craie de
Val-Guy on (fig. 18) : R c
est très supérieur à 2 bars.
La portance est excellente (CBR immédiat > 20).
Si la teneur en eau vient à augmenter et s'il n'y a
pas modification des contraintes, les caractéristiques
mécaniques se trouveront modifiées ; R c
peut être
alors inférieur à 2 bars ; la portance (CBR après
imbibition) peut chuter au-dessous de la valeur CBR =
10.
• Un second cas est celui d'une densité sèche faible
pour une teneur en eau élevée (point II proche de la
saturation).
Au départ, la mise en œuvre sera difficile (portance
très faible même après un compactage) avec apparition
rapide du « matelas ».
Les caractéristiques mécaniques seront très médiocres
R c
< 2 bars et des risques d'instabilité mécanique
seront à craindre.
4. Cf. article précédent de A. de Raguenel : Stabilité des remblais
crayeux de grande hauteur.
91

Rc(bar)
6
4
0
3
2
O 16 %
A 18 %
• 20 %
• 22 %
//
///
JA
w
•y
/
Granu ométrie creuse
Granu ométrie sableu se >
//y
/ff y*
•
Energie
Proctor norma i
,— \
Energie
Pr< )ctor modifié
0
100 200 300 400 500
Energie de compactage
Fig. 18. — Résistance à la compression simple en fonction de la
teneur en eau et de l'énergie de compactage (craie de Val-Guyon).
n
y
O
•
•
Détermination du nombre de manipulations au-delà duquel
la portance est faible,
La figure 19 donne le nombre de compactages en
fonction de la teneur en eau au bout duquel le CBR
est inférieur à 10. Si l'on place la valeur des w„
moyennes sur ces courbes, il apparaît que le nombre
N de compactages à partir duquel la portance est peu
compatible avec la bonne exécution des travaux est :
— pour Rouvray : 3 < N < 4
— pour Incarville : l < N < 2
— pour Sauqueville : 1 < N < 2
— pour Pacy-sur-Eure : N < 2
— pour Saint-Cloud : N < \
Nous avons calculé pour chaque essai les valeurs de :
V a
= volume de l'air avec ys = 2,72
Un CBR immédiat < 5 est obtenu sur les divers types
de craie pour des valeurs de V a
nettement différentes
(tableau VIII).
On pourra a priori « manipuler » la craie de Rouvray
au-delà de la teneur en eau moyenne du gisement.
TABLEAU VU!
Types
de
craie
Rouvray
Incarville
Sauqueville
Pacy-
sur-
Eure
Saint-
Cloud
\ Ro uvray
\
\
N
Sauquevill
1 ncarvi
S
[ avy-sur-i-ui c
N
V
w (%)
correspondante
moyenne
% dans
le gisement
4 7 8 6 11
23,5 19,3 19,4 21,6 22,5
22 22,5 24,5 27 25,7
Diffétence
W — Wn + 1,5 -3,2 -5,1 -5,4 -3,2
Sa nt-Clc ud y —
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 w %
Fig. 19. — Nombre de compactages en fonction de la teneur en eau
au bout duquel le CBR est inférieur à 10.
Supposons que la teneur en eau diminue. Il peut
alors y avoir consolidation (chemin fléché 1) et si
les contraintes sont suffisantes, densification (chemin
fléché 2), car les blocs de craie, encore proches de la
saturation, offrent une résistance très faible à l'écrasement.
Dans les deux cas, on peut s'attendre à des tassements
non négligeables.
Par contre, pour la craie de Sauqueville et Pacy-sur-
Eure, il sera très difficile de la mettre en œuvre sans
qu'apparaisse très rapidement le phénomène du coussin
de caoutchouc : la différence w — w n
est supérieure à
l'étendue des valeurs de w„ pour Pacy-sur-Eure et égale
à la moitié pour Sauqueville.
Des précautions particulières seront à prendre avec
la craie d'Incarville et de Saint-Cloud.
Ces remarques s'accordent avec les constatations de
chantier et avec les résultats obtenus avec l'essai de
vibrobroyage.
Il apparaît donc possible, à partir de compactages
répétés, de fixer le mode d'extraction et de mise en
œuvre conduisant à un minimum de manipulations
permettant d'obtenir une « portance acceptable ».
92

Comportement de la craie en chantier
La craie est essentiellement un matériau évolutif.
Des essais simples peuvent permettre, au cours de
l'étude géotechnique, d'en préciser les limites d'utilisation
et donc de fournir les éléments qui conduiront
à une décision pour le maître d'oeuvre.
Pour une craie donnée, l'évolution est liée au nombre
de manipulations qu'elle subit.
Examinons sur un chantier de terrassement ces différentes
manipulations et leur effet.
A l'extraction
Hormis l'explosif, dont l'emploi ne semble jamais
nécessaire dans le cas de craies stricto sensu, les
chantiers modernes recourent à divers moyens, suivant
les cas :
— bouteur (bulldozer) + chargeur
— décapeuse (scraper)+pousseur
— défonceuse (ripper) + une des deux solutions précédentes
— pelle travaillant en butte.
Mis à part le cas de la pelle, peu répandu sur les chantiers
importants, ces divers moyens se traduisent par
une grande puissance de destruction vis-à-vis du matériau
initial.
Les chenilles du bouteur et les pneus des décapeuses
ont une action de pétrissage très importante. Il est
courant que la défonceuse (D9 - 3 dents montées sur
parallélogramme) ait quelques difficultés à effectuer
son travail pour extraire des blocs de dimension importante
et qu'après un passage de chenille de bouteur
et un passage de décapeuse, on n'ait plus qu'une
craie-sol dont les éléments les plus gros ne dépassent
pas 40 mm.
La lame du bouteur poussant le matériau produit
une attrition importante, on obtient dans ce cas des
blocs émoussés (fig. 20a), ce qui n'est pas le cas
dans l'extraction à la pelle en butte (fig. 20b).
Enfin, dans le cas de craies très friables, il arrive que
le défonçage ne soit pas nécessaire. La lame de la
décapeuse « râpe » la craie comme l'on râperait une
tablette de chocolat avec la lame d'un couteau et,
dès le chargement, il ne subsiste presque plus de blocs
de craie intacte.
A la mise en œuvre
Les opérations de mise en œuvre sont réalisées :
— par les décapeuses, au camion ou au tombereau
(dumper), pour l'approvisionnement. Cette manipulation
modifie peu la granularité de la craie-sol ;
— par un bouteur pour le régalage grossier. La puissance
de cet engin est liée à la cadence d'approvisionnement.
Il peut être de taille respectable (D9) si les
cadences journalières dépassent 6 000 m 3 /jour. Son
action de pétrissage (chenilles) et d'attrition (lame)
a) Craie non rippée extraite au bulldozer ; blocs arrondis (avant
chargement).
Fig. 20. — Etat de la craie après diflei
b) Craie extraite en butte ; blocs anguleux (avant chargement).
modes d'extractions. Craie d'IncarvOIe.
93

peut alors être très importante. Il assure aussi un
précompactage non négligeable ;
•— par la niveleuse (motoi grader) qui assure un nivellement
fin de la plate-forme. Son action est assez superficielle,
mais dans le cas de craies très humides, il
peut effectuer, avec ses roues motrices surtout, une
action de pétrissage non négligeable.
Au compactage
A ce stade, la craie a déjà subi au moins deux et le
plus souvent trois manipulations.
Les ateliers de compactage sont très variés et plus
souvent fonction des disponibilités en matériel de
l'entreprise que des exigences du chantier. Cela étant
dû aussi au fait que jusqu'à ces derniers temps, on
ne savait pas trop quel engin était le mieux adapté
à ce type de matériau.
Citons quelques ateliers couramment utilisés :
— pneu lourd (type 791 Richier)+vibrant (Bomag
BW 200),
— vibrant tracté seul (ABG 13,5 tonnes),
— engin à pieds dameurs (C 825 Caterpillar automoteur)
+ rouleau à grilles.
Pour une craie-sol à teneur en eau faible (voisine
de 20 %), les pneus ne permettent pas d'obtenir des
densités en place élevées. Les efforts transmis par
les roues sont insuffisants pour briser au maximum
les blocs de craie, le matériau se comportant alors
comme un « sol rocheux ». Les densités obtenues même
pour des couches inférieures à 0,35 m foisonné sont
faibles (yd < 1,60) et il est courant d'observer, lors
de la réalisation de tranchées, la présence de vides
plus ou moins importants (fig. 21). Le pneu lourd
associé à un vibrant (Bomag BW 200) dans les mêmes
conditions donne des résultats bien meilleurs, la vibration
jouant certainement un rôle très important
(fait à lier avec l'essai de vibrobroyage).
L'exécution de tranchées dans le remblai de Sotteville
compacté au pneu lourd + vibrant a nécessité
l'emploi d'une défonceuse et aucun vide décelable à
l'œil nu n'a été observé sur les parois de la fouille.
Le vibrant lourd seul permet d'obtenir des densités
sèches plus fortes (yd ^ 1,60) que le pneu seul, mais
son utilisation est souvent faite avec la mise en place
de couches épaisses (> à 0,50 m). Il est probable,
mais ce fait resterait à vérifier, que la densité en profondeur
soit beaucoup plus faible. D'autre part, s'il
est tracté, l'action de pétrissage par les chenilles du
bouteur n'est pas à négliger.
Dans le cas de craie humide (w > 20 %) ou de conditions
météorologiques défavorables, la limite de circulation
des engins à pneus et vibrants est très rapidement
atteinte, ce qui, dans le meilleur des cas, conduit
à l'arrêt du chantier ou, ce qui est moins souhaitable,
surtout dans le cas de remblais importants, à une
réduction de compactage. On se contente alors d'un
léger « lissage » du matériau en utilisant soit un
compacteur « délesté » (pneu) ou un vibrant « sans
vibration ».
Fig. 21. — Présence de vides lors de la réalisation d'un prélèvement
pour la mesure de la teneur en eau sur un remblai compacté (A 13).
Q.-CD
30
3.2 2S
E-g
S | 20
"f S 1 5
o
10
Diamètre des mailles
des tamis en mm
"1
>0,08
0,5
-20
31,5
1 2 3 4 5 6 7 8
Nombre de passages
Fig. 22. — Evolution du fractionnement en fonction du nombre de
passages d'un engin à pieds dameurs, le C 825 Caterpillar (craie du
remblai du «four à chaux», A 15).
Les engins à pieds dameurs ou les rouleaux à grilles
utilisés sur des couches de faibles épaisseur (0,35 m) ont
une puissance de destruction qui est de loin la plus
importante de tous les compacteurs utilisés à notre
connaissance sur la craie. Le C 825 Caterpillar peut
produire à partir d'une craie-sol humide (w„ = 22 %)
30 % d'éléments inférieurs à 0,08 mm pour huit aller
et retour (fig. 22).
Le grand nombre de manipulations auquel est soumise
la craie au cours des travaux de terrassement
conduit d'abord à la production d'un pourcentage
de pâte plus ou moins important et ensuite, suivant
les conditions d'humidité et sous l'action de pétrissage
à une portance variable, et souvent rapidement
très médiocre, dans le cas de craie" douteuse.
La similitude entre les essais étudiés au chapitre
« Recherche et mise au point d'essais mieux adaptés »
et les constatations de chantier ci-dessus, nous ont
incité à proposer, d'une part, un essai géotechnique
permettant un classement rapide de toutes les craies
et, d'autre part, un essai empirique et global répondant
mieux aux problèmes de mise en œuvre et de compactage
des craies douteuses.
94

Recommandations pour l'étude géotechnique
et la mise en œuvre de la craie
Propositions d'une méthode d'étude de problèmes
de terrassement dans la craie
Pour l'étude géotechnique, M. Masson a montré
qu'il y avait lieu de distinguer dans l'analyse des
différents paramètres qui commandent le comportement
d'une craie considérée dans son massif, les
aspects suivants : géologique, pétrophysique, conditions
de gisement.
Il apparaît désormais possible d'apprécier au plus
juste la qualité globale de ce matériau en s'appuyant,
d'une part sur la mesure de ses caractéristiques physiques
et mécaniques interprétées en liaison avec la
connaissance de sa texture et d'autre part, sur l'étude
d'un massif prenant en compte en particulier les hétérogénéités
dues à la fissuration et à l'altération.
Les éléments fournis par l'étude géologique, l'étude,
pétrophysique et celle du massif permettent la prise
en compte du comportement de masse de la craie
et de la situer par rapport à une échelle de référence
conduisant à un classement en craies tendres, craies
moyennes, craies dures.
Pour l'étude de terrassement il est indispensable de
disposer d'essais empiriques permettant de donner
un classement rapide du comportement lié aux travaux
de terrassement en grande masse.
Nous avons été conduits au classement suivant :
— craies dangereuses,
— craies douteuses,
— craies bonnes.
Ce classement de comportement doit tenir compte
des problèmes posés à court terme (extraction, mise
en œuvre, compactage) et à moyen ou long terme
(densification, stabilité des remblais).
Parmi les essais analysés dans notre étude, deux nous
paraissent pouvoir répondre à ces préoccupations :
— l'essai de vibrobroyage permettant de classer les
craies ;
— les essais de compactages répétés permettant de
déterminer la sensibilité de la craie à la densification
liée aux problèmes de portance et de stabilité.
Il est adapté à toutes les craies, dures, douteuses et
mauvaises, et permet d'effectuer un classement.
En retenant un pourcentage de 30 % d'éléments
inférieurs à 1,25 mm pour l'essai « saturé » et l'essai
« saturé dans l'eau », on peut se proposer de classer
les craies de la façon suivante :
— production d'éléments inférieurs à 1,25 mm inférieurs
à 30 % dans les deux cas, craies ne posant
pas de problèmes en terrassement ;
— production d'éléments inférieurs à 1,25 mm inférieurs
à 30 % pour l'essai « saturé » et supérieurs
pour l'essai « saturé dans l'eau », craies douteuses posant
des problèmes en cas de conditions météorologiques
défavorables ;
— production d'éléments inférieurs à 1,25 mm supérieurs
à 30 % dans les deux cas, craies dangereuses,
difficiles à mettre en œuvre, même par conditions météorologiques
favorables.
Compactages répétés Proctor normal et poinçonnement
CBR
Ces essais effectués sur la fraction.0/20 permettent
de juger du comportement global de la craie-sol et
de définir par référence aux chantiers antérieurs les
conditions d'extraction, de mise en œuvre et de compactage
(nombre de manipulations).
Il est possible d'en déduire :
— la densité maximale de la craie-sol ;
— le nombre critique de « manipulations » conduisant
à une portance peu acceptable au regard des
bonnes règles de terrassement ;
— un avis sur les risques de densification et d'instabilité
à moyen ou long terme des remblais de hauteur
importante.
Pour ce dernier point, il sera indispensable d'étudier
et de réaliser comme des ouvrages d'art, les grands
remblais en craie douteuse ou mauvaise. Il sera alors
fait appel à des méthodes d'étude et de calcul très
élaborées, intéressant la mécanique des sols.
Recommandations pour l'extraction et la mise en
œuvre des craies
Essai de vibrobroyage
C'est un essai qui paraît adapté aux problèmes d'évolution
granulométrique et de sensibilité à l'eau, donc
de mise en œuvre.
Il est rapide et ne demande pas une longue préparation,
il tient compte de l'hétérogénéité éventuelle de
la craie (grand nombre de gravillons).
Craies bonnes
Elles ne nécessitent a priori aucune précaution particulière,
hormis les règles habituelles de bonne mise
en œuvre.
Signalons toutefois la nécessité de disposer des moyens
d'extraction appropriés (défonceuse + décapeuse) pour
réduire au maximum la présence d'éléments de taille
95

trop importante et afin d'obtenir une granularité assez
continue ainsi que de moyens de compactage lourds
et efficaces pour éviter les risques de vides importants
dans le remblai.
Craies douteuses
Deux cas peuvent se présenter :
• On ne craint pas de densification ultérieure et on.
veut éviter l'apparition d'une faible portance à la mise
en œuvre. Il faudra donc limiter au maximum le
fractionnement des blocs.
Cela pourra être obtenu par :
— l'utilisation d'une pelle travaillant en butte au
déblai et le transport au camion ou tombereau,
— la mise en œuvre en couches n'excédant pas 30 cm
compactées,
— le compactage au pneu lourd.
Il faudra toutefois protéger rapidement la plateforme
de remblai pour éviter toute pénétration des
eaux météorologiques.
• Une densification est à craindre, mais on veut toujours
disposer d'une portance acceptable.
Le nombre de manipulations devra être important
et donc les moyens d'extraction et de mise en œuvre
très « agressifs ». Cela conduit à limiter l'emploi d'une
telle technique aux craies douteuses ayant des teneurs
en eau naturelles faibles et inférieures à 20 %.
On pourra alors utiliser les moyens suivants :
— défonceuse + bouteur,
— décapeuse,
— compacteur à pieds dameurs ou rouleau à grilles.
Craies dangereuses
Pour ces craies, l'utilisation même des moyens légers
pour l'extraction et la mise en œuvre conduisent très
rapidement à l'obtention d'un massif très peu portant
et instable.
Elles seront à déconseiller pour l'utilisation en terrassement,
excepté pour des remblais de hauteur
inférieure à 2 m ne devant supporter une infrastructure
qu'un an au moins après leur mise en œuvre.
Dans cette catégorie on doit ajouter les craies douteuses
à forte teneur en eau manipulées avec des moyens trop
puissants.
Recommandations pour la mise en remblai des craies
douteuses
En liaison avec l'étude réalisée pour le remblai de
Val-Guyon 5
plusieurs cas peuvent se présenter.
Remblai de faible hauteur (0 à 5 m)
La densification est peu à craindre, elle sera peu dangereuse,
excepté aux abords des ouvrages et des bords
de talus où des précautions particulières seront à
prendre. Il n'y a pas de problème de stabilité. On pourra
donc tolérer la mise en œuvre de craies à teneur en eau
élevée. Les compacités seront faibles.
Seuls les problèmes de mise en œuvre se poseront dans
ce dernier cas. Il faudra donc limiter au maximum le
fractionnement des blocs. Cela pourra être obtenu
comme décrit au paragraphe « Craies douteuses ».
On devra disposer d'une solution d'appoint en cas
de mauvaise condition de mise en œuvre : traitement
localisé, purges, méthode sandwich, pour assurer la
continuité du chantier.
Remblai de grande hauteur (> 12 m)
Ces remblais devront être conçus comme des ouvrages
d'art.
Ils ne pourront être réalisés dans de bonnes conditions
de travail qu'avec des craies à teneur en eau faible
(w < 20 %). Le nombre de manipulations devra être
important pour fractionner au maximum les blocs
les plus tendres et éviter les phénomènes de densification
ultérieurs.
La compacité à atteindre devra être maximale (voisine
ou égale à 1,70 par exemple pour la craie du Val-
Guyon) pour obtenir des R c
> 2 bars.
Pour cela, à l'extraction et à la mise en œuvre, il
faudra utiliser des moyens puissants (Cf. paragraphe
« Craies douteuses »).
Si la craie a des teneurs en eau en place supérieures
à 20 %, on ne pourra dans ce cas accepter la craie
en remblai que dans de mauvaises conditions de mise
en œuvre conduisant à l'obtention de R c
et de compacité
faibles et au risque d'instabilité mécanique (fluage,
fissures).
On sera donc conduit à adopter des solutions améliorant
la mise en œuvre et la stabilité à long terme :
— méthode sandwich (sable ou grave) : méthode la
moins efficace en ce qui concerne les risque d'apparition
de contraintes de traction ;
— traitement au ciment ou aux cendres volantes
+chaux ;
— armature du remblai (méthode peu utilisée à ce
jour, mais qui devrait donner de bons résultats si
l'on sait bien définir la place des armatures et leur
nature).
Enfin, chaque fois que cela sera possible dans le cas
d'un tel ouvrage, il sera préférable d'évacuer les
craies dangereuses à la décharge.
5. Cf. article de A. de Raguenel.
96

BIBLIOGRAPHIE
[1] ARQUIÉ G., Le compactage routes et pistes. Ed. Eyrolles Paris (1970), 316 p.
[2] Compactation de terrenos-terraplenes y pedraplenes. Ed. Técnicos asociados S.A., Barcelone (1966),
261 p.
[3] GERBER, Hydraulique souterraine. Cours de l'Université de Toulouse, Ed. de l'AGET (1964).
[4] LEWIS J.G. et CRONEY D., Chalk in earthworks and fondations (la craie dans les terrassements et les
fondations). Proceeding du symposium tenu à l'Institution of Civil Engineer le 22 avril 1965.
[5] PARSONS A.S., Earthworks in soft chalk. A study of some of the factors affecting construction - RRL
Report LR 112 - Road Research laboratory.
[6] REVERDY G., Quatre-vingts maximes de terrassements routiers. Revue générale des Routes, 429 (fév.
1968), p. 57-87.
[7] TCHENG Y., Etude du compactage - Ann. ITBTP (juil.-août 1963), p. 725-727.
Cet article a été publié dans le Bulletin de Liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussées, r,° 63,janv.-fév. 1973.
97

Etude par vibrobroyage
de l'aptitude
des craies au compactage
R. STRUILLOU*
Docteur en géologie
Département de géotechnique
Laboratoire central
introduction
Normalement, la prévision du comportement des matériaux au compactage
peut se faire correctement en se référant aux résultats des essais
Proctor et CBR, à la comparaison entre la teneur en eau et la limite
de plasticité wP, et aux données de Vexpérience acquise dans le traitement de matériaux similaires.
Malheureusement, avec les craies, les essais Proctor et CBR classiques semblent inadaptés, les
mesures de limites de plasticité sont très imprécises et l'expérience est à peu près inutilisable dans
la mesure où on ne dispose pas de critères bien définis pour opérer les comparaisons entre les divers
chantiers. On est donc très mal armé pour effectuer des prévisions à l'occasion d'un projet de remblai
de craie, en particulier si les teneurs en eau w sont supérieures à 20 %.
Une position très prudente consiste à considérer que le compactage devient aléatoire dès que la
teneur en eau est supérieure à la limite de plasticité des fines. Cela revient à admettre que la craie
risque de se désagréger complètement au cours du compactage et donc de se comporter en matériau
pulvérulent.
Une telle position ne me semble pas réaliste dans la mesure où la pulvérisation n'est jamais complète.
Le maître a"œuvre est tenté de considérer une telle prévision comme pessimiste, et par conséquent,
de vouloir mettre en place des matériaux dont la teneur en eau est largement supérieure à wP, cela
en espérant que l'influence bénéfique du squelette constitué par les blocs résiduels compensera le
rôle néfaste des fines très humides. Mais, en prenant cette décision, il évolue complètement dans
l'inconnu et prend donc de très gros risques. Cela a d'ailleurs été malheureusement vérifié par
des expériences récentes.
A mon sens, si on veut que la prévision serve à quelque chose, il faut qu'elle prenne en compte aussi
bien le rôle bénéfique des blocs résiduels, que l'influence néfaste des fines. Cela pourrait théoriquement
être réalisé à l'aide d'un essai global de compactage artificiel, avec mesure de portance
(genre CBR par exemple) à condition que le compactage soit du même type que celui réellement
utilisé sur le chantier (c'est-à-dire, au moins en partie, vibratoire) et rencontre les mêmes difficultés
que lui. Le problème serait donc de remplacer les essais Proctor et CBR classiques, par un autre
essai plus adapté à la craie, et qui permette de prendre en compte la formation progressive de fines
au cours du compactage.
Dans le travail présent, je me suis intéressé à une seconde voie, qui pourrait être complémentaire
de la précédente, et qui serait susceptible de conduire à des conclusions facilement utilisables pour
l'orientation générale des chantiers et une première sélection des matériaux, en particulier au
stade des études préliminaires. Elle consisterait à caractériser, d'une part, l'aptitude de la craie
à donner des fines au cours des diverses opérations de la mise en œuvre, et d'autre part, le rôle
nocif des fines formées. Le raccordement des résultats de laboratoire aux difficultés de chantier
devraient alors se faire à l'aide de facteurs empiriques qui seraient précisés progressivement à
l'aide des observations accumulées sur le terrain pour des matériels Ue mise en œuvre et des craies
bien identifiées.
Actuellement maître de recherche à l'École nationale supérieure des Mines
99
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - Spécial V - Octobre 1973

Evaluation de l'aptitude d'une craie à donner des éléments fins
L'aptitude d'une craie* à donner des éléments fins
est évidemment fonction aussi bien de ses caractéristiques
propres que de celles des engins utilisés.
Elle dépend de sa teneur en eau, de sa densité, de la
nature et de la disposition de ses divers composants,
de la résistance de ses liaisons intercristallines.
Malheureusement, on ne sait pas pondérer l'influence
de ces facteurs variés et souvent non chiffrables.
La seule solution pratique reste donc de les
faire agir ensemble dans un essai de laboratoire faisant
intervenir des mécanismes de destruction de la
craie aussi proches que possible de ceux qui existent
sur les chantiers.
Les matériels d'extraction — en particulier les engins
à lame : décapeuse (scraper), bouteur (bulldozer)
— et ceux de compactage ont pour effet d'écraser
les blocs de craie et de détruire leurs arrangements
cristallins, par pression ou vibration. Les écrasements
se font soit par contact direct engin sur bloc,
soit surtout par attrition et par poinçonnement en
chaîne des blocs entre eux. C'est donc en utilisant,
au laboratoire, un mode de destruction du même type
que l'on a, a priori, la probabilité maximale d'obtenir
des résultats transposables sur le chantier.
Le vibrobroyage me paraît être particulièrement adapté
à ce problème. Il consiste, en effet, à soumettre
des granulats, éventuellement humides, à l'action
destructrice d'un galet cylindrique plein et mobile
dans un bol métallique animé d'un mouvement
vibratoire intense. Sous l'effet des vibrations, les granulats
se compactent autour du galet qui, par inertie,
les pousse les uns contre les autres. Le résultat
global obtenu (pourcentage d'éléments fins formés)
est donc une combinaison des effets de l'attrition,
du poinçonnement et des vibrations.
MODE OPÉRATOIRE
UTILISÉ POUR LE VIBROBROYAGE
Nous avons utilisé un vibrobroyeur « Auxiliaire de
construction, type T 100» avec un galet cylindrique
plein, en acier, de 700 g (h = 45 mm, d = 50 mm),
et un temps d'usure de 30 s (fig. 1). La courbe granulométrique
retenue a été une courbe linéaire entre
5 et 20 mm en représentation semi-logarithmique
(5/20 régulier). Pour chaque essai nous avons
utilisé un volume constant de granulats de poids
P — 180 yd (avec yd = densité sèche de la craie),
c'est-à-dire :
— - de 5/6,3, 6,3/8, 8/10, 10/12,5 ;
— — de 12,5/14, 14/16, 16/18, 18/20.
12
Avant usure, les matériaux ont été séchés, puis concassés,
puis tamisés au vibrotamis, puis lavés, puis
à nouveau séchés.
L'usure a été réalisée soit sur matériaux secs, soit
sur matériaux réhumidifiés dans diverses conditions.
L'évaluation des quantités d'éléments fins formés
par usure a été obtenue par pesée des refus à 1,25 mm
après tamisage manuel à cette dimension, sous courant
d'eau, puis séchage.
RÉSULTATS DES ESSAIS DE VIBROBROYAGE
Influence de la teneur en eau sur l'usure
Le tableau et la figure 2 donnent les résultats obtenus
sur six craies différentes, usées à diverses teneurs en
eau (de 0 à environ 100 à 115 %) avec la teneur en eau
poids d'eau total dans le vibrobroyeur
poids de craie sèche dans le vibrobroyeur
Pour la craie de la butte de Sèvres-Meudon, les points
à 15 et 20 % d'eau correspondent à une aspersion
du matériau sec.
Pour toutes les autres humidifications, on a procédé
de la façon suivante :
— immersion des granulats pendant 1 h dans l'eau,
— égouttage sur tamis couvert pendant 15 mn,
— pesée des granulats humides et détermination
(approximative) de la teneur en eau interne,
— ensuite, soit usure directe de la craie humide
(points situés entre 15 et 26 % d'eau), soit usure de
la craie humide après adjonction de 250 g d'eau dans
le bol du vibrobroyeur (points extrêmes entre 95 et
115 % d'eau). Cela permet de séparer le rôle de l'eau
interne des granulats et celui de l'eau libre externe.
On constate pour une même craie, une faible dispersion
des résultats d'usure et des teneurs en eau
interne après 1 h d'immersion et une usure linéaire
en fonction de la teneur en eau globale (somme des
eaux interne et externe) tant que l'usure ne dépasse
pas 80 %. L'influence de l'asymptote à 100 % d'usure
ne se fait sentir qu'au-delà de ce chiffre, ce qui se
traduit par l'incurvation de la droite (craie de Pacysur-Eure).
* La liste des symboles utilisés dans cet article est reportée
in fine.
100

On peut donc en déduire que le vibrobroyage constitue
un moyen très commode pour caractériser
l'aptitude d'une craie à donner naissance à des
éléments fins sous l'effet d'une action mécanique
du même type. Il suffit en effet de deux points du
domaine linéaire pour tracer la droite U = aw + b
(avec U et w en pourcentage) caractéristique du matériau
(par exemple l'usure à sec et l'usure à une teneur
en eau quelconque, en particulier après 1 h d'immersion
et 15 mn d'égouttage, ce qui donne une teneur en
eau proche de la teneur en eau naturelle moyenne).
A partir de ces deux points, on peut déterminer
tous les autres, sans essai complémentaire.
L'eau interne des granuláis et Veau externe libre
jouent strictement le même rôle, ce qui est très
important et assez inattendu. C'est la teneur en
eau globale qui intervient dans la formation des
éléments fins. Cela est précieux, en particulier
pour prévoir, après une pluie, le comportement de
la dernière couche d'un remblai où les teneurs en
eau externe peuvent être très fortes.
Fig. 1. — Le vibrobroyeur « Auxiliaire de contraction, type T 100 »
ouvert.
L'eau interne et l'eau externe jouant strictement
le même rôle, on peut en déduire que l'eau interne
n'a qu'une influence secondaire sur la force des
liaisons intercristallines dans la craie. Celles-ci ont
donc une autre origine.
101

Evaluation de la nocivité des fines de craie
en fonction de leur teneur en eau
La figure 2 montre que, pour une énergie mécanique
donnée, une même quantité de fines peut être
obtenue avec des teneurs en eau très diverses suivant
les craies envisagées. Or les propriétés mécaniques
de fines sont très sensibles à de faibles variations de
teneur en eau. Une augmentation absolue de 6 %
peut en effet permettre le passage du comportement
non plastique au comportement liquide. On a en
effet les limites d'Atterberg moyennes suivantes :
w P
« 21 % ; w L
« 27 % ; /, « 6 %.
Il me semble donc indispensable de caractériser la
nocivité des fines vis-à-vis du compactage.
ESTIMATION DE L'INDICE DE LIQUIDITÉ
DES FINES DE CRAIE FRANCHE
Je pense que le critère le plus simple et le plus représentatif
pour caractériser le rôle néfaste des fines
dans le compactage est leur indice de liquidité I L
.
Il prend, en effet, en référence la situation de la teneur
en eau w„ par rapport aux teneurs en eau w P
et w L
correspondant aux limites de plasticité et de liquidité,
c'est-à-dire à deux états essentiels du point de
vue à la fois minéralogique et mécanique :
_ w n
-w P
_
w„-w P
IL , — " •
I P
w L
-w P
Malheureusement, les mesures de w P
sont très difficiles
et imprécises avec les fines de craies franches à cause
de leur thixotropie entre w L
et w P
. C'est à tel point
vrai que la dispersion sur w P
, pour une craie donnée,
est équivalente à la dispersion des moyennes obtenues
sur les diverses craies franches.
Dans ces conditions, la mesure directe de w P
ne signifie
plus grand chose pour ces matériaux. Cela n'empêche
pas que w P
joue certainement un rôle prépondérant
dans le compactage des fines de craie. Son
influence y est même plus importante qu'avec les
autres produits pulvérulents pour lesquels on la
mesure facilement, les argiles du type kaolinite
par exemple. En effet, dans les fines de craie, comme
dans celles des autres produits fins dont toutes les
surfaces ont des déficits de charges électriques de même
signe (surfaces électropositives pour la calcite, surfaces
électronégatives pour le quartz, etc.), la thixotropie
prend une très grande ampleur dès que la teneur
en eau w est supérieure à w P
et que l'on se trouve en
régime dynamique. Le phénomène est évidemment
particulièrement accentué dans le compactage vibratoire
qui représente un moyen très efficace de rendre
à la liberté l'eau faiblement liée aux particules de
calcite (c'est-à-dire l'eau adsorbée au-dessus de w P
)
qui établit normalement des ponts entre elles en
régime statique. Cela étant réalisé, les particules,
entourées de leurs auréoles d'eau orientée (eau
fixée pour w < w P
), à comportement uniformément
électropositif, se repoussent entre elles comme pour
w < w P
, mais ici en présence d'eau provisoirement
libre. Il en résulte un comportement « liquide »
transitoire qui cesse dès que l'on revient en régime
statique.
On comprend dès lors que w P
joue un rôle plus important
dans ce type de matériaux que dans les argiles
kaolinitiques par exemple, où l'existence simultanée,
dans une même particule, de surfaces « électropositives
» (surfaces latérales) et de surfaces « électronégatives»
(surfaces basales) permet l'établissement de
liaisons entre particules même si, par des vibrations,
on a rendu à la liberté l'eau faiblement liée fixée
précédemment au-dessus de w P
. En effet, les surfaces
électropositives et électronégatives s'attirent mutuellement
et il s'établit ainsi des liaisons « surface
latérale » contre « surface basale » qui empêchent le
développement du comportement « liquide » et de
la thixotropie, même en régime dynamique avec w
compris entre w P
et w L
.
Si w est inférieur à w P
, ces liaisons entre surfaces de
signe différent subsistent, et avec elles, un certain
comportement « plastique ».
•
En résumé, pour les fines de craies franches (comme
pour les fines de quartz), w P
représente, en régime
dynamique, le passage brusque du comportement
« non plastique » (absence de liaisons entre particules
et absence d'eau libre) au comportement « liquide »
(absence de liaison entre particules et présence d'eau
libre). Pour la kaolinite au contraire, le comportement
« plastique » commence bien avant w P
et se
continue jusqu'à w L
, sans aucune transition brusque.
Dans ce cas, w P
représente un point de repère arbitraire
et non une discontinuité dans le comportement
du matériau. Cela explique les grandes difficultés
que l'on rencontre pour les craies franches dans la
détermination de w P
par la technique du « boudin
d'Atterberg». En effet, en cours de manipulation,
on est en régime dynamique avec w supérieur à w P
.
L'eau « libérée » se concentre dans certaines zones.
Le boudin a donc toujours tendance à se briser ou
à se désagréger, soit à cause du comportement « non
plastique» anormal de certaines de ses parties, soit,
au contraire, à cause du comportement « liquide »
anormal, de certaines autres.
102

Pour la kaolinite, au contraire, la faiblesse de la thixotropie
permet une détermination précise et reproductible
de w P
. Mais, paradoxalement, cette détermination
a moins d'importance que pour les fines
de craie où elle est très délicate à réaliser.
Dans ces conditions, et compte tenu de la constance
de composition minéralogique des craies franches
(plus de 95 % de CaC0 3
), je crois que la meilleure
solution est de tenter de trouver une méthode indirecte
pour la détermination de leur limite de plasticité.
Pour leurs fines exemptes de granulats polycristallins,
les variations de w P
, w L
et I P
sont des fonctions de
la taille des cristaux de calcite, le rôle des impuretés
étant probablement négligeable. En effet, pour
w P
, il correspond une épaisseur e x
constante d'eau
fortement liée et orientée autour de chaque cristal.
De même, pour w L
, la couche d'eau faiblement liée
surimposée à la précédente a une épaisseur constante
e 2
s o n t
. Les valeurs e x
et e 2
caractéristiques
du minéral calcite et non de la craie considérée.
Les volumes globaux de ces couches d'épaisseur e x
et e 2
sont donc proportionnels à la surface externe S
des cristaux de calcite supposés non poreux. On aura
donc: WpXCi-S et w L
x(e 1
+e 2
)-S avec:
— S (cm 2 /g de craie sèche),
—• e x
et e 2
(cm)
donc : w P
x( ——— ] w L
.
Vi + eJ
Théoriquement donc pour déterminer ——— il
suffirait d'avoir avec précision w P
et w L
pour les
fines monocristallines d'une seule craie. En réalité,
nous avons vu plus haut que nous ne disposions
pas de ces données à cause des difficultés de mesure
de w P
. Je propose donc de prendre en référence, au
moins provisoirement, les valeurs moyennes des limites
d'Atterberg des diverses craies franches telles
qu'elles apparaissent à partir de nombreux essais
imparfaits réalisés à ce jour sur des matériaux pour
lesquels w L
est inférieure à la teneur en eau maximale
des agrégats w s
:
wP = 21 ; wL = 27 ; I P
= 6.
En effet, dans ce cas, l'état de fragmentation des
matériaux, et donc les manipulations n'ont que peu
d'influence sur wP et wL.
« . • 2 1 / ^ 2 1
On obtient alors : e, = — (e\+e 2
) et : w P
= —w L
27 27
6
T
27w n
— 21 w f
soit : 7, = — w L
et I L
= "- * .
27 6w L
Ces expressions de w P
et I L
en fonction de w L
sont
précieuses, car la détermination de w L
, contrairement
à celle de w P
est assez facile, précise et reproductible,
à la coupelle granuleuse de Casagrande.
Toute rupture de la continuité du matériau est repérable
en cours d'essai et conduit à des points anormaux
qu'il faut éliminer du calcul des moyennes.
Pour les essais qui se passent normalement, on obtient,
en général moins d'un point de différence pour deux
épreuves parallèles. Une moyenne sur trois ou quatre
essais donne w L
à moins de ± 0,5 point.
Le raisonnement qui précède n'est valable, d'une façon
générale, que pour les fines dépourvues de microagrégats
; dans la réalité ceux-ci existent toujours.
a) w P

Pour le faire, il me semble qu'il faut toujours
se référer à des fines fabriquées suivant un mode
opératoire constant.
FABRICATION DES FINES DE CRAIE POUR
LA MESURE DE w L
Nous proposons provisoirement le mode opératoire
suivant :
— préparation d'un lot de 300 g environ de gravillons
secs 5/20 réguliers (50 g de 5/6,3, 6,3/8, 8/10,
10/12,5 et 25 g de 12,5/14, 14/16, 16/18, 18/20),
— immersion pendant une heure dans 300 g d'eau,
— usure pendant 5 mn dans les 300 g d'eau précédents,
— tamisage à 400 ii et récupération des fines,
— séchage partiel,
— mesure de w L
à la coupelle granuleuse de Casagrande
(aux alentours de 25 coups),
, , , x 27w_ —21w t
— calcul de IL = avec w„ = teneur
6wL
en eau naturelle de la craie prévue pour le compactage.
Le tableau donne les résultats w L
obtenus sur cinq
craies diverses usées par ailleurs. Les fines ainsi
obtenues, simulent probablement assez bien les fines
les plus dangereuses formées sur les chantiers. Par
ailleurs, leur teneur en micro-agrégats est, a priori,
en relation directe avec la sensibilité à la microfragmentation
sur chantier.
TABLEAU
Résultats expérimentaux obtenus pour les usures par vibrobroyage
et les mesures de limites de liquidité w L
sur les fines de vibrobroyage
Teneur
en eau
(%)
globale
interne
Eléments < 12,5 mm
après vibrobroyage
(%)
U- aw+b
externe
Résultats Moyenne a b
WL*
(%)
Y* W s** Observations
Sèvres
Meudon
Belbeuf
0 0 0 15,6-16,0 15,8
15 15 0 20,6 20,6
20 20 0 23,4 23,4 0,40 15,8 29
26,2 26,2 0 26,4-25,9 26,1
115 25,8 89,2 59,0-64,0 61,5
0
0 0 8,7- 9,3 9,0
25,5
(25 à 26) 15,7 27
14,7 14,7 0 14,9-13,6 14,2 0,29 9,0 28 15,7 1,75 20
95 14,1 80,9 36,5-36,0 36,2
0 0 0 14,0-14,6 14,3
Rouvray 23,1 23,1 0 19,4-20,4 19,9 0,20 14,3
108 23,1 84,9 37,0-36,0 36,5
0 0 0 15,8-15,7 15,7
Sauqueville 19,9 19,9 0 27,1-25,0 26,0 0,50 15,7 24
112 19,9 92,1 72,8-72,5 72,6
0 0 0 18,1-17,4 17,7
Pacy-sur-Eure 25,8 25,8 0 43,3-45,4 44,4 1,0 17,7 30
115 26,0 89,0 91,5-92,9 92,2
0 0 0 17,4-18,1 17,8
Incarville 21,3 21,3 0 34,4-30,9 32,6 0,63 17,8 25
110 21,6 88,4 85,5-88,6 87,0
* Limite de liquidité sur fines de vibrobroyage
** Teneur en eau à saturation des agrégats
18
(14 à 22)
26
(24 à 28)
24
(20 à 28)
22
(16 à 26)
Pas utilisé
en remblai
Pas utilisé
en remblai
1,60 26 Sans
problèmes
1,54 28
1,58 27
1,56 27
Chantier
catastrophique
1/3 décharge
avec
la décapeuse
1/3 décharge
avec la pelle
104

Evaluation rapide de l'aptitude globale
des craies franches au compactage
La difficulté du compactage Y d'une craie franche, à une teneur en eau donnée, dépend :
— de son aptitude à donner des fines, que l'on peut caractériser par l'essai de vibrobroyage
U = aw + b (¡7 et w en %) ;
— de l'indice de liquidité IL de ces fines IL = 27w — 2lw L
6wL
— des caractéristiques du mode d'extraction : X ±
;
— des caractéristiques du mode de compactage : X 2
;
soit : Y = f(U, IL, X u
X 2
).
Le pourcentage et la microfragmentation des fines dépendent des caractéristiques de chantier
X t
et X 2
. Celles-là doivent donc être considérées comme des correctifs des données de laboratoire.
FORMULATION DE LA DIFFICULTÉ DU COMPACTAGE D'UNE CRAIE HOMOGÈNE
Pour une teneur en eau critique w c
, correspondant à une valeur critique Y c
de Y, le compactage
correct n'est plus possible.
Si tout le matériau est constitué par des fines, on a :
U = 100 %. Dans ce cas, on sait que w c
x w P
.
Cela est d'ailleurs valable, au moins approximativement, pour tous les matériaux fins pulvérulents,
aussi bien la craie que les argiles.
Nous pouvons alors fixer la forme probable de l'expression Y :
soit pour les craies franches :
Y = —-—I L
-X,-X 2
,
100-1/
aw + b 27 w — 2lw L
Y = ^ f l ; . (1)
100-(aw + b) 6w L
est une constante carac­
Pour une chaîne d'extraction et de compactage donnée, K = YJX 1
-X 2
téristique correspondant au compactage critique.
On peut écrire pour les craies franches :
K
_ aw c
+b 27w c
-2\w L =
U 27w c
-21w L
^
soit :
100-(aw c
+ b) 6w L
100-1/ 6w L
1
w c
=
54a
A + s/A +108 awLB 2 (3)
avec : A = (2l-6K)aw L
-27b
B = 216 + 6X(100-6).
105

Détermination provisoire de K
La détermination des diverses valeurs de K correspondant aux différentes chaînes d'extraction
et de compactage ne peut se faire que d'une façon empirique sur les chantiers si on connaît la
teneur en eau critique wc au-delà de laquelle le compactage acceptable est devenu impossible,
ainsi que a, b et wL.
Pour le moment, nous ne disposons d'éléments que pour deux chantiers répondant à cette condition
: Pacy-sur-Eure et Incarville. Dans les deux cas, le compactage semble avoir été mené d'une
façon à peu près équivalente à l'aide de compacteurs lourds à pneus puis vibrants.
Par contre le mode d'extraction a été différent :
— extraction à la décapeuse à Pacy-sur-Eure ;
— extraction à la pelle à Incarville.
A l'aide des données de ces deux chantiers, on peut donc tenter de calculer au moins un ordre
de grandeur provisoire de la valeur de K pour le compactage classique précédé soit d'une extraction
à la décapeuse, soit d'une extraction à la pelle.
a) Extraction à la décapeuse - Compactage « pneu + vibrant »
Chantier de Pacy-sur-Eure
U = w+18 soit a=letô = 18
wL = 30 % ; wc « 25 %
soit d'après l'équation (2) : Kiicapeuse x 0,2.
b) Extraction à la pelle - Compactage « pneu + vibrant »
Chantier d'Incarville.
U = 0,63w + 6 soit a = 0,63 et b = 18
wL = 25 % wc x 23 %
soit d'après l'équation (2) : KpeUe « 0,3.
Détermination provisoire de la teneur en eau critique wc
L'application des valeurs de K à l'expression (3) donne :
a) Extraction à la décapeuse - Compactage a pneu + vibrant»
1
54^
A + V^2
+ 108flw L
Bj
(4)
avec : A = 20 a wL — 27 b
B = 20è + 120.
b) Extraction à la pelle - Compactage « pneu + vibrant »
C
pelle
54 a
[A + \/A 2 +108 awLB
(5)
avec : A = 19 a wL — 21b
B = 19 6 + 180.
MÉLANGES HÉTÉROGÈNES DE MATÉRIAUX DIFFÉRENTS
Une bonne caractérisation d'un gisement conduit toujours à y distinguer plusieurs familles de
matériaux à peu près homogènes, qu'il serait éventuellement possible de traiter individuellement
106

lors des terrassements. Les distinctions portent alors, par exemple, sur les différences d'altération,
d'étage géologique ou de teneur en eau.
Si le compactage d'une famille i de craies caractérisée par U t
et w t
s'annonce difficile ou impossible
(w ;
> (w c
)i), il peut être intéressant d'essayer d'éviter sa mise à la décharge en la mélangeant
avec des matériaux d'une autre famille j caractérisée par Uj et Wj et dont le compactage
s'annonce très favorable Wj nettement inférieur à (wc)j.
Si une telle combinaison n'était pas envisageable en utilisant les différentes familles de craies
d'un même déblai, il pourrait être intéressant de tenter de combiner entre elles les diverses familles
de deux ou trois déblais différents pour la réalisation d'un même remblai. Si cette technique
permettait d'éviter les mises à la décharge, elle pourrait entraîner des économies importantes,
compensant très largement les sujétions d'organisation de chantier qu'elle entraînerait, en particulier
dans les cas de déficit important de remblai intéressant.
En cas d'extraction séparée en déblai, la mise en œuvre se ferait alors, en général, suivant la
technique des couches minces en « sandwich » de façon que, à chacune de ses passes, le compacteur
ait à densifier un mélange hétérogène des deux matériaux. Par contre, dans le cas d'une extraction
globale des deux familles de craies (par exemple si l'extraction se faisait « en butte», à la pelle
sur un front sub-vertical comprenant à la fois les matériaux altérés superficiels et les matériaux
profonds sains), le compactage se ferait sur un mélange plus ou moins homogène des deux matériaux.
Dans les deux cas, on aboutirait, sous l'effet du compacteur vibrant, à un mélange intime des
fines formées par l'une et l'autre des craies, en particulier à cause du processus de remontée
et de migration de ces fines. Leurs caractéristiques moyennes correspondraient à la pondération
des caractéristiques de leurs composants (w et w L
).
On pourrait donc écrire, à partir de l'expression (1) :
Y x 1
U 1
+(l-x 1
)U 2
X l
X 2
100-[x l
U i
+(l-x L
)U 2
] 1 r 27[x 1
t/ 1
w 1
+ (l-x 1
)t/ 2
w 2
] _
21"
(6)
avec : — x L
: teneur du mélange en matériau « 1 »,
— x 2
: teneur du mélange en matériau « 2 »,
— Xy + X 2
= 1,
— f/, = a í
w l
+b í
(essai de vibrobroyage),
— U 2
= a 2
w 2
+ b 2
(essai de vibrobroyage),
— Wj et w 2
: teneurs en eau des matériaux 1 et 2.
L'expression (6) pourrait servir à résoudre deux problèmes pratiques différents.
a) Connaissant la répartition des matériaux, soit x l
et x 2
= l — x lt
et leurs caractéristiques
w u
w 2
, (w L
) l
, (w L
) 2
, C/j et U 2
, le compactage acceptable est-il possible ?
Il le sera si l'inéquation (7) est vérifiée :
x l
U i
+(l-x 1
)U 2
27[x 1
L7 1
w 1
+(l-x 1
)L r 2w 2
]-21[x 1
I7 1
(w 1
) 1
+(l-x 1
)I/ 2
(w L
)i] UI e t U 2
des deux matériaux, dans
quelles proportions faut-il effectuer le mélange pour que le compactage acceptable soit
possible, c'est-à-dire quelles valeurs doit-on donner àx 1
etx 2
= l — x i
l
Pour cela, il suffit de résoudre l'équation (8) pour en tirer x l
K =
x l
U 1
+(l-x 1
)U 2
27[x 1
f71Wi +(1 -Xi)l/ 2
w 2
] -21[x 1
t/ 1
(vvJ 1
+(l-x i
)U 2
(w L
) 2
]
10Q-[x 1
V 1
+0--Xi)U 2
] 6 [*! U 1
(w L
) 1
+(1 -x 1
)L/ 2
(w L
) 2
]
107

soit :
K = 0,2 pour l'extraction à la décapeuse (valeur provisoire)
K = 0,3 pour l'extraction à la pelle (valeur provisoire)
U 1
= a 1
w l
+ b 1
; U 2
= a 2
w 2
+ b 2
; A = (U 1
— U 2
) ;
B 1
= U lWi
; B 2
= U 2
w 2
; C = (B l
- B 2
) ;
Dj. = l/i(wr)i î D 2
= U 2
( WL
) 2
; E = (D t
— D 2
) ;
F = (100-C/ 2
); G = (27C-21£); (9)
H = (27B 2
-21D 2
); M = A [G + 6EK~\ ;
JV = AH+U 2
G + 6K(AD 2
-EF); P = U 2
H-6KD 2
F ;
1
2M
X2 = 1 X j
Si le matériau « 2» n'est plus de la craie mais une grave propre à faible teneur en eau externe,
à granularité insensible aux engins et se compactant bien, les expressions (8) et (9) se simplifient
car U2 x 0.
On obtient alors les expressions (10) et (11) :
K =
X i U l 27w
i~ 21 (wz)i . 1 Q )
lOO-XiUi 6(w L
) 1
soit :
100 K
U t
+K
avec :
, T
. 27 w,— 21 (wr), . , , . +
(I L
) 1
= = indice de liquidité des fines de la craie 1 (11)
6(w L
),
C/i = a^w^ + bi (vibrobroyage)
K = 0,2 pour l'extraction à la décapeuse (valeur provisoire)
K = 0,3 pour l'extraction à la pelle (valeur provisoire)
En pratique, il serait évidemment prudent d'augmenter légèrement la proportion du meilleur matériau
par rapport au résultat donné par l'équation (9) ou (11) de façon à se placer sensiblement
en deçà des conditions de compactage critique.
Par ailleurs, il serait également prudent d'adopter pour w 1
et w 2
, dans les équations (7), (9) et
(11) les valeurs w x
= (w m
)i + °'i e t w i = W2+ f f 2
avec :
w m
= teneur en eau moyenne de la craie considérée.
a = écart type des teneurs en eau de la craie considérée.
Conclusion
Bien que le présent travail doive être considéré simplement comme la phase préliminaire
d'une recherche ultérieure plus approfondie, il semble que l'on devrait pouvoir déterminer déjà,
avec une précision acceptable, la teneur en eau critique w c
d'une craie au-delà de laquelle un compactage
correct risque d'être difficile sinon impossible avec un ensemble de matériels donné.
Ce qui manque le plus actuellement, ce sont les exemples précis et concrets où la limite de compactage
critique a été atteinte. A l'avenir, chaque fois que cela sera possible, des prélèvements systématiques
devront être réalisés, en boîtes étanches, dans les matériaux correspondants afin de permettre,
d'une part, des mesures de teneur en eau globale et d'usure au vibrobroyeur et, d'autre part, des
raccordements entre les résultats de laboratoire et les caractéristiques des chaînes d'extraction

et de compactage effectivement utilisées sur les chantiers. Il serait bon que les prélèvements soient
effectués éventuellement par les entreprises de compactage qui sont, probablement, les plus directement
intéressées par cette affaire.
Je pense qu'il serait déjà possible de retenir, provisoirement, pour le compactage mixte « pneu +
vibrant» et pour, soit l'extraction par engins à lame, soit l'extraction à la pelle, respectivement
les expressions (4) et (5) de la teneur en eau critique w c
.
Vinterprétation des résultats pourraient être la suivante, avec w = la teneur en eau de la craie
lors du compactage. :
w < 0,Sw L
: peu de problèmes de compactage ;
0,8w L
< w < w c
— 2 : compactage acceptable possible mais peut-être difficile ;
w c
— 2 ^ w < w c
: compactage difficile et imparfait, mais probablement acceptable ;
w c
< w < w c
+1 : compactage très difficile et probablement inacceptable ;
w ^ w c
+1 : compactage acceptable impossible.
Je suis persuadé qu'ainsi utilisée, cette méthode, malgré ses imperfections certaines, peut déjà
rendre de grands services au géologue ou au géotechnicien à qui on demande de prévoir le comportement
au compactage d'une craie inconnue. Par sa rapidité et sa souplesse, elle parait être particulièrement
adaptée aux études préliminaires dont dépend souvent l'efficacité de l'organisation
ultérieure du chantier. Le problème pratique est alors de caractériser des volumes de craie à peu
près homogènes par leurs propriétés et susceptibles de donner lieu à un traitement particulier à
l'échelle du terrassement et du compactage ou, éventuellement, à des mélanges (extraction globale
ou compactage en « sandwich » ) dont la composition pourra être étudiée à l'aide des expressions
(7), (9) ou (11).
L'utilisation de la méthode ne doit pas exclure celle des autres essais (Proctor, recherche du compromis
optimal entre la densité sèche et le CBR, identificationpétrophysique, etc), mais au contraire,
faciliter le choix des échantillons représentatifs pour ces derniers.
En résumé, le mode opératoire préconisé serait le suivant :
— prélèvement d'échantillons représentatifs par une technique modifiant le moins possible les
teneurs en eau (échantillonnage soit manuel en tranchées ou en puits, soit par sondage, si possible
du type carottier battu, Highway ou Benoto, sinon par carottage normal avec prélèvement, au
cœur des carottes, pour mesure des teneurs en eau) ;
— conservation en boîtes étanches des échantillons destinés aux mesures de teneur en eau;
— détermination des teneurs en eau naturelles w„ avec leur dispersion;
— classement des échantillons par familles, en tenant compte à la fois des données du gisement
et de celles des mesures de teneur en eau;
— séchage et concassage d'échantillons représentatifs des diverses familles;
— confection de mélanges 5/20 réguliers pour chaque famille après tamisage au vibrotamis, lavage
et séchage;
— usure du 5/20 régulier au vibrobroyeur avec un galet cylindrique plein de 700 g pendant 30 s,
d'une part à sec, et d'autre part, après une immersion d'une heure dans l'eau et un égouttage d'un
quart d'heure sur tamis couvert;
— détermination pour chaque famille des paramètres a et b de la droite d'usure
U = aw + b;
— usure dans l'eau pendant 5 mn, au vibrobroyeur muni d'un galet de 700 g, de 300 g environ
de craie 5/20 (poids sec) de chaque famille immergée depuis 1 h dans environ 300 g d'eau (usure
à une teneur en eau w = 100 %), puis tamisage sous l'eau des fines inférieures à 400 microns
formées;
— détermination de la limite de plasticité w L
des fines ainsi fabriquées pour chaque famille;
— calcul de w c
pour la valeur de K correspondant à la chaîne extraction-compactage choisie
(expressions (4) et (5) ) ;
— comparaison, pour chaque famille, de w c
avec w n
en tenant compte des dispersions de w„;
— interprétation globale des résultats, à l'échelle du chantier, par comparaison des histogrammes
w n
des diverses familles avec les w c
correspondantes et en envisageant les variations de w„ susceptibles
de se produire au cours du chantier (assèchement par temps ensoleillé ou par gros vent,
humidification par temps de pluie) ;
109

— choix des modes d'extraction et de compactage les plus adaptés a priori;
— évaluation des cubages de décharge éventuels dans l'hypothèse d'une extraction aveugle;
— recherche d'une solution pour réduire le volume des décharges en combinant entre elles les
diverses familles de craie du gisement, et en faisant éventuellement appel à des mélanges avec
des craies ou d'autres matériaux provenant d'autres gisements (expressions (7), (9) et (11),) ;
— étude éventuelle d'une solution faisant appel à des adjuvants chimiques ( ciment, chaux vive, etc.).
Ainsi conçu, le schéma d'investigation donne une part prépondérante aux teneurs en eau qui représentent
la caractéristique à la fois la plus importante et la plus rapidement mesurable d'une craie
destinée à être mise en remblai.
LISTE DES SYMBOLES
a Pente de la droite d'usure en vibrobroyage.
b Ordonnée à l'origine de la droite d'usure en
vibrobroyage (% d'usure à teneur en eau nulle).
e x
Epaisseur constante d'eau fortement liée, orientée
autour de chaque cristal de calcite (cm).
e 2
Epaisseur constante d'eau faiblement liée, orientée
autour de chaque cristal de calcite (cm).
I L
Indice de liquidité (%).
I P
Indice de plasticité ( %).
K Constante caractéristique du compactage critique
pour un ensemble de matériels donné.
S Surface spécifique externe des cristaux de calcite
(cm 2 /g).
U Pourcentage des fines obtenues après l'essai de
vibrobroyage.
w Teneur en eau ( %).
w c
Teneur en eau critique ( %).
w L
Limite de liquidité ( %).
w a
Teneur en eau naturelle (%).
w P
Limite de plasticité (%).
w s
Teneur en eau maximale des agrégats ( %).
X x
Caractéristiques du mode d'extraction.
X 2
Caractéristiques du mode de compactage.
Y Difficulté de compactage d'une craie.
Y c
Valeur critique de la difficulté de compactage.
yd Densité sèche de la craie.
110

La craie
et les ouvrages d'art
Séance sous la présidence de M. Legrand,
Adjoint au Directeur du Laboratoire central
des Ponts et Chaussées.

Fondations dans la craie
F. BAGUELIN
Chef de la section des fondations
Laboratoire central
introduction
Cet exposé n'a pas pour prétention de traiter tous les problèmes qui
peuvent se poser à l'occasion de travaux de fondations dans la craie,
mais il se limite à un aspect assez particulier à ce matériau et qui est la
détermination de la force portante (niveau de la fondation et taux de travail) et les méthodes de
reconnaissance à utiliser.
Par ailleurs, on aura essentiellement en vue la craie tendre telle qu'on la rencontre dans la région
de Paris.
Certains points ne seront pas applicables à d'autres craies, celle de Touraine pour citer un exemple,
généralement plus dure et dans certains cas très sableuse. On s'est en effet surtout appuyé sur l'expérience
de chantiers réalisés au voisinage de Paris, sur l'étude synthétique de MM. Florentin,
L'Hériteau, Farhi et Parez [1], qui concerne des craies du Bassin parisien, et enfin sur Vétude expérimentale
réalisée au pont d'Oissel (A 13), relatée par M. Pasturel [5].
L'écueil principal à éviter dans la détermination de la force portante de fondations sur craie est
probablement la tendance au pessimisme, que Von acquiert facilement lorsqu'on aborde l'étude
par sondages carottés et essais mécaniques sur échantillons, et qui peut provenir aussi des résultats
de battages, généralement trop faciles.
Nous examinerons donc successivement les points suivants, à la fois pour la craie franche et pour
la craie altérée qui la recouvre en plus ou moins grande épaisseur, et qui est tout autant digne d'intérêt
dans les problèmes de fondations :
— prélèvements et essais mécaniques sur échantillons,
— essais mécaniques en place,
— méthodes de calcul,
— observations et expérimentations sur ouvrages.
113
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - Spécial V - Octobre 1973

1
PRÉLÈVEMENTS ET ESSAIS
SUR ÉCHANTILLONS
MÉCANIQUES
La figure 1 présente un exemple de résultats de carottage
dans la craie campanienne au voisinage de Paris.
Il est très fréquent d'obtenir des pourcentages de
carottages réduits dans la partie altérée : c'est le cas
lorsqu'on a des blocs de dimensions centimétriques
à décimétriques emballés dans une gangue plus ou
moins marneuse ; cette dernière peut se trouver
éliminée complètement. Ces problèmes ne sont pas
spécifiques à la craie et se présentent plus généralement
avec les matériaux composites, comportant à la
fois des éléments durs et une matrice plus molle.
L'impression que l'on retire de l'examen de tels
carottages est très souvent défavorable, surtout pour
le non-spécialiste.
Les essais mécaniques ne peuvent être pratiqués que
sur les blocs qui sont représentatifs du matériau sain,
ou bien sur la gangue dans la mesure où il en reste ;
si l'on est amené à la reconstituer, on peut légitimement
se poser la question de savoir quel est alors son
rapport avec le matériau en place. Les essais susceptibles
d'être effectués sont indiqués ci-dessous.
Uessai de résistance à la compression simple R c
est
réalisé sur des blocs de craie saine (fig. 2 et 3).
Les conditions d'humidité peuvent faire varier de
manière importante (du simple au double) le résultat.
La protection des échantillons est donc nécessaire si
l'on veut obtenir des informations représentatives
du matériau en place. Néanmoins, malgré ces précautions,
on note généralement une assez grande
dispersion des résultats.
L'essai triaxial est difficile à effectuer sur des échantillons
de craie saine. Par ailleurs, la gamme de contraintes
intéressantes dans les problèmes de fondations
ne dépasse pas quelques dizaines de bars. Ayant
constaté une grande variation de la résistance à la
compression simple, qui n'est autre qu'un essai triaxial
rapide à contrainte latérale

T(bar)
Le frottement latéral unitaire est généralement faible.
Ce phénomène s'observe aussi avec d'autres types
de sols, mais est particulièrement marqué pour la
craie, à tel point que l'effort de frottement latéral
total peut même décroître avec la profondeur [1].
La figure 6 illustre ce phénomène entre les profondeurs
de 11 et 15 mètres.
Pressiomètre
Fig. 4. —
X (bar)
a(bar)
Essais triaxiaux sur la craie franche, effet de la dispersion.
La sonde est mise en place dans un forage préalable
et l'essai peut être pratiqué aussi bien dans la zone
de craie franche que dans la zone de craie altérée.
Le forage peut s'effectuer de diverses façons : par
outil plein (taillant de wagon-drill), par carottier
battu type Delmag ou par carottier à rotation.
On sait d'une manière générale que les résultats de
l'essai pressiométrique sont sensibles au mode de
réalisation du forage ou de la mise en place de la
sonde [2]. C'est pour diminuer ces variations systématiques
qu'un mode opératoire a été mis au point [4].
Néanmoins, la pression limite reste dans une large
mesure peu affectée et caractérise généralement bien
la réaction de masse du sol.
Fig. 5. —
1 2 3 4 o-(bar)
Essais triaxiaux sur la craie molle ((pont de Grenelle).
En conclusion, on peut retenir que les prélèvements
intacts dans la craie sont généralement très difficiles,
surtout dans la partie altérée, et que les essais mécaniques
ne peuvent souvent pas être faits dans de
bonnes conditions. La résistance à la compression
simple est sans doute le paramètre le plus significatif
pour la craie saine, encore que ses valeurs expérimentales
présentent souvent une grande dispersion.
ESSAIS MÉCANIQUES EN PLACE
On examinera successivement les essais au pénétromètre
statique, au pressiomètre et les essais de battage.
Pénétromètre statique
Le pénétromètre statique permet en général de reconnaître
la zone altérée, le refus s'obtenant souvent
assez rapidement dans la craie saine. Suivant la
densité et la grosseur des blocs, les diagrammes de
pénétration de la pointe présentent des pics plus ou
moins accusés et nombreux. La valeur des minimums
dépend du diamètre de la pointe, phénomène lié au
broyage des blocs [1].
Fig. 6. —
Essai au pénétromètre statique de 10 t (Saint-Cloud).
116

1
Notons aussi que le forage préalable permet d'obtenir
en outre d'autres informations : courbe de battage
et extraction de terrain remanié (carottier battu),
courbe d'avancement (outil plein).
Essais de battage
En général, la pénétration dynamique s'avère relativement
aisée et les rapports de la résistance correspondante
aux divers paramètres tirés d'essais de type
statique sont plus faible, que pour d'autres sols.
Fig. 7. — Essai pressiométrique (Boulogne-Billancourt).
Ainsi, on obtient une image pessimiste de ce matériau.
Citons quelques valeurs typiques :
— le nombre de coups nécessaires à un enfoncement
de 10 cm du carottier battu Delmag peut rester voisin
de 5 dans la craie moyennement altérée (P, de l'ordre
de 15 bars) ;
— des essais de battage de palplanches réalisés en
Seine conduisent à des frottements latéraux moyens
apparents de l'ordre de 0,1 bar.
MÉTHODES DE CALCUL
Il semble toutefois que l'essai pressiométrique mis
en œuvre par les moyens précités reste encore pessimiste
dans les parties altérées, à en juger par les valeurs
faibles généralement obtenues pour le rapport EjP l
(de l'ordre de 5 contre 10 généralement) et également
par l'observation de certaines fouilles dont l'état
s'est avéré meilleur qu'on ne pouvait le penser.
Un profil pressiométrique typique est donné (fig. 7),
faisant apparaître la partie altérée.
Un autre exemple est fourni par les résultats obtenus
sur le chantier du pont d'Oissel [5] ; les fourchettes
de valeurs sont données dans le tableau.
Etat de la craie Pi (bar) E (bar)
Craie très altérée à consistance
marneuse 7 à 12 40 à 60
Craie altérée très morcelée 20 à 30 150 à 300
Craie massive, fissurée, peu
altérée > 35 300 à 500
D. Pasturel note que les dispersions sont plus élevées
dans la craie altérée très morcelée.
On trouve des résultats tout à fait comparables pour
la craie de Paris, notamment dans la boucle de la
Seine à Boulogne-Billancourt.
En résumé, l'essai pressiométrique peut fournir des
indications valables sur la réaction de masse de la
craie massive ou altérée, quoiqu'un peu pessimiste
dans le cas de cette dernière.
Pour les fondations de type superficiel (semelles,
radiers, caissons), il est usuel de déterminer la force
portante en utilisant deux critères : un critère de
poinçonnement et un critère de tassement.
Pour les fondations profondes (pieux), on se contente
en général du premier, et deux termes sont pris en
compte : la résistance de pointe et le frottement
latéral.
Pour exploiter les essais de laboratoire, qui fournissent
des paramètres mécaniques ponctuels, on utilise
des théories relatives à des massifs semi-indéfinis :
théorie de la capacité portante pour évaluer la pression
de poinçonnement, théorie élastique pour évaluer
les tassements. On sait que les coefficients de portance
Ny, Nq, Nc dépendent éminemment de l'angle de
frottement du matériau sous le type de chargement
considéré, paramètre qu'il est en fait difficile de déterminer
pour la craie altérée et la craie franche.
Cette approche n'est guère possible que pour certaines
craies altérées ne comportant pas de blocs. Par exemple
dans le cas d'un chantier à Boulogne-Billancourt
(fig. 8), on a pu mesurer sur la craie molle en partie
supérieure des caractéristiques à l'essai triaxial rapide
non drainé :
C„ = 1 à 2 bars

5
= 0, ce qui conduit à considérer le matériau doué
d'une cohésion égale à RJ2. En fait, on a vu que la
résistance à la compression simple présente généralement
des valeurs expérimentales dispersées, et sur
la base d'essais de plaque et d'essais de pieux, Florentin
et al. [1] préconisent d'adopter plutôt une valeur de
la cohésion fictive égale au 1/3 de la valeur moyenne
de R c
. Le coefficient de portance N c
correspondant
vaut 10 pour une fondation profonde et de 5 à 7
pour une fondation superficielle, suivant sa forme.
Les essais pressiométriques fournissent des paramètres,
pression limite P, et module pressiométrique E, caractéristiques
de l'expansion d'une cavité cylindrique
au sein d'un massif indéfini, phénomène qui présente
une analogie certaine avec le refoulement du sol sous
la base d'une fondation profonde et même, quoiqu'à
un moindre degré, avec le refoulement du sol sous
une fondation superficielle. Il n'est donc pas étonnant
qu'on ait cherché à corréler de manière simple les
paramètres pressiométriques avec ceux caractérisant
le comportement des fondations [3]. La formule
donnant la pression de poinçonnement est :
qi = k(Pi-Po) + qo
Le facteur k est le facteur de portance dépendant de
l'encastrement relatif et de la nature du sol. Il vaut
0,8 pour les semelles non encastrées et pour les pieux
fichés dans la craie, on peut opter pour une valeur
comprise entre 3,5 et 5,8 suivant la nature de la craie ;
D. Pasturel [5] adopte :
— 3,5 pour la craie très altérée de consistance marneuse,
— 5,8 pour la craie roche fissurée et non altérée.
Les calculs de tassements dans la craie effectués par
la méthode pressiométrique sont probablement pessimistes,
notamment pour la craie altérée, compte tenu
du remaniement apporté par le forage.
Les essais au pénétromètre statique présentent évidemment
une analogie certaine avec le pieu, au moins
soit q t
= 0,5 R p
,
— pour le frottement latéral / : 1/40
soit / = — p .
40
OBSERVATIONS ET EXPÉRIMENTATIONS
SUR OUVRAGES
Les difficultés d'étude du matériau craie et les limitations
des méthodes de calcul sont apparues clairement.
Les méthodes les plus élaborées qui tentent de prévoir
le comportement de la fondation à partir de paramètres
mécaniques élémentaires sont en fait très
sensibles à de faibles variations de ces paramètres ;
or, ces derniers sont très difficiles à mesurer sur
éprouvettes dans la gamme de contraintes utiles pour
les problèmes de fondations ; par ailleurs, l'effet du
prélèvement peut difficilement être estimé dans la
plupart des cas.
Les méthodes les plus simples ont recours à un seul
paramètre mesuré, jugé de manière plus ou moins
intuitive, déterminant et représentatif pour le problème
de la force portante : soit un paramètre mécanique
élémentaire, la résistance à la compression simple
R c
, utilisable dans le cas de la craie franche ; soit un
paramètre caractéristique d'une sollicitation analogue
à celle des fondations, résistance de pointe R p
dans
le cas de l'essai pénétrométrique, pression limite P,
dans le cas de l'essai pressiométrique. Le passage à
la fondation se fait par le jeu de simples coefficients
multiplicateurs. Le caractère empirique de ces méthodes
est évident et elles nécessitent d'être calées
sur l'expérience.
De là l'intérêt des observations et expérimentations
en vraie grandeur, malheureusement peu nombreuses.
Deux références [1 et 5] ont été mentionnées au début
de l'exposé :
— dans la première, on rapporte des essais de chargement
sur trois pieux battus préfabriqués en béton
118

0. 40 x 0,40 m. Des essais de plaque au fond de forages
de pieux sont aussi mentionnés ;
— dans la deuxième, il s'agit de quatre essais de
chargement, l'un effectué sur un pieu en béton armé,
les trois autres sur un pieu caisson formé de deux
palplanches Larssen III, fichés à trois niveaux différents
et chargés avec des délais de repos variables.
Les principales observations sont les suivantes :
1. Les résistances dynamiques sont faibles. Dans le
premier cas [1], la formule des hollandais utilisée avec
un coefficient réducteur de 6 donne des charges admissibles
de 35, 90, 20 tonnes, alors que les essais de
chargement montrent un comportement du pieu tout
à fait admissible sous la charge nominale de 80 tonnes.
Dans le deuxième cas [5], on a évalué la résistance
dynamique « limite » à partir de formules prenant
en compte les raccourcissements élastiques, du pieu
et du sol notamment (formule de Léonards et Chellis).
Les valeurs ainsi obtenues sont proches de celles
évaluées pour le terme de pointe seulement par la
méthode pressiométrique.
2. La craie se reconstitue après le battage. La craie
est brisée et désorganisée par le battage et devient
sans doute proche de l'état liquide. Cependant laissée
au repos, elle regagne une certaine résistance dans
les jours qui suivent. Cela peut être observé lors des
reprises de battage qui donnent des résistances élevées
aux premiers coups de mouton ; les essais du pont
d'Oissel effectués avec un délai de repos allant de 1
à 10 jours montrent de façon nette cet effet. En raisonnant
sur les estimations pressiométriques, il semble
que ce soit le frottement latéral dans la craie altérée
qui y soit essentiellement soumis.
Notons que le mécanisme de ce phénomène n'est pas
encore élucidé : deux facteurs doivent jouer dans
des proportions qui ne sont pas connues, la dissipation
des surpressions interstitielles dues au battage
et une restructuration de la craie (thixotropie).
3. La capacité portante des pieux dans la craie peut
être évaluée à partir de la résistance à la compression
simple R c
suivant les règles indiquées précédemment,
ce qui conduit usuellement à des fichesde 3 à 5 diamètres
seulement dans la craie, « abstraction faite de
la couche décalcifiée de surface » [1].
Elle peut aussi être évaluée à partir de la méthode
pressiométrique qui a été en bon accord avec les
résultats des essais statiques de chargement [5] dans
la craie altérée chaque fois que le délai de repos a
été suffisant.
La méthode pénétrométrique a, par ailleurs, été
étalonnée sur quelques essais de chargement [1].
4. Des essais de plaques sur la craie altérée montrent
son très bon comportement de masse.
Bien que des corrélations n'aient pas été relatées
dans ces deux références, l'essai pressiométrique
s'avère en pratique convenable pour calculer les
fondations superficielles dans la craie altérée.
Ces observations et expérimentations fournissent
donc une base raisonnable d'évaluation de la capacité
portante de la craie et permettent d'éviter un pessimisme
excessif. Notons cependant qu'elles sont en
nombre très limité et qu'en ce qui concerne les pieux,
elles ont trait uniquement à des pieux battus et sont
des vérifications globales, sans que les parts respectives
du frottement latéral et de la pointe aient été déterminées
1 .
Des observations, notamment de tassements, pour
des fondations superficielles sur la craie altérée seraient
en outre souhaitables pour mieux apprécier la validité
des méthodes actuellement utilisables.
1. Depuis lors, des essais de chargements ont été réalisés à
Boulogne-Billancourt sur deux pieux forés de 0,60 m de diamètre,
fichés dans la craie altérée. Les dispositions ayant été
prises pour mesurer séparément les efforts de frottement latéraux
et l'effort de pointe, ces essais ont montré que la craie
altérée (Pi 15 bars) pouvait fournir un frottement latéral unitaire
élevé et ainsi constituer une couche de fondation parfaitement
valable, alors qu'il avait été question initialement de
descendre jusqu'à la craie saine. Les résultats de ces essais paraîtront
prochainement dans le Bulletin de Liaison des Laboratoires
des Ponts et Chaussées.
Conclusion
La craie est un matériau difficile à étudier, spécialement sur échantillons prélevés par carottage,
et qui offre une résistance au battage généralement faible.
Les essais en place de type statique permettent d'appréhender sa réaction de masse utile pour les
problèmes de capacité portante.
Corrélés avec quelques observations et expérimentations sur ouvrages, ils fournissent une base raisonnable
de dimensionnement, notamment des fondations sur pieux. Une autre méthode consiste
à utiliser la résistance à la compression simple R c
.
De toute manière, la craie s'avère comme un matériau de fondations tout à fait convenable.
119

BIBLIOGRAPHIE
[1] FLORENTIN, L'HÉRITEAU, FARHI et PAREZ, Observations faites sur la craie comme couche de fondation,
Comptes rendus du V e
Congrès International de Mécanique des Sols et de Travaux de Fondations,
Paris (1961), 1, p. 10.
[2] JÉZÉQUEL, LEMASSON et TouzÉ, Le pressiomètre L. MÉNARD : quelques problèmes de mise en œuvre
et leur influence sur les valeurs pressiométriques. Bull. Liaison Labo. routiers P. et Ch., 32, juinjuillet
1968, p. 97-127.
[3] MÉNARD, Calcul de la force portante des fondations sur la base des résultats des essais pressiométriques,
Sols-Soils, Paris, 2, n° 5, 2 e trimestre 1963, p. 9-24.
[4] Mode opératoire LCPC : L'essai pressiométrique normal, Dunod (1971).
[5] PASTUREL, Essais de chargement de pieux dans la craie altérée. Bull. Liaison Labo. routiers P. et Ch.,
29, janv.- fév. 1968, p. 6-10.
120

Ij'ensemble de la série crayeuse du Bassin parisien a, comme tout substratum rocheux d'une région
particulière, été exploité par l'homme.
HISTORIQUEMENT, quatre utilisations principales ont laissé dans ce substratum des cavités artificielles
résultant d'une exploitation.
La craie fut souvent la seule roche d'exploitation locale susceptible de fournir de la pierre à bâtir.
Les bancs les plus durs et les moins gélifs donnaient ainsi lieu à de grandes exploitations souterraines
localisées en général en fonction des variations locales de faciès à la base du Sénonien (Coniacien)
et dans le Turonien.
Les horizons de décomposition de la craie ou « argile à silex » conduisent à des sols acides qu'il convient,
pour les besoins agricoles, de chauler. Cette opération appelée « marnage » s'effectue localement
par extraction et répandage d'une craie tendre, si possible phosphatée, dans les champs. De nombreuses
exploitations souterraines ou « marnières » le plus souvent abandonnées subsistent donc dans le substratum
crayeux.
La craie a été, dans certaines zones, exploitée de façon souterraine pour alimenter des fours à chaux.
En bordure de rivière, des caves importantes existent fréquemment (Touraine, Charente, Saintonge).
Ces cavités souterraines diverses, le plus souvent mal répertoriées, posent des problèmes de sécurité importants
pour les constructions nouvelles. L'article sur « Les Cavités souterraines de la craie dans le nord de
la France » présente la façon dont le problème se pose et est susceptible d'être résolu dans une région
donnée. Bien que cet article n'ait pas fait l'objet de communication au cours des journées sur la craie,
il nous a paru utile de l'insérer dans ce numéro.
ACTUELLEMENT, ces types d'exploitation sont pour la plupart abandonnés. Par contre, le développement
des travaux urbains, en particulier les collecteurs profonds et les besoins industriels (stockages pétroliers
souterrains, centrales EDF, etc.), conduisent à réaliser des tunnels linéaires ou des cavités de stockage dans
la craie. L'article sur « La Craie dans les sites d'ouvrages de production d'électricité» montrera les problèmes
particuliers posés par la roche craie dans les travaux souterrains.
121

MER DU NORL
OCataès
[yf?M
Formations dunales
Dépôts fland riens de [a plaine maritime
ESSSSSBB Formations post-yprésiennes
Waaeea des monts des Flandres
l'.v.'.v.i Yprésien des bassins des Flandres et
;y.$|:*:: l'y':*:':'! d'Orchies — Argile des Flandres
;*l:ïï: I
Landénien
1 Terrains du Crétacé supérieur de l'Artois-Mélantois
&"ïv£ I I (Cénomanien, Turonten, Sénonien)
raomn Terrains antérieurs au Crétacé supérieur
(Boulonnais, Avesnois, Tournaisis)
QUATERNAIRE
TERTIAIRE
SECONDAIRE
et
PRIMAIRE
St-Omer° 9 \ f~Ti \
Bassin houiller
Emplacement des
cavités souterraines
Limites de département
/lontreuil
* . " * * * * * ^ *'v . Douai O'-rt^^^^B^ÉlWNr^^^K^Alr
"TVv • ' ». Doullens V
Fig. 1.
Carte géologique simplifiée montrant l'importance des cavités souterraines dans la région nord de la France, en liaison avec l'affleurement
des assises crayeuses (d'après la carte géologique au 1/320 000).
Fig. 2a. — Carrière souterraine du Bon-Dieu-Noir à Loos, près de Lille. On y cultive
une variété de salade, la chicorée ou barbe-de-capucin.
Fig. 2b. — Les cultivateurs isolaient chacun leur
propre exploitation en bouchant certaines ouvertures
par des murs en moellons de craie liés par un genre de
torchis, complétés à la partie supérieure par une sorte
de toile.
122

Les cavités souterraines
de la craie
dans le nord de la France
J. LEPLAT
Assistant géologue
Laboratoire régional de Lille
introduction
Le développement croissant de l'urbanisation et l'aménagement du
réseau routier, qui se traduisent par l'extension des villes existantes
ou la création de villes nouvelles d'une part, par l'amélioration des
anciennes routes ou le percement d'autoroutes et de voies nouvelles d'autre part, conduisent les
urbanistes, les promoteurs, les ingénieurs routiers et autres constructeurs à la découverte de
problèmes nouveaux, liés à l'implantation des travaux dans des sites jusqu'alors évités.
Dans le nord de la France, un de ces problèmes est la présence dans la craie, formation bien développée
dans la région et généralement considérée comme saine, de cavités souterraines autrefois
creusées par l'homme.
Si l'on excepte les sapes de la guerre 1914-1918, qui jalonnent le front de l'Artois, ces cavités
résultent de l'exploitation de la craie au cours des siècles, pour les besoins de l'agriculture et surtout
de la construction.
Encore bien connues de nos ancêtres, puisque certaines gardèrent leur activité jusqu 'à la fin du
siècle dernier et même le début de notre siècle, les carrières souterraines sont vite entrées dans la
légende, leur souvenir n'étant gardé que par le biais des invasions (beaucoup d'entre elles ayant
servi de refuge aux populations pendant les guerres), ou de certaines cultures maraîchères ( quelquesunes
ayant été transformées en champignonnières) (fig. 2).
On les redécouvre maintenant, et la prospection systématique entreprise il y a quelques années
par le service des Carrières révèle leur développement considérable dans la région (fig. 1 et 3).
Le présent article se propose :
— de réaliser la synthèse des connaissances actuelles sur l'exploitation souterraine de la craie
dans le nord de la France;
— de passer en revue les diverses méthodes de prospection appliquées à la recherche de ces cavités
dans la craie, afin de définir la méthodologie la mieux adaptée au problème;
— d'examiner un certain nombre de traitements que l'on peut faire subir aux cavités qui affectent
des terrains destinés à la construction.
Il a été mené à bien grâce à une excellente collaboration avec les ingénieurs du service des Carrières
du département du Nord, que je tiens à remercier ici, de même que toutes les personnes qui m'ont
aidées dans l'accomplissement de ce travail.
123
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - Spécial V - Octobre 1973

124

Contexte géologique
En France et dans les pays voisins de l'Europe du
nord, la craie occupe des surfaces considérables.
L'importance de ce faciès, jointe à une incontestable
originalité, n'ont pas manqué d'attirer l'attention des
premiers géologues qui, contrairement à l'habitude,
se sont servis du nom de sa roche la plus caractéristique
pour définir le système crétacé, dernier tiers
des temps secondaires.
SYSTÈME CRÉTACÉ
Le Crétacé correspond à un cycle sédimentaire
complet : les mers epicontinentales qui s'étaient
retirées à la fin du Jurassique transgressent à nouveau
au début du Crétacé, franchissant les détroits
qui séparent les massifs hercyniens, et s'installent
dans les dépressions que constituent les bassins
anglo-parisien, aquitain et rhodanien. Le cycle se termine
par une grande régression, et la lacune de
sédimentation qui s'ensuit généralement marque à la
fois la fin du Crétacé et celle de l'ère secondaire.
Ce n'est qu'au maximum d'extension des mers de
l'époque qu'apparaissent les faciès crayeux, d'où la
division schématique généralement adoptée en un
Crétacé inférieur sans craie et un Crétacé supérieur
le plus souvent crayeux (tableau I).
Crétacé du nord de la France
En ce qui concerne le nord de la France, l'axe de
la transgression étant orienté sensiblement sudest-nord-ouest,
la sédimentation crayeuse apparaît
dès le Cénomanien dans la partie sud-ouest (Boulonnais),
où les mers sont installées depuis l'Aptien-
Albien.
Ailleurs, l'invasion marine se produit à partir du
Cénomanien 1 , et les faciès correspondants ont un
caractère plus littoral : ce sont des sables glauconieux,
des argiles et des marnes qui reposent sur
un conglomérat de base appelé « tourtia » par les
mineurs du bassin Nord-Pas-de-Calais. Ce conglomérat,
de plus en plus récent à mesure que l'on
progresse vers le nord-est (Cénomanien à Valenciennes,
Turonien à Lille ?), marque la conquête
graduelle par la mer du bord sud du continent ardennais.
Les dépôts crayeux se généralisent au Turonien
supérieur, faisant suite à des alternances de marnes
et de craies caractéristiques du Turonien moyen.
Les craies de ce niveau sont souvent assez grossières,
d'une teinte blanc grisâtre. Elles contiennent
presque toujours d'énormes silex cornus.
Au Sénonien, la mer atteint son extension maximale
et dépose la craie blanche.
Les deux termes de base, le Coniacien et le Santonien,
affleurent largement dans les départements du
Nord et du Pas-de-Calais. Ils y sont quasiment indissociables,
et la datation précise des craies qui les
caractérisent nécessite une analyse approfondie de
leurs microfaunes respectives. Toutefois, la craie
santonienne se distingue en général de la craie coniacienne
par une finesse et une pureté plus grande,
ainsi que par l'absence des silex.
1. Cf. article de M. Bignot et de Mlle M.P. Aubry : La Géologie
de la craie dans le Bassin parisien.
TABLEAU I
Etages et sous-étages Faciès et localité types Fossile caractéristique
Danien
Calcaire du Danemark à
Bryozoaires
/ Maestrichtien Craie-tuffeau de Maestricht Belemnitella- mucronata
Crétacé
supérieur ) Campanien Craie de Champagne Belemnitella quadrata
crayeux Sénonien j (charentaise)
[ Santonien Craie de Saintonge Micraster coranguinum
\ Coniacien Craie de Cognac Micraster cortestudinarium
Turonien
Craie-tuffeau de Touraine
Cénomanien
Sable du Maine
Crétacé
inférieur
sans craie
Albien
Aptien
Barrémien
( Hauterivien
Néocomien <
( Valanginien
125

Le Campanien qui leur fait suite n'apparaît que
plus au sud, en Picardie, ainsi qu'à l'est de Valenciennes,
dans le prolongement du bassin de Mons.
Il est représenté, suivant les endroits, par :
— de la craie grise phosphatée,
— de la craie jaune, dure, un peu phosphatée et
fréquemment magnésienne,
— de la craie blanche.
Là où elles existent, les craies phosphatées et magnésiennes
occuperaient plutôt la base de l'étage.
Le Maestrichtien et le Danien n'ont jamais été signalés
dans la région qui nous intéresse.
Faciès particuliers rencontrés aux limites d'étages
Certaines limites d'étages ou de sous-étages sont
fréquemment marquées par l'existence de faciès
crayeux assez différents des craies habituelles. Ainsi,
le passage du Turonien au Sénonien se réalise très
souvent par l'intermédiaire de couches d'une craie
chargée de grains de glauconie et de phosphate de
chaux, et de bancs durcis, de niveaux noduleux ou
congloméroïdes (meules et tuns) qui traduisent un
caractère beaucoup plus littoral et éventuellement
des mouvements du fond marin.
Des phénomènes du même genre se reproduisent
parfois à la limite Santonien-Campanien où une
couche noduleuse et même un conglomérat de nodules
phosphatés ont pu être mis en évidence.
Exploitation souterraine de la craie
DOMAINES D'UTILISATION DE LA CRAIE
Par le passé, les principales utilisations de la craie
dans le nord de la France étaient liées à sa composition
chimique et à sa qualité de roche dans une
région qui en était particulièrement dépourvue.
Composition chimique
La craie a pour constituant de base le carbonate
de calcium CaC0 3
(en proportion le plus souvent
supérieure à 90 %) ; à certains niveaux s'y ajoutent
la glauconie (minéral argileux de la famille de l'illite 2 ,
et surtout le phosphate tricalcique. Ces divers éléments
en faisaient une matière première de choix
pour la fabrication des chaux et une source de calcium
et de phosphore pour l'agriculture (pratique du
marnage).
Qualité de roche
La craie, ou tout au moins quelques bancs de craie
peu gélive au sein de la formation crayeuse, est
demeurée pendant fort longtemps la seule pierre
à bâtir 3
pour une bonne partie du nord de la France.
Elle a servi en particulier à la construction des grandes
villes de la région que sont Lille, Douai, Cambrai
et Valenciennes, comme en témoignent les
vieux édifices qui y subsistent encore (châteaux,
églises, fortifications, etc.) (fig. 4).
Comme le transport n'était guère facile, le matériau
était extrait au plus près du lieu d'utilisation ; c'est
ainsi que, à chaque fois que cela était possible, d'énormes
carrières furent ouvertes aux portes mêmes
de ces villes.
Dans les campagnes, la craie était également exploitée
pour la construction, mais les carrières y étaient
naturellement moins étendues, à l'exception de celles
qui, placées à peu de distance de villes où la craie à
bâtir se trouvait hors d'atteinte, ont pu les alimenter.
Un exemple typique de ce cas particulier est celui
des importantes carrières du village de Bouvigny-
Boyeffles, dont une partie de la production était
acheminée par chariots vers la ville de la Bassée,
pourtant située à une quinzaine de kilomètres à vol
d'oiseau.
Ces exploitations sont parfois très anciennes, ainsi
à Lezennes, près de Lille, certains documents les
font remonter au VIP siècle. Activement poursuivies
jusque vers le milieu du XVIII e
siècle, elles furent
alors peu à peu abandonnées, la craie à bâtir étant
2. Formule générale de l'illite : (Si(4-z)Alz)Al20io(OH)2K*
avec x sa 0,5.
Dans la glauconie, presque tout l'aluminium est remplacé
par du fer ferrique (Fe2C"3) ; ce minéral contient en outre du
fer ferreux (FeO) et du magnésium (MgO).
3. Les grès mamelonnés que l'on rencontre parfois vers le
sommet de l'étage landénien ont été également exploités dans
ce but. Toutefois, comme ils étaient beaucoup plus rares et
que l'on en faisait aussi des pavés, on s'en servait uniquement
pour réaliser les soubassements.
126

1
pierre à bâtir. En effet, en l'absence d'un recouvrement
protecteur parfaitement imperméable (cas
général pour la région), les horizons supérieurs de
la craie ont subi au cours des temps géologiques
une altération plus ou moins poussée suivant les
conditions du site. A tout le moins, cette altération
se traduit par une fragmentation des bancs qui les
rend impropres à la confection de pierres de taille.
Les exploitations à l'affleurement étaient donc impossibles,
et dans la pratique il fallait bénéficier de
circonstances très favorables pour extraite de la craie
à bâtir à moins de 4 m de profondeur.
En ce qui concerne les autres domaines d'utilisation,
l'extraction souterraine était liée à l'existence
des formations qui surmontent habituellement la
craie, c'est-à-dire les dépôts superficiels et éventuellement
la base du Landénien. Dans la région
lilloise, par exemple, la craie, constamment masquée
par une telle couverture, a fait partout l'objet d'une
exploitation souterraine, quel qu'en fût l'usage.
En revanche, dans les régions où la craie apparaît
en surface, les affleurements pouvaient être traités
à ciel ouvert.
IMPORTANCE RELATIVE DES DIFFÉRENTS
DOMAINES D'UTILISATION
Fig. 4. — A l'emplacement d'un ancien centre d'extraction de craie à
bâtir, la petite église du village de Lezennes, près de Lille.
progressivement supplantée par la brique dont la
fabrication commençait à s'industrialiser. A la fin
du XIX e
siècle, la plupart d'entre elles étaient désaffectées,
et seules quelques-unes furent prolongées
jusqu'au début de notre siècle (Hordain et Avesnesle-Sec
entre Valenciennes et Cambrai).
CAUSES DE L'EXPLOITATION
SOUTERRAINE
De nos jours, les équipements mécaniques permettent
non seulement d'exploiter les gisements
à ciel ouvert en dépit de découvertes parfois considérables,
mais encore d'atteindre des profondeurs
très importantes au prix du pompage d'une ou même
de plusieurs nappes aquifères. Il n'en a pas toujours
été ainsi, et l'extraction souterraine de la craie se
comprend parfaitement si l'on compare le volume
des stériles, qu'il aurait d'abord fallu déblayer avec
les moyens de l'époque, à la quantité de substance
utile disponible, et si l'on tient compte du fait que
ce mode d'exploitation permettait de garder intactes
les excellentes terres de culture du pays.
Dans ces conditions, l'exploitation souterraine était
pratiquement impérative dans le domaine de la
C'est incontestablement la production des pierres à
bâtir qui a consommé les plus fortes quantités de
craie, et qui, par conséquent, a déterminé les cavités
les plus importantes, d'autant que, comme nous
l'avons vu plus haut, ce domaine d'utilisation était
pratiquement le seul exigeant une exploitation souterraine.
En seconde position devait se placer l'industrie
chaufournière, dont on peut noter qu'un certain
nombre d'exploitations souterraines sont relativement
récentes. Très actives au XIX e
et au début
du XX e siècle, elles prenaient en quelque sorte le
relais des carrières de pierre à bâtir. L'exemple le
plus caractéristique que nous possédions est celui
d'un four à chaux de la région valenciennoise qui
a fonctionné jusqu'en 1962, alimenté par la craie
blanche de son sous-sol (fig. 5).
En dernier lieu venaient sans doute les besoins pour
l'agriculture, le marnage des terres n'ayant pu engendrer
que des exploitations de petite taille, vraisemblablement
très dispersées et, de plus, limitées
aux zones dépourvues d'affleurements crayeux.
Le cas des exploitations souterraines de craie phosphatée,
quasiment absentes de la région considérée
ne sera pas évoqué ici. En effet, si l'on excepte quelques
tentatives peu fructueuses d'extraction de
craie phosphatée au niveau des tuns (limite Turonien-Sénonien)
dans les carrières de pierre à bâtir
de Lezennes près de Lille, tentatives qui auraient
donné naissance au fameux Lac Bleu, les premières
exploitations se trouvent à la limite des départe-
127

i
Fig. 5. — Ce four à chaux de la
région valenciennoise(Saint-Saulve)
a fonctionné jusqu'en 1962.
Fig. 6. — Carrières souterraines
d'Hordain, près de Valenciennes.
Détail des bancs constituant l'assise
de la Bonne pierre (la torche
mesure 24 cm).
ments du Pas-de-Calais et de la Somme ; elles concernent
l'assise de craie phosphatée qui constitue en
Picardie la base du Campanien.
CRAIES UTILISÉES
Pour la fabrication de la chaux, de même que pour
le marnage des terres, il semble que l'on se soit
servi assez indifféremment des craies turonienne
ou sénonienne, avec peut-être une préférence pour
les craies généralement plus fines et plus pures du
Santonien et du Campanien, tout au moins dans les
régions où le choix était possible.
En revanche, dans toute la série des dépôts crayeux,
quelques bancs seulement étaient à la fois assez résistants
et peu gélifs pour fournir des pierres de taille.
Ces bancs constituent habituellement un niveau
de 2 à 5 ou 6 m d'épaisseur. Ils sont formés d'une
craie compacte, de teinte gris blanchâtre à grise,
fréquemment chargée de grains de glauconie et de
phosphate de chaux. Suivant les régions, ils appartiennent
à la base du Sénonien (région de Lille),
au sommet du Turonien (région de Valenciennes),
ou même au Turonien par les couches inférieures et
au Sénonien par les couches supérieures mais de toute
façon, ils se situent toujours à la limite de ces deux
étages (fig. 6).
A titre d'exemple, nous donnons un extrait de la
coupe la plus complète relevée par L. Cayeux dans
les carrières souterraines de Lezennes, près de Lille,
de haut en bas (tableau II) [3].
Comme on peut le voir la « craie à bâtir », épaisse
ici d'environ 3 m, forme de base du Sénonien, si l'on
considère le 1 er
tun comme la limite entre le Sénonien
et le Turonien.
Dans la région de Valenciennes, on peut relever
la coupe schématique également de haut en bas,
donnée dans le tableau III [7 et 9].
Si l'on compare cette coupe à celle de Lille, en faisant
abstraction des considérations relatives à la faune,
il semble que la Bonne pierre de Valenciennes, directement
au contact de la craie à silex cornus, se situe
à un niveau inférieur à celui de la craie à bâtir de
Lille. L'examen des faunes avait conduit Cayeux [4]
à la même conclusion.
128

1
TABLEAU II
A
B
Petit Blanc avec « soies » 5 m c'est la craie à Inoceramus involutus,
disloquée.
Craie avec « soies » formant un banc de 1,30 m.
Craie à chaux
S
E
N
C
Craie à bâtir, grise, présentant des rognons ferrugineux qui rendent difficile
le travail de la roche et qui ont valu à cette craie le qualificatif de Banc des
roux ; elle constitut un banc de 1,50 m.
O
N
Craie à bâtir
I
D
Craie un peu plus grise, plus sableuse, plus tendre, mais plus estimée comcomme
pierre à bâtir. Ce banc, épais de 1,50 m, repose directement sur le
tun et porte pour cette raison le nom de Banc du tun.
E
N
E 1 er tun ou phosphate de chaux en nodules dans une craie grise légèrement
glauconieuse. Ces nodules sont jaunâtres, gros comme le poing, roulés et
couverts d'huîtres, de spondyles ou de tubes de serpules.
Le 1 er
tun, qui n'a guère que 0,40 m d'épaisseur en moyenne, est recherché
comme source de phosphate.
F
Craie grise, légèrement sableuse, très glauconieuse et peu cohérente
(0,10 m).
G
H
Craie sableuse, glauconieuse (0,80 m).
Craie jaunâtre, sableuse, aussi riche en glauconie que le niveau F. Elle se
distingue des deux horizons précédents par une cohérence plus grande
(0,80 m).
I 2 e tun, connu sous le nom de Tun blanc. C'est une nouvelle couche phosphosphatée,
en nodules d'un blancjaunâtre dans une craie plus pâle (0,50m).
J
Craie grise (0,10 m).
Craie
phosphatée
T
U
R
O
N
I
E
N
K 3 e tun, en nodules tout à fait blancs dans une craie de même couleur
(0,50 m).
L
M
Craie gris-blanc (0,30 m).
Craie à silex cornus (1,50 m).
Craie à silex
DIVERS TYPES D'EXPLOITATION
SOUTERRAINE
D'une manière générale, on peut distinguer deux
grands types d'exploitations : « en bouteilles » et
« en galeries et piliers ».
Exploitation en bouteilles
Cette exploitation consistait d'abord à creuser un
puits de 1 à 1,5 m de diamètre dans la couverture
(de limons le plus souvent) ; ensuite, une fois arrivé
dans la craie, à élargir progressivement la cavité,
lui donnant ainsi une forme de bouteille (fig. 7).
Une bouteille achevée, une autre bouteille était réalisée
juste à côté, à une distance telle qu'elle recoupait
en général la précédente à la base, réalisant ainsi
une communication de forme sensiblement ogivale
(fig. 8). L'exploitation terminée, chaque bouteille
était fermée, à la base du col, par une voûte en moellons
de craie non cimentés, et le col de la bouteille
rebouché (fig. 9).
129

TABLEAU HI
Craies rencontrées
Puissance
(m)
Etages
Craie blanche sans silex
« Gris » : craie fendillée contenant
un peu de « matière verte
» 4 .
« Verts » : craie grossière, remplie
de « matière verte » se délitant
à l'air.
3,00
1,00 Sénonien
Bonne pierre » : \
craie grise, ten- l
dre, glauconi- ; Craie à bâtir
fère se taillant \
facilement 1
2,50
Blanchâtre à silex cornus
Turonien
Fig. 7. — La carrière à ciel ouvert de Loos'Ennequin près de Lille,
autrefois exploitée par les Ciments du Nord, a recoupé les carrières
souterraines du Bon-Dieu-Noir. La photo met en évidence la forme
de bouteilles donnée à ce type d'exploitation. La bouteille située à
l'extrémité droite a même gardé une partie de la voûte en moellons de
craie qui la fermait.
Ce mode d'exploitation est très caractéristique de la
région lilloise. Il devait être orienté essentiellement
vers la fourniture de craie pour les fours à chaux
ou pour l'amendement, mais il est possible que certains
niveaux plus résistants aient été réservés pour
la production de pierres de taille ou de moellons.
La hauteur de ces bouteilles est extrêmement variable,
de 7 à 15 m ou même plus; elle dépend principalement
de la position de la nappe aquifère retenue
dans la craie par les marnes sous-jacentes, puisque
dans ce type d'exploitation l'on cherchait à exploiter
la plus forte épaisseur de craie possible.
Actuellement encore, certaines de ces cavités sont
partiellement inondées en période de hautes eaux,
ce qui signifie que l'on a profité des périodes d'étiage
pour les pousser en profondeur.
Exploitation en galeries et piliers
Cette exploitation, appelée aussi en chambres et
piliers ou encore en piliers tournés, était réalisée
à partir de puits verticaux descendus jusqu'aux
couches intéressées ou, lorsque le site s'y prêtait,
à partir d'entrées implantées directement à flanc
de coteau (fig. 10). Après extraction, subsiste un
réseau de galeries plus ou moins régulier (fig. 11,
12 et 13).
Les dimensions de ces galeries et des piliers varient
naturellement suivant la région, la puissance du
niveau exploitable et sa profondeur d'enfouissement.
Dans le Valenciennois, à Hordain et Estreux (fig. 14)
les galeries ont une largeur de 1,5 à 3 m pour une
Fig. 8. — Carrières du Bon-Dieu-Noir. Les bouteilles communiquent
entre elles par des ouvertures de forme ogivale qui sont ici parfaitement
alignées. Remarquer au premier plan les sillons témoins de la culture
des champignons maintenant abandonnée.
4. Il s'agit de glauconie vraisemblablement.
5. Le taux de défruitement, T, est défini comme le rapport
de la surface exploitée à la surface totale T = -g = —^—
Sp désignant la surface des piliers.
130

hauteur moyenne de 2,5 à 3 m. La section des piliers
est souvent faible, de l'ordre de 2 à 3 m 2 , d'où un
taux de défruitement 5 qui peut avoisiner 90 %.
A Lezennes, dans la région lilloise, les galeries sont
plus hautes (3 à 3,50 m) et souvent plus larges, certaines
pouvant atteindre 4 à 5 m (fig. 15). Toutefois,
les piliers sont également plus importants (les sections
de 12 à 16 m 2
ne sont pas rares) et le taux de
défruitement est en général moins élevé (60 à 70 %).
Ce type d'exploitation a été surtout utilisé pour la
production des pierres à bâtir, la taille se faisant
au fond (fig. 16) les rebuts étant employés au remblaiement
de certaines galeries. Cependant, l'industrie
chaufournière a pu donner lieu à des exploitations
d'un type très voisin. Sous le four à chaux
de Saint-Saulve par exemple, l'exploitation de la
matière première, la craie blanche en l'occurrence,
a déterminé le creusement d'un réseau de galeries
larges de 1,5 à 3 m mais dont la hauteur atteint
couramment 4 à 6 m (hauteur maximale 8 m) (fig. 17).
Fig. 9. — Carrières souterraines de Lezennes. Puits d'accès ou catiche,
vu d'en bas, montrant la voûte en moellons de craie qui ferme
le col de la bouteille.
Dans l'exploitation en galeries et piliers, les puits
d'accès sont rares. Dans le Valenciennois leur nombre
est de 2 à 4 par hectare, alors qu'il peut s'élever
à 150 pour les exploitations en bouteilles du sud de
Lille. De ce point de vue, les carrières de Lezennes
réalisent une sorte de compromis, puisque l'exploitation
en galeries et piliers de la craie à bâtir comporte
néanmoins une cinquantaine d'accès en bouteille
(les catiches) par hectare (fig. 11 et 12).
Fig. 10. — Carrières souterraines à flanc de coteau à Ames-Amettes.
131

Fig. 11. — Carrières sous la déviation du CD 146 à Lezennes. Lever montrant la disposition et l'importance des piliers. Les puits d'accès (catiches)
sont figurés par des petits cercles.
Fig. 12. — Carrières sous l'autoroute A 2, à Estreux, près de Valenciennes. Lever montrant la disposition et l'importance des piliers. A noter la
rareté des puits d'accès carrés marqués V x p ts .
132

133

Fig. 16. — Carrières de craie blanche pour la fabrication de la chaux
à Saint-Saulve. Les galeries, très profondes (jusqu'à 25 m par rapport
au terrain naturel), sont très hautes. Remarquer lesdiaclases noircies
par des dendrites d'oxyde de manganèse.
•
Fig. 17.
Carrières à Hordain. Stock de pierres taillées dans la
chambre d'exploitation.
m
Prospection des cavités souterraines
Depuis 1967, le département du Nord possède un
service des Carrières qui a pour mission principale
la constitution d'un atlas des carrières souterraines
du département [10].
L'obligation de déclarer au service des Mines l'ouverture
d'une exploitation souterraine remonte à
1892. Le service des Carrières dispose donc, en
principe, de renseignements sur les exploitations
ouvertes après cette date.
Les carrières plus anciennes ne sont souvent connues
que par ouï-dire, les informations s'étant transmises
de génération en génération, ou encore par l'intermédiaire
des noms de lieux-dits sur la carte d'étatmajor.
Les archives étant inexistantes et les accès
bouchés, il faut donc recourir aux méthodes de
prospection.
CONNAISSANCE GÉOLOGIQUE
Lorsque, dans le cadre d'un projet quelconque, l'on
veut lever l'incertitude quant à la présence éventuelle
de cavités souterraines dans la craie, le point
de départ indispensable est une bonne connaissance
de la géologie régionale.
En fonction :
— de la position de la nappe aquifère,
— de la profondeur des couches de craie qui ont
pu faire l'objet d'une exploitation souterraine,
— de l'existence d'une couverture plus ou moins
épaisse de morts-terrains (dépôts superficiels ou
tuffeau),
134

le géologue pourra se faire une idée de la probabilité
d'existence de cavités souterraines, et même,
dans une certaine mesure, du mode d'exploitation.
Cette connaissance sera utilement complétée par
des observations portant essentiellement sur les
constructions anciennes (châteaux, églises, maisons
et fermes, fortifications, fours à chaux), par la consultation
des archives communales, ainsi que par des
renseignements recueillis auprès des personnes âgées.
Enfin, l'examen des photographies aériennes disponibles
dans les zones suspectes apportera, dans
certains cas, une aide précieuse : différence de végétation
à l'emplacement des puits, fontis en préparation,
etc. (fig. 18).
Cette première phase d'investigations étant terminée,
on pourra passer à la prospection proprement
dite, dont les méthodes peuvent être classées sous
deux grandes rubriques : les méthodes non destructives
et les méthodes destructives.
Fig. 18. — Emplacement des carrières de Saint-Saulve. Les zones
plus sombres indiquent des fontis rebouchés ou en préparation, et à
coup sûr une zone de carrières souterraines.
MÉTHODES NON DESTRUCTIVES
Prospection gravimétrique
La première idée qui vient à l'esprit est de profiter
du contraste de densité entre la cavité et les terrains
encaissants, et par conséquent de se tourner
vers la prospection gravimétrique [1, 11, 12, 13
et 14].
Notre propos n'est pas ici d'exposer en détail cette
méthode de prospection, mais d'examiner ses possibilités
quant à la détection des carrières souterraines
du nord de la France. Aussi, nous contenterons-nous
de rappeler quelques généralités indispensables.
La recherche des cavités souterraines est une application
relativement récente de la gravimétrie. En
effet, les anomalies négatives qui résultent de la présence
de telles cavités sont en général très faibles,
et ce n'est que depuis une trentaine d'années que l'on
dispose de gravimètres suffisamment perfectionnés
pour les enregistrer avec une précision convenable.
Les appareils modernes donnent assez couramment
le 1/100 de milligal, c'est-à-dire approximativement
1 -10~ 8 g (g x 981 gais), et certain gravimètre américain
apparu tout récemment sur le marché français
permet d'obtenir la précision du microgal
(MO- 9 £ (fig. 19).
Mesures
Dans ce type de prospection, les gravimètres étant
utilisés au maximum de leur précision, il importe
de soigner particulièrement la qualité des mesures.
Dans ce but :
— toutes les stations sont rattachées à une même
base, ce qui évite d'ajouter à l'erreur de lecture à
la station les erreurs commises aux bases ;
— les programmes de mesures débutent et se terminent
systématiquement à la base ; ainsi connaît-on
la dérive instrumentale, que l'on réduit en limitant
la durée de chaque programme à une heure environ
;
— chaque station fait l'objet d'au moins deux
mesures, et si l'écart entre ces deux mesures est
jugé trop grand (par exemple supérieur à 0,03 milligal)
on procède à une troisième mesure voire même
à une quatrième.
Fig. 19. — Un gravimètre perfectionné (La Coste et Romberg).
135

Corrections
La comparaison des mesures de g entre elles nécessite
un certain nombre de corrections qui ont pour
but. d'éliminer les effets de la dérive instrumentale,
des marées luni-solaires, de la latitude (1/100 milligal
pour un déplacement nord-sud de 12,5 m) , de
l'altitude et des masses latérales situées au voisinage.
En gravimétrie de fin détail, ces corrections doivent,
comme les mesures, être effectuées avec la plus
grande précision. En particulier, la correction d'altitude
AZ est fondamentale. Elle est obtenue à partir
de la formule :
Ag t
= Z(0,308 6-0,041 9 y)
où g x
= valeur corrigé de la gravité en milligals
Z = altitude en mètres
y = densité moyenne du sous-sol.
pour y = 2,67 Ag x
= 0,196 Z
y = 2 Ag t
= 0,225 Z.
AZ doit être inférieur à 5 cm pour que Ag t
soit
inférieur à 1/100 milligal. En conséquence, chaque
station de mesure doit être soigneusement rattachée
au niveau NGF. En général, on peut compter sur
des erreurs d'altitude inférieures à 2 cm, ce qui correspond
à moins de 4/1 000 milligal sur g.
En ce qui concerne la correction introduite par l'influence
des masses latérales, un pays de plaine comme
le nord de la France permet de la négliger.
Anomalie résiduelle
A la valeur de g ainsi corrigée, on soustrait alors la
gravité théorique, calculée en supposant la Terre
homogène, pour obtenir ce que l'on appelle l'anomalie
de Bouguer, qui traduit les hétérogénéités
du sous-sol. Cette anomalie peut encore se décomposer
en une anomalie régionale, qui représente une
certaine structure géologique profonde et que l'on
appréhende au mieux, et en une anomalie résiduelle
qui, dans le cas qui nous occupe, pourra correspondre
à la présence d'une cavité.
Résultats obtenus
Les résultats d'une prospection gravimétrique appliquée
à la recherche de telles cavités souterraines
sont généralement fournis sous la forme de cartes
d'isogammes, de cartes de l'anomalie de Bouguer,
de cartes de l'anomalie résiduelle, et éventuellement
de l'anomalie résiduelle lissée.
Ces résultats sont plus ou moins spectaculaires,
parfois même décevants, et en ce sens, il est intéressant
de connaître les limites de ce type de prospection
en fonction de la forme et de la profondeur
d'enfouissement des cavités. On peut pour cela se
livrer à quelques calculs théoriques en assimilant
les cavités aux formes géométriques simples qui
s'en approchent le plus. Réalisée avant une prospection,
cette étude théorique, que l'existence d'abaques
rend maintenant plus aisée, permettra entre
autres de choisir la maille de mesure.
Premier exemple d'application — Exploitation de
type bouteilles.
Cette carrière souterraine se situe dans la région
lilloise. Les bouteilles ont généralement un col de
2 à 4 ou 5 m de hauteur, un diamètre à la base de
4 à 8 m, et leur fond se situe suivant les cas entre 10
et 15 m de profondeur, exceptionnellement plus.
Une cavité moyenne de ce type peut être assimilée
à une sphère de rayon R = 4 m dont le centre serait
placé à 8 m de profondeur. Le calcul montre qu'elle
se traduirait, théoriquement, par une anomalie maximale
de 6/100 de milligal environ pour un point
situé à l'aplomb du centre de la cavité, et qu'il faudrait
adopter une maille de 5 m pour la déceler.
Cependant, comme ces cavités sont pratiquement
toujours groupées, l'anomalie gravimétrique est beaucoup
plus importante et une maille de 20 m donne
une probabilité de détection quasi absolue.
En général, la pratique confirme assez bien la théorie
: on a pu mesurer sur des exploitations de ce
type une anomalie maximale de 30/100 de milligal
alors que le calcul théorique prévoyait 30 à 40/100
de milligal (fig. 20).
Second exemple d'application — Exploitation en galeries
et piliers.
Il s'agit ici d'une exploitation dans la région de
Valenciennes qui a fourni uniquement des pierres
à bâtir. Le niveau exploité, la Bonne pierre, est peu
épais, de l'ordre de 2,5 m, et son toit se situe à plus
de 15 m de profondeur. Les communications avec
la surface sont très rares, contrairement à ce qui
se passe dans la région lilloise. Il s'agit de puits dont
le diamètre atteint au maximum 2 m et qui se comptent
au nombre de deux à l'hectare en moyenne.
Or les calculs faits pour une cavité de section rectangulaire
haute de 2 m et large de 20 m montrent
que pour une épaisseur de recouvrement de l'ordre
de 15 m, l'anomalie maximale n'excède guère 5/100
milligal, et que l'espacement entre stations doit être
très faible (de l'ordre de 5 m) pour que les anomalies
soient mises en évidence.
Ces résultats théoriques sont en partie confirmés
par les études gravimétriques réalisées sur le site :
les anomalies sont peu importantes (fig. 21). Il faut
toutefois signaler que, comme l'ont montré les reconnaissances
ultérieures, les carrières souterraines s'étendaient
pratiquement sous toute la zone étudiée par
gravimétrie, ce qui peut expliquer dans une certaine
mesure l'absence de contraste.
136

Fig. 20. — Carrières souterraines en bouteilles de la région lilloise. Sur ce plan sont superposées :
— les courbes de l'anomalie résiduelle obtenues par prospection gravimétrique ,
— les limites d'extension des carrières connues à la suite du lever souterrain (en grisé).
On remarque que deux de ces carrières coincident parfaitement avec le plan parcellaire. Echelle approximative 1/2 000.
Fig. 21. — Carrières souterraines en galeries et piliers de la région valenciennoise. Superposition identique à celle de la figure20. Ici les carrières,
beaucoup plus profondes, ne donnent que des anomalies résiduelles très faibles.
En résumé, en dépit de résultats plus ou moins favorables
suivant les conditions de site, la prospection
gravimétrique est une bonne méthode de dégrossissage
dans la recherche des cavités souterraines de notre
région.
Si toutes les anomalies négatives qu'elle révèle ne
correspondent pas forcément à des vides (certaines
peuvent être attribuées, par exemple, à la présence
dans les terrains de couverture de roches plus légères
telles que le tuffeau), on peut affirmer que les zones
d'anomalies positives sont saines.
C'est une méthode relativement rapide et d'un coût
moyen, compte tenu de l'importance du problème.
Avec les appareils les plus perfectionnés du moment
et dans des conditions de travail normales, une
équipe, composée d'un chef de mission et de trois
à quatre agents (dont un topographe) suivant l'importance
de l'étude, peut réaliser de 45 à 60 stations
réelles par jour (soit 3 à 4 programmes de 15 stations),
ce qui correspond à une surface prospectée de 2 à
2,5 hectares pour une maille moyenne de 20 mètres.
Pour une étude suffisamment étendue, la station
de mesure revient à 50/60 F, ce qui fait de 1 250 F
à 1 500 F l'hectare.
137

Prospection électromagnétique
Il y a peu de temps, une nouvelle méthode de détection
des cavités souterraines dans la craie était mise
au point par R. Gabillard, professeur à l'université
de Lille I, dans le cadre des investigations menées
sur le site de la future nouvelle ville est de Lille.
Cette méthode est spécialement adaptée aux cavités
de la région lilloise. Nous l'exposons brièvement
dans les lignes qui suivent, en renvoyant le lecteur
qui désirerait plus d'informations aux articles récents
publiés sur ce sujet par M. Gabillard [5 et 6].
Principe de la méthode
La méthode électromagnétique se distingue essentiellement
des méthodes de prospection électrique
classiques par l'utilisation d'un courant alternatif
sinusoïdal et un dispositif d'émission fixe.
Le courant est injecté dans le sol par l'intermédiaire
de deux électrodes fixes A et B distantes de 1 m.
Le récepteur, que l'on déplace progressivement,
permet de mesurer la différence de potentiel entre
deux électrodes M et N pour des distances croissantes
par rapport à l'émetteur (fig. 22-23).
La longueur MN étant faible, la différence de potentiel
et le champ électrique produit par les électrodes
d'injection du courant sont confondus. Or, dans un
terrain homogène, de conductivité donnée, l'intensité
du champ électrique décroît régulièrement suivant
une loi connue. Sur la courbe représentative, l'existence
d'une cavité souterraine se traduit par une remontée
du champ électrique.
Limites
La netteté avec laquelle apparaît la remontée du
champ électrique, dépend de trois facteurs : la profondeur
du sommet de la cavité (a), la distance qui
sépare la cavité de l'émetteur (r0) et la distance qui
sépare la cavité du profil de mesures (p).
Pour chacun de ces trois paramètres, il y a une limite
au-delà de laquelle la présence d'une cavité ne se
fait plus sentir. Ces limites fixent les possibilités
de la méthode et conditionnent sa mise en œuvre.
Ainsi, pour des cavités dont le sommet se situerait
à 2 m de profondeur, ce qui est assez fréquent dans
la région de Lille, l'anomalie de champ devient
négligeable lorsque r 0
et p dépassent respectivement
25 m et 2 m. Ces considérations ont conduit à adopter :
une longueur de ligne de 20 m et une distance entre
profils au plus égale à 4 m.
Fig. 22. — L'appareillage de prospection
électromagnétique conçu par
le professeur Gabillard. A gauche,
antenne d'émission alimentée à partir
de l'émetteur à l'aide d'un cable
coaxial pouvant atteindre 100 m de
longueur, ce qui permet de prospecter
des terrains inaccessibles au véhicule
qui porte le dispositif émetteur.
Fig. 23. — Le dispositif d'émission logé à l'arrière du véhicule,
138

Avantages et inconvénients
Au chapitre des avantages de cette méthode, on
peut citer un encombrement assez faible (tout l'appareillage
peut trouver place à l'arrière d'un véhicule
du type break) et une grande facilité de mise en
œuvre et d'exécution des mesures.
Dans la pratique, la prospection s'effectue par bandes
de 20 m de large, à raison d'une mesure tous les
mètres pour chaque profil.
L'expérience ayant montré que les points de mesures
trop proches de l'émetteur n'apportaient rien, la
première mesure d'un profil n'est réalisée qu'à
quelques mètres de l'émetteur (4 à 5 m généralement).
L'équipe se compose de deux agents dont un manœuvre.
A chaque point de mesure, le chef d'équipe
enregistre la valeur du champ électrique qui s'inscrit
sur un cadran numérique.
L'exploitation des résultats se fait par ordinateur.
Chaque point de mesure est affecté d'un indice de
présence de cavité, que l'on calcule à partir d'un
profil de référence implanté en terrain dépourvu de
cavité, donc homogène. En réunissant tous les points
où cet indice présente la même valeur, on obtient
une carte en courbes de niveau sur laquelle apparaissent
les emplacements des cavités.
Au chapitre des inconvénients, il faut signaler que
la remontée du champ électrique ne traduit pas
obligatoirement la présence d'une cavité souterraine
: des effets similaires peuvent résulter de variations
de conductivité imputables à d'autres raisons,
par exemple à un substrat crayeux moins profond.
Par ailleurs, les incidences sur le champ électrique
d'une cavité placée entre deux profils peuvent être
compensées par des variations locales de conductivité.
En dépit de ces petits inconvénients, la méthode
électromagnétique de R. Gabillard permet de localiser
la plupart des cavités avec précision, et même,
dans certains cas, de distinguer les cavités vides des
cavités remblayées, à condition bien entendu que les
mesures s'étendent également à des terrains ne
contenant pas de cavité (cela afin que le profil de
référence choisi par l'ordinateur soit valable), cette
remarque étant d'ailleurs tout aussi valable pour la
prospection gravimétrique.
On peut toutefois regretter que son domaine d'action
soit pratiquement limité à un type de cavité, très
caractéristique de la région lilloise.
D'après R. Gabillard [6], le prix de revient de la
méthode serait de l'ordre de 4 000 F l'hectare.
La prospection électromagnétique est donc deux à
trois fois plus chère que la prospection gravimétrique,
et surtout bien moins rapide puisqu'il faut un mois
pour couvrir 1,5 ha. Elle compense ces handicaps
par une précision plus grande, encore que l'on puisse
se demander si la gravimétrie ne donnerait pas une
précision similaire avec une maille de mesures plus
petite 6
(ce qui, bien entendu, augmenterait son
coût).
Autres méthodes de prospection géophysique
En prospection électrique classique, les nombreuses
tentatives effectuées par différents organismes n'ont
presque jamais été couronnées de succès, les principales
raisons de ces échecs étant les dimensions
réduites des cavités eu égard à leur profondeur et
à l'hétérogénéité électrique du site.
Les autres méthodes de prospection géophysique ont
également été testées, le plus souvent sans résultat
probant. C'est ainsi qu'une étude comparative,
réalisée par le BRGM sur des cavités de type bouteilles
présentes sous l'aéroport de Lille-Lesquin, concluait
au classement suivant [13] :
1. gravimétrie ;
2. magnétisme, les résultats inattendus donnés par
cette méthode étant sans doute le fait de circonstances
fortuites extrêmement favorables, en l'occurrence
la fermeture des puits par plaques de tôle;
3. résistivité ;
4. sismique - réfraction.
MÉTHODES DESTRUCTIVES
FORAGES ET SONDAGES
Forages
Le principal obstacle à l'utilisation de cette méthode
de reconnaissance est son prix de revient, compte
tenu de la maille, en général très petite, qu'il faudrait
employer pour détecter les cavités à coup sûr. Au
stade de la reconnaissance proprement dite, il ne faut
par conséquent utiliser les forages qu'en dernier
recours, après avoir épuisé les méthodes non destructives,
dans la mesure où ces dernières sont susceptibles
d'apporter des résultats.
En recherche de cavités, la qualité essentielle d'un
forage est sa rapidité. Pour cela il faut :
— disposer d'un atelier de forage très mobile ;
— utiliser le procédé rotary, ou mieux les tarières
hélicoïdales à âme pleine avec lesquelles on s'affranchit
des problèmes d'alimentation en eau.
Avec une certaine habitude, on pourra détecter les
cavités souterraines par l'observation soit d'une chute
éventuelle de la pression appliquée sur l'outil, correspondant
à un avancement très rapide, soit d'une
perte d'injection totale.
Le gros avantage du forage est de permettre la photographie
des cavités ainsi découvertes par introduction
d'un appareil adapté, cette information supplémentaire
étant particulièrement intéressante lorsqu'il
s'agit d'implanter au mieux un puits d'accès.
6. Une étude dans ce sens est en cours au service des Carrières.
139

Sondages pénétrométriques
Par rapport aux sondeuses classiques, les engins
dérivés du pénétromètre représentent un progrès
certain en matière de prospection de cavités'dans
le domaine de la rapidité et par conséquent du coût.
C'est dans cette optique qu'a été réalisé l'appareil
représenté sur la figure 24 et baptisé « Frelon », sorte
de pénétromètre dynamique confectionné à partir
d'une grue classique. La flèche de la grue est équipée
d'un dispositif qui permet d'enfoncer par percussion
une tige d'environ 3 m de long terminée en forme
de burin.
Les variations de la vitesse d'avancement permettent
à un opérateur entraîné de reconnaître les ouvertures
de cavités et même, dit-on, de distinguer les cavités
remblayées.
Mais bien qu'ayant apporté des résultats certains,
le Frelon a été assez rapidement abandonné en raison
de son coût élevé et des dégâts occasionnés par le
passage de l'engin.
Pendant la période de tâtonnements qui présida aux
premières reconnaissances de cavités sur le territoire
de la future ville nouvelle de Lille, le Frelon fut employé
seul, avec un maillage très serré compte tenu du
diamètre habituel d'ouverture des anciennes exploitations.
Par la suite, une meilleure connaissance de
la maille de répartition de ces ouvertures a permis
d'élargir la maille de travail du Frelon. Enfin, dès
que l'emploi de la méthode électromagnétique fut
généralisé, le Frelon en devint le complément quasi
indispensable mais dès lors il était surdimensionné.
Fig. 25. — Le Cobra : pénétromètre léger ; type marteau-piqueur.
140

Actuellement, on s'oriente vers l'utilisation d'appareils
très légers du type marteau-piqueur équipés de
tiges-allonges (fig. 25). Outre qu'ils ne présentent
plus les inconvénients du Frelon, ces équipements
permettent de mieux «sentir» les cavités 7 .
Lever souterrain
Lorsqu'une cavité a été découverte, on peut en
déboucher l'ouverture et procéder à l'exploration
par le fond. Le lever souterrain est fait par un géomètre
à peu près de la même manière qu'un lever en surface.
C'est évidemment cette méthode qui donne les résultats
les plus sûrs ; aussi faut-il la mettre en œuvre dès que
possible, en principe dès que la première ouverture
a été repérée. Les cavités étant souvent groupées,
on peut lever des surfaces assez grandes et, par conséquent,
faire des économies sur les autres méthodes
de prospection, le lever souterrain étant de toute
façon indispensable.
Le coût d'un lever souterrain varie dans de larges
proportions suivant les conditions de site, mais il
est toujours très élevé (actuellement de 12 000 à
22 000 F pour le lever d'un hectare de terrain, lever de
surface compris.
Traitement des cavités souterraines
DANGERS PRÉSENTÉS PAR LES CARRIÈRES
Tant qu'une zone de carrières souterraines ne reçoit
pas d'autres sollicitations que celles qui sont liées
à l'agriculture, les dangers sont minimes. Néanmoins
des fontis se déclarent périodiquement, en particulier
pendant ou à la finde la période hivernale. Dans la
région lilloise, ces fontis sont pratiquement toujours
le résultat de l'effondrement des puits d'accès simplement
rebouchés en surface. La voûte en moellons
de craie finit par lâcher, entraînant avec elle le remplissage
du puits et parfois même ses parois lorsque
la craie est très diaclasée. Ailleurs, ils traduisent
l'écroulement du plafond d'une galerie, affaibli par
des éboulements successifs et « remonté » progressivement
vers la surface (fig. 26).
La construction de routes ou d'immeubles fait courir
des risques bien plus grands. Des charges trop fortes
peuvent à la limite entraîner des ruptures de piliers
(fig. 27) et déterminer l'effondrement d'une carrière
en partie ou en totalité. A notre connaissance, ce
phénomène ne s'est encore produit que rarement
dans la région, mais certaines carrières situées sous
des routes ou des habitations sont devenues extrêmement
dangereuses et menacent à tout moment de
s'écrouler.
Ces risques peuvent encore être multipliés dans la
mesure où l'on se sert de certaines carrières souterraines
comme d'une décharge ou d'un tout-à-l'égoût,
certaines émanations étant susceptibles d'accélérer
la dégradation des piliers et par conséquent de précipiter
les effondrements (fig. 28).
7. L'introduction dans le forage d'un fil à plomb permet de
confirmer ou non l'existence de la cavité.
REMÈDES A APPORTER
Lorsque l'on doit construire dans une zone de carrières
souterraines, trois types de solutions sont
possibles : combler les cavités, les garder ou les
aménager, les foudroyer.
La première solution est sûre mais coûteuse; la
deuxième est beaucoup moins chère mais peut présenter
certains risques ; quant à la troisième, elle
est généralement évitée, surtout au voisinage des
agglomérations, la stabilisation des terrains traités
de cette manière étant très lente.
C'est à travers quelques exemples que nous allons
examiner ce qui a été réalisé dans le nord de la France,
au moins en ce qui concerne les deux premiers types
de solutions.
Comblement
Méthode pneumatique
Dans la région lilloise, la prise de conscience du
problème posé par les carrières souterraines en
construction routière est assez récente, puisqu'elle
ne remonte pratiquement qu'au chantier de la déviation
du CD 146 sur le territoire de Lezennes.
Ce village fut jusqu'à une époque assez récente un
grand centre d'extraction de pierre à bâtir, bien
connu des géologues et la présence de ces carrières
a été signalée dès les études d'avant-projet effectuées
en 1962.
Toutefois, les accès praticables s'étant progressivement
perdus, la reconnaissance par le fond ne
141

Fig. 26. — Fontis à l'emplacement des carrières souterraines du
four à chaux de Saint-Saulve produit par la remontée du toit de la
carrière.
commença qu'en 1967. Cette reconnaissance révéla
que les quelques 800 m de projet intéressés par le
problème étaient implantés sur des carrières assez
saines dans l'ensemble, à l'exception d'une zone
qu'il aurait fallu surveiller de plus près. On convint
par conséquent de garder intactes les carrières, en
se contentant de combler les puits d'accès, de confectionner
une dalle prenant appui sur les piliers
et d'aménager des puits de visite en zone mauvaise.
Les travaux étaient à peine commencés que, dans
une zone réputée saine, l'ouverture d'un puits d'accès
provoquait un effondrement d'environ 8 m de long
sur plusieurs mètres de large, suivant un réseau de
diaclases.
A la suite de cet incident, on prit la décision de
remblayer intégralement les carrières souterraines
sous l'emprise de la déviation.
Le choix une fois fixé sur la méthode pneumatique,
des essais réalisés sur différents matériaux régionaux
(sables à lapins, sables de dunes, schistes, scories, etc.)
conduisirent à adopter un granulat 0/22 en provenance
des carrières du Tournaisis.
L'atelier de remblaiement (fig. 29-30) était constitué
comme suit :
— un placy de 1 m 3 monté sous une trémie,
— trois compresseurs donnant approximativement
300 ch au total,
— deux citernes d'air de 3 m 3 chacune,
— un chargeur et une sauterelle pour approvisionner
la trémie,
— des tuyaux de 150 mm de diamètre en acier.
Quatre à neuf agents se trouvaient en permanence
au fond, dont une équipe de sécurité sous la direction
d'un spécialiste des mines, et un agent au placy.
Au nombre des sujétions importantes, il faut retenir :
— les opérations de boisage et déboisage qui précèdent
et suivent le comblement;
— les changements de poste, l'atelier défini plus
haut ayant un rayon d'action d'environ 30 à 40 m
(fig. 31);
— le renouvellement fréquent de la tuyauterie, un
élément droit et un coude ayant respectivement des
durées de vie maximales de trois semaines et de
huit jours.
Citons également le problème des vibrations des
compresseurs, qui doivent être placés à l'écart ou
dans une zone saine, et signalons enfin que le granulat
0/22 initialement prévu, trop riche en fines,
fut remplacé très rapidement par un 8/22 en raison
des phénomènes de bourrage (suivis éventuellement
de départs en coup de canon avec ébranlement de
toute l'installation) et de la quantité considérable de
poussière libérée au fond.
Fig. 27. — Carrières souterraines à Hordain, pilier fissuré.
De janvier à mai 1969, le remblaiement se poursuivit
à la cadence journalière moyenne de 400 t pour
deux postes de huit heures (avec des pointes de 600 t).
142

143

Fig. 31. — Vue en plan montrant le rayon d'action d'une installation de comblement par la méthode pneumatique. A noter le réseau des tuyaux dans
lesquels chemine le matériau.
A la fin du chantier 40 000 t avaient été injectées,
ce qui correspondait à un volume total d'environ
23 000 m 3 .
A la suite de cet exemple, d'autres chantiers routiers
traversant des zones de carrières souterraines appliquèrent
la même méthode de comblement. Ce fut
le cas de l'autoroute A 2 à proximité de Valenciennes.
Ici, les carrières différaient nettement de celles de
Lezennes par :
— leur situation à plus grande profondeur,
— corrélativement, un petit nombre de puits d'accès,
— l'exploitation en galeries et piliers d'une couche
épaisse de 2 à 3 m, guère plus.
Ces différences se traduisirent par des difficultés supplémentaires
au niveau de la tuyauterie. En effet,
outre des coudes plus nombreux au fond du fait de
l'architecture de la carrière, le tuyau de descente,
long de 15 m, était non plus oblique comme à Lezennes
mais vertical, d'où les phénomènes de bourrage qui
conduisirent à rajouter une injection d'air au pied
du tuyau.
Fig. 32. — Murs de pierres sèches recouverts d'une toile plastique
simplement agrafée sur les piliers de craie pour que le coulis ne puisse
pas passer à travers.
Méthode par injection
L'application de cette méthode au remblaiement de
cavités souterraines dans le cadre de la construction
routière remonte, dans la région, à l'année 1966.
Il s'agissait en l'occurrence de remblayer d'anciennes
carrières souterraines exploitées en galeries et piliers
sous la RN 17 près de Cambrai.
144

Les caractéristiques géométriques de ces carrières
étaient les suivantes :
— épaisseur des terrains au-dessus des galeries :
4 à 8 m,
— hauteur des galeries : 1 à 3 m,
— largeur des galeries : 1 à 4 m.
Le comblement par injection y fut retenu en raison
du mauvais état général des cavités et de l'exploitation
apparemment très anarchique, rendant très
difficile une consolidation par maçonneries.
On choisit un coulis à base de cendres volantes,
dosées à 100 kg de ciment pour 1 000 kg de cendres
volantes, avec un surdosage à 150-200 kg de ciment
pour le clavage.
Par rapport à la méthode pneumatique, l'injection
nécessite des travaux préliminaires plus importants.
Il faut en effet exécuter les forages d'injection et
ériger les murs qui circonscriront la zone à injecter.
Ces murs peuvent le plus souvent être réalisés à
bon compte avec des moellons abandonnés et des
rebuts de taille de l'ancienne exploitation. On les
monte à sec, sans les cimenter, et on les recouvre
d'une toile plastique que l'on fixe au moyen d'agrafes
(fig. 32).
Toutefois, la phase de comblement est beaucoup
plus facile, l'intervention humaine au fond se limitant
à une simple surveillance du remplissage.
Une installation d'injection classique (fig. 33-34)
comporte essentiellement :
— un stockage pour les éléments constitutifs du
mélange et bien entendu une alimentation en eau ;
— un dispositif de fabrication du coulis, avec notamment
un malaxeur;
— des presses d'injection fonctionnant à l'air comprimé,
qui refoulent le coulis dans les flexiblesd'injection
et de là dans les cavités par l'intermédiaire des
forages d'injection.
Dans le présent exemple, les travaux durèrent environ
cinq mois, installation et déménagement compris.
Fig. 34. — Vue en plan d'une
installation type d'injection sur
une zone de carrières souterraines
à remblayer. Sont également
représentés les forages
d'injection et les murs en pierres
sèches qui délimitent la zone
145

Près de 6 000 t furent injectées en quatre mois d'injection
effectifs.
Tout récemment, cette méthode a été de nouveau
appliquée au comblement de carrières souterraines
sur plusieurs chantiers du Valenciennois.
Comparaison de ces deux méthodes
La méthode de comblement par injection présente
de gros avantages.
Elle est plus sûre : si les forages d'injection sont
convenablement implantés les cavités sont parfaitement
comblées, et ce par un matériau qui acquiert
en peu de temps une résistance au moins comparable
à celle de la roche originelle (fig. 35). Les risques
d'effondrement sont ainsi totalement supprimés alors
que la méthode pneumatique se contente de les
atténuer.
Fig. 35. — Comblement par injection. En arrière-plan, on distingue
le coulis qui s'écoule du plafond de la galerie par le forage d'injection.
Elle est moins onéreuse : les prix récemment pratiqués
se montaient, pour l'injection uniquement 8 , à environ
75 F le m 3 , ce qui correspond à environ 85 F le m 3
compte tenu des fournitures de cendres volantes et
de ciment 9 .
Par la méthode pneumatique le m 3
de matériau mis
en place est payé au minimum 110 à 120 F 8 e t 9 .
—f L/u/**r «y» :
Fig. 36. — Détail d'un plan montrant la disposition des pieux sous l'un des immeubles.
146

Son seul inconvénient réside peut-être dans une
rapidité moindre. L'augmentation, possible, de la
cadence de mise en œuvre se traduirait par une
multiplication des moyens matériels.
Remarque
Dans le cas des exploitations uniquement en bouteilles,
une méthode de comblement beaucoup plus
simple que celles que nous venons d'exposer pourrait
être envisagée. Il suffirait en effet de remplir une à
une les bouteilles préalablement ouvertes en y déversant
un matériau susceptible de se mettre en place
par gravité (par exemple un sable régional bien
arrosé).
8. Prix moyen hors taxes. Ce prix est susceptible de variations
suivant l'importance du chantier. En ce qui concerne les
chantiers les plus récents traités par la méthode par injection,
les prix pratiqués avoisinaient 100 F le m 3 .
9. Ce prix est évidemment fonction de la distance aux lieux
d'approvisionnement.
Aménagement
Quand on se trouve en présence d'une carrière saine,
il est préférable du point de vue économique de la
garder ou tout au moins de différer son comblement.
Il faudra alors :
— renforcer les zones faibles par consolidation de
certains piliers ou même exécution de piliers supplémentaires,
étalement de certaines galeries, etc. ;
— aménager des accès, afin que le service des Carrières
puisse effectuer des visites périodiques et suivre
l'évolution éventuelle des cavités.
Ces travaux réalisés, la zone pourra éventuellement
supporter des logements individuels.
Si des immeubles collectifs sont prévus, ces mesures
ne seront plus suffisantes. Les charges apportées par
la construction devront être transférées sous le niveau
des cavités par l'intermédiaire de fondations profondes.
Les figures 36 et 37 illustrent une réalisation de ce
type dans la région lilloise.
Conclusion
En matière de prospection, il faut retenir l'importance fondamentale de l'enquête sur le terrain.
Cette enquête doit être menée par un géologue connaissant bien la région, apte à faire la part des
légendes qui entourent généralement le sujet. Par la suite, une campagne gravimétrique bien faite
147

permet dans un grand nombre de cas de localiser la ou les zones suspectés. Bien entendu, les cavités
isolées ou en petits groupes sont difficilement détectées par cette méthode, mais les autres techniques
de prospection géophysique connues à l'heure actuelle se révèlent également inefficaces.
En ce qui concerne le traitement de ces cavités souterraines dans la craie, on doit tenir compte :
— de leur état de conservation,
— des constructions qu'elles supportent déjà ou qu'elles devront supporter ; en ce sens, chaque cas
est un cas d'espèce. Au moment de la décision, il ne faut surtout pas oublier que les solutions de
comblement sont très chères et qu'elles devraient par conséquent être réservées en priorité aux
cavités les plus instables ou les plus endommagées. Pour les autres, on pourrait se contenter, au
moins en première phase, d'un confortement bien étudié moyennant une surveillance périodique,
ce qui suppose l'aménagement d'un certain nombre d'accès.
BIBLIOGRAPHIE
[1] ARNOULD M., La recherche de cavités souterraines sur les tracés autoroutiers, Bull, liaison Labo.
Routiers P. et Ch., 10, nov.-déc. 1964, p. 1-4.
[2] BRIQUET A., Turonien supérieur et Sénonien inférieur dans le nord de la France. Annales de la
Société géologique du Nord, 46, pp. 127-137.
[3] CAYEUX L., La faune du tun ; extension en épaisseur de la zone à Micraster breviporus. Annales
de la Société géologique du Nord, 16, (1888-89).
[4] CAYEUX L., Mémoire sur la craie grise du nord de la France. Annales de la Société géologique
du Nord, 17, (1889-90).
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carrières souterraines. Simulation sur une cuve électrolytique HF. L'onde électrique, 49, fasc. 2,
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dans la région lilloise par une méthode de prospection électrique. Bulletin liaison Labo. P. et Ch.,
54, août-sept. 1971, pp. 101-108.
[7] GOSSELET J., Esquisse géologique du nord de la France (1880).
[8] GOSSELET J., Constitution géologique du Cambrésis (1865).
[9] GOSSELET J., Les assises crétaciques et tertiaires (1904-1913).
[10] GRZELCZYK E. et PALAT P., Les carrières du Nord, La chronique (1972).
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géophysique à la recherche des activités souterraines. Bull, liaison Labo. Routiers P. et Ch.,
10, nov.-déc. 1964, pp. 1-4 -1-6.
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Sols - Soils, 2, mars 1963, pp. 9-15.
[13] MILLON R., Essai de diverses méthodes géophysiques sur des cavités souterraines. Chronique
d'hydrogéologie. BRGM, 2, (1963), pp. 59-63.
[14] NEUMANN R., La gravimétrie de haute précision. Application aux recherches de cavités. Geophysical
Prospecting, 15, n° 1, (1967).
Cet article a été publié dans le Bulletin de Liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussées, n° 63, janv.-fév. 1973.
148

La craie
dans les sites d'ouvrages
de production d'électricité
G. COMÉS
Ingénieur
Division Géologie-Géotechnique
Direction de l'Equipement d'EDF
Au cours des cinq dernières années, la division Géologie-Géotechnique
introduction de la direction de l'Equipement d'EDF a été amenée, par suite de
l'évolution dans l'implantation et dans la réalisation des ouvrages
de production d'énergie électrique, à étudier la craie comme matériau de fondation.
Les caractéristiques mécaniques présentées par la craie font que ce matériau a un comportement
très différent de ceux des roches habituellement rencontrées jusqu'à présent, telles que : granités,
schistes, calcaires, etc. Il a donc paru intéressant de faire état, dans le cadre de ce colloque, de
l'expérience recueillie sur ce matériau sédimentaire.
Les investigations géologiques et géotechniques entreprises ont été réalisées sur différentes craies du
Sénonien. Les sites envisagés pour y implanter des ouvrages futurs se trouvent être répartis dans le
Bassin parisien au sens large du terme.
L'exposé qui va suivre est articulé sur deux études bien distinctes. Tout d'abord, il sera question
des travaux entrepris dans la région d'Epernay où devait être installée une station souterraine de
transfert d'énergie par pompage. Puis il sera fait état des résultats de recherches plus récentes
dans le pays de Caux.
La craie du pays champenois
GÉOLOGIE DU SITE
Le site de Venteuil-Tincourt, près d'Epernay, se situe
sur le bord oriental du plateau de la Brie entaillé par
la vallée de la Marne.
La pente du versant est douce, ce qui implique que le
matériau formant le plateau est constitué par des
roches tendres.
Le soubassement du plateau est formé par la craie
de Champagne. Sur ce soubassement repose une
succession de couches diverses correspondant à
différents étages du Tertiaire.
Les ouvrages souterrains se trouvent être calés dans
le Sénonien. La couche de craie intéressée est la craie
d'Epernay, dite légère par opposition à la craie
sous-jacente qui est la craie de Reims lourde et argileuse.
Les études entreprises sur ce site et notamment
celles relatives à l'usine souterraine ont comporté le
creusement d'une galerie de reconnaissance pour.
atteindre la zone envisagée sous 200 m de recouvrement
environ.
En fonction de la progression de l'avancement et de
l'enfoncement de la galerie sous la colline, des prélèvements
d'échantillons rocheux ont été effectués et
envoyés au laboratoire, alors que parallèlement des
essais en place ont été exécutés.
149
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - Spécial V - Octobre 1973

CARACTÉRISTIQUES PHYSIQUES
La craie ne contient pas d'argile. Elle est composée
par un assemblage de cristaux automorphes de 1 à
2 microns laissant entre eux des vides de dimensions
inférieures au micron. La craie est formée presque exclusivement
de carbonate de calcium, 95,7 % sous sa
forme cristalline habituelle, la calcite provenant
essentiellement du squelette calcaire d'animaux microscopiques
(coccolithe) :
— densité du squelette (y s
) 2,70
— densité d'un échantillon naturel (y) 2,00
— densité d'un échantillon sec (j

En effet, à partir de 780 m, soit pour une hauteur de
recouvrement de 127 m, la craie s'est écaillée à la
paroi et des dalles se sont détachées de la calotte,
créant des chapelles de forme ogivale de 1,50 m de
hauteur. La perforation a été arrêtée, des cintres ont
été posés, puis le creusement a été repris en abattant
la craie au marteau-piqueur.
A partir de 900 m, l'écaillage s'est manifesté aussi
parallèlement à la surface du front de taille.
Les cadences d'avancement qui étaient de 6 à 8 m
par jour sur le tronçon n° 2 sont tombées de 3 à 4 m
par jour dans le dernier tronçon (ces chiffres ne
tiennent pas compte de l'arrêt pour traitement du
radier). Quant aux cadences d'avancement réalisées
sur le premier tronçon, elles sont difficilement
chiffrables, compte tenu des difficultés citées précédemment.
Marinage
Cette phase de travail devint rapidement la préoccupation
essentielle du chantier, et elle le demeura
pendant toute la durée des travaux.
Il faut rappeler que l'avancement était effectué en
attaque descendante, et qu'à partir de 200 m la nappe
phréatique a été rencontrée, ce qui a eu pour effet de
provoquer des suintements très modestes il est vrai,
qui ont atteint à la fin des travaux 0,5 1/s.
L'engin de chargement équipé de chenilles et les
camions de transport sur pneus malaxaient la craie
en la transformant en pâte et ouvraient dans le radier
des ornières profondes. Le mouvement des engins
s'est ralenti considérablement et la circulation du
personnel devint difficile.
Il fut alors nécessaire de procéder au traitement du
radier. Diverses solutions ont été essayées en vain :
— mise en place dans les ornières d'enrochement
calcaires 0/250,
— pose de traverses en bois,
— pose de plaques en béton armé préfabriquées de
1 500 x 700 x100.
Après toutes ces tentatives infructueuses, on dut
revêtir le radier d'une chappe en béton de 0,20 m
d'épaisseur. Le béton a été dosé à 300 kg/m 3
avec
un accélérateur de prise. Ce procédé, assez irrationnel
en lui-même, puisque l'on circulait sur le béton bien
avant le durcissement total, a permis de réaliser la
perforation de l'ouvrage de reconnaissance.
Exhaure
L'évacuation des eaux d'infiltration, bien que portant
sur un faible débit, a été une opération très difficile à
réaliser. En effet, il a fallu tenir compte de la pente de
la galerie et surtout pomper en permanence des boues
provenant du malaxage et de la dilution de la craie
par les engins de terrassement.
Malgré l'emploi de pompes capables d'aspirer des
eaux très chargées, il a fallu se résoudre, pour rendre
l'exhaure possible, à importer en permanence au
front de taille 1,5 1/s d'eau propre afin de diluer les
boues. Précisons que le moindre arrêt dans l'alimentation
pouvait provoquer la prise en masse du matériau
dans les pompes et les tuyauteries du fait de phénomènes
de thixotropie.
En outre, un important bassin de décantation a dû
être installé à l'extérieur afin de ne pas envoyer à la
rivière des eaux trop chargées.
Hors-profils
L'abattage de la craie, que ce soit à l'outil pneumatique
ou à l'explosif peu brisant, a permis de réaliser une
section d'excavation ne présentant pratiquement pas
de hors-profils.
Il en est allé différemment pour le radier où, pour les
raisons déjà signalées, il a été nécessaire d'évacuer
près de 3 000 m 3
de matériau supplémentaire, ce qui
représente un hors-profil de près du quart de la section
théorique.
Soutènement
Deux zones ont dû être cintrées, comme il a été
indiqué plus haut : la zone remaniée superficielle à
l'entrée de l'ouvrage, puis la zone profonde où se
manifestaient les ruptures par décompression.
Les essais spéciaux
Boulonnage
Dans le massif à comportement élastique, c'est-à-dire
la zone centrale, des essais de mise en place de boulons
d'ancrage de 2 m de longueur ont été réalisés.
Les boulons à coquilles d'expansion ont été mis en
place, mais les essais de traction exécutés ont montré
que les mâchoires glissaient systématiquement à
partir de 2 à 4 t ce qui était incompatible avec
le but recherché. Par contre, les boulons scellés à la
résine ont montré un comportement satisfaisant
puisque l'on n'obtient pas d'arrachement en dessous
de 161 et cela pour des tiges de 25 mm de diamètre. Il a
été nécessaire d'employer des plaques de répartition
d'assez grande dimension afin de ne pas poinçonner
la craie.
Gunitage
Le gunitage des parois du souterrain a été essayé
comme procédé de soutènement.
Tout d'abord on s'est assuré que la gunite adhérait
correctement à la craie. A cet effet, quelques cintres
légers de sécurité ont été démontés à 190 m, et ils ont
été remplacés par une gunite mince de 3 cm d'épaisseur.
La stabilité de la zone testée n'ayant pas évolué, il a
été décidé de mettre en œuvre ce procédé à l'avancement
dans la partie où la décompression apparaissait.
C'est ainsi que plusieurs tentatives ont été réalisées
avec succès, à partir de 850 m l'épaisseur de la gunite
mise en place étant cette fois de 15 cm. Cette épaisseur
a été obtenue en réalisant plusieurs passes. Toutefois,
afin d'assurer au maximum la sécurité du personnel,
151

il importe que la mise en place de la gunite soit exécutée
par des spécialistes et au fur et à mesure du creusement
afin d'éviter la chute naturelle des écailles.
Effet des vibrations
La résistance de la craie aux efforts alternés a été
étudiée. Pour ce faire, un moteur à balourd a été
fixé sur des massifs de béton de diverses dimensions.
Ces massifs étaient encastrés dans la craie et fixés à
l'aide de boulons scellés à la résine.
La force centrifuge était réglable jusqu'à 3 500 kg. La
vitesse de rotation des éléments tournants était
constante (1 500 tr/mn).
Cinq essais successifs ont été réalisés dont trois ont
abouti rapidement au descellement des massifs. Au
contact du béton, la craie s'est transformée en bouillie
liquide qui est remontée le long des faces latérales des
blocs (fig. 2).
L'exploitation de machines tournantes dans ce
matériau pose donc des problèmes que l'expérimentation
réalisée n'a fait qu'aborder.
T. (bar)
0.5
0,4
0,3
+
+
0,2
O
0 1 + Mass f arraché
0 Massif stable
0
0,1 0,2 0,3 oMbar)
Fig. 2. — Essais de vibration sur la craie.
LA CRAIE AU LABORATOIRE
Résistance
La craie, selon qu'elle est saturée ou sèche, présente
des caractéristiques de résistance différente (tableau I)
En compression monoaxiale, la craie sèche se comporte
comme un solide élastique fragile doué d'une très
légère viscosité. La rupture est du type explosif, avec
formation de colonnettes orientées parallèlement à
l'axe de l'effort (rupture par extension).
La craie saturée se comporte comme un solide viscoélastique,
dont la résistance décroît quand la teneur
en eau augmente. Dans ce cas la rupture est du type
progressif, elle est obtenue par glissement après que
l'on ait mesuré une déformation très importante.
Cycles
Module en 10 3 bars
H
V
1 61 51
2 50 44
3 41 37
4 37 34
5 33 28
6 31 22
TABLEAU I
Résistance monoaxiale de la craie (bar)
Echantillon Direction Compression
Traction
(brésilien)
Fig. 3. — Anisotropie de déformabilité de la craie.
Craie sèche verticale 1
horizontale 2 100 à 120
80 à 100
Craie saturée
verticale
horizontale
1. Normalement à la sédimentation.
2. Parallèlement à la sédimentation.
40 à 55
25 à 35
8
10
La craie, de par sa texture, présente une anisotropie
de résistance, laquelle s'inverse d'ailleurs lorsqu'on
passe de la compression à la traction. Ce phénomène
s'explique si la rupture en compression est bien due à
l'extension transversale de l'échantillon.
6
9
Déformabilité
Le module d'élasticité est plus élevé pour la craie
sèche que pour la craie saturée. Pour une porosité
donnée il est anisotrope, plus élevé dans la direction
perpendiculaire à la stratification (tableau II).
Il est remarquable que les ordres de grandeur des
valeurs mesurées en laboratoire sur échantillons
(diamètres, 36, 60 et 100 mm) ont été vérifiés sur le
terrain quelles que soient les méthodes d'investigations
utilisées (vérin à plaques de charge circulaires, dilatomètre
en sondage, vérin plat en saignée) (fig. 3).
152

Le module dynamique lui aussi est encore du même
ordre de grandeur. La célérité des ondes dans la craie
sèche est plus faible que dans la craie saturée.
Type d'essai
TABLEAU II
Module d'élasticité de la craie
Direction
Domaine
de
contrainte
(bar)
Module
(10 3 bar)
cette variation influence la résistance à la compression
et le module d'Young du matériau.
En outre, à porosité égale, les mesures de calcimétrie
permettent de préciser que la résistance de la craie est
liée à la teneur en carbonate de calcium. Le diagramme
de la figure 4, établi en recherchant dans la bibliographie
les résultats obtenus sur différents types de
craie présentant une composition minéralogique à
peu près identique, illustre correctement ce phénomène.
Laboratoire
r
craie sèche
[ craie saturée
verticale
verticale
horizontale
0-50
0-30
0-30
70
60
40
Rc
(bar)
Souterrain
vérin à plaques
de charge
verticale
(calotte)
horizontale
(parements)
0-60
0-60
32,5
22,5
' dilatomètre en verticale
1 sondage horizontale
0-50
0-50
40
50
vérin plat verticale 20-40 90
sismique
réfraction
horizontale 0 66
On remarquera la bonne concordance des résultats
entre les diverses méthodes de mesures mises en œuvre.
On peut attribuer cet avantage à la continuité du
massif de craie étudié.
Rupture fragile
La rupture a été obtenue également en souterrain et
pour la même valeur de contrainte qu'au laboratoire.
Les mesures de contraintes exécutées à la paroi du
tunnel et pour différentes profondeurs de recouvrement
ont montré systématiquement que la contrainte
parallèle à l'axe du tunnel est égale à la pression due
au recouvrement et que la contrainte tangentielle
verticale sur l'extrémité d'un diamètre horizontal
était le double de cette pression. Ainsi le matériau,
avant le percement de la galerie, était dans un état
de contrainte très voisin de l'hydrostatisme.
Il était alors aisé de prévoir que la résistance à la
compression du matériau saturé serait atteinte sur le
pourtour du tunnel dès lors que la hauteur de recouvrement
dépasserait 125 m. Le chef de chantier en
avait été informé en prévision des difficultés qui allaient
surgir, dues à la nécessité de mettre en place un
soutènement. En effet, à partir de 750 m, les difficultés
sont apparues sous la forme d'un écaillage de la paroi.
Cette rupture aurait même dû se manifester plus tôt
en calotte à cause de l'anisotropie des résistances.
Ces divers caractères font de la craie une roche privilégiée,
dont le comportement élastique fragile est le
même dans le massif et au laboratoire, grâce à l'absence
de fissuration.
Influence de la porosité
Au cours des prélèvements effectués sur le tracé du
tunnel, des variations dans la porosité de la craie ont
été décelées. Les mesures en laboratoire montrent que
Ca C03 > 90 %
0 10 20 30 40
Porosité
Fig. 4. — Influence de la porosité et de la teneur en Ca CO3 sur la
résistance à la compression.
Courbe intrinsèque
Résistance au cisaillement
La grande différence entre un essai triaxial et un
essai de cisaillement direct vient du fait que dans le
premier essai le cisaillement de l'échantillon est
libre, tandis que dans le second il est imposé. C'est
pour cette raison que l'essai de cisaillement Lundborg
(fig. 5) a été adopté. Cet essai, par son principe, se
place à mi-chemin entre ces deux conceptions (double
cisaillement d'un cylindre soumis à une pression
axiale dans une chambre suffisamment ajustée pour
que la déformation transversale par réaction développe
une sollicitation triaxiale).
Les essais de cisaillement permettent d'explorer avec
beaucoup de précision le début de la courbe intrinsèque.
En compression triaxiale, non drainée, la craie saturée
présente un comportement en deux phases : une
branche élastique, suivie d'une déformation indéfinie
dont la plus grande partie est permanente (comportement
plastique). Après essai, l'échantillon montre
simplement un changement de forme, sans fissuration
ni altération notable.
Le comportement de la craie sèche est différent et
dépend uniquement de la valeur de la pression latérale.
Entre 20 et 100 bars, le comportement est élastique
fragile, et l'échantillon se casse en deux parties suivant
une inclinaison voisine de 60°. Au-delà de 100 bars,
le matériau a un comportement de type ductile,
on peut alors obtenir des déformations considérables.
n(%)
153

Les résultats des essais de cisaillement obtenus
montrent que la craie saturée présente une cohésion
appréciable de l'ordre de 10 bars (tableau III).
TABLEAU m
Résistance au cisaillement de la craie (bar)
Contrainte normale Craie sèche Craie saturée
0 20 10
10 — 20
25 — 25,5
50 — 29,5
100 66 25
150 85 26
LE LABORATOIRE SUR LE CHANTIER
MODÈLE RÉDUIT DE CAVITÉ
Fig. 5. — Essai de double cisaillement, type Lundborg.
Dans ce dernier cas, après essai, l'échantillon présente
une forme en barillet. L'échantillon constituant le
barillet possède alors une densité et une porosité
différentes du matériau originel.
Le fait de creuser une excavation en souterrain modifie
l'état d'équilibre initial présenté par le matériau
rocheux.
Il est évident que pour un ouvrage de petite dimension,
creusé en une seule phase, comme cela est le cas pour
les galeries, un nouvel état d'équilibre se produit
après les travaux d'excavation. En règle générale,
la paroi de l'excavation reste stable.
En ce qui concerne la stabilité des parois des grandes
cavités, le problème est plus complexe. Le creusement
5.45
Fig. 6. — Alvéole d'essais.
a) Phase d'abattage, b) Dispositif d'auscultation.
154

de ce type d'ouvrage comporte de nombreuses phases
dans les opérations d'abattage. Chacune de ces phases
modifie l'état d'équilibre à la paroi de l'excavation.
L'effet de la succession de ces différents états peut
être nocif sur la stabilité finale.
L'excavation d'un grand alvéole souterrain, comme
celui destiné à recevoir une salle des machines, est
réalisée en général suivant un schéma bien défini.
Tout d'abord la voûte est creusée puis elle reçoit un
revêtement en béton. Et c'est à l'abri de cette protection
que l'excavation sera poursuivie sur toute la
hauteur nécessaire. La réalisation des diverses phases
d'abattage s'accompagne d'une déformation du
matériau rocheux qui peut aller jusqu'à provoquer
des désordres dans la voûte en béton.
C'est pour étudier ce problème, qu'un modèle réduit
de l'usine projetée a été exécuté. Implanté sous une
hauteur de recouvrement de 90 m, pour éviter les
phénomènes de rupture fragile décelés plus profondément,
le modèle réduit a été réalisé à l'échelle 1/5.
Les travaux d'abattage ont été menés, comme pour
une véritable usine souterraine, en plusieurs phases.
Toutefois, la voûte en béton n'a pas été exécutée (par
raison d'économie uniquement), simplement un boulonnage
systématique avec grillage a été posé (fig. 6).
Le dispositif d'auscultation mis en place dans l'alvéole
d'essai à permis de contrôler :
— les variations de largeur de la cavité dans sa partie
haute et dans sa partie médiane ;
— l'évolution du matériau à partir de la paroi de
l'excavation, à l'aide de forages dans lesquels il a été
réalisé un contrôle endoscopique (fig. 7, 8, 9).
Fig. 7. — Aperçu de la partie haute de l'alvéole d'essais.
Pendant que les travaux d'abattage se déroulaient, un
calcul élastique était mené par la méthode des éléments
finis. A l'aide de ce modèle mathématique, il a été
calculé en fonction des diverses phases de creusement :
— les contraintes à la paroi,
— le déplacement des parements.
Les résultats obtenus en place donnent des déplacements
inférieurs à ceux obtenus par les calculs (dans le
rapport de 1 à 3 mm). Une telle différence ne peut
s'expliquer que par une accomodation élastique de
la craie avec diminution de volume.
Ces résultats ont d'ailleurs été confirmés par d'autres
moyens d'essais utilisés tels que : vérins plats et
mesures dynamiques.
Fig. 8. — Auscultation de l'alvéole d'essais. Les rubans sont utilisés
pour les mesures transversales, on notera à droite les contrepoids qui
assurent la tension des rubans.
Fig. 9. — Contrôle des parois dans l'alvéole d'essais à l'endoscope,
155

La craie du pays de Caux
GÉOLOGIE DU SITE
Dans la région étudiée, le pays de Caux est constitué
par la craie du Sénonien. La série intéressée par le
projet mesure environ 80 m de hauteur.
Il s'agit essentiellement d'une craie blanche se présentant
en bancs de 20 à 130 cm de puissance, séparés les
uns des autres par des lits de silex en rognons plus
ou moins discontinus.
La texture fine des bancs crayeux présente quelques
différences selon le niveau observé dans la série.
Ainsi, on remarque une texture du genre fausse
brèche dans les 22 m inférieurs. Cette fausse brèche se
présente sous l'aspect d'éléments de forme irrégulière,
constitués par de la craie à grains fins, très compacte,
dure, enrobée par un ciment de grains plus grossiers et
relativement friables. Au-dessus de cette tranche, la
craie est constituée par une pâte homogène dont les
caractéristiques à l'observation semblent être intermédiaires,
du point de vue porosité et résistance,
entre les éléments durs et la pâte friable des éléments
sous-jacents.
Cette différence a pu être confirmée par les résultats
obtenus tant en place qu'en laboratoire.
Pour permettre de définir les emplacements où les
échantillons crayeux devaient être prélevés, il fut
décidé d'explorer la craie sur toute la hauteur intéressante,
à l'aide du scléromètre à béton Schmidt (fig. 10).
A partir des indices de rebondissement obtenus, on a
procédé à un premier classement de la craie par
tranches horizontales. C'est ainsi que l'on a déterminé
approximativement trois niveaux sur lesquels des
prélèvements ont été entrepris.
Rapidement, les premiers résultats de laboratoire
permirent de limiter à deux niveaux distincts les différences
dans le matériau.
C'est ainsi que pour la compréhension de ce qui va
suivre nous appellerons le matériau provenant :
— des niveaux compris entre 0 et +22 m (fausse
brèche), série 1,
— des niveaux compris à +22 m et au-dessus (pâte
homogène), série 2.
Remarque : Cette étude est à sa phase exploratoire,
c'est-à-dire que le choix du site n'est pas arrêté. Cela
implique que les prélèvements ont été effectués
manuellement, ce qui a eu pour principal effet de
limiter le nombre et le volume des échantillons.
CARACTÉRISTIQUES PHYSIQUES
Caractéristiques physiques principales :
Série 1 Série 2
— densité du squelette (y s
) 2,67 - 2,68 2,70
— densité d'un échantillon
à saturation (y) 1,96- 2 1,98 - 2
— densité d'un échantillon
sec (yd) 1,63 - 1,72 1,65
— porosité (n) % 35 à 39 38
— teneur en eau
à saturation (w) % 21 à 23 22 à 24
75 100
Indice sclérométrique
Fig. 10. — Résultats des essais au scléromètre à béton.
L'examen de ces résultats montre une homogénéité
d'ensemble entre les deux séries. Toutefois, les résultats
obtenus sur la série 1 présentent une dispersion
plus importante que celle de la série 2, par suite de la
constitution même du matériau. En effet, le pourcentage
de répartition des matériaux constitutifs de
cette série n'est pas constant dans les éprouvettes
testées.
156

CARACTÉRISTIQUES MÉCANIQUES
O* (bar)
50
Comme la craie d'Epernay, selon qu'elle est saturée
ou sèche, cette craie présente des caractéristiques de
résistances différentes (tableau IV).
TABLEAU IV
Résistance monoaxiale de la craie (bar)
Echantillon Direction Repère
Compression
Traction
(brésilien)
\
\
\
\
/
/
/
/
60°
/
/
30°
Craie sèche
Craie saturée
verticale
verticale
verticale
verticale
série 1
série 2
série 1
série 2
90 à 92
95
30 à 32
40 à 50
6à8
7 à 7,5
3 à4
3 à 3,2
La craie, de par sa texture, présente une anisotropie
de résistance. Pour les raisons énoncées plus haut,
la mise en évidence de ce paramètre n'a pu être
déterminée valablement que sur les échantillons
provenant de la série 2. On.notera que l'hétérogénéité
de la série 1 est mise en évidence par les résultats
en compression monoaxiale sur échantillons saturés
(fig. 11).
Déformabilité
L'anisotropie de comportement du matériau crayeux
est également décelable à travers les valeurs du
module d'Young. Le module est plus élevé dans la
direction perpendiculaire à la stratification.
Les résultats obtenus à partir des échantillons de la
série 1 ne sont, encore une fois, guère représentatifs et
sans grande signification. Par contre, le module
d'élasticité de la craie saturée de la série 2 est de 39
à 40 000 bars dans le sens vertical et de 31 000 bars
dans le sens horizontal.
Résistance au cisaillement
Droite intrinsèque
Les essais à la cellule triaxiale et à la boîte de cisaillement
Lundborg ont été réalisés pour la craie cauchoise
comme pour celle provenant d'Epernay,
/
/ s'
\
\
ra \
0 10 20 30 40 50
cr (bar)
Fig. 11. — Anisotropie de résistance de la craie saturée du pays de
Caux (série 2).
c'est-à-dire avec le même matériel d'essai et surtout
dans les mêmes conditions technologiques. Toutefois,
les expérimentations ont été, de très loin, bien moins
nombreuses et de ce fait, elles furent limitées au
matériau saturé de la série 2 et à la définition de la
courbe intrinsèque sur la frange de l'axe x.
Les valeurs obtenues présentent des ordres de grandeur
assez comparables à ceux relevés sur la craie d'Epernay
(tableau V).
s'
TABLEAU V
Essai Lundborg. Résistance au cisaillement de la craie (bar)
Contrainte normale Craie sèche Craie saturée
0 32 10
5 40 16
10 45 22
15 49 26
Conclusion
Les études réalisées sur la craie ont conduit à exécuter des investigations géotechniques en laboratoire
et en place plus longues et plus importantes que prévu.
Les caractéristiques de résistance présentées par le matériau crayeux ont un rapport très étroit avec
les caractéristiques physique et chimique. La compréhension et l'analyse de la dispersion présentée
par les valeurs de résistance ne sont possibles que si l'on effectue une identification physique et
chimique de la craie (texture, porosité, pourcentage de Ca C0 3
, teneur en argile, etc.).
Les propriétés mécaniques présentées par la craie en font une roche présentant un comportement
assez exceptionnel quand on veut l'utiliser comme fondation :
— pour les travaux en souterrain, la craie impose que des techniques nouvelles soient innovées notamment
en ce qui concerne les méthodes et les matériels de foration, les procédés et les vitesses
157

d'abattage, la définition et la réalisation du soutènement (boutonnage, gunitage), le procédé et
le mode d'évacuation du marinage ;
— pour les travaux à l'extérieur, la craie nécessite que soit étudiée la stabilité des talus et des
remblais (pente, tenue au gel, etc.).
Les appréhensions que suscite la craie au début de toute étude s'estompent, en général, lentement
au fur et à mesure du déroulement des travaux, car dans chaque cas, le projeteur a toujours su
adapter la fondation à réaliser sur ce type de matériau.
BIBLIOGRAPHIE
TROISVALLET, Exécution
mars 1968.
d'une galerie de reconnaissance dans la craie, rapport interne EDF, (non publié),
DESSENNE J.L., COMÈS G., DUFFAUT P. et GÉRARD P., La craie au laboratoire et dans un tunnel profond,
VII e Cong. int. méc. sols et trav. de fond., Mexico, thème IV, août 1969.
DESSENNE J.L. et DUFFAUT P., Les propriétés rhéologiques de la craie et leur influence sur le percement
des galeries, La houille blanche, mai 1970.
DESSENNE J.L., Etude rhéologique et géotechnique de la craie, thèse de Docteur-Ingénieur, Grenoble,
27 janvier 1971.
DIVISION GÉOLOGIE-GÉOTECHNIQUE, Compte rendu des essais géotechniques
Tincourt, rapport interne EDF, (non publié) (1967).
DIVISION GÉOLOGIE-GÉOTECHNIQUE, Compte rendu des essais géotechniques
rapport interne EDF, (non publié) (1971).
réalisés sur le site de Venteuil-
sur la craie en pays cauchois,
FLORENTIN, L'HÉRITEAU, FARHI et PAREZ, Observations faites sur la craie comme couche de fondation,
V e Cong. int. méc. sols et trav. de fond., Paris, 1961, 1, p. 101.
158

Quelques remarques
sur la stabilité des tunnels
réalisés dans la craie
M. PANET
Chef du Département de géotechnique
Laboratoire central
introduction
La craie est généralement considérée comme un terrain très favorable
à la réalisation d'ouvrages souterrains.
\ La tenue de la craie est en général bonne comme on peut s'en rendre
compte dans les nombreuses caves non soutenues creusées dans la craie.
La craie massive a une perméabilité faible et les venues d'eaux sont pratiquement inexistantes.
Enfin l'excavation est facile et la foration mécanique semble devoir trouver dans la craie un matériau
propre à la réalisation de vitesses d'avancement exceptionnelles. On peut d'ailleurs rappeler à ce
sujet les performances remarquables de la machine du Colonel Beaumont lors des premiers essais
de percement du tunnel sous la Manche en 1884 (un avancement moyen de 12 m par jour pendant
53 jpour une galerie de 2,80 m de diamètre).
Cette appréciation optimiste doit être cependant tempérée. Toutes les craies ne sont pas identiques
et ne se présentent pas toujours de manière homogène. Les zones altérées ou fracturées, surtout
lorsqu'elles sont situées sous la nappe, peuvent constituer des passages particulièrement difficiles
à franchir. La présence de telles zones constitue indiscutablement le risque le plus grand qui doit être
envisagé dans l'étude du projet de tunnel sous la Manche.
Les engins de terrassement et les vibrations transforment certains types de craie saturée en une
boue liquide qui pose de difficiles problèmes de chantier et de marinage. Ces différents aspects
doivent être pris en considération lors de tétude d'un ouvrage souterrain dans la craie, ici nous nous
limiterons à l'analyse des seuls problèmes de stabilité.
L'analyse de la stabilité des ouvrages souterrains dans la craie comporte deux questions distinctes :
— quelles sont les conditions de stabilité et comment doit-on éventuellement soutenir l'excavation
pendant les travaux de creusement ?
— quel est le comportement à long terme des terrains encaissants et quelles sont les sollicitations
qui seront finalement encaissées par le soutènement définitif, par exemple un revêtement bétonné ?
Nous appellerons de manière générale soutènement, les moyens mis en œuvre pour assurer la stabilité
du tunnel pendant les travaux et pendant son exploitation.
159
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - Spécial V - Octobre 1973

Conditions de stabilité des tunnels
creusés dans la craie, pendant les travaux
CRAIE MASSIVE PEU FISSURÉE
La stabilité des chantiers de tunnel exécutés dans une
craie massive est en général excellente tant que la
profondeur du tunnel n'est pas trop élevée. En effet,
à partir d'une certaine hauteur de recouvrement, les
contraintes tangentielles à la paroi, calculées en
régime élastique, excèdent la résistance en compression
simple de la craie, et il se produit un écaillage à la
paroi caractéristique, par rupture fragile, identique à
ceux qui se sont produits lors du percement du tunnel
du Mont-Blanc. La roche étant beaucoup moins rigide
et résistante, le phénomène de décompression n'atteint
jamais dans la craie un caractère explosif avec projections.
On peut prévoir la possibilité d'un écaillage à la paroi
si on connaît l'état des contraintes initiales et la
résistance mécanique du matériau.
On ne peut pas connaître a priori l'état des contraintes
initiales dans un massif rocheux. Cependant, la craie
ayant des déformations différées importantes, on peut
imaginer au cours des temps une certaine relaxation
des contraintes conduisant à un état des contraintes
voisin de l'hydrostaticité, comme celui qui a été
mesuré dans la galerie EDF de Venteuil-Tincourt.
Toutefois, il serait imprudent d'extrapoler ce résultat
à tous les sites dans la craie ; ainsi, lors du dénoyage
en 1959 de la galerie de Sangatte creusée en 1880,
les mesures de contraintes qui ont été effectuées conduisent
à penser que la contrainte horizontale est la
moitié de la contrainte verticale.
i '
En régime élastique, la contrainte tangentielle à la
paroi d'une galerie circulaire est donnée par :
a e
= [1+A 0
-2(1-A 0
) cos 20] a\
où

1
I. craie remaniée sans structure contenant des nodules
de craie intacte ;
II. craie morcelée en partie altérée, en bancs diaclasés,
les diaclasés sont espacées de 10 à 60 mm, avec des
ouvertures allant jusqu'à 20 mm, souvent remplies
de craie molle remaniée et de fragments ;
III. craie saine morcelée ou en blocs ; les diaclasés
sont espacées de 60 à 200 mm avec des ouvertures
allant jusqu'à 3 mm, parfois remplies de fragments ;
IV. craie en blocs de dureté moyenne, l'espacement
des diaclasés est supérieure à 200 mm, les diaclasés
sont fermées ;
Fig. 2. — Courbe effort-déformation de la craie dans un essai de
compression simple.
à des contraintes tangentielles moins élevées à la paroi
que celles obtenues dans l'hypothèse de l'élasticité
linéaire.
La présence de fissuresou de plans de stratification
peut modifier très sensiblement la distribution des
contraintes.
Enfin la présence d'un écoulement convergent vers la
galerie modifie aussi le régime des contraintes.
Dans le cas de tunnels profonds, ces phénomènes
d'écaillage peuvent se produire au front de taille.
Dans le cas d'un état de contrainte initiale hydrostatique,
les écaillages apparaissent au front de
taille lorsque la hauteur de recouvrement exprimée
en mètres est sensiblement égale à 1,3 — soit pour la
y
3 R
craie, en admettant y = 20 kN/m , —-.
15
Ces phénomènes de rupture fragile sont superficiels
et peuvent être facilement stabilisés par boulonnage.
Dans la craie, le boulonnage à ancrage réparti présente
de nombreux avantages sur le boulonnage à ancrage
ponctuel.
CRAIES FISSURÉES ET ALTÉRÉES
Les conditions de stabilité des tunnels peu profonds
exécutés dans la craie dépendent essentiellement de
l'état de fissuration ou d'altération de la craie. A cet
égard il est intéressant de rappeler la classification et
les résultats d'essais effectués en Grande-Bretagne
par J.B. Burland et J.A. Lord sur un site de craie
turonienne.
Pour l'étude des fondations d'un accélérateur à protons,
cinq catégories de craie ont été distinguées :
V. craie identique à celle de la catégorie II mais dure
et fragile.
Des essais pour déterminer les caractéristiques mécaniques
de la craie ont été réalisés à diverses échelles,
des essais en laboratoire sur des échantillons carottés
(module moyen de déformabilité E : 90 000 bars),
des essais de plaque en place, des essais en vraie grandeur
par remplissage d'un réservoir ayant 18 m de
diamètre et 18 m de hauteur ; le tableau I donne une
idée des effets d'échelle constatés.
TABLEAU I
Echelle des dégradations des qualités d'un massif
avec l'augmentation de la fissuration et de l'altération
Catégorie
ElJEiab.
I 0,1
II 0,1 à 0,2
III 0,2 à 0,4
IV 0,6 à 0,8
Et. module mesuré en place par remplissage du réservoir.
Eiab. module mesuré au laboratoire sur carottes.
Sur cet exemple, on voit la dégradation des qualités
d'un massif de craie avec l'augmentation de la fissuration
et de l'altération.
Les conditions de réalisation d'un tunnel peu profond
dans ces différentes catégories de terrains seraient
radicalement différentes. On peut tenter d'imaginer
des conditions de soutènement pour chacune de ces
catégories.
I. Conditions de tenue du front de taille extrêmement
précaires ; si les travaux sont exécutés sous la nappe
avec des teneurs en eau supérieures à 20 %, une méthode
par enfilage et un blindage du front de taille
s'avéreraient nécessaires.
II. On peut espérer pour un tunnel de section moyenne
une tenue suffisante du front de taille. Mais le soutènement
doit être mis en œuvre immédiatement derrière
le front de taille. Ce soutènement peut être constitué
par des cintres espacés de 0,5 à 1 m avec au minimum
161

un blindage en voûte. On pourrait aussi faire appel
à la technique du béton projeté en piédroit et en voûte
avec un grillage, et l'utilisation simultanée de boulonnage.
III. Même type de soutènement que dans le cas
précédent. Cependant l'espacement des cintres peut
être plus grand (1 à 1,20 m) ; un blindage à claire-voie
de la voûte devrait être suffisant ; de même l'emploi
de béton projeté serait tout indiqué.
IV. Le soutènement pourrait être beaucoup plus
léger et pourrait être réalisé par boulonnage à ancrage
réparti et grillage occasionnel ou éventuellement
par une couche de béton projeté de faible épaisseur
(5 à 10 cm).
La fissuration de la craie conduit à une augmentation
très importante de la perméabilité. Alors que les craies
franches et massives de la base du Cénomanien ont
des perméabilités de l'ordre de 10" 5 cm/s, les craies
très altérées et très fissurées peuvent avoir des perméabilités
supérieures à 10~ 3
cm/s, les débits d'exhaure
sont donc multipliés par cent.
Lorsqu'au cours de creusement, le front d'attaque
approche d'une zone à perméabilité beaucoup plus
forte sous charge hydraulique élevée, un gradient
hydraulique vers le front de taille croît rapidement à
proximité du front de taille. M. Rat a donné une
valeur approchée de la charge hydraulique en régime
permanent entre le front de taille et l'équipotentielle
correspondant à la limite entre deux zones de perméabilité
très différente.
Il peut alors se produire un éclatement du front de
taille avec une irruption brutale d'eau entraînant un
débourrage des matériaux altérés et fissurés dans le
chantier. La gravité d'un tel accident ne dépend pas
uniquement de la pression existante, mais aussi de
la quantité d'eau en charge dans la zone aquifère.
Il est donc indispensable de faire une reconnaissance
à l'avancement lorsqu'on craint de tels accidents ;
actuellement ces reconnaissances à l'avancement ne
peuvent être faites que par sondage. Il est possible
de faire tomber la pression par drainage lorsque les
débits en régime permanent ne sont pas trop élevés ;
dans le cas contraire, il faut avoir recours à un traitement
des terrains.
Comportement à long terme d'un tunnel
situé dans la craie
Le percement d'un tunnel dans un massif de craie
provoque des déformations immédiates qui suivent
les travaux et des déformations différées qui se stabilisent
très lentement. Dans une craie saine, le soutènement
définitif est mis en place suffisamment loin du
front de taille pour que la convergence instantanée
se soit produite entièrement, ce qui nous autorise à
raisonner pour le comportement différé en déformations
planes (fig. 3).
Afin d'analyser les sollicitations auxquelles peut être
soumis le revêtement d'un tunnel creusé dans la craie,
il convient d'étudier le comportement différé de la
craie.
Dans un essai de fluage en compression simple de la
craie, on observe une déformation instantanée s t
et
une déformation différée e d
qui croît avec le temps
(fig. 4).
Cette déformation différée tend vers une valeur
asymptotique si la contrainte appliquée est très
inférieure à la résistance en compression simple ; par
contre pour des valeurs de la contrainte inférieure,
mais proche de la résistance en compression simple,
on observe une rupture différée.
Fig. 3 a. — Coupe longitudinale d'une galerie circulaire en cours de
creusement.
Fig. 3 b. — Variation du déplacement radial instantané un en fonction
de la distance au front de taille pour une galerie circulaire.
162

La valeur de la charge ultime qui est le seuil qui sépare
les deux types de comportement pour les craies,
varie entre 50 et 80 % de la résistance en compression
simple.
Les déformations différées dans une craie saturée sont
liées d'une part aux mouvements de l'eau interstitielle
dans un milieu à faible perméabilité et d'autre part
à un comportement visqueux du squelette solide qu'on
peut mettre en évidence par des essais sur la craie
sèche. Il n'existe cependant pas d'étude suffisante
pour préciser la part due à chacun de ces phénomènes.
Selon Morlier, dans un corps poreux, la pression
interstitielle u dans un essai non drainé est proportionnelle
à la contrainte moyenne appliquée a m
soit :
avec
0 < x < 1 •
La dissipation de ces pressions interstitielles est un
phénomène lent dans les milieux à faible perméabilité.
La durée de ce processus dépend de la longueur de
drainage. Aussi pour étudier les déformations différées
dans un massif poreux saturé, il est indispensable de
tenir compte simultanément du comportement de la
matrice rocheuse et de la dissipation des pressions
interstitielles. L'analyse en contraintes totales à partir
des caractéristiques de comportement différé mesurées
sur éprouvettes, peut conduire à des résultats complément
faux quant à la durée des phénomènes différés.
Si une galerie creusée dans la craie est laissée sans
revêtement, on observera une convergence progressive
des parois qui se stabilisera peu à peu, si la résistance
ultime de la craie n'est pas dépassée. La galerie de
Sangatte creusée en 1880 fut abandonnée sans soutènement
; elle fut dénoyée en parfait état en 1959.
Les contraintes maximales mesurées sur le plan
diamétral horizontal étaient en moyenne de 45 bars,
soit très inférieures à la résistance en compression
simple. Cependant même si selon les calculs, les
contraintes tangentielles dépassent la résistance
ultime de la craie, on observe rarement des ruptures
différées sur les parois d'une excavation dans la craie ;
cela semble dû au fait que la rupture différée n'est pas
une rupture fragile avec foisonnement du matériau,
mais une rupture par glissement avec diminution de
volume ; il se produit vraisemblablement une adaptation
plastique des contraintes autour de la galerie, de
sorte que les contraintes tangentielles à la paroi
s'adaptent à la résistance ultime de la craie.
Si, au contraire, la galerie est revêtue, la lente
convergence de la galerie est contrariée par le revêtement
et on doit observer une sollicitation progressive
du revêtement accompagnée d'une relaxation des
contraintes dans la craie.
Faisons l'hypothèse qu'on puisse assimiler le comportement
rhéologique de la craie à celui d'un corps
viscoélastique linéaire. Cette hypothèse est vraisemblable
dans le cas d'une craie sèche, mais peu admissible
dans le cas d'une craie saturée du fait de la dissipation
des pressions interstitielles et de l'établissement
du régime permanent de l'écoulement vers la galerie.
On peut démontrer que si on fait l'hypothèse d'un
état initial des contraintes hydrostatiques, et que le
revêtement est mis en place immédiatement après
que les déformations instantanées se soient produites,
la pression exercée sur le revêtement au bout d'un
temps très long est donnée par l'expression :
2/^oo + K L
/*oJ
u 0
module de cisaillement instantané du matériau,
H x
module de cisaillement final du matériau,
k s
coefficient de rigidité du revêtement.
Pour un revêtement circulaire en béton d'épaisseur e
pour une galerie circulaire de rayon r, si e est faible
devant r
ks ~ — Eb
r
163

où
E h
module d'Young du béton « 3 x 10 7 kN/m 2
(300 000 bars).
Cette analyse sommaire montre l'influence :
— du rapport — ; des résultats expérimentaux pour
Ho
certains types de craie donnent — « 0,5, ce qui
Ho
conduirait à = — — ; la pression exercée
2
fyço+K
sur le soutènement serait au plus la moitié de la
contrainte initiale dans le cas d'un revêtement extrêmement
rigide ;
— de l'épaisseur du revêtement ; en effet, si on prend
une craie de module instantané E = 2,8 x 10 6 kN/m 2
(28 000 bars) ; en admettant v = 0,4 on obtient
u 0
x 10 6 kN/m 2 ,
admettons p x
« 0,5 x 10 6 kN/m 2 ,
d'où
P s
=
e
30-
a
±
1+30? 2
r
si - = 0,2 (revêtement relativement épais)
r
p s
= 0,43

CONCLUSIONS GÉNÉRALES
ET RECOMMANDATIONS
A. de RAGUENEL
Chef du groupe géotechnique
Laboratoire régional de Rouen
Le Colloque sur la craie, loin de se prétendre exhaustif sur un sujet aussi vaste
et paradoxalement peu abordé, a permis de soulever un certain nombre de problèmes
rencontrés dans les travaux de génie civil aussi différents que les terrassements, les
fondations et les travaux souterrains. Un certain nombre de réponses originales, bien
que partielles, ont pu être données grâce à l'apport synthétique de la géologie, de la
pétrophysique et de la géotechnique, et grâce à l'utilisation de constatations valorisées
par une recherche théorique et pratique simultanée.
Il a été ainsi possible de dégager certaines conclusions d'ordre général, d'autres plus
spécifiques au matériau « craie » et aux problèmes techniques qu'il soulève.
MÉTHODOLOGIE DE LA RECHERCHE
L'ensemble des résultats présentés procèdent d'une approche méthodique du problème
basée sur un certain nombre de démarches dont il convient de souligner l'efficacité :
— le point de départ de l'étude est constitué par un faisceau de constatations d'anomalies
de comportement, d'incidents sur chantier et de désordres sur ouvrages dont
on recherche les causes avant de proposer des solutions techniques ;
— la compréhension des phénomènes découle d'une analyse qui remet en question les
connaissances acquises sur le matériau « craie » lui-même, roche du sol, et la validité
des essais usuels de laboratoire ;
— l'étude géologique régionale permet d'avoir avec le recul nécessaire une vue suffisamment
large pour comprendre et, par la même, prévoir les différences et hétérogénéités
de nature et de texture essentielles, pour juger du comportement géotechnique
à l'échelle du massif ou de l'échantillon ;
— l'utilisation simultanée des techniques de la géologie, de la mécanique des sols,
de la mécanique des roches et Vexamen du matériau par les techniques les plus récentes
de la microscopie (microscopie électronique à balayage) aboutissent comme un
faisceau convergent à une explication synthétique des phénomènes ;
— la confrontation permanente de la recherche à la réalité des chantiers au moyen
de constatations permet d'aboutir concrètement à des recommandations réalistes en
matière de travaux ;
— la collaboration à l'intérieur de nos laboratoires entre géologues et mécaniciens
des Sols et vers l'extérieur avec l'université, les bureaux d'études spécialisés, les entreprises
et les maîtres d'œuvres peut être considérée comme la clef de voûte de toute
recherche efficace en ce domaine.
165
Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - Spécial V - Octobre 1973

APPORT DES TECHNIQUES NOUVELLES
Si la craie était mal connue, cela était imputable essentiellement à Y'insuffisance des
techniques d'analyse anciennes'. Il s'avère en effet que les connaissances acquises
récemment sont dues pour beaucoup à l'utilisation des techniques nouvelles. On notera
en particulier :
— le développement de la micropaléontologie qui en Vabsence de « bons » macrofossiles
permet maintenant de situer les différents niveaux stratigraphiques. On a ainsi pu
établir une échelle stratigraphique fine, indispensable au développement de la paléogéographie
;
— l'emploi du microscope électronique à balayage permet la connaissance des nannofaciès
de la craie, donc de la texture très particulière de la matrice crayeuse constituée
d'un empilement lâche de petits éléments de calcite et de nannofossiles. Cette observation
apparaît comme essentielle pour expliquer les différences d'état (densité,
porosité, succion) et de comportement (résistance à la compression à sec et humide,
microdureté, vitesse de transmission d'ondes, courbe intrinsèque, etc.) ;
— l'utilisation du microduromètre liée à une étude des constituants sur plaques minces
permet d'expliquer l'hétérogénéité au niveau de l'échantillon due à la présence des corps
figurés et des cristallisations de néoformation ;
— la technique de vibrobroyage débouche sur un essai rapide et simple permettant
de classer les craies en fonction de leur résistance aux chocs et à l'abrasion à sec et
sous Veau ;
— le développement de l'essai pressiométrique facilite la connaissance de la résistance
mécanique globale d'un massif crayeux fissuré ;
— la réalisation d'un plus grand nombre d'essais de chargement de pieux a montré
l'importance du délai de repos sur la portance d'un pieu battu dans la craie ;
— l'introduction des calculs par éléments finis, associés aux constatations, a permis
pour les travaux souterrains d'établir que la craie avait une réaction isotrope en
profondeur et, au-delà d'une certaine contrainte, se comportait comme une roche
plastique. Ces calculs en élasticité pure ont permis par ailleurs de fournir des explications
logiques aux désordres constatés sur grand remblai crayeux.
LA CRAIE, MATÉRIAU
"ÉVOLUTIF"
La craie doit être considérée comme un matériau évolutif sous Veffet de contraintes
statiques ou de chargements répétés. L'identification d'une craie doit donc mettre en
relief cette aptitude à changer de texture par resserrement ou fragmentation. Une
identification basée sur une analyse de résultats d'essais simples (densité sèche, vitesse
de propagation d'ondes longitudinales, microdureté, vitesse d'ascension capillaire,
essai de vibrobroyage, rapport de la résistance à la compression à sec et saturé) permet
de classer les craies en dures, moyennes et tendres. La craie sera d'autant plus évolutive
qu'elle sera tendre.
Évolution de la craie sous charges statiques
Dans un essai triaxial, la craie au-delà d'un seuil de contrainte de confinement a un
comportement de type plastique avec un tassement de sa texture et une déformation
en barillet. Dans les travaux souterrains, cette propriété se traduit par une transmission
isotrope des contraintes, une déformation élastique moins forte que celle obtenue par
le calcul qui, absorbée par un tassement de la texture, conduit à une expulsion d'eau
de la roche.
Sous une charge statique de longue durée des blocs crayeux à faible densité peuvent
s'écraser au profit d'une pâte crayeuse plus dense. Ce phénomène peut occasionner des

tassements de remblais importants. Corrélativement, une mise en pression de Veau
interstitielle peut faire croître le coefficient de Poisson au cœur du remblai et provoquer
des fissures longitudinales dues au développement de contraintes de traction dans la
partie supérieure des remblais.
Évolution de la craie sous charges dynamiques
• Sous Veffet des chocs, lors de Vextraction, de la mise en œuvre et du compactage
en terrassement, les blocs de craie donnent un sol qui est un mélange de craie et de
fines crayeuses. Ce mélange sensible aux différentes « manutentions » sera d'autant
moins porteur et d'autant plus difficile à mettre en remblai que le degré de fragmentation
sera fort.
L'utilisation en remblai et le choix des techniques de mise en œuvre seront donc conditionnés
par la fragilité du matériau (sa résistance mécanique) après mise en œuvre
et sa teneur en eau.
• Sous Veffet du battage, en particulier de pieux, la craie roche se désagrège, sa texture
s'effondre et sous l'effet de pressions interstitielles importantes dues aux chocs se
comporte comme un fluide à faible résistance. Par un phénomène mal connu, soit de
dissipation de surpressions interstitielles, soit de recristallisation, soit de thixotropie,
on observe une reconstitution de la portance après un temps de repos.
• Sous Veffet de la vibration, la craie a tendance à se liquéfier, probablement par effondrement
de sa texture ; ce phénomène a malheureusement été peu étudié.
RECHERCHES A ENTREPRENDRE
Malgré le chemin parcouru, les points d'interrogation et les voies de recherche restent
nombreux. Il convient de mentionner en particulier :
— la mise au point d'essais normalisés adaptés aux différents problèmes techniques
qui se posent ;
— l'amélioration des techniques d'étude de la craie dans son gisement, en tenant
compte en particulier des formes d'altération si importantes dans tous les travaux de
génie civil ;
— des recherches sur la cohésion de la craie-roche et de la craie-sol, de façon à comprendre
comment se détruit et se reconstitue cette cohésion ;
— des recherches sur l'interaction des gaines de calcite et de l'eau et de son influence
sur la plasticité, la résistance à la compression et sur certaines propriétés thixotropiques
éventuelles ;
— l'amélioration des techniques de prélèvement d'échantillons et le développement
des techniques de diagraphie (microsonique et diagraphie nucléaire) ;
— des recherches sur les méthodes de mise en œuvre des techniques pressiométriques,
de façon à optimiser les mesures de module à prendre en compte dans les calculs de
fondation ;
— des recherches sur l'influence de la vibration dans la destruction de la texture de
la craie. Influence des phénomènes vibratoires dans le corps d'un remblai ou dans le
fût d'un pieu sur la stabilité ou la portance de l'ouvrage ;
— l'étude du coefficient de Poisson et des causes de son éventuelle variation dans le
temps au cours de la vie d'un remblai ;
— le développement des techniques de traitement de la craie, soit en vue de travaux
confortatifs, soit en vue de son utilisation en corps de chaussée.
167

On conçoit donc que les conclusions du géotechnicien concernant Vutilisation de
ce matériau ne peuvent découler d'une étude du matériau seul, sans connaître le rôle
que Von veut lui faire jouer (remblai, fondation, tunnel), la géométrie de l'ouvrage,
et les techniques de réalisation. L'étude géotechnique de la craie devra être une étude
« à la carte ».
Sous réserve d'une reconnaissance bien conduite et adaptée au problème, la plupart des
croies, moyennant certaines précautions d'emploi constituent de bons remblais, un
niveau satisfaisant de fondation et une roche qui se prête bien aux travaux souterrains.
Cependant les craies tendres, voire mi-dures, en particulier si elles sont altérées, feront
l'objet d'une attention particulière et justifieront le plus souvent une adaptation des
techniques usuelles à ce matériau très sensible, en fonction du problème à résoudre.
RECOMMANDATIONS POUR L'UTILISATION
DES CRAIES EN REMBLAI
Toute utilisation de craie en remblai nécessitera la réalisation d'études géotechniques
préalables comportant :
— une identification de la craie basée sur la réalisation d'essais simples mais nombreux
et bien adaptés (densité sèche, vitesse de propagation d'ondes longitudinales,
microdensité, vitesse d'ascension capillaire, résistance à la compression du matériau
sec et saturé) ;
— une étude géotechnique de laboratoire utilisant l'essai de vibrobroyage et l'essai
de compactages répétés au Proctor normal avec mesure de poinçonnement C B R ;
— une étude des conditions de gisement.
Ces différents essais permettront de classer les craies en :
• craies dures ne posant que peu de problèmes de terrassements,
• craies moyennes ou douteuses,
• craies tendres qui nécessiteront des précautions particulières.
Des conditions particulières de mise en œuvre seront prévues comme suit en fonction
de la géométrie de l'ouvrage dans le cas de craies tendres ou mi-dures.
REMBLAI DE FAIBLE HAUTEUR : 0 < H < 5 m
Les problèmes de densification (source de tassement) et de stabilité ne se poseront
pas. Seuls les problèmes de mise en œuvre seront à considérer.
La mise en œuvre se fera d'autant mieux qu'on limitera le fractionnement des
blocs. On pourra tolérer alors des teneurs en eau élevées et une compacité du corps

de remblai faible. Le minimum de fragmentation sera obtenu par une extraction
à la pelle avec transport au camion. Le compactage se fera par couche de 30 cm
au pneu lourd. On s'efforcera d'imperméabiliser au maximum les plates-formes
supérieures.
REMBLAI DE GRANDE HAUTEUR : H > 12 m
Ces remblais devront être conçus comme des ouvrages d'art. Pour éviter le tassement
par densification et les fissurations ou ruptures, il conviendra de fractionner au
maximum les blocs les plus tendres, ce qui imposera pour la mise en œuvre, une teneur
en eau faible ( < 20 %). La compacité maximale devra être obtenue au compactage,
avec un minimum de 1,70.
Cela peut être obtenu par un travail à la défonceuse (ripper) et à la décapeuse (scraper)
et un compactage au rouleau à pieds dameurs (tamping) ou au rouleau à grilles
(grid-roller) sur couches de 30 cm.
Dans l'hypothèse d'une craie à fortes teneurs en eau, nous avons comme alternative,
soit une mise en dépôts, soit une utilisation adaptée qui pourra être suivant les cas,
un traitement au ciment ou aux cendres volantes+chaux, l'utilisation de la technique
du sandwich (craie + grave), l'armature du remblai au moyen d'additif de
structure ou d'armatures rigides à déterminer par le calcul.
169

RESUMES
Géologie de la craie dans le Bassin parisien
G. BIGNOT et M.P. AUBRY
Les auteurs décrivent la nature pétrographique de la craie constituée de fragments détritiques et
de microfossiles, Ostracodes et Foraminifères noyés dans une matrice, mélange de nannofossiles
et de très petits éléments de calcite. La structure lâche de cette matrice observée au microscope
électronique à balayage permet d'expliquer le comportement mécanique de la craie.
Les divisions stratigraphiques obtenues par étude de la microfaune et la paléogéographie du Bassin
parisien permettent au géologue de définir des variations de faciès : craie à tendance détritique en
bordure de bassin et craie à fort pourcentage de CaCÛ3 au centre du bassin.
En conclusion, la connaissance des nannofaciès aide à comprendre les particularités des caractéristiques
mécaniques de la roche. Les données stratigraphiques et pétrophysiques en replaçant la
roche dans le temps et l'espace permettent de considérer les problèmes géotechniques dans un cadre
plus général.
MOTS CLÉS - 42. Géologie — Craie — Pétrographie — Roche — Sédiment — Carbonate — Calcium
— Classification — Stratigraphie — Minéralogie — Microscope électronique à balayage — Faciès —
Bassin parisien.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 11.
Pétrophysique de la craie
M .
MASSON
L'étude pétrophysique de la craie a permis de mettre en évidence l'influence de la texture fine
du matériau sur ses caractéristiques physiques et mécaniques.
On note en particulier l'importance des éléments figurés sur la valeur et la dispersion de la résistance
mécanique (résistance à la compression, microdureté, vitesse de la transmission d'ondes) et de la
matrice microscopique sur les caractéristiques physiques (densité, porosité, succion, ascension
capillaire).
L'analyse de ces différents paramètres et de leur incidence sur les problèmes géotechniques a permis
de définir une méthode d'identification des craies au moyen d'essais simples et de les classer en trois
familles : craies dures, mi-dures et tendres. A cette méthode d'étude sur échantillon, il est nécessaire
de coupler une méthode d'étude plus générale des massifs de craie prenant en compte les hétérogénéités
dues à la fissuration et à l'altération.
MOTS CLÉS - 42-43. Craie — Sol — Roche — Pétrographie — Caractéristiques — Physique — Mécanique
— Microstructure (géomorphologie) — Stratigraphie — Teneur — Carbonate —• Calcium —
Oxyde — Magnésium — Minéralogie — Essai — Saturation — Porosité — Résistance —• Densité —
Contrainte — Laboratoire — Surface spécifique —• Succion —• Vitesse — Capillarité — Compactage
— Silex' — Fissuration —• Altération — In situ — Siliceux — Argile — Cristallisation —
Calcaire — Dureté — Broyage — Vibration.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 23.
Texture et comportement des craies
A. LE ROUX
L'étude en microscopie électronique à balayage montre l'importance du paramètre texture dans
le comportement des matériaux. Les liaisons intergranulaires mises en évidence sur la totalité des
matériaux étudiés sont cependant en nombre variable ; suivant les échantillons elles seront peu
nombreuses (cas des craies d'Incarville, Sauqueville et Pacy-sur-Eure) ou abondantes, le matériau
posera de nombreux problèmes sur le chantier ou aura un comportement satisfaisant.
L'étude d'un matériau qui peut être considéré comme un terme de passage entre les craies et les
calcaires confirme l'existence des « ponts » qui apparaissent dans ce cas extrêmement nets. Les relations
qui existent entre les liaisons intergranulaires et les caractéristiques mécaniques du matériau
sont également confirmées.
171

En présence d'eau, les liaisons sont affaiblies (gonflement des argiles, etc.), mais encore assez résistantes
pour s'opposer à une désagrégation du matériau. Ce qui explique, en l'absence de tout
autre phénomène, la bonne tenue des craies immergées, mais également la désagrégation de certaines
d'entre elles dès qu'elles sont soumises aux vibrations (par exemple lors du passage des engins de
chantier).
L'étude préalable des textures devrait permettre la prévision du comportement et renseigner ainsi
le maître d'oeuvre sur les matériaux avec lesquels il aura à composer.
MOTS CLÉS - 42-43. Craie — Texture — Comportement — Calcaire — Liaison (chimie) — Eau —
Gonflement — Argile — Immersion — Vibration — Prévision — Minéralogie — Carbonate —
Calcium.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 49.
Stabilité des remblais crayeux de grande hauteur
A. DE RAGUENEL.
Les constatations et études effectuées sur le remblai crayeux du Val-Guyon sur l'autoroute A 13
ont permis d'expliquer la cause des tassements et Assures observés.
Ces désordres ne peuvent s'expliquer par les théories classiques. Il est montré que les tassements
de la plate-forme du remblai sont imputables à une densification de celui-ci à la suite d'une désagrégation
dans le temps des blocs crayeux de faible densité. Cette densification conduirait à des
mises en pression de l'eau interstitielle et une augmentation du coefficient de Poisson du mélange
crayeux. Cette variation entraînerait, comme le montre une étude des contraintes par la méthode
des éléments finis, le développement de contraintes de traction en tête du remblai qui expliquerait
les fissureslongitudinales constatées.
Ces calculs ont permis de définir l'influence des caractéristiques mécaniques de la craie, de la hauteur
du remblai et de sa pente de talus sur le développement de telles fissures. Il a été ainsi possible de
définir des recommandations pour l'utilisation des craies tendres pour l'exécution de remblais de
différentes géométries.
MOTS CLÉS - 42-43. Stabilité des talus — Stabilité — Remblai — Craie — Hauteur — Autoroute —
Tassement — Fissuration — Teneur en eau — Déformation — Silex — Argile — Granulométrie —
Densité — Essai — Coefficient de sécurité — Résistance —• Cisaillement — Triaxial — Drainage —
Rupture — Fluage — Tassement — Compressibilité — Elasticité — Coefficient de Poisson —
Contrainte — Traction — Chaussée — Plasticité — Pente — Largeur — Compression — Compactage
— /A 13.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 57.
Problèmes de terrassement dans la craie
J. PUIG.
L'article expose les résultats de recherches entreprises sur la craie dans les problèmes de terrassements
et les conclusions pratiques que l'on peut en tirer.
Les essais classiques de géotechnique (granulométrie, limites d'Atterberg, teneur en eau, essai
Proctor) sont inadaptés pour identifier la craie, matériau essentiellement « évolutif » et donc pour
prévoir son comportement.
L'influence du pourcentage de pâte ou fines est prépondérante sur les conditions de mise en œuvre.
Ce pourcentage est essentiellement fonction d'une part de la nature de la « craie-roche » plus ou
moins facilement désagrégeable, d'autre part du nombre et de la nature des manutentions que l'on
va lui faire subir.
La recherche a conduit à mettre au point des essais empiriques permettant d'appréhender simultanément
ces deux facteurs : l'essai de vibrobroyage et l'essai de compactages répétés.
Des constatations sur chantier, lors de la mise en œuvre et de stabilité à plus long terme des remblais
crayeux, nous ont permis de définir des recommandations sur l'étude géotechnique des matériaux
crayeux et les conditions de mise en œuvre en fonction de leur nature et de la géométrie de l'ouvrage.
MOTS CLÉS - 41-51. Terrassement — Craie — Essai — Teneur — Fin (matériau) — Essai — Broyage
— Vibration — Compactage — Remblai — Mise en œuvre — Granulométrie — Roche — Sol —
Limite de liquidité — Limite de plasticité — Indice de plasticité — Teneur en eau — Proctor —
CBR — Stabilité des talus.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 81.
172

Etude par vibrobroyage de l'aptitude des craies au compactage
R. STRUILLOU.
L'utilisation du vibrobroyage est envisagée dans l'optique de la prévision en laboratoire des difficultés
de compactage des craies sur chantiei. Les échantillons, concassés à sec, en granuláis 5/20,
sont usés, pendant 30 s, à diverses teneurs en eau .On constate que pour la plupart des craies, la
quantité d'éléments inférieurs à 1,25 mm formée varie linéairement avec la teneur en eau. Chaque
craie peut donc être caractérisée par une droite d'usure, qui donne sa sensibilité à la fragmentation.
Par ailleurs, les fines d'une craie donnée sont caractérisées par leur limite de liquidité WL, à partir
des produits inférieurs à 400 ¡J, formés par son vibrobroyage en milieu aqueux, dans des conditions
constantes, cela pour tenir compte de la sensibilité des limites d'Atterberg de beaucoup de craies
aux conditions opératoires.
En combinant les caractéristiques d'usure, la teneur en eau naturelle w n
, la teneur en eau de liquidité
WL des fines de vibrobroyage et les coefficients empiriques destinés à tenir compte des diverses
conditions de chantier, on détermine la teneur en eau critique w c
au-delà de laquelle des difficultés
importantes risquent d'être rencontrées au cours du compactage.
MOTS CLÉS - 42. Compactage — Craie — Broyage — Vibration — Prévision — Laboratoire —
Granulat — Granulométrie — Teneur en eau — Usure —• Fin (matériau) — Limite de liquidité —
Limite de plasticité — Remblai.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 99.
Fondations dans la craie
F. BAGUELIN.
L'auteur, après avoir mentionné les difficultés rencontrées pour effectuer des prélèvements de craie
utilisables en laboratoire et la dispersion des caractéristiques mécaniques qui en résultent, montre
l'intérêt des mesures in situ en particulier pressiométriques pour apprécier la réaction globale de
la craie dans sa masse.
Des observations et expérimentations ont montré que les calculs en partant de ces différents essais
étaient pessimistes, en particulier les formules de battage dynamique utilisées dans le cas de pieux
battus. La craie a en effet tendance à se liquéfier sous l'effet des chocs et sa résistance mécanique
se reconstitue après battage soit par dissipation en surpression interstitielle, soit par une restructuration
thixotropique de la craie encore mal connue.
MOTS CLÉS - 42-43. Mécanique des sols — Mécanique des roches — Fondations — Craie —• Portance
— Prélèvement d'échantillons —• Essai — Mécanique — In situ — Méthode — Calcul —
Carottage — Résistance — Compression — Triaxial — Dureté — Compressibilité — Pénétromètre
statique — Pénétromètre dynamique — Battage — Compression —/ Pressiomètre.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 113.
Les cavités souterraines de la craie dans le nord de la France
J. LEPLAT.
La craie du nord de la France a autrefois fait l'objet d'une exploitation intensive pour les besoins
de l'agriculture et surtout de la construction. Dans ce dernier domaine, la production de pierres
à bâtir, pour lesquelles l'extraction souterraine était alors obligatoire, a déterminé l'ouverture d'une
quantité impressionnante de carrières que les grands travaux actuels font redécouvrir.
L'absence fréquente d'archives valables, la perte progressive des informations jadis transmises
de père en fils rendent très difficile la prospection de ces cavités souterraines. En tout état de cause
la base de départ indispensable est une bonne connaissance géologique de la région, qui permettra
de sélectionner et de valoriser les informations recueillies lors de l'enquête sur le terrain (par exemple
en tenant compte du fait que la craie à bâtir se situe pratiquement toujours au même niveau stratigraphique).
L'étape suivante doit être une campagne gravimétrique, seule méthode de prospection géophysique
qui puisse s'appliquer à tous les cas de figuredans la région. La méthode électromagnétique du professeur
Gabillard a été conçue pour la recherche des cavités du type « bouteilles » de la région lilloise ;
précise et efficace dans ce cas particulier, ses possibilités à l'échelle de la région sont relativement
limitées. Lorsque la prospection gravimétrique (ou électromagnétique) a révélé des anomalies
négatives attribuables à des cavités souterraines, il faut alors mettre en œuvre des moyens de reconnaissance
mécaniques. Dans les cas favorables, puits d'accès nombreux, cavités peu profondes, on
173

peut faire appel à des engins du type pénétromètre, sinon des forages sont nécessaires. Enfin, dès
qu'une cavité a été mise en évidence, la dernière démarche consiste à y descendre pour en effectuer
le lever.
Pour le traitement des cavités souterraines dans la craie, deux types de solutions peuvent être retenus :
le comblement ou l'aménagement. Le comblement, solution sûre mais chère, est réalisé dans la
région, soit au moyen d'un granulat de carrière mis en place par la méthode pneumatique, soit par
injection d'un coulis de cendres volantes et de ciment, cette seconde solution étant apparemment
plus sûre et moins coûteuse. L'aménagement doit s'adapter au problème posé et revêt par conséquent
des formes variées, le plus simple étant la construction de puits d'accès permettant la surveillance
périodique de la cavité.
MOTS CLÉS - 41. Prospection — Cavité (sol) — Craie — Carrière — Souterrain — Géophysique —
Méthode — Mesure — Gravité (pesanteur) — Electricité — Magnétisme — Pénétration — Forage
(trou) — Remblayage — Granulat — Injection — Coulis — Cendre volante — Ciment — Géologie —
/Nord — France — Gravimétrie (géophysique).
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 123.
La craie dans les sites d'ouvrages de production d'électricité
G. COMÉS.
La division Géologie-Géotechnique de la direction de l'Equipement d'EDF a été amenée, au cours
des cinq dernières années, par suite de l'évolution dans la réalisation et dans l'implantation des
ouvrages de production électrique à étudier la craie comme matériau de fondation.
Les caractéristiques mécaniques présentées par la craie font que ce matériau a un comportement
très différent de ceux des roches habituellement rencontrées pour ces sortes d'ouvrages, telles que
granités, schistes, calcaires, etc.
Les sites étudiés se trouvent être répartis dans le Bassin parisien au sens large du terme. Les travaux
géologiques et géotechniques entrepris ont été réalisés sur la craie du Sénonien en pays champenois
et en pays cauchois.
Les caractéristiques géotechniques des craies ont été déterminées en laboratoire et in situ. Le comportement
du matériau en place est examiné et analysé.
La réalisation d'ouvrages souterrains dans la craie est possible si un certain nombre de précautions,
d'ordre technologique, sont prises au cours des travaux.
MOTS CLÉS - 43. Mécanique des roches — Roche — Craie — Fondation — Usine — Electricité —
Géologie — Souterrain — Caractéristiques — Physique — Galerie — Reconnaissance — Sautage —
Marinage —• Pompage — Essai — Boulonnage — Béton projeté — Vibration — Laboratoire —
Résistance — Compression — Rupture — Module d'élasticité — Porosité — Tunnel — Cisaillement
— Modèle — Echelle — Cavité (sol).
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 149.
Quelques remarques sur la stabilité des tunnels réalisés dans la craie
M .
PANET
La craie saine et non fissurée est un terrain qui présente des caractéristiques favorables pour la réalisation
d'ouvrages souterrains (bonne tenue, perméabilité faible, excavation facile). Cependant
les zones altérées et fracturées conduisent à des difficultés importantes.
La craie saine et non fissurée présente, à court terme, un comportement élasto-fragile et lorsque la
hauteur de recouvrement devient importante, on observe des ruptures de décompression classiques
mais peu brutales qu'on peut facilement stabiliser par boulonnage.
La craie montre des déformations différées importantes ; on peut observer par des essais de fluage
au laboratoire des ruptures différées pour des sollicitations très nettement inférieures à la résistance
mesurée lors d'un chargement rapide.
Les revêtements doivent être calculés en fonction de ce comportement rhéologique de la craie ;
en effet le revêtement en s'opposant aux déformations différées de convergence est soumis à des
sollicitations croissantes dans le temps.
MOTS CLÉS - 43. Mécanique des roches — Tunnel — Roche — Craie — Stabilité —• Elasticité —
Fragilité — Rupture — Boulonnage — Déformation — Retard — Essai — Fluage — Laboratoire —
Résistance — Charge — Rapide — Revêtement de tunnel — Comportement — Rhéologie — Fissuration
— Altération.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 159.

ABSTRACTS
The geology of chalk in the Paris Basin
G. BIGNOT et M.P. AUBRY
The authors describe the petrographic nature of chalk, which consists of detrital fragments and microfossils,
ostracodes and foraminiferas, embedded in a gangue comprising a mixture of nannofossils
and very small particles of calcite. The loose structure of this gangue, observed under the electron
microscope, explains the mechanical behaviour of clay.
The stratigraphic divisions obtained by a study of the microfauna and paleography of the Paris
Basin enable geologists to define the variations of facies : chalk which tends to be detrital on the
edge of the Basin, and chalk containing a high percentage of CaC03 in the centre.
Knowledge of the nannofacies helps us to understand the particularities of the mechanical characteristics
of the rock. Stratigraphic and petrophysical data, situating the rock in time and space,
make it possible to consider geotechnical problems in a more general context.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 11.
The petrophysics of chalk
M. MASSON
The petrophysical study of chalk has revealed the influence of the fine structure of the material
on its physical and mechanical characteristics.
We note in particular the importance of the factors brought to light in relation to the value and
dispersion of mechanical strength (compressive strength, micro-hardness, speed of wave propagation)
and the importance of the microscopic gangue in relation to physical characteristics (density,
porosity, suction, capillary rise).
The analysis of these different parameters and of their relation to geophysical problems has made
it possible to define a method of identifying chalks by means of simple tests and to class them in
three families : hard, semi-hard, and soft. With this method of sample study it is necessary to combine
a more general method of studying chalk masses, taking account of heterogeneities due to
cracking and weathering.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 23.
The texture and behaviour of chalk
A. LE ROUX
Examination under the electron microscope shows the importance of the parameter of texture
in the behaviour of these materials. But the intergranular bonds revealed in the whole of the materials
studied vary in number from one sample to another ; there may be few of them (as in the Incarville,
Sauqueville and Pacy-sur-Eure chalks) or they may be abundant, with the result that the material
may pose numerous on-site problems, or it may behave satisfactorily.
The study of a material which can be considered as intermediate between chalk and limestone confirms
the existence of « bridges » which in this case are very clearly in evidence. Relations existing
between intergranular bonds and the mechanical characteristics of the material are also confirmed.
In the presence of water, the bonds are weakened (swelling of clay, for example), but they are still
strong enough to prevent the material loosening. This explains, in the absence of any o ther phenomenon,
the satisfactory behaviour of chalk under water ; and also explains why some chalks loosen
when they are subjected to vibrations (e.g. the passage of on-site truck-mounted machinery).
The preliminary study of textures should make it possible to predict behaviour and thereby provide
the contractor with information about the materials he will have to work with.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 49.
175

The stability of very high chalk embankments
A. DE RAGUENEL
Observations and studies made on the Val-Guyon embankment on the A 13 autoroute have provided
an explanation of the cause of the settlements and cracks observed.
These disturbances cannot be explained by classical theories. It is shown that the settlements of
the bed of the embankment are attributable to a densification of the latter resulting from a disintegration
of the low-density chalk blocks in the course of time. This densification may lead to pressure
being exerted on the pore water and an increase in the Poisson's ratio of the chalky mixture. This
variation may in turn entail, as shown by a study of stresses using the method of finite elements,
the development of tensile stresses at the head of the embankment which would explain the longitudinal
cracks observed.
These calculations made it possible to define the influence of the mechanical characteristics of the
chalk, the height of the embankment, and its gradient, on the development of such cracks. This
led to the possibility of laying down recommendations for the use of soft chalk in constructing
embankments of various geometries.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 57.
Problems of earthworks in chalk
J. PUIG
The authors give the results of research conducted on the problems of earthworks in chalk, and the
practical conclusions that may be drawn from them.
Conventional geotechnical tests (particle size, Atterberg limits, water content, Proctor test) are
unsuitable for identifying chalk, which is essentially an evolutive material, and consequently they
cannot be used for predicting its behaviour.
The percentage of paste or fineshas a predominant influence on working conditions. This percentage
is essentially dependent on the nature of the « rock chalk », which may be more or less easy to break
up, and also on the nature of the handling to which it is subjected.
Research has led to the development of empirical tests enabling both these factors to be determined
simultaneously : the vibrocrushing test and the repeated compaction test.
On-site observations of the construction of chalk embankments and their stability in the longer
term have made it possible to lay down recommendations concerning the geotechnical study of
chalky materials and their conditions of use in the light of their nature and of the geometry of the
structure.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 81.
The study, by vibration grinding, of the aptitude of chalks for compacting
R. STRUILLOU
The use of vibration grinding is envisaged for the purpose of predicting in the laboratory the difficulties
of compacting chalks on working sites. Crushed dry samples in the form of 5/20 aggregates
are ground for 30 s at various water contents. It is observed that for most chalks the quantity of
elements below 1,25 mm which are formed varies linearly with the water content. Every chalk can
therefore be characterized by a line of wear which gives its sensitivity to fragmentation.
Furthermore, the fines of a given chalk are characterized by their liquid limit WL with effect from
products below 400 microns formed by vibration grinding of the chalk in an aqueous medium under
constant conditions (so as to allow for the sensitivity of the Atterberg limits of many chalks to operating
conditions).
By combining the characteristics of wear, natural water content w„, liquid limit WL of finesproduced
by vibration grinding, and empirical coefficients whose purpose is to allow for various conditions
on site, it is possible to determine the critical water content w c
beyond which serious difficulties may
be encountered during compacting.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 99.

Foundations in chalk
F. BAGUELIN.
After referring to the difficulties encountered in taking chalk samples which can be used in the laboratory
and the resulting dispersion of mechanical characteristics, the author shows the advantages
of in situ measurements, in particular pressiometric measurements, for assessing the overall reaction
of chalk in the mass.
Observations and experiments have shown that calculations based on these various tests were pessimistic,
especially dynamic driving formulae employed in the case of driven foundation piles. Chalk
tends to liquefy under the effect of impacts, and recovers its mechanical strength after driving either
by dissipation under excess pore pressure or by a thixotropic restructuring of the chalk of which
little is so far known.
La craie. Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 113.
Underground cavities in the chalk soil of Northern France
J. LEPLAT.
The chalk of Northern France was formerly worked intensively to meet the needs of agriculture
and especially the building industry. In this latter sector, the production of buiding stone, which
at that time had to be extracted from below ground, led to the opening of a large number of quarries
which are being rediscovered by present-day major projects.
The frequent absence of reliable records, the gradual loss of information formerly handed down
from father to son, makes the prospection of these underground cavities very difficult. In any event,
the essential starting point is a thorough geological knowledge of the region, which makes it passible
to select and valorize data gathered during the field survey (for example by taking account of the
fact that building chalk is almost always located at the same stratigraphic level). The next stage should
be a gravimetric campaign, the only method of geophysical prospection applicable to all cases in
this region. Professor Gabillard's electromagnetic method is designed for the detection of cavities
of the « bottle » type in the region of Lille. Though it is accurate and effective in this particular case,
its possibilities over the whole area are relatively limited. When the gravimetric or electromagnetic
prospection reveals negative anomalies attributable to underground cavities, then mechanical
means of reconnaissance must be employed. In favourable cases (numerous access shafts, shallow
cavities) recourse can be had to devices of the penetrometer type ; otherwise, drilling is necessary.
As soon as a cavity has been detected, the final stage is to enter it in order to survey it.
For the treatment of underground cavities in chalk, two types of solutions may be adopted : filling
in or tidying up. Filling in is reliable but costly ; in this region it is done by introducing quarry
aggregate pneumatically, or by injecting a grout of fly ash and cement. The latter solution seems
to be more reliable and less costly. Tidying up must be apdapted to the particular conditions, and
consequently takes various forms, the simplest being the construction of access shafts allowing
the cavity to be supervised periodically.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 123.
Chalk in electric power station construction sites
G. COMES.
The Division Geologie-Geotechnique of the Direction de l'Equipement de l'Electricité de France
has in the course of the past five years to study chalk as a foundation material as a consequence of
the evolution in the building and siting of electric power stations.
The mechanical characteristics of chalk are such that this material behaves very differently from
the rocks usually encountered in connection with these types of structures, such as granite, shale,
limestone, etc.
The sites studied are located at various points of the Paris Basin, taking that area in its widest sense.
The geological and geotechnical work undertaken was performed on Senonian chalk in the Champenois
and Cauchois localities.
The geotechnical characteristics of the chalks in question were determined in the laboratory and in
situ. The behaviour of the material in place is examined and analysed in this article.
It is possible to build underground structures in chalk provided that a certain number of precautions
of a technological nature are taken while the work is in progress.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 149.
177

Notes on the stability of tunnels driven through chalk
M . PANET.
Sound and unfissured chalk possesses favourable characteristics (satisfactory behaviour, low permeability,
ease of excavation) for the construction of underground structures. But weathered and
fractured zones lead to considerable difficulties.
In the short term, sound and unfissured chalk behaves in an elasto-fragile manner, and when the
thickness of overlay is considerable one observes classic but not brutal decompression failures which
can be easily stabilized by bolting.
Chalk reveals important deformations in the long term ; laboratory creep tests show deferred
failures under stresses markedly below the resistance measured under rapid loading.
Tunnel linings must therefore be calculated in the light of this rheological behaviour of chalk ;
for in counteracting deferred convergence strains the lining is subjected to increasing stresses with
the passage of time.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 159.

ZUSAMMENFASSUNGEN
Geologie des Kreidegesteins des Pariser Beckens
G. BIGNOT. et M.-P. AUBRY
Die Verfasser beschreiben die Petrographie des Kreidegesteins, das aus Mikrofissilfragmenten und
Gesteinschutt und aus Ostrakoden und Foraminiferen, die in ein Gemisch von Nanofossilien und
sehr kleinen Kalzitelementen eingefügt sind, zusammengesetzt ist. Das mechanische Verhalten
des Kreidegesteins kann mit der lockeren Struktur dieses Gefüges, die mit Hilfe des Elektronenmikroskopes
beobachtet werden kann, erklärt werden.
Aufgrund der stratigraphischen Unterteilungen, die man mit Hilfe der Untersuchung der Mikrofauna
und der Paläogeographie des Pariser Beckens ermittelt, kann der Geologe die verschiedenen
Fazien bestimmen : meist detritusartiges Kreidegestein an den Rändern des Beckens und Kreidegestein
mit starkem CaCOä Gehalt im Zentrum des Beckens.
Als Schlussfolgerung kann gesagt werden, dass die Kenntnis der Nanofazien dazu beiträgt, die
besonderen mechanischen Eigenschaften des Felsgesteins zu erklären. Aufgrund der stratigraphischen
und petrophysikalischen Gegebenheiten und indem man das vorhandene Felsgestein zeitlich und
räumlich im Rahmen der erdgeschichtlichen Entwicklung untersucht, können die geotechnischen
Probleme sehr viel genereller erfasst werden.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 11.
Petrophysik des Kalkgesteins
M. MASSON.
Mittels einer petrophysikalischen Untersuchung des Kreidegesteins konnte der Einfluss der feinen
Materialstruktur auf die physikalischen und mechanischen Eigenschaften bestimmt werden.
Insbesondere wurde der Einfluss der mikroskopisch sichtbaren Elemente auf die Festigkeitswerte
und-streuung (Druckfestigkeit, Mikrohärte, Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen) und der
mikroskopischen Grundmasse auf die physikalischen Eigenschaften (Dichte, Porosität, Saugfähigkeit,
kapillare Steigfähigkeit) festgestellt.
Mit Hilfe der Analyse dieser verschiedenen Parameter und ihres Einflusses auf die geotechnischen
Probleme konnte ein Verfahren zur Bestimmung der Kreidegesteinarten mittels einfacher Prüfungen
entwickelt werden und eine Klassifizierung in drei Familien — hart, mittelhart und weich — vorgenommen
werden. Zusätzlich zu diesem Untersuchungsverfahren mit Probekörper muss eine
Untersuchungsmethode für Kreidemassive angewendet werden, die die Heterogenität infolge Rissbildung
und Verwitterung berücksichtigt.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 23.
Textur und Verhalten von Kreidegestein
A. LE ROUX.
Die elektronenmikroskopische Untersuchung zeigt den Einfluss der Textur auf das Verhalten der
Materialien. Die Anzahl der Korn-zu-Korn Bindungen, die an allen untersuchten Materialien
festgestellt wurden, ist jedoch variabel ; je nach den entnommenen Proben ist sie gering (im Falle
der Kreidegesteine von Incarville, Sauqueville, und Pacy-sur-Eure) oder erheblich, d.h. in anderen
Worten die Probleme auf der Baustelle sind zahlreich oder das Material zeichnet sich durch ein
zufriedenstellendes Verhalten aus.
Aufgrund der Untersuchung eines Materials, das eine Art von Übergang zwischen Kreidegestein
und Kalkgestein darstellt, kann festgestellt werden, dass klare Zwischenabstufungen bestehen.
Ausserdem können die Beziehungen zwischen den Korn-zu-Korn Bindungen und den mechanischen
Eigenschaften des Materials nachgewiesen werden.
179

Bei Vorhandensein von Wasser verringert sich die Bindung zwischen den Einzelkörnern (Hebungen
von Tonböden, usw.) ; sie ist jedoch noch stark genug, um eine vollkommene Auflösung zu verhindern.
Hiermit kann, falls kein anderer Faktor einwirkt, das gute Verhalten von unter Wasser
stehendem Kreidegestein erklärt werden, aber auch die Auflösung bestimmter Kreidegesteinarten,
sobald sie Vibrationen ausgesetzt sind (zum Beispiel infolge der Einwirkung von Baumaschinen).
Aufgrund einer vorhergehenden Untersuchung der Textur könnte das Verhalten dieser Materialien
vorherbestimmt werden und somit dem Bauleiter Angaben über das anzutreffende Material an
die Hand gegeben werden.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 49.
Stabilität von hohen Dämmen aus Kreidegestein
A. DE RAGUENEL
Mit Hilfe der Beobachtungen und Untersuchungen, die am Damm aus Kreidegestein von Val-
Guyon der Autobahn A 13 vorgenommen wurden, ist es möglich, die Ursache der beobachteten
Setzungen und Rissbildung zu erklären.
Diese Erscheinungen können mit Hilfe der klassischen Theorien nicht erklärt werden. Es wird
gezeigt, dass die Setzungen des Dammplanums der weiteren Verdichtung des Dammes als Folge
einer zeitlich fortschreitenden Auflösung der Kreideblöcke geringer Dichte zuzuschreiben sind.
Diese Verdichtung dürfte zu einer Erhöhung des Porenwasserdruckes und des Poissonkoeffizienten
des Kreidegemisches führen. Wie es die mit Hilfe des Verfahrens finiter Elemente durchgeführte
Untersuchung zeigt, ergeben diese Veränderungen Zugspannungen in der obersten Schicht, die die
Ursache der beobachteten Längsrisse sein dürften.
Aufgrund dieser Berechnungen konnten der Einfluss der mechanischen Eigenschaften des Kreidegesteins,
der Dammhöhe und der Böschungsneigung auf die Entwicklung derartiger Risse ermittelt
werden. Somit konnten Empfehlungen aufgestellt werden hinsichtlich der Anwendung weichen
Kreidegesteins zur Ausführung von Dämmen verschiedener Abmessungen.
La craie. Bull. Liaison Labo P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 57.
Probleme bei Erdarbeiten mit Kreideböden
J. PUIG.
Der Bericht beschreibt die Ergebnisse von Untersuchungen über Probleme bei Erdarbeiten mit
Kreideböden und enthält die folgenden praktischen Schlussfolgerungen.
Die klassischen geotechnischen Versuche (Kornverteilung, Atterberg'sehe Grenzen, Wassergehalt,
Proktor) sind zur Kennzeichnung von Kreideböden d.h. Materialien, die Veränderungen unterworfen
sind, und damit zur Bestimmung ihrer Verhaltensweisen ungeeignet.
Der Anteil an Paste oder Feinbestandteilen ist für den Einbau von überragender Bedeutung. Dieser
Prozentanteil ist im wesentlichen von zwei Faktoren abhangig : erstens von der Art des mehr oder
weniger zerkleinbaren « Kreidefels » und zweitens von der Anzahl und Art der Behandlungen,
denen die Böden unterworfen werden.
Aufgrund der Untersuchungen konnten empirische Versuche entwickelt werden, mit denen gleichzeitig
diese zwei Faktoren erfasst werden können : und zwar der « Vibrationsmahlversuch » und der
« Versuch mehrmaliger Verdichtung ».
Aufgrund von Baustellenbeobachtungen während des Einbaues und der langzeitigen Stabilität
von Böschungen aus Kreideböden konnten Empfehlungen aufgestellt werden, und zwar hinsichtlich
der geotechnischen Untersuchung von Kreideböden und der Einbaubedingungen in Abhängigkeit
von der Art und der Geometrie von Bauwerken.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 81.
Untersuchung der Verdichtungsfähigkeit von Kreidegestein mit Hilfe des Vibrationsbrechverfahrens
R. STRUILLOU.
Der Beitrag beschreibt die Anwendung der Vibrationszerkleinerung, um im Labor die auf der
Baustelle auftretenden Verdichtungsschwierigkeiten beim Einbau von Kreidegestein vorherzubestimmen.
Dabei werden die aus trocken gebrochenen Zuschlagstoffen 5/20 bestehenden Proben
etwa 30 Sek. bei verschiedenen Wassergehalten diesem Verfahren unterworfen. Für die meisten
Kreidegesteinsarten kann festgestellt werden, dass der dabei entstehende Anteil mit einer Korngrösse
geringer als 1,25 mm proportional zum Wassergehalt ist. Jede Kreidegesteinsart zeichnet sich also
durch eine « Abriebgerade » aus, die ihre Zerkleinerungsempfindlichkeit ausdrückt.

Ausserdem zeichnen sich die Feinbestandteile eines bestimmten Kreidegesteins durch eine bestimmte
Fliessgrenze WL aus. Diese Fliessgrenze wird an Teilchen mit einer Grösse geringer als 400 Mikron
bestimmt, die bei der Vibrationsbrechung unter Vorhandensein von Wasser entstehen, und zwar
unter konstanten Bedingungen, um dem Einfluss der Versuchsdurchführung auf die Atterberg'sehen
Grenzen bei vielen Kreidegesteinsarten Rechnung zu tragen.
Wenn man die Abriebeigenschaften, den natürlichen Wassergehalt w n
, den Wassergehalt bei der
Fliessgrenze WL der durch Vibrationsbrechung entstehenden Feinbestandteile und die empirischen
Baustellenfaktoren miteinander verbindet, kann man einen Wassergehalt w c
bestimmen, der —• falls
überschritten — zu erheblichen Schwierigkeiten bei der Durchführung von Verdichtungsarbeiten
führen kann.
La craie, Bull. Liaison Labo P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 99.
Gründungen im Kreidegestein
F. BAGUELIN.
Zuerst erwähnt der Verfasser die Schwierigkeiten, die bei der Probenahme von Kreidegestein für
Laborzwecke auftreten, und die dabei sich ergebende Streuung der mechanischen Eigenschaften.
Dann wird auf die Bedeutung von Messungen im Terrain eingegangen, insbesondere von pressiometrischen
Messungen, um das Gesamtverhalten von Kreidegestein zu beurteilen.
Mit Hilfe von Beobachtungen und Versuchen wurde nachgewiesen, dass die auf verschiedenen
Prüfungen fussenden Berechnungen konservative Resultate ergeben, insbesondere die dynamische
Rammung für Rammpfähle. Tatsächlich zeigt das Kreidegestein die Tendenz, sich unter der
Schlagwirkung zu verflüssigen, und seine Festigkeit erhöht sich anschliessend wieder, und zwar
entweder als Folge der Energiedissipation in Porenwasserüberdruck oder infolge einer noch nicht
vollkommen erforschten tixotropen Restrukturierung.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 113.
Unterirdische Hohlräume der Kreidevorkommen im Norden Frankreichs
J. LEPLAT.
Die Kreidevorkommen im Norden Frankreichs wurden früher intensiv abgebaut, um den Bedarf
der Landwirtschaft und besonders der Bauwirtschaft zu decken. Die Herstellung von Bausteinen,
für die ein Untertagebau notwendig war, führte dazu, eine hohe Anzahl von unterirdischen Steinbrüchen
anzulegen, die heute im Rahmen grösserer Bauarbetein wieder entdeckt werden.
Infolge des Mangels zuverlässiger Unterlagen und des fortschreitenden Verlustes von ehemals von
Vater zu Sohn weitergegebenen Informationen ist die Untersuchung der unterirdischen Hohlräume
äusserst schwierig geworden. Grundsätzlich ist die genaue Kenntnis der geologischen Verhältnisse
des Gebietes die unerlässliche Grundlage weiterer Untersuchungen und ermöglicht die Auswahl
und Auswertung der im Rahmen von Untersuchungen an Ort und Stelle erworbenen Daten
(beispielsweise ist die Tatsache, dass das Kreidevorkommen sich normalerweise immer im gleichen
stratigraphischen Niveau befindet, zu berücksichtigen).
Anschliessend ist es notwendig eine Serie von gravimetrischen Untersuchungen durchzuführen ;
die Gravimetrie stellt das einzige geophysikalische Prüfverfahren dar, das sich bei allen Hohlraumformen
in diesem Gebiet anwenden lässt. Zur Feststellung von Hohlräumen in « Flaschen » form
in der Gegend von Lille wurde das elektromagnetische Verfahren des Professors Gabillard benützt,
das — obwohl genau und schnell in diesem besonderen Fall — im gesamten Gebiet nur begrenzt
angewendet werden kann. Wenn die gravimetrischen Messungen (oder das elektromagnetische
Verfahren) zu anormalen Ergebnissen führt, die unterirdischen Hohlräumen zugeschrieben werden
können, müssen mechanische Sondierungsverfahren angewendet werden. In günstigen Fällen
— zahlreiche Eingangsbrunnen, Hohlräume in geringer Tiefenlage — kann man Sondierungsmaschinen
einsetzen, wenn nicht, sind Bohrungen notwendig. Schliesslich, wenn ein Hohlraum
nachgewiesen worden ist, muss abgestiegen werden und die Abmessungen werden aufgenommen
Zur Sicherung der unterirdischen Hohlräume in Kreidevorkommen sind zwei Lösungen möglich :
Auffüllen oder Ausbau. Die erste Lösung ist sicher aber kostspielig und wird in dem genannten
Gebiet entweder durch pneumatisches Einbringen von Zuschlagstoffen aus Steinbrüchen oder
durch Injektion von Schlämmen aus Flugasche und Zement durchgeführt, wobei das letztere Verfahren
sicherer und weniger kostspielig ist. Der Ausbau entspricht den vorliegenden örtlichen
Bedingungen und ist daher verschiedenartig ; die einfachste Lösung besteht darin, Eingangsbrunnen
zu bauen und den Hohlraum regelmässig zu überwachen.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 123.
181

Kreidegestein an Baustellen von Elecktrizitätsanlagen
G . COMES.
Während der letzten fünf Jahre musste die Abteilung für geotechnische Geologie der Baudirektion
der EDF infolge der Entwicklung hinsichtlich der Herstellung und des Baus von Elektrizitätsanlagen
Untersuchungen über das Kreidegestein als Gründungsmaterial durchführen.
Aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften weist das Kreidegestein ein vollkommen anderes
Verhalten als die üblichen Felsgesteine, wie z.B. Granit, Schiefer, Kalgstein, beim Bau derartiger
Anlagen auf.
Die untersuchten Baustellen befinden sich im Pariser Becken im weiteren Sinne des Wortes. Die
durchgeführten geotechnischen und geologischen Arbeiten wurden am senonischen Kreidegestein
im Gebiet von Champagne und Caux vorgenommen.
Die geotechnischen Eigenschaften des Kreidegesteins wurden sowohl im Labor als auch im Terrain
bestimmt. Das Verhalten des Materials wurde and Ort und Stelle untersucht und analysiert.
Die Herstellung von Bauwerken untertage ist möglich, falls einige technische Vorsichtsmassregeln
während der Durchführung der Arbeiten getroffen werden.
La traie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 149.
Einige Bemerkungen über die Stabilität von Tunnel in Kreidegestein
M .
PANET.
Ein gesundes Kreidegestein ohne Risse weist für den Bau von Untertagebauwerken günstige Eigenschaften
auf (gute Standfestigkeit, geringe Durchlässigkeit, leichter Abbau). Die Verwitterungszonen
mit Rissbildung führen jedoch zu erheblichen Schwierigkeiten.
Ein gesundes Kreidegestein ohne Risse weist kurzfristig ein elastisches, aber auch sprödes Verhalten
auf. Falls die Höhe der Überdeckung gross ist, kann man die klassischen Risse der Druckminderung
feststellen, die jedoch nicht abrupt auftreten und die man ohne Schwierigkeiten mittels Ankerausbau
stabilisieren kann.
Das Kreidegestein weist erhebliche Nachverformungen auf ; mit Hilfe von Fliessversuchen im
Labor kann man — bei deutlich geringeren Beanspruchungen als die bei schneller Belastung gemessene
Festigkeit — verzögerte Risse feststellen.
Die Verkleidung muss in Abhängigkeit dieses Theologischen Verhaltens des Kreidegesteins dimensioniert
werden ; tatsächlich ist die Verkleidung, die die Konvergenz-Nachverformungen aufnimmt,
den zeitlich wachsenden Beanspruchungen unterworfen.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 159.

i
RESUMENES
Geología de la creta en la Cuenca parisiense
G. BIGNOT. et M.-P. AUBRY
Describen los autores la naturaleza petrográfica de la creta constituida por fragmentos detríticos
y microfósiles, ostracodios y foraminíferos incrustados en una matriz, mezcla de nanofósiles y de
muy pequeños elementos de calcita. Observando la estructura suelta de la matriz en el microscopio
electrónico se puede explicar el comportamiento mecánico de la creta.
Mediante las divisiones estratigráficas obtenidas estudiando la microfauna y la paleogeografía
de la Cuenca parisiense, el geólogo define las variaciones de facies : creta con tendencia detrítica
en los bordes de cuenca y creta con gran porcentaje de CaC03 en el centro de la cuenca.
Concluyendo, el conocimiento de las nanofacies ayuda a comprender las peculiaridades de las
características mecánicas de la roca. Los datos estatigráficos y petrofísicos, al sustituir a la roca
y en el espacio, permiten considerar los problemas geotécnicos dentro de un contexto más general.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 11.
Petrofísica de la creta
M .
MASSON.
Con el estudio petrofísico de la creta se ha puesto de manifiesto el influjo de la estructura fina del
material en sus características físicas y mecánicas.
Se observa especialmente la importancia de los elementos figurados sobre el valor y la dispersión
de la resistencia mecánica (resistencia a la compresión, microdureza, velocidad de transmisión de
ondas) y la matriz microscópica sobre las características físicas (densidad, porosidad, succión,
ascensión capilar).
Analizando los distintos parámetros y su incidencia sobre los problemas geotécnicos, se ha podido
definir un método de identificación de las cretas mediante ensayos sencillos y clasificarlas en tres
familias : cretas duras, semiduras y blandas. A este método de estudio con muestras, es menester
añadir un método de estudio más general de los macizos de creta teniendo en cuenta las heterogeneidades
debidas a la fisuración y a la alteración.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 23.
Textura y comportamiento de las cretas
A. LE ROUX.
El estudio en microscopía electrónica demuestra la importancia del parámetro textura en el comportamiento
de los materiales. Sin embargo, las uniones intergranulares puestas de manifiesto en la
totalidad de los materiales estudiados son de número variable ; según las muestras, serán poco numerosas
(ejemplo de las cretas de Incarville, Sauqueville y Pacy-sur-Eure) o abundantes, el material
planteará múltiples problemas en la obra o tendrá comportamiento satisfactorio.
El estudio de un material que se puede considerar como un término de paso entre las cretas y las
calizas confirma la existencia de los « puentes » que aparecen, en este caso, con suma nitidez. También
se confirma las relaciones que existen entre las uniones intergranulares y las características mecánicas
del material.
En presencia de agua, quedan debilitadas las uniones (hinchamiento de las arcillas, etc.), pero todavía
son lo bastante resistentes para oponerse a la desagragación del material, con lo que se explica,
en ausencia de cualquier otro fenómeno, la correcta estabilidad de las cretas sumergidas, aunque
también la desagregación de algunas de las mismas en cuanto quedan sometidas a las vibraciones
(por ejemplo, el paso de los vehículos de la obra).
El estudio previo de las texturas debería pemitir la previsión del comportamiento, quedando así
informada la administración de la obra acerca de los materiales con los que deberá compaginar.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 49.
183

Estabilidad de los terraplenes cretáceos de gran altura
A. DE RAGUENEL.
Mediante las comprobaciones y estudios efectuados en el terraplén cretáceo de Val-Guyon (Francia)
en la autopista A 13, se puede explicar la causa de los asentamientos y fisurasobservados. No pueden
explicarse estos desórdenes con las teorías clásicas. Se ha demostrado que los asentamientos de la
plataforma del terraplén se pueden imputar a la densificación del mismo como consecuencia de la
desagregación en el tiempo de los bloques cretáceos de escasa densidad. La densificación llevaría
a fenómenos de puesta a presión del agua intersticial y al aumento del coeficiente de Poisson de la
mezcla Cretácea. La variación acarrearía, como se ve en un estudio de las tensiones con el método
de los elementos acabados, el desarrollo de las tensiones de tracción en la cabeza del terraplén,
con lo que se explicarían las fisuraslongitudinales comprobadas.
Los cálculos han permitido definir el influjo de las características mecánicas de la creta, de la altura
del terraplén y de su pendiente de talud en el desarrollo de las fisuras.Así se han podido definir
recomendaciones para la utilización de las cretas blandas en la ejecución de terraplenes de distintas
geometrías.
La craie, Bal/. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 57.
Problemas de explanación en la creta
J. PUIG.
El artículo expone los resultados de investigaciones emprendidas sobre la creta, en los problemas
de explanaciones y las conclusiones prácticas que se pueden sacar.
Los ensayos clásicos de geotécnica (granulometría límites de Atterberg, contenido de agua, ensayo
proctor) son inadaptados para la identificación de la creta, material esencialmente « evolutivo »
y por consiguiente para preveer su comportamiento.
La influencia del porcentage de pasta o elementos finos es preponderante sobre las condiciones de
puesta en obra. Este porcentage es esencialmente función por una parte, de la naturaleza de la
« creta roca » más o menos disgregable, y por otra parte, del numero y de la naturaleza de las manipulaciones
a las que será sometida.
La investigación ha conducido a poner a punto pruebas empíricas que permiten dominar estos
dos factores : el ensayo de vibrotrituración y el ensayo de compactación repetida.
Constataciones en obras, en el momento de la puesta en obra y de la estabilidad a más largo plazo
de los terraplenes de creta, nos han permitido definir recomendaciones sobre : el estudio geotécnico
de los materiales de creta y las condiciones de puesta en obra en función de su naturaleza y de la
geometría de la obra.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 81.
Estudio, mediante vibrotrituración, de la aptitud de las cretas para la compactación
R. STRUILLOU
Se considera la utilización de la vibrotrituración con objeto de prever en el laboratorio las dificultades
que se pueden encontrar para compactar las cretas en las obras. Se desgastan las muestras, machacadas,
en seco, en áridos 5/20, durante 30 s, con diversos contenidos de agua. Se comprueba que
en la mayoría de las cretas, la cantidad formada de elementos inferiores a 1,25 mm varía linealmente
con el contenido de agua. Así, pues, cada creta se puede caracterizar por una recta de desgaste,
la cual proporciona su sensibilidad a la fragmentación.
Por otro lado, los áridos finosde una creta determinada se caracterizan por el límite de liquidez WL,
a partir de productos inferiores a 400 mieras formados mediante vibrotrituración en medio acuoso,
en condiciones constantes, con objeto de tener en cuenta la sensibilidad de los límites de Atterberg
de cuantiosas cretas en condiciones operatorias.
Combinando las características de desgaste, el contenido de agua natural w n
, el contenido de agua
de liquidez WL de los áridos finos de vibrotrituración y coeficientes empíricos que sirven para tener
en cuenta las diversas condiciones de la obra, se determina el contenido de agua crítico w c
por encima
del cual se corre el peligro de encontrarse con importantes dificultades durante la compactación.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 99.

Cimentaciones dentro de la creta
F. BAGUELIN.
El autor, tras apuntar las dificultades halladas para efectuar tomas de muestras de creta utilizables
en el laboratorio, y la dispersión de las características mecánicas que se infieren, pone de manifiesto
el interés de las medidas in situ, especialmente presiométricas para apreciar la reacción global de
la creta en su masa.
Las observaciones y experimentaciones han demostrado que los cálculos, basándose en esos distintos
ensayos, eran pesimistas, en especial las fórmulas de hinca dinámica empleadas en el caso
de pilotes hincados. Efectivamente, la creta tiene tendencia a licuarse bajo el efecto de los choques,
reconstituyéndose la resistencia mecánica después de la hinca mediante disipación en sobrepresión
intersticial, o bien mediante la restructuración tixotrópica de la creta todavía mal conocida.
La craie, Bul!. Liaison Labo. P. et Ch., spéa'al V, oct. 1973, p. 113.
Las cavidades subterráneas de la creta en la región norte de Francia
J. LEPLAT.
La creta del norte de Francia fue objeto antaño de una explotación intensiva para las necesidades
de la agricultura y sobre todo de la construcción. En lo concerniente a esta última, la producción
de piedras para edificar para las cuales la extracción subterránea era entonces obligatoria, ha determinado
la apertura de una cantidad impresionante de canteras que las obras importantes actuales
hacen descubrir de nuevo.
La falta frecuente de archivos locales valederos, la pérdida progresiva de informes transmitos antaño
de padre a hijo, hacen más difícil la prospección de dichas cavidades subterráneas. Fuera lo que
fuere, el punto de partida indispensable, es un buen conocimiento geológico de la región, que permita
seleccionar y valorar los informes recogidos durante la encuesta en el lugar mismo (por ejemplo,
el tener en cuenta del hecho que la creta para edificar se sitúa siempre prácticamente al mismo nivel
estatigráfico).
La etapa siguiente tiene que ser una cruzada gravimétrica, sólo método de prospección geofísica,
que puede aplicarse a todos los casos de la región. El método electromagnético del profesor Gabillard
ha sido concebido para la investigación de las cavidades del tipo « botellas » de la región de
Lille ; preciso y eficaz en este caso particular, sus posibilidades a la escala de la región son relativamente
limitadas cuando la prospección gravimétrica (o electromagnética) ha revelado anomalías
negativas que pueden atribuirse a cavidades subterráneas, se han de poner en obra, entonces,
medios de reconocimiento mecánicos. En los casos favorables pozos de acceso numerosos, cavidades
poco profundas, se puede recurrir a aparatos del tipo penetrometro, o sino, es necesario horadar.
Enfín, así que se ha puesto en evidencia una cavidad el último paso consiste en descender adentro
para efectuar el levantamiento topográfico.
Para el tratamiento de las cavidades subterráneas en la creta, se pueden retener dos tipos de soluciones
: el rellenarlas o el aprovecharlas. La colmatación, solución segura pero cara, se realiza en
la región ya sea mediante un árido de cantera, puesto en sitio con el método neumático, o mediante
una lechada de cenizas volantes y de cemento, esta segunda solución siendo en apariencia más
segura y menos costosa. El aprovechamiento debe adaptarse al problema planteado y reviste por
consiguiente formas variadas, la más sencilla siendo la construcción de pozos de acceso que permitan
la vigilancia periódica de la cavidad.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 123.
La creta en los lugares de instalación de estructuras para la producción de electricidad
G. COMES.
La división Geología-Geotécnica de la dirección del Equipamento de « Electricité de France » ha
estado llevada, en el último lustro, a raíz de la evolución en la realización y la instalación de las
estructuras para la producción eléctrica, a estudiar la creta como material de cimentación.
Las características mecánicas que presenta la creta hacen que este material tenga un comportamiento
muy distinto de los de las rocas normalmente encontradas para este tipo de estructuras, tal como
granitos, esquistos, calizas, etc.
Los lugares estudiados se encuentran repartidos por la Cuenca parisiense en un sentido bastante
amplio. Los trabajos geológicos y geotécnicos emprendidos fueron realizados en la creta del seoniense
en tierra de Champaña y en tierra de Caux.
185

Se determinaron las características geotécnicas de las cretas en el laboratorio e in situ. Se examina
y analiza el comportamiento del material localmente.
La realización de estructuras subterráneas en la creta es viable si durante las obras se adoptan ciertas
precauciones de orden tecnológico.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 149.
Algunas observaciones sobre la estabilidad de los túneles construidos en la creta
M .
PANET.
La creta sana y no Asurada es un terreno que presenta características favorables para realizar estructuras
subterráneas (estabilidad correcta — baja permeabilidad — fácil excavación), aunque
sin embargo, las zonas alteradas y fracturadas acarrean importantes dificultades.
La creta sana y no Asurada presenta, a corto plazo, un comportamiento elasto-frágil y cuando llega
a ser importante la altura de recubrimiento, se observan rupturas de descompresión clásicas, aunque
poco bruscas que se pueden estabilizar con facilidad mediante empernado.
La creta pone de maniAesto importantes deformaciones diferidas ; se pueden observar, en los ensayos
de fluencia en el laboratorio, rupturas diferidas para solicitaciones clarísimamente inferiores a la
resistencia medida durante una carga rápida.
Se han de calcular los revestimientos en función de ese comportamiento reológico de la creta, pues
al oponerse el revestimiento a las deformaciones diferidas de convergencia, queda sometido a crecientes
solicitaciones en el tiempo.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 159

PE3FOME
reojioriiH MCjioBwx OTjiosisemiii ll:ipn;i;ci;oro öacceiraa
G. BIGNOT et M . P. AUBRY
JUaHO neTporpaiJiH^ecKoe onncaHiie Mena, cocTomriero H3 oÔJiOMOiHbix nacrau, H MHnpo-
HCKonaeMMx oerpanojioB H g)opaMHHii(j)ep, B ocHOBe 113 ciwecH HaHo-HCKonaeMtix c
O x ieHb MaJleHbKHMH laCTHTOaMH KajIblIHTa. HaÔJIIOHaeMaH HOU 3JieKTp0HHHM MHKpoc-
KonoM HenjioTHaH CTpyKTypa no3BOJiHeT o6T»HCHHTb MexaHmecKne CBOHCTBa Mena.
CTpaTHrpacjìHMecKHe pa3JiHiHH, nojiyneHHbie npn HccnenoBariHH MHnpo$ayHbi, a Táreme
naneorpaânm ITapHîKCKoro 6acceitHa no3BOJiHK)T reonory BbiHBHTb H3MeHeHHH (hain :
no oKpanHe ôaccetea — Men oßnoMorabiH, B iiempe — Men c BHCOKHM conepHtaHHeM
Ca CO3.
B 3aKJiK> l ieHne — HccnenoBaHiie Haiio(j)auHii cnocoôcTByeT noHHMaHHK) ocoöeHOCTett
npoHHOCTHbix xapamepHCTHK nopoffbi. CTpaTHrpachnqecKHe H neTpoH3HHecKHe
HaHHbie, yTOMHHH nonoîKeHHe nopoHbi BO BpeMeHH H B npocTpaHCTBe, no3BonHK>T
paccMaTpHBaTb HHHteHepHO-reonorHTOCKHe npo6jieMbi B 6onee mnpoKOM acneKTe.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 11.
lIi'T|)0(|)ii.tui;a ne.ni
M .
MASSON
rieTp0(j)H3H l ieCK0e HCCnenBaHHe Mejia nOSBOJIHJIO BbiHBHTb BnHHHHe TOHKOHHCnepCHOÜ
CTpyKTypbi Ha ero H3
Tpex rpynn, BKmoiaiomHX Men TBepnbiñ, nonyTBepnbiñ H MHrKHñ. 3ïy MeTOUHKy
HccnenoBamiH no o6pa3iraM cnejryeT coneTaTb c Sonee oßiiniM MeTonoM H3y*ieHHH MenoBbix
MaCCHBOB, yHHTblBatOUIHM HeOnHOpOHHOCTII, CBH3aHHbie C HanHHHeM TpeiIJHH H BblBeTpenocTbio.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 23.
TeKCTypa 11 noBejjemie iwejioBbix uopo.i
A . LE
ROUX
3neKTpoHHOMHKpocKOnHqecKoe HccnejiOBaHHe BMHBnfleT 3HaneHHe TeKCTypu B noBe-
HeHHH MaTepnanoB. MejK3epH0Bbie CBH3H, BbiHBneHHbie Ha Bcex HccnenoBaHHbix MaTepnanax,
KonnMecTBeHHO MCHHIOTCH; B 3aBiicHM0CTH OT o6pa3iiOB OHH ManoHHcneHHbi
(B cnyqae MenoB HHKapBHnb, CoKeBHnb H riacH-cK>p-9p) HOT MHoroMHcneHHbi, H COOT-
BeTCTBeHHo nopona Ha cTpoHTenbHbix nnoinannax 6yneT npH^HHOü MHornx TpynHOCTefl
HnH we OKameTCH BnonHe ynoBneTBopHTenbHbix KanecTB.
IfeyneHHe noponbi, KOTopyio MOHÎHO paccMaTpHBaTb KaK nepexojrHyio Memny MenoM H
H3BecTHHK0M, nonTBepHtnaeT cymecTBOBaHHe « MOCTHKOB », B naHHOM cnynae OHeHb
OTMeTnHBO BHHHMbix. rionTBepîKjT,aeTCH TaKJKC H 3aBHCHMOCTb npo i iHOCTHbix xapaKTepHCTHK
OT Me?K3epH0BbIX CBH3eÍÍ.
B npHcyTCTBHH BOUM CBH3H ocnaôneHbi (rnnHbi HaôyxaiOT H T. H.), HO eme Hoc/raTOMHO
npo^Hbi, HTO6H BocnpenHTCTBOBaTb pa3pymeHHio ñopo/na. 3THM odiHCHHeTCH ycTOHHH-
BOCTb oôBOAHeHHoro Mena, B OTcyTCTBHH HHbix dpaKTopoB, HO Tanate H nonHoe pa3-
pymeHHe HeKOTopbix MenoB npw HannHHH BHÔpauHft (HanpHMep, Bbi3BaHHbix cTpoHTeb-
HblM TpaHCIlOpTHblM HBHÎKeHHeM).
FIpejiBapHTenbHoe H3yqeHHe TeKCTypbi flonHtHO no3BonHTb nporao3HpoBaTb noBeji,eHHe
nopon H npenocTaBHTb HHHîeHepy OTBeTCTBeHHOMy 3a cTpoitay HywHbie cBep;eHHH o
MaTepnanax, c KOTOPHMH eMy npnjreTCH HMeTb jreno.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 49.
187

ycTOHHiiBocTb BbicoKiix MejioBux Hacbineii
A. DE RAGTJENEL
HaßjiioHeHHH H Hccjieji,OBaHHH MejioBoíi Hacunn Bajib-rniioH Ha MarncTpajibHoli
aBTOMOÖHJIbHOH HOpOre A-13 n03B0JIHJIH BblHBHTb npHHHHy OCajIOK H TpemHH.
KjiaCCHHeCKHe TeOpHH He n03B0JIHK»T oOlHCHHTb 3TH HapyilieHHH yCTOHIHBOCTH. BHJIO
noKa3aHO, ITO ocaHKH ocHOBaHHH Hacbinn BH3BaHH ero ynjiOTHeHHeM, BCJieacTBHe
pa3ynpoHHeHHH co BpeMeHeM HeruiOTHbix MCJIOBHX 6JIOKOB. 3TO ynJioTHeHHe Bbi3biBaeT,
noBHHHMOMy, Hanop nopoBoít BOJIM H yBejnweHHe KostbrhHinreHTa IlyaccoHa MCJIOBOH
MaccH. Kan noKa3ano HccJienoBaHHe HanpHSKeHHtt MCTOHOM KOHCHKHX sjieMeHTOB,
a H3MeHeHHH BepoHTHO BjieKyT sa coôoit pa3BHTHe pacTHrHBaroiUHX HanpHîKeHHtt B
BepxHeft uacTH HacbmH, HTO MOHtei o6T>HCHHTb noHBjieraie nponont-Hbix TperUHH.
9TH pacneTbi no3BojiHHH BbiHBiiTb BJIHHHHC npoHHocTHbix xapaKTepncTHK Mejia, BLICOTM
Hacbinn H HaKJioHa OTKOCOB Ha pa3BHTHe nojroôHbix TpeiuiiH. OKa3ajiocb,TaKHM o6pa30M,
B03M0JKHMM COCTaBHTb peKOMeHJiaiJHIÏ nO HCnOJIb30BaHHK> MOTKOrO Mena JS.HH B03Be-
HeHHH Hacbineíi pasjiHHHOil rhopMH.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 57.
Bonpocbi npoH3Bo^CTBa 3eiHJiHHbix paôoT B Me.ioribix nopo^ax
J. PUIG
B CTaThe npHBeneHbi pe3yjibTaTW HccjiejroBaHHii, npoBe,n.eHHbix B oTHOiiieHHH npoH3-
BOHCTBa 3eMJiHHbix paôoT B MenoBbix nopojjax H jjaHti npaKTnqecKne BHBOJTM .
KjiaccHMecKHe reoTexHHHecKiie HcnuTaHHH (onpeaejieHue rpaHyjiOMeTpHuecKoro
cocTaBa, rpaHHTi TenyiecTH H njiacnmHOCTii, BJia»iHOCTH H njioTHOCTii no IIpoKTOpy)
He OTpawKaiOT xapaKTepHbie cBoñcTBa Mejia, MaTepnajia B OCHOBHOM « HSMCHMHBOFO »,
H TeM caMbiM He no3BOJiHiOT nporH03HpoBaTb ero ycTOËraBOCTb.
CoHepwaHHe MeJiOBoro TecTa HUH MejiK03epHHCTbix ^acTHii OKa3HBaeT Hpeoojiajraioiiie
BJIHHHHC Ha ycjioBHH npoH3Boj;cTBa paôoT. 3TO coHepwaHHe rjiaBHWM o6pa30M 3aBHCiiT,
c offHOH CTOpoHH OT npHpon,bi canoro Mejia KaK nopo^bi Sojiee HJIH MeHee oierno pa3-
Mejib^aromeñcH, c apyroft cTopoHbi — OT B03MO>KHoro KOJiHHecTBa H xapaKTepa norpy-
30iHO-TpaHcnopTHbix onepaiíHíl.
Hccjiep;oBaHHe npwBejio K pa3pa6oTKe 3MnHpH iecKHX HcnuTaHHü, KOTopbie no3BOJiHK>T
l
OHHOBpeiweHHo oxBaTHTb o6a STH dpaKTopa : ncnbiTaHHH Ha BH6poH3iviejibqeHHe H ncnu-
TaHHH Ha noBTopHoe ynjiOTHeriHe.
HaôJHoaeHHH 3a cTpoHTejibHbiMii oßieKTaMH npH npoH3BOHCTBe 3eMJiHHbix paßoT H
HaôJHO^eHHH 3a nojiroBpeivieHHoiî ycToiteHBocTbio no3BojiHJiH pa3pa6oTaTb peKOMeHjrauHH,
KacaiouuîecH HHwenepHoreojiorHiecKHx HCCJieflOBaHHti MejiOBbix nopoH H
ycjiOBHñ npoH3BoacTBa paôoT B 3aBHCHM0CTH OT Ha3HaieHHH H reoMeTpHHecKHX xapaK-
TepHCTHK COOpyJKeHHH.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 81.
HccjieflOBaHHe Bii6pojjpo6.iieHiicM ynjioTHHeMocTii lueaoBbix uopo;!
R. STRUILLOU
MeTOH BH6po,npo6jieHHH npHMeHeH JIJIH BbiBoaa JiaôopaTopHoro nporao3a o TpyjnrocTHx
ynjioTHeHHH MejiOBbix (bopMauHii B ycJioBHHX cTpoHTejiKHbix nnomaaoK. 06pa3Ubi,
HpoÔJieHHbie B cyxoM COCTOHHHH Ha 3epHa KpyrmocTbio 5/20 MM, HCTHpaiOTCH B TeneHHH
30 ceK. npH pa3JiHqHbix coflepHîaHHHx BOHH. HaojiionaeTCH, HTO B öojibuiHHCTBe MejiOBbix
nopoH KOJiHiecTBO o6pa30BaHHbix 3JieMeHTOB Mejibne 1,25 MM jiHHeüHO H3MeHHeTCH
B 33BHCHM0CTH OT COJiep?KaHH BOflbI.
CnenoBaTejibHo, Kawji;aH MejioBan nopona MOHteT SbiTb xapaKTepH30BaHa jinHueft
H3Hoca, yKa3HBaioiueH Ha ee MyBCTBHTejibHocTb K rhparMeHTaiiHH.
KpoMe Toro, Menrae rhpaKUHH «aHHoro Mena xapaKTepH3yioTCH npenejioM TeKyqecTH
« COL » nponyKTOB Mejibie 400 MHKPOH, o6pa30BaHHbix BHSpoflpoßjieHHeM B BOflHoii
cpene npH nocTOHHHbix ycjiOBHH3x, c TeM MTO6H yqecTb nyBCTBHTejibHOCTb npejieJiOB
Arrepôepra MHorax nopojr Mejia K ycjioBHjiM npoiiecca.
CoBMecTHoe onpe^ejieHHe H3Hoca, co^epHîaHHH ecTecTBeHHoñ BJiaHorocTH wn' coRep-
HiaHHH nOraOlUeHHOIi BOHH MCJIKHMH fjpaKUHHMH BH6pOJI,po6jleHHH CUL H 3MnHpHHeCKHX
K03(J)$HHHeHTOB, npHHHTbix jsjisi y^CTa pa3JiHHHbix ycjioBHH cTpoHTejibHOH nJiomaHKH,
no3BojiHeT onpe^enHTb coaep?KaHHe BOUM W C
, 3a npenejiaMH KOToporo MoryT B03HHKHyTb
KpynHbie 3aTpyjnreHHH B nponecce ynjioTHeHHH.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 99.

MejiOBbie ocHOBaHHH
F. BAGUELIN
IlepeTOCJiHB TpyHOCTH, BCTpeiaeMbie npn OTOope MCJIOBHX o6pa3UOB, npnronHbix
HJIH jiaSopaTopHbix HCCJienoaHHii, noniepimyB pa36pocaHHOCTb 3HaneHHH cooTBeT-
CTByiouiHx npoiHOCTHbix xapaKTepacTHK, aBTop BbiHBJiHeT npeHMymecTBa nojieBbix
H3MepeHHH, B HaCTHOCTH npeCCHOMeTpHieCKHX, HJIH OIjeHKH rJI06ajIbHOft npOHHOCTH
MejIOBOH Maccbi.
HarjjnoneHHH H sncnepHMeHTHpoBaHHe nonasajiH, ^TO pacieTbi, npoBOHHMbie Ha OCHO-
BaHHH TaKHx HcnHTaHHH, jTaioT neccHMHCTHnecKHe pe3yjihTaTbi; STO, B nacraocTH,
BepHo HJIH $opMyji HUHaMH*iecKOH 3a6HBKH cBaii, KOTopne npHMeHHioTCH HJIH pac*ieTa
3a6HBHbix cBaft. B cai«OM neJie HaSjironaeTCH, HTO non neiicTBHeM ynapoB MeJi oGHapy-
H?HBaeT TeHHeHiiHio nepexoHHTb B Tenynee cocTOHHHe; no oKOHnaHHio 3a6nBKH npoi-
HocTb ero BoccTaHaBjiHBaeTCH HJIH 6jiaronapH pacceHBaHHio nopoBoro cBepxnaBjieHHH,
HJIH Qjiaronapfl THKCOTpomioMy pecTpyKrypHpoBaHHio Mejia, KOTopoe eme njioxo H3yieH0.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., special V, oct. 1973, p. 113.
IIoj^ieiMiMC MejiOBbie noJiocTH Ha ceaepe OpaHUHH
J. LEPLAT
B npouiJioM, una HVJKJT 3eMJieHejiHH H B OCOQCHHOCTH CTpoHTejibCTBa, Ha ceBepe

PÍ3y*ieHHi>ie MCCTHOCTH pacnojioweHw B IlapHHiCKOM ôacceftae, B innpoKOM cMMcne
TepMHHa. TeojiorHMecKHe H HHjKeHepHo-reojiorHnecKHe pa3pa6oTKH 6MJIH npoBenem>i
Ha MejiOBoii nopoae ceHOHCKoro npyca B upanx IIIaHneHya H Komya.
reoTexHHHecKHe xapaKTepiicTHKH Mena ÖHJIH onpejrejieHbi B jiaßopaTopHbix H B nojieBbix
ycjioBHHX.BtiJio H3yHeHo H npoaHajiH3iipoBaHO noBeaemie MaTepnajiaHaMecTe 3ajieraHH.
YcTpOHCTBO nOH3eMHBIX COOpyjKeHHH B MejIOBOH nopoae B03M0ÎKH0, eCJIH BO BpeMH
npoH3BOHcTBa pa6oT npHHiiiviaTb HeoóxonHMbie TexHOJiorimecKHe Mepbi npejiocTO-
PWKHOCTH.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 149.
HecKOJibKD :ia vicia unii no nosojry ycToüineocTii TOIIHCJH'Ü ,
HOCTpoeHHwx B MCJIOBI.IX iiopojjax
M .
PANET
Men HenoBpejKHeHHbiil n 6e3 TpenjHH — nopoaa 6jiaronpHHTHan UJIH npoxoRKH no«3eM-
Hbix coopyjKeHHö (ycToöiHBaH, cJiaooBononpoHiinaeMaH, jierKo pa3pa6aTbiBaeiviaH).
Mewjiy TeM, BbiBeTpenbie H TpemwHOBaTbie yqacTKH HBJIHIOTCH npHiHHoñ 6ojibiuHx
3aTpyjnaeHHít.
HenoBpejKjreHHbift H HeTpemHHOBaTbiìi Men oßjiajiaeT BpeivieHHbiMH ynpyro-xpynuHMH
xapaKTepHCTHKaMH; norna >Ke MoruHocTb noKpbiBawmeii TOJIIUH — ôojibinan, HaôjiioaaiOTCH
HBJieHHH pa3rpy3KH OT CÎKHMaiOmHX HanpHÎKeHHH, KJiaCCHHeCKHe, HO He pe3KHe,
KOTopbie jierKO ocTaHOBHTb niTaHroBbiM KpenjieHHeM.
Meny npncyruH MejrjieHHbie, ßojibiiiHe nedpopiwauHH; jiaoopaTopHbie HcnbrraHHH Ha
noji3yiecTb no3B0JiHioT onpejiejiHTb HJiHTeJibHyro npoHHOCTb o6pa3uoB, KOTopwe
pa3pyinaK)TCH npn HanpHHieHHHX 3HaHHTejibH0 MeHbiiiHX BpeMeHHoft npoMHOCTH,
H3MepHeMoft npw GwcTpoM HarpyweHHH.
OÖJIHUOBKH cjieayeT pacHHTHBaTb c yneTOM BTHX peojiorHnecKHx CBOÌÌCTB Mena, BBH«y
TOrO HT O HanpHÎKeHHH, BbI3BaHHbie AJIHTejIbHHMH, CXOHHrUHMHCH, o6»HMaiornHMH
ne$opManHHMH, pacTyT co BpeiueHeivi.
La craie, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial V, oct. 1973, p. 159.