Structures observées en surface

Différentes structures sont observées dans l’Argile de Boom. Ces observations sont réalisées dans les régions affleurantes, principalement dans les argilières, et sous l’Escaut par des méthodes de reconnaissance géophysique et en particulier par sismique réflexion (Henriet et

al., 1992). En surface, il est possible d’observer différents types de structures, qu'elles soient

localisées ou homogènes et, donc, affectant l'argile dans son ensemble.

Structures localisées

Les structures localisées sont de deux sortes: une zone faillée, dans les argilières, et des structures diapiriques, sous l’Escaut. Une zone faillée est observable dans le coin NW des

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argilières de Kruibeke. Il s’agit d’une zone comprenant plus ou moins cinq failles normales individuelles subparallèles espacées de 5 à 10 m chacune. Le déplacement relatif est de l'ordre de 1m. Chaque faille normale est composée d’une série de glissements subparallèles composant une zone de faille secondaire à plus petite échelle (échelle centimétrique) variant d’une largeur nulle (un seul glissement) à plusieurs décimètres. Une rotation des septarias liée à ces discontinuités montre que celles-ci ont une origine postérieure au dépôt de l’Argile de Boom. La Figure 10 illustre cette zone faillée observable dans l'argilière de Kruibeke. Ces failles proviennent de la réactivation et de mouvements verticaux du socle calédonien sous- jacent. (Mertens et al., 2003; Dehandschutter et al., 2005)

La sismique réflexion a permis de mettre en évidence l’existence d'un autre type de structure localisée, et plus précisément un diapir, sous l'Escaut. Cette structure n’a jamais été observée dans les argilières le long de l’Escaut ou du Rupel. Il est supposé que ce diapir est lié uniquement à l’incision (érosion) induite par le fleuve. En conséquence, la contrainte horizontale héritée de l’histoire géologique est supérieure à la contrainte verticale qui se trouve diminuée par l’érosion et des phénomènes visqueux expliquent la naissance de cette structure par fluage (Schittekat et al., 1983).

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Structures homogènes

D’autres structures sont également observées. Celles-ci ne sont plus localisées mais affectent l’argile dans son ensemble et dans toutes les argilières. Plus particulièrement, on distingue deux types de structures homogènes: un réseau de joints orthogonaux et des micro-plans.

1. Réseau de joints orthogonaux

La Figure 11 illustre le réseau de joints orthogonaux observé dans les argilières. Ceux-ci sont caractérisés par des joints subverticaux, espacés approximativement de 0.5 m à quelques m. L’espacement est de l’ordre du mètre dans les couches d’argile à plusieurs mètres dans les couches plus silteuses. Ils sont abondants dans les argilières et constituent un ensemble régulier. Ils peuvent être particulièrement prononcés suite à de l’altération superficielle. Il s’agit de joints d’extension (mode I). La surface des joints est plutôt lisse avec occasionnellement de la précipitation de limonite et des cristaux de gypse dispersés. Aucune surface de glissement n’est observée sur ces joints, ce qui indique une origine d'extension. Il est également remarqué que la densité des joints ne varie pas avec la profondeur. L’extension de ce système de joints dans l’argilière est de quelques dizaines de mètres de profondeur (± 30 m). (Mertens et al., 2003)

Mertens et al. (2003) décrit un réseau secondaire plus dense de joints plus petits, plus irréguliers avec un espacement inférieur au demi-mètre avec des surfaces rugueuses et courbes. L’orientation de ce système secondaire est similaire à celle du réseau principal mais de façon plus dispersée.

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Figure 11: Joints verticaux dans l’Argile de Boom. Argilière près de Rumst (Mertens et al., 2003)

La Figure 12 présente l’orientation préférentielle des discontinuités dans les argilières. On constate que ce système de joints orthogonaux possède des joints respectivement dirigés perpendiculairement et dans la direction du pendage. De plus, une étude de l’orientation de ces joints réalisée par Mertens et al. (2003) montre que ceux-ci sont indépendants de l’excavation et de l’exploitation de l’Argile de Boom au niveau des argilières.

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Figure 12: Orientation préférentielle du réseau des joints subverticaux dans les argilières le long de l’Escaut et du Rupel (d’après Mertens et al., 2003)

2. Micro-plans

Un second type de structure affectant l'argile dans son ensemble consiste en des discontinuités à plus petite échelle nommées micro-plans par Dehandschutter et al. (2005). Ces micro-plans sont des glissements à l’échelle du centimètre (de 2 à 6 cm). Ils sont présents de façon aléatoire dans l’ensemble de l’argilière. Ils sont toujours plus abondants dans les couches plus argileuses. Ils présentent une surface lisse et striée caractéristique des surfaces de glissement. La présence de telle surface indique une origine de fracture de cisaillement. La relation entre ces discontinuités et le réseau principal de joints décrit précédemment n’est pas assurée. Deux directions principales caractérisent ces discontinuités par un azimut de 120° (entre 110° et 130°) et de 40°. La valeur dominante du pendage varie autour de 50-60°.

De nombreuses hypothèses existent quant à l’origine de ces discontinuités. L’étude Mertens et

al. (2003) s’intéresse principalement au réseau de joints orthogonaux. Celui-ci montre que

l’histoire géologique ne peut-être responsable de leur origine. Premièrement, les joints observés étant de tension, il propose d’étudier les conditions requises à l’apparition de joints de tension, en évaluant les possibilités d’apparition de contraintes de traction. En considérant la courbe intrinsèque de Mohr-Coulomb, il montre que les fentes de tension ne sont possibles qu’au-dessus d’une certaine profondeur. En effet, plus la contrainte verticale est élevée plus la possibilité que la contrainte horizontale soit de traction est faible étant donné le lien qui existe

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entre ces deux contraintes, c'est-à-dire la valeur de K0. De cette première étude et en tenant

compte de l’histoire géologique à Mol (Figure 8(b)), il montre qu’aucune discontinuité naturelle n’est possible en profondeur. Il en est de même en surface. En effet, lors de la phase d'érosion, les contraintes horizontales ne deviennent jamais négatives, ce qui limite toute formation de joints d'extension.

Grâce aux septarias, il montre également que ces discontinuités ne sont pas d’origine diagénétique. En effet, il est remarqué que ceux-ci ne sont pas affectés par les discontinuités sauf sur leur surface. C'est-à-dire que le centre des concrétions est déjà lithifié (solidifié) lors de la formation des discontinuités, la surface des septarias est molle à ce moment. Les joints n’influencent donc que la partie externe des septarias.

Mertens et al. (2003) propose d’expliquer l’apparition des discontinuités par des phénomènes de dessiccation où des pertes de fluide conduisent à l’apparition de fentes de tension. Ces pertes de fluide ne sont toujours pas expliquées actuellement.

Dehandschutter (Dehandschutter et al., 2005) a également étudié les différentes discontinuités dans les argilières. Il propose d’expliquer leur apparition par la mécanique de l’état critique et de la transition du caractère ductile/cassant. Un comportement cassant peut être défini par l’apparition de déformations localisées comme des fractures de cisaillement alors que la déformation ductile est considérée comme une déformation homogène apparaissant dans l’ensemble du matériau. En reprenant la théorie de l’état critique, la déformation est homogène lorsque la surface de plasticité rencontrée est la partie dite « humide » du Cam- Clay. Une déformation cassante apparait lorsque l’état critique est atteint.

En tenant compte de l’histoire géologique du matériau, c'est-à-dire des différentes phases d’érosion et de sédimentation ainsi que du basculement de la Campine, Dehandschutter (Dehandschutter et al., 2005) montre que les chemins de contrainte atteignent l'état critique. C'est-à-dire qu’un mécanisme de déformation cassante se produit. Cela explique l’apparition du réseau de joints orthogonaux, les micro-plans sont quant à eux le résultat d’une déformation plus ductile et donc plus homogène.

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