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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
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MINISTERE DEL 'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR
ETDELARECHERCHESCIENTIFIQUE
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1J.t5.i
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~~1iJ.)
Faculté des Sciences Exactes
et des Sciences de la Nature et de la Vie
Département des Sciences de la Terre
et de l'Univers
Université de Jijel
MEMOIRE
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Présenté en vue de l'obtention du diplôme de Master II en Génie géologique
%ème
Caractérisation
géologique et géotechnique des
granulats de la carrière de Djebel Mrada
Ziamma Mansouriah, Wilaya de Jijel
Présenté par :
M
1e BOUNAMIS FadiaM"'e
GUENAT Souad
Soutenu publiquement le : 28 septembre 2010 à
9"
:30
Devant le jury composé de :
Président
: Mr.Bouzenoune Azzedine.
Examinateur : Mr.Remoum Karim.
:Nous rendons grâce
à
Vieu
{etout yuissant qui nous
.Jl
donnée {'aide, La yatience et
{ecourage
Pour accomyûr ce travail
:Nos vifs remerciements s'adressent tout d'abord
à
notre encadreur
de Jvt.émoire : Jvt.
er
.
'Bagfidâd .Jlbde{ma{ek.
'Et tous ceux qui d'une
manière ou d'une autre ont yarticiyé
à
{a réa{isation de ce travail
Les membres du {aboratoire de géofogie, et de (jénie Civife, et {es
travai{{eurs de {a direction des mines
dé
Jfje( et de {a Carrière de
Vjebe{ Jvt.rada.
(:EU:JlL rorcfii) Ziamma .Mansouriah:Nous tenons aussi
à
remercier
fe cfief du déyartement de géofogie
'Bouftoufia Youssef
, et Censembfe des enseignants de (jéo{ogie, your
{es conseifs qu'ifs nous ont donnés toutes {es années. Pour Ceur
yarticiyation a notre formation. Qu'ifs trouvent ici Cexyression de
nos sentiments {es yfus resyectueux et de notre yrofonde gratitude
your feur genti{{esse, disyonibiûté et soutient.
'Enfin, nous voudrions remercier une yartie de nos camarades de
yromotion du
Jvt.aster ÇJénie ÇJéoCogie
yromotion
2009/2010,your
feur bonne humeur yermanente et
{esoutien qu'ifs nous ont
ayyorté.
Fadia
&
Souad
Comme la mer est pour le poisson
Comme l'air est pour les vivants
Vous m'es nécessaire chères parents
Je dédie ce mémoire :
A mon
chère père
Pour son immense sacrifice et son dévouement, pour tout le soutien moral et
matériel qu'il m'a apporté durant de très longues années d'étude.
A ma très
chère mère
Symbole de beauté, d'affection, de douceur, de tendresse et de sacrifice je
n'oublierais jamais ce que tu as fait pour moi pour devenir ce que je suis
aujourd'hui.
A monsieur:
A .Bagltetlatl
Pour m'avoir inspiré le choix de ce sujet et de m'avoir aidé
à sa réalisation.
A mes frères
:
Mouhamed, A. Resak, Moussa, Hamza, Mouloud.
A mes sœurs :
Fatiha, Zineb,
Ghalia
et son mari
Saleh,
et son fils
koussai, Anisse, Sami.
Pour
leur soutien et fidélité.
J'espère de tout mon cœur qu'ils seront heureux dans leur vie
A toute la famille : 2/ounami>,
Tamoume.
A mon fiancé
: N.Hicham.
Et toute la famille :Nilfaa
A mes chères amies
:
Souad, Hanane, Houda, Hanane, Dounia, Samia,
A mes collègues
lkûfl°1He.r §emt;. §éa/~
ff/fomotfon .200.}'h<>It>.J
Vous m'es nécessaire chères parents
Je dédie ce mémoire :
A mon
chère père
Pour son immense sacrifice et son dévouement, pour tout le soutien moral et
matériel qu'il m'a apporté durant de très longues années d'étude.
A ma très
chère mère
Symbole de beauté, d'affection, de douceur, de tendresse et de sacrifice je
n'oublierais jamais ce que tu as fait pour moi pour devenir ce que je suis
aujourd'hui.
A mon marie
Fouzi
et sa famille
A monsieur:
A .Baglttlatl
Pour m'avoir inspiré le choix de ce sujet et de m'avoir aidé
à
sa réalisation.
A mon seul frère :
Ammar
A mes sœurs:
Nadjet, Soraya, Bessma, Mofida, Massouda,
Fatima
et son marie
Sa/ah
et leur fille
Mariem.
J'espère de tout mon cœur qu'ils seront heureux dans leur vie
A toute la famille:
Guenat et
Yassad
A mes chères amies
:
Fadia, Hanane, Houda, Hanane, Dounia, Samia,
A mes collègues
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§eme
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(#f.omot'lo.n
.2<X>.J'/fuuo}
Pour tous les moments qu'on a passé ensemble.
Résumé
Résumé
Les granulats sont le constituant de base de tous travaux de Génie Civil et travaux publics. Il est donc important de maîtriser l'ensemble de leurs propriétés; tant du point de vue de leurs élaborations, que de leurs utilisations; et ce, afin de maîtriser au mieux le coût tout en respectant des critères de qualité.
La nouvelle stratégie du Ministère de l'Energie et des Mines en cours d'exécution vise à répondre en premier lieu aux besoins de l'économie nationale en substances minérales notamment celles destinées à la fabrication du ciment et des matériaux de construction, nécessaires à la réalisation des travaux d'infrastructures routières, hydrauliques, ferroviaires,
portuaires, aéroportuaires, de construction.
Le massif de Dj. Mrada, est situé à 3 Km au Sud de la commune de Ziama Mansouriah, et à environ 34 Km au Sud-ouest de la ville de Jijel exploitée par l'entreprise EURL Torchi, le massif fait partie de la chaine des Babors, plus exactement à sa partie orientale, partie intégrante de l'unité Brek et principalement dans la sous unité du Dj. Brek.
Il est représenté par un anticlinal à cœur dolomitique déversé vers le NW, la base est représentée par des marnes qui affleurent largement, très froissées, elles sont légèrement schistosées.
L'analyse par diffraction des rayons X a permis de mettre en évidence les phases minéralogiques composées essentiellement par des carbonates : calcite et dolomite et des silicates : quartz et mica (lépidolite ). A partir de ces résultats en peut conclure que notre roche est représentée par un calcaire dolomitique à silex.
Les essais géotechniques effectués dans le cadre de ce mémoire sur les granulats de la carrière de Dj. Mrada ont mis en évidence une granulométrie étalée pour le sable 0/3 et GNT 0/20 et une autre serrée pour les classes granulaires (3/8. 8/15, 15/25), avec une appellation réelle respectives de 3/8, 8/20 et 16/31,5.
Les gravillons présentent des coefficients d'aplatissements inférieurs ou égaux à 15 % toutes fractions confondues et des taux de propreté conf orme aux spécifications préconisées par les CPS type en Algérie.
La propreté du sable (ES = 62 % ) est conforme aux spécifications de même pour le sable de la GNT (ES~ 40 %).
Les granulats de la carrière de Dj. Mrada présentent des masses volumiques réelles comprises entre 2,44 et 2,60 t/m3 caractérisant des granulats courants et représentatives de celles des roches carbonatées (calcaires, dolomies),
Les résultats des essais mécaniques, nous ont permis de conclure que les granulats de la carrière de Dj. Mrada présentent une résistance au choc et à l'usure très satisfaisante. Les résultats obtenus (LA, MDE) et la résistance en compression (Re) sont respectivement : 20 %, 18 % et 630 bars. La valeur de Re montre que la roche calcaire exploitée au niveau de la carrière de Dj. Mrada présente une résistance à la compression trés satisfaisante et conforme aux spécifications préconisées par les CPS type en Algérie.
L'essai Proctor modifié a dégagé une densité sèche maximale= 2,07 t/m3 et une teneur en eau optimum Wopt =6,06 %, qui seront pris en considération lors de la réalisation des couches de fondation et couches de base en GNT.
CHAPITRE I: SITUATION GEOGRAPHIQUE ET PROBLEMATIQUE
I.1. Localisation géographique du massif de Dj. Mrada ... 1
I.2. Evolution de la production des granulats en Algérie ... 1
I.3. Production des granulats dans la wilaya de Jijel ... 3
I.3.1. Evolution de la production des granulats dans la wilaya de Jijel ... .4
I.3.2. Production au niveau de la carrière de Dj. Mrada Ziamma Mansouriah ... 5
I.4. Problématique ... 6
I.4.1. Objectif de l'étude ... 6
I.4.2. Moyens et méthodes ... 6
CHAPITRE Il: CADRE GEOLOGIQUE II.1. Introduction ... 7
II.2. Historique des travaux anciens dans la région ... 7
II.3. Cadre géologique régional ... 8
II.3.1. Présentation géographique ... 8
II.3.2. Présentation géologique ... 9
II.4. Présentation géologique de l'unité Brek ... 10
II. 4 .1. Introduction ... 1 O II.4.2. Lithostratigraphie ... 11 II.4.2.1. Le Trias ... 11 II.4.2.2. Le Jurassique ... 11 II.4.2.3. Le crétacé ... 11 II.4.2.4. Cénozoïque ... 12 ll.5. Synthèse structurale ... 12 II. 5 .1. Les plissements ... 12 II.5.2. La surface de charriage et ses déformations; les failles ... 11 II.5.3. Magmatisme, métamorphisme et schistosités ... 14
II.6.Cadre géologique local ... 14
II.6.1. Géologie de la Carrière de Dj. Mrada ... 14
CHAPITRE Ill: CARACTERISATION MINERALOGIQUE PAR DIFFRACTOMETRIE DE RAYONS X (DRX) 111.1. Introduction ... 17
ill.2. Présentation générale ... 17
III.3. Principes de l'identification des phases cristallines ... 18
III.4. Applications de la DRX pour l'identification minéralogique de la roche de la carrière de Dj.
Mrada
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.18-
SOMMAIRE CHAPITRE IV: PROCESSUS DE PRODUCTION DES GRANULATSIV.1. Introduction ... 28
IV.2. Le décapage (découverte) ... 28
IV.3. Extraction des roches massives ... 29 IV.4. Le transfert vers les lieus de traitement ... 30
IV.5. Le traitement des granulats ... 31
IV.5.1. Le concassage et le broyage ... .32
IV.5.2. Le criblage ... 33
IV.5.3. Le lavage ... 34
IV.5.4. Stockage et livraison ... .34
IV.5.5. Chargement et transport ... 35
IV.6. Aménagement après Exploitation ... 35
N .7. Principales possibilités d'aménagement des carrières ... 35
CHAPITRE V: CARACTERISTIQUES DE FABRICATION ET INTRINSEQUES DES GRANULATS DE LA CARRIERE DE DJ. MRADA (EURL TORCHI) V.1. Introduction ... 36
V.1.1. Définition ... 36
V.1.2. Types de caractéristiques ... 36
V.2. Prélèvement des échantillons ... 37
V.3. Préparation d'un échantillon pour essai« P18-553 » ... 37
V.3.1. Séparation par quartage ... 37
V.3.2. Séparation au moyen de diviseurs ... 37
V.3.3. Choix de la méthode de préparation ... 38
V.3.4. Nombre de partages ... 38
V.4. Caractéristiques de fabrication ... 39
V.4.1. Analyse granulométrique par tamisage (NF-P 18-560) ... ... 39
V.4.1.1. Résultats d'analyse et commentaires ... .40
V.4.2. Mesure du Coefficient d'aplatissement (NF-P18-561) ... 44
V.4.2.1. Discussion des résultats ... .45
V.4.3. Mesure de propreté superficielle des gravillons (NF Pl 8-591) ... 45
V.4.3.1. Discussion des résultats ... .46
V.4.4. Mesure de la propreté du Sable (Essai d'équivalent de sable) (NF P18 598) ... 47
V. 4. 4 .1. Discussion des résultats ... 48
V.5. Essais caractérisant les propriétés intrinsèques ... ... ... .49
V.5.1. Mesure du coefficient d'absorption des sables (NF P 18-555) : ... 49
V.5.2. Mesure du coefficient d'absorption des gravillons : (NF P 18-554) ... 49
V.5.2.1. Discussion des résultats ... 50
'
'
V.5.4. Mesure du coefficient Micro-Deval (NF P 18-572) ... 53
V.5.4.1. Discussion des résultats ... 53
V.5.5. Mesure du coefficient Los Angeles (NF P 18-573) ... 54
V.5.5.1. Discussion des résultats ... 55
V.6. Mesure des référence de compactage« essai Proctor modifié» (NF P 94-093) ... 55
V.6.1. Formules de correction ... 58
V. 7. Essais de résistance à la compression ... 59
V. 7 .1. Discussion des résultats ... 60
V.8.
Conclusion
...
61Conclusion générale et recommandations ... 62
Bibliographie Annexes
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Liste tfes fioures et pliotos
.BiXitl
C'J{}f.Cl'I<f~I
Fig.Ll: Plan de situation géographique de la carrière de Djebel Mrada ... 2
Fig.L2: Production des agrégats: période 2000- 2007(d'après DGM, 2007) ... 3
Fig.1.3 : Production des granulats au niveau de la wilaya de Jijel par rapport aux besoins exprimés par les différents secteurs (Données DMI, 2006) ... 5
Fig.1.4 : Pourcentage respectifs de production de granulats de différentes carrières de la wilaya de Jijel en 2009 ... 5
Fig. 11.1 : Schéma structural de la méditerranée occidentale D'APRES [DURAND. DELGA, 1960] ... 7
Fig. IL2: Localisation géographique du site d'étude (D'après D. Obert, 1981) ... 9
Fig.11.3: Unités et sous- unités des Babors Orientaux (d'après D. Obert, 1981) ... 10
Fig. 11.4: Résumé stratigraphique de l'unité du Brek (D'après D. Obert, 1981) ... 13
Fig.ILS: Coupe géologique au niveau de Djebel Mrada (D'après D. Obert 1981) ... 15
Photo 11.1 et IL2 : Dolomie gris à fente remplie de calcite, constitue le cœur de l'anticlinal de Dj. Mrada ... 16
Photo IL3 : Marnes gris clair légèrement schistosé se débitent en frites affleurent largement au pied du Dj. Mrada ... 16
CJ{Jl.Cl'I<f~
III
Fig. ID.1: Spectre DRX d'un échantillon de sable de la carrière de Dj. Mrada, faisant ressortir les différentes phases avec les valeurs de l'angle de diffraction 28 ... 20Fig. IIL2: fiche ASTM de CaC03 structure du type trigonal.. ... 21
Fig .ID.3: fiche ASTM de (Ca, Mg) C03 structure du type trigonal... ... 21
Fig.ID. 4: fiche ASTM de CaMg (C03)2 structure du type trigonal. ... 22
Fig. IIL 5 : fiche ASTM de quartz structure du type trigonal.. ... 22
Fig. ID.6 : fiche ASTM de quartz structure du type hexagonal.. ... 23
Fig .IIL 7 : fiche ASTM de quartz structure de réseau de Bravais simple ... 24
Fig.ID. 8 : fiche ASTM de potassium magnésium iron aluminium silicate hydrate structure orthorhombique ... 24
Fig.IIL9: spectre DRX d'un échantillon de sable de la carrière de Dj. Mrada Avec caractérisation des phases minéralogiques ... 25
C'J{}f.Cl'I<f~
Io/
Photo IV. 4 : Photo illustrant le chargement et le transport des enrochements vers les stations
de traitement. ... 31
Photo IV. 05 et IV. 6: Illustrant les stations de traitements utilisées dans la carrière D'EURL TORCHI Ziamma Mensouriah ... 31
Photo IV.07 et IV.8 : Photos illustrant le broyeur à percussion à gauche et le broyeur à mâchoire à droite utilisés dans le concassage des enrochements ... 32
Fig.IV.1 :
Principe de cribles superposé utilisé dans le cas de la carrière de Ziamma Mensouriah ... 33Fig.V.1 : Diviseur échantillonneur à couloir. ... 38
Fig.V.2 : Schéma de l'opération de partage d'échantillon pour essai ... 38 Fig.V.3: Fuseau granulométrique des sables de concassage ... 41
Fig.V.4: Courbes granulométriques moyenne ... 42
Fig.V.5: Analyse granulométrique du GNT 0/20 ... .43 Fig.V.6 : Analyse granulométrique du GNT 0/20 «Fuseau Grave Grenue 0/20 » ... .43
Fig.V.7: Schéma représentatif de la mesure de l'équivalent de sable ... 47
Fig.V.8: Moule et dame pour mesure du coefficient d'absorption des sables ... .49
Fig.V.9: Mesure de la masse volumique de granulats par la méthode du pycnomètre ... 51
Fig.V.IO : Mesure de la masse volumique de granulats par la méthode de la pesée hydrostatique ... 52 Fig.V.Il : Appareillage spécifique utilisés pour l'essai Proctor normal et modifié ... 57
Fig.V.12: Schéma de principe de la répartition des coups de dame sur une couche ... 57
Fig.V.13: La courbe 'Essais Proctor Modifié' ... 58
Photo V.l : Opération de carottage sur roche (CTC-Est Jijel) ... 60
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Liste
âes
ta6fea~
.IJ:iXffl
Tableau Ill.l : Tableau récapitulatif des différentes phases minéralogiques déterminées à partir du spectre DRX et des fichiers ASTM ... 27 Tableau IV.1 : Principales possibilités d'aménagement des carrières à sec ... .35 Tableau V.1 : Tableau récapitulatif des résultats d'exploitation des courbes granulométriques des différentes fractions ... .40 Tableau. V.2 : Correspondance entre classes granulaires d/D et largeur E des grilles à fentes ... 44 Tableau.V.3 : Tableau récapitulatif des résultats des mesures du coefficient d'aplatissement. ... 4 5 Tableau.V.4 : Tableau récapitulatif des spécifications préconisées par les CPS Type en Algérie relatives au coefficient d'aplatissement des gravillons ... 45 Tableau .V.S: Tableau récapitulatif des résultats de mesure de la propreté Superficielle des gravillons ... 46
Tableau.V.6 : Tableau récapitulatif des spécifications préconisées par les CPS Type en Algérie relatives au taux de propreté des gravillons ... .46 Tableau .V.7: Tableau récapitulatif des résultats de mesure de l'équivalent de sable «Es» ... 47 Tableau .V.8: Tableau récapitulatif de la nature et de la qualité du sable en fonction de la valeur Esp et Esv ... 48 Tableau .V.9 : Tableau récapitulatif des spécifications préconisées par les CPS Type en Algérie relatives à la propreté des sables« Es» ... .48 Tableau .V.10: Tableau récapitulatif des résultats de mesure du taux d'absorptio des sables et des gravillons« Ab» ... 50 Tableau .V.11 : Tableau récapitulatif des spécifications préconisées par les CPS Type en Algérie relatives au coefficient d'absorption« Ab» ... 50 Tableau .V.12 : Tableau récapitulatif des résultats de mesure de la masse volumique réelle des sables et des gravillons« pr » ... 52 Tableau .V.13 : Tableau récapitulatif des résultats de mesure du coefficient micro-Deval en présence d'eau« MDE » ... 53 Tableau .V.14: Tableau récapitulatif des spécifications préconisées par les CPS Type en Algérie relatives au coefficient Micro-Deval « MDE » ... 54 Tableau .V.15: Tableau récapitulatif des résultats de mesure du coefficient micro-Deval en présence d'eau« MDE » ... 54 Tableau .V.16: Tableau récapitulatif des spécifications préconisées par les CPS Type en Algérie relatifs au coefficient Los Angeles« LA» ... 55 Tableau. V.17 : Modalité d'exécution des essais Proctor normal et modifié ... 56 Tableau. V.18: Tableau récapitulatif des résultats d'essai Proctor Modifié ... 59 Tableau .V.19 : Tableau récapitulatif des résultats de mesure de la résistance à la compression« Re» (d'après CTC-Est Jijel) ... 60 Tableau .V.20: Tableau récapitulatif des spécifications préconisées par les CPS Type en Al gene re a ' . 1 ti 'f: s a res1s nce a a compression « ' ' . ta ' 1 . Re ) > ... . 60 Tableau .V.21 : Tableau récapitulatif des résultats des essais de caractérisation physiques et mécanique des granulats de la carrière de Dj. Mrada (EURL Torchi) Ziamma Mansouriah ... 61
-Situation
1•1•1•••••1•1••···•1•1•1•
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P.r..Qlll.é..mD.tlBDe
Caractérisation géologique et géotechnique des granulats de la carrière de Djebel Mrada, commune de Ziama Mensouriah, Wilaya de Jijel
Chapitre 1 Situation géographique et problématique
1.1. Localisation géographique du massif de Dj. Mrada :
La carrière du gisement de Dj. Mrada exploitée par l'entreprise EURL Torchi, faisant l'objet
de notre étude est située à 3 Km au Sud de la commune de Ziama Mansouriah, et à environ 34 Km au Sud-ouest de la ville de Jijel. Le massif de Dj. Mrada est situé entre le bassin de Beni Zegoual à l'ouest et le bassin du Dj. Brek au Nord-Est (Fig.1.1).
Sur le plan orographique, la région se caractérise par des reliefs très élevés et des falaises très abruptes et très escarpées dentelées, les altitudes varient de 846 m (Dj. Brek) jusqu'à 2004 m
(Dj. Babor). Sur le plan hydrologique, les précipitations varient entre 871.1 et 1304.42 mm.
Le réseau hydrographique est assez dense, les principaux cours d'eau de la région sont représentés par oued Taza, oued Dar-El-oued, et oued Agrioun. Le couvert végétal de la
région est très développé, il est représenté essentiellement de chêne liège et de broussaille. 1.2. Evolution de la production des granulats en Algérie :
La nouvelle stratégie du Ministère de l'Energie et des Mines en cours d'exécution vise à répondre en premier lieu aux besoins de l'économie nationale en substances minérales notamment celles destinées à la fabrication du ciment et des matériaux de construction, nécessaires à la réalisation des travaux d'infrastructures routières, hydrauliques, ferroviaires, portuaires, aéroportuaires, de construction.
Les résultats importants obtenus par la mise en œuvre de cette politique rmmere pour répondre aux différents besoins de l'économie nationale et notamment ceux liés aux programmes de développement importants (2005/2009 et 2010/2014 ), de son Excellence le
Président de la République, en substances minérales destinées à la fabrication des matériaux de construction qui ont connu une croissance rapide et conséquente durant l'année 2007 par rapport à 2006, à l'exemple des granulats +28 %, du sable naturel destiné à la construction + 19%, des calcaires pour ciment+ 15%.
Depuis l'année 2000 la production nationale des granulats est en hausse constante. Elle a été
multipliée par 6.5 environ passant de 4.14 Mln M3 produits en 2000 à 27.23 Mln M3 pour l'année 2007, correspondant à une augmentation de+ 657.73 %. (Figl.2)
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Fig. Ll: Plan de situation géographique de la carrière de Djebel Mrada (D'après www.Expedia.com)
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PagelChapitre 1 Situation géographique et problématique
- Agrégats
Min M3 - r - Total Granulats (avec sable concassé : aire hachurée)
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---Fig. L2 : Production des agrégats : période 2000 - 2007 (D'après DGM, 2007)
Cette hausse de production a été réalisée grâce notamment à :
l'introduction du deuxième poste (2x8) dans certaines wilayas,
E
Annéel'entrée en production de nouvelles exploitations octroyées par l 'ANPM,
aux nouveaux investissements dans l'augmentation de la production notamment par les entreprises publiques,
l'amélioration des approvisionnements en explosifs des carrières, par l'ONEX.
1.3. Production des granulats dans la wilaya de Jijel :
Les granulats dans la wilaya de Jijel proviennent essentiellement de deux sources :
~ Granulats produits localement :
D'après les données de la Direction des Mines et des Industries de la wilaya de Jijel (DMI, 2010) on comptait, en 2010, quatre (04) gisements de production d'agrégats en activité dans la wilaya de Jijel.
Carrière produisant des granulats issus de roches sédimentaires : carrière Bouzekri et Meziani (Sidi Marouf),
Carrières produisant des granulats issus de roches métamorphiques : carrière Boughaba, carrière El Wafa et carrière NOSTRAP (Chekfa),
Deux carrières produisant des granulats issus de roches magmatiques carrière Bouzekri Rabah et carrière Bouzekri Kamel (El Milia).
1
1
);;>- Granulats issus des wilayas limitrophes
Les granulats utilisés dans la Wilaya de Jijel sont issus essentiellement des carrières situées dans les wilaya limitrophes (Mila, Constantine, Bejaia et Sétif). Néanmoins en note que plus de 80 % des granulats sont issus seul de la wilaya de Mila.
L3.1. Evolution de la production des granulats dans la wilaya de Jijel :
La wilaya de Jijel a connu dans les dernières années la réalisation de différents ouvrages tels que les ponts routiers, les équipements publics (université, logements.etc), ports de pêche, dédoublement de la RN 43, barrages (Kissir, Bousiaba) qui ont consommé des quantités considérables de granulats.
Cela est bien remarquable sur le diagramme statistique, appréciant la production des granulats au niveau des carrières de la wilaya de Jijel par rapport aux besoins exprimés par les différents secteurs. La figure montre que les besoins en granulats n'ont cessé d'augmenter depuis 1998, en revanche la production reste en deçà des besoins exprimés, son rythme n'est pas soutenu, la figure (1.3) montre bien les fluctuations de la période 1998-2005.
En effet, la production au niveau de la wilaya de Jijel de 1998 à 2005, a augmenté progressivement jusqu'à atteindre sa valeur maximale de 84890 m3 en 2000. Cette production ne répondait qu'à 42,44% des besoins exprimées durant cette année.
L'activité des carrières a connu une année difficile en 2002 ou la production a diminué considérablement (ne couvrant que 9,73% des besoins), cette diminution est
vraisemblablement due à l'arrêt de l'exploitation au niveau des deux carrières : Sidi-Marouf
(2001,2002) et Chekfa (2002).
Entre 2002 et 2005, la production annuelle a augmenté progressivement pour passer de 25980
m3 en 2002, à 56987m3 en 2005. Cette production qui se situe au niveau de l'année 1998 ne répondait qu'à la hauteur de 19 % des besoins du marché local. Cette augmentation est liée à la remise en activité des deux carrières évoquées précédemment (Sidi Marouf et Chekfa).
En définitive, on constate que l'évolution de l'activité extractive des granulats dans la wilaya
de Jijel entre 1998 et 2005 est caractérisée par:
Un déficit de l'offre par rapport à la demande.
Plus de 80% des granulats consommés proviennent des wilayas voisines notamment de la wilaya de Mila,
Le nombre de carrières exploitées durant cette période a connu des perturbations,
Une chute de production de 33% en 2002.
'
Chapitre 1 Situation géographique et problématique
20 • Besoin 10 • Production 0 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Année
Fig. L3 : Production des granulats au niveau de la wilaya de Jijel par rapport aux besoins
exprimés par les différentes secteurs (Données DM!, 2006)
L3.2. Production au niveau de la carrière de Dj. Mrada Ziamma Mansouriab :
La carrière de Dj. Mrada Ziarnma Mansouriah, a débutée en production au début de l'année 2007, exploitée par l'entreprise EURL Torchi. L'évaluation de la production au niveau de cette carrière entre 2007 /2008, selon les données fragmentaires fournies par la DMI, montre que durant cette période, la production a été perturbée.
En 2009, on enregistre la plus importante quantité produite, estimée à 169655.17m3, et qui
représente 55 % de la production totale des granulats à l'échelle locale (Fig. 1.4). Cela nous amène à constater que la contribution de la carrière de Ziarnma Mansouriah à l'alimentation de la wilaya en granulats est très importante (DM!, 2010).
13448.27 4% • Ziamma :vtansouriah • Chekfa • El-:vtilia • Sidi :vtaarouf
1.4. Problématique :
Les granulats sont le constituant de base de tous travaux de Génie Civil et travaux publics. Les besoins de l'économie nationale en substances minérales destinées à la fabrication des matériaux de construction ont connu ces dernières années des augmentations importantes notamment celles liées aux programmes de développement (2005/2009 et 2010/2014 ).
Pour répondre à ces besoins, plusieurs gisements de production ont été ouverts dans les différentes wilayas.
Le problème qui se pose, est ce que les granulats produits par ces gisements, ne répondent pas toujours aux spécifications relatives aux propriétés intrinsèques et extrinsèques exigées par l'industrie de ces matériaux.
C'est dans cette optique qui nous allons dans ce mémoire, à travers la carrière de Djebel Mrada vérifié si ces spécifications sont maitrisées au non par l'activation de produits de cette carrière.
1.4.1. Objectif de l'étude :
La présente étude « caractérisation géologique et géotechnique des granulats de la carrière de Dj. Mrada, Ziamma Mansouriah »,consiste :
à donner un aperçu sur la géologie de la région de Ziamma Mansouriah. à déterminer la composition minéralogique de la roche.
à déterminer les caractéristiques intrinsèques des granulats à déterminer les caractéristiques de fabrication des granulats
L'objectif de notre travail est d'étudier les caractéristiques physiques, mécaniques et minéralogiques des granulats et les comparer avec les spécifications préconisées dans le domaine de génie civil et les travaux publics.
L4.2. Moyens et méthodes :
Dans le cas de notre travail, l'étude intéresse les granulats de la carrière de Dj. Mrada, cette étude a débuté par un travail de terrain qui à consisté en une description lithologique, réalisation de coupes géologiques ainsi qu'à des prélèvements d'échantillons de granulats (sable, graviers et grave non traité), afin de réaliser les essais indispensables à leur caractérisation.
Au laboratoire, nous avons réalisé plusieurs essais (analyse granulométrique, équivalent de sable, Micro-Deval,. ... ) sur les différentes fractions. Les essais ont été réalisés dans différents laboratoires, à savoir :
Laboratoire de matériaux du département de géologie, Université de Jijel. Laboratoire de matériaux, département de génie civil, Université de Jijel.
Laboratoire de recherche en génie géologique, département de géologie, Université de Jijel. Laboratoire d'analyse par diffraction au rayon X (DRX), Université de Jijel.
Le mémoire est organisé de la manière suivante :
Chapitre I : Situation géographique et problématique Chapitre II : Cadre géologique régional
Chapitre III : Caractérisation minéralogique par Diffractométrie de rayons X (DRX) Chapitre IV : Processus de production des granulats
Chapitre V : Etude des caractéristiques physico-mécaniques des granulats
C
onclusion générale et recommandations
.
Ill. Introduction :
La région d'étude fait partie, de la branche sud méditerranéenne (maghrébides) de l'orogène alpin (fig. II.1).
Du point de vue structural, les maghrébides sont constitués de plusieurs nappes, charriées sur la plate forme africaine. Transversalement on y distingue, de l'intérieur vers l'extérieur de la chaîne:
• Le domaine interne ou domaine Kabyle : qui comporte le socle Kabyle et la dorsale Kabyle sur laquelle il est charrié (Durand Delga, 1969; Raoult, 1974; Vila, 1980). • Le domaine des flyschs : constitué par les flyschs Maurétaniens au Nord, et les flyschs
massyliens au Sud. (Vila, 1980)
• Le domaine externe ou domaine telliens et l'avant pays : constitué d'un avant pays allochtone et un avant pays autochtone (Durand Delga, 1969; Vila, 1980).
Sur l'ensemble de ces unités géologiques repose en discordance la nappe numidienne, et les formations post-nappes.
N
Fig. Ill : Schéma structural de la méditerranée occidentale D 'apres (Durand De/ga, 196SJ
Le secteur de la présente étude (région de Ziamma Mansouriah) fait partie de la chaine des Babors, plus exactement à sa partie orientale.
Les Babors appartiennent au domaine Tellien, ils s'étendent <l'Ouest en Est, d' Akbou au col de Selma, et du Nord au Sud, de la mer au Djebel Babor.
11.2. Historique des travaux anciens dans la région :
Un historique de l'ensemble rappelle en particulier que la région a fait l'objet des travaux de
[H. Coquand (1854), F. Ehrmanm (1921,1924 et 1952), A. Lambert (1948 et 1949), G. Jehl et M. Leikine (1968), A. Coutelle (1968 et 1979), M. Leikine (1971), M. Durand Delga (1955, 1969) et d'autre.1 (Thèse Doctorat, D. Obert (1981).)
Chapitre Il Cadre géologique
L'étude la plus récente englobant notre secteur d'étude est celle de J. M. Villa et D.
Obert (1977), J. M. Villa (1980) et D. Obert (1981) (Thèse Doctorat, 1981). 11.3. Cadre géologique régional:
II.3.1. Présentation géographique :
La partie orientale des Babors dont fait partie notre secteur d'étude présente un relief extrêmement marqué, caractérisé par l'allongement de crêtes calcaires étroites, sub-parallèles, d'orientation WSW-ENE, séparées par de larges dépressions à remplissage schisteux ou marneux. Du Sud au Nord, s'individualisent (Fig. II.2) (d'après. Obert, 1981):
la masse isolée lourde et arrondie du Dj. Babor, point culminant (2004 m) de la région à laquelle il a donné son nom ~
l'Adrar ou Mellal (1773 m), plus élancé où des échines N-S s'entrelacent aux crêtes
E-W. L'Oued Agrioun traverse l'extrémité occidentale de ce massif dans des gorges spectaculaires (gorges de Kherrata ou du Chabet el Akra) avant de s'infléchir vers l'E pour longer le pied nord du massif;
le Dj. Ta Babor (1969 m), dont l'arête s'étire depuis le Taounnert à l'W jusqu'au Dj.
Msil sur 12 km. La dépression septentrionale est drainée vers l'W par l 'O.
Ahrzerouftis, affiuent de l'O. Agrioun, vers l'E par l'O. el Guerroua, affluent du haut cours de l'O. Djendjen, noyé sous le lac de retenue d'Erraguène qui en occupe la partie
la plus large ;
la crête du Dj. Achouaou s'allongeant depuis l'Adrar Tizi Kedeit qui, à l'W repousse le
cours de l'O. Agrioun vers le N; jusqu'au Dj. Tachachit dont le versant oriental vient
mourir dans le bassin d'Erraguène, au pied du petit massif de Lalla Kouba ;
la crête de l'Adrar el Alem (1369 m), décalée vers le Nau niveau du massif de Lalla
Kouba et relayée par la longue arête des Dj. Tloudène-Hadid-Tazeguezaout qui
disparaît à l'E sous les grès de la Forêt de Guerrouch. Le bassin des Béni Zegoual la borde au N, séparé du bassin du Dj. Brek par la masse isolée du Dj. Mrada;
le chaînon côtier, enfin, d'altitude plus modeste, Adrar Djemaa N'sia, Dj. Brek (846 m) dont la plongée abrupte du flanc nord dans la mer est à l'origine de la célèbre corniche
Kabyle;
au NE, surgit un chaînon élancé, le Dj. Taounnart dont l'arête disparaît rapidement
Fig. IL2: Localisation géographique du site d'étude (D'après. Obert, 1981) (modifi~)
11.3.2. Présentation géologique :
Plusieurs unités distinctes ont été reconnues (M. Leikine, D. Obert et J.-P. Bellier, 1975), caractérisées par leur composition stratigraphique et leur évolution métamorphique, chaque unité a été morcelée en sous-unités (Fig. II.3).
Les sous-unités sont en partant de l'extérieur (du Sud) du domaine de Babors ;
• Unité des Babors
• Unité de Draa El Arba-Erraguène • Unité de Brek
Le site de la carrière EURL Torchi est implanté au niveau de Djebel Mrada, qui est partie intégrante de l'unité Brek et principalement dans la sous unité du Dj. Brek (Fig. II.3).
-
Chapitre IlD
Nappe Guerrouch (Maurétanie ) o _ _ _ __.5 KmFig.IL3 : Unités et sous - unités des Babors Orientaux (D 'aprè. Obert, 1981) (modifié)
11.4.Présentation géologique de l'unité Brek:
II.4.1. Introduction :
Cadre géologique
R
Géographiquement, l'unité de Brek présente du Sud vers le Nord une longue échine calcaire s'allongent de l'Adrar el Alem au Dj. Tazeguezaout. Cette échine calcaire est interrompue en
son milieu par un bassin occidental celui des Beni Zegoual et un bassin oriental drainé par
!'Oued Dar El Oued et séparé par une ligne de hauteurs joignant l'échine méridionale aux chaines côtières (Obert, 1981).
L'unité de Brek est la plus septentrionale des Babors orientaux et elle est aussi la plus complexe. Cette unité comporte quatre ensembles structuraux bien distincts (Obert, 1981)
Les Beni Zegoual à l'W, regroupant les sous unités de l' Adrar El Alem, des Beni
Zegoual proprement dit et du chaînon côtier del' Adrar Djemaa N'Sia;
La chaîne des Dj. Tloudène et Hadid au SE;
Le massif du Dj. Brek, prolongé vers le Nord par la région de Tizrarane et Dar El
Oued;
Il.4.2. Lithostratigraphie :
Les différents ensembles stratigraphiques de cette unité (Fig. II. 4) peuvent être résumés comme suit:
Il.4.2.1. Le Trias :
Grés quartzeux, micacé et schistes rouges ou verts, dttés du Trias supérieur par Estheria Forbesii, (D. Obert, 1981).
Il.4.2.2. Le Jurassique :
• Lias inférieur : Dolomies grises, violacées ou verdâtres, massives, ou bréchiques ; plus rarement jaunâtres et pulvérulentes. ~
• Lias moyen : Calcaires massifs à Algues, structure "fenestrée" caractéristique des dépôts de plate forme. Les niveaux supérieurs, plus sombres contiennent des silex. Partiellement ou totalement (Hadid-Tloudène) dolomitiques. les niveaux bréchiques annoncent localement le changement de régime sédimentaire intervenant au Lias supérieur.
• Lias supérieur: Calcaires gris, pyriteux, en bancs décimétriques séparés par des lits argileux ou pélitiques jaunâtres. Les calcaires contiennent des silex inégalement répartis,
des Radiolaires, des spicules de Spongiaires, des filaments dans les niveaux élevés. Les
Ammonites sont abondantes dans le Domérien moyen aux Béni Zegoual et au Dj .Brek. • Dogger: Calcaires marneux gris, brunâtres à Posidonomyes et calcschistes à
Cancellophycus. Au Dj. Tloudène calcaire gris oolitique à bourgeons siliceux. Quelques silex blonds à l'Adrar el Alem et au Dj. Brek. Conglomérats importants au Dj. Brek, plus
réduits au DJ. Tloudène et à l'Adrar el Alem. Microbrèche à éléments triasiques au N du
Dj. Brek (à Tizrarane ).
• Jurassique supérieur: Fortement attaquée par l'érosion (anté) néocomienne, cette formation n'est connue au Dj. Taounnart qu'à l'état de galets. Faciès variés : calcaires oolitiques à lits et bourgeons siliceux au Dj. Brek où ils s'associent à des calcaires détritiques clairs et à des schistes varicolores à lits radiolaritiques.
Il.4.2.3. Le crétacé :
• Néocomien : Calcaires pélitiques gris, ou brun jaune, à fossiles pyriteux, le Valanginien discordant au Dj. Brek. Conglomérats ou galets épars leur sont associés.
• Barrémien à Albien inférieur: Faciès dominant : schistes pélitiques rarement carbonates, gris ou gris vert, discordants sur le Lias au Dj. Hadid. Quelques variations locales de faciès ; persistance du calacréo-pélitique du Néocomien jusque dans le
Barrémien au Dj. Hadid.
• Vracono-Cénomanien: des conglomérats localisés au NW du Dj. Brek et à sa marge
méridionale ont été rapportés à ces niveaux. Vers le S et le SW les conglomérats font place à des marnes et calcaires marneux gris verdâtre.
• Turonien : des marnes et calcaires marneux gris vert pourraient lui être attribués au S du Dj. Brek.
• Sénonien inférieur : Marnes grises ou gris brunâtre discordantes sur l'auréole métamorphique de Bou Zazen. Bancs marno-calcaires gris, microbrèches, conglomérats,
quelques boules jaunes. Ces niveaux marquent la base du Crétacé supérieur au Dj. Taounnart.
Chapitre Il Cadre géologique
• Sénonien supérieur :
Campanien: Marnes grises, parfois feuilletées, à boules jaunes, conglomérats et
bancs de calcaires pélitiques ou marneux. Ces derniers faciès dominent au Dj.
Taounnart. Localement très discordantes.
Maestrichtien : Marnes grises et noires, à boules jaunes, à bancs de calcaires marneux ou microbréchiques au S du Dj. Brek. Calcaires pélitiques gris à lentilles
conglomératiques et blocs au N du Dj. Taounnart.
11.4.2.4. Cénozoïque :
• Paléocène : Le faciès, calcaire marneux gris et schistes noirs, est très proche de celui des
mêmes niveaux des klippes à matériel éocène posées sur l'unité du Babor.
• Eocène indifférencié : Des marnes grises et des calcaires marneux gris lui ont été
attribués au S du Dj. Brek.
• Miocène: marnes bistres; sous la bordure occidentale de la nappe de Guerrouch, marnes
feuilletées grises a Orbulines et lentilles de calcaire jaune. Très développé au N du Dj.
Taounnart, il comble, vers l'E, la gouttière des Aftis : à la base, argiles gypseuses,
rougeâtres ; puis marno-calcaires gris - marnes vertes, micacées, à boules gréseuses
-marnes à G. tri/obus brunes ou grises, chaotiques remaniant panneaux et blocs provenant
des nappes des flyschs, lits de grès quartzeux - marnes feuilletées, grises.
11.5. Synthèse structurale :
Les principaux aspects structuraux de l'unité sont représentés par (D. Obert, 1981) :
11.5.1. Les plissements :
L'ensemble de l'unité peut, schématiquement, être divisé en deux zones comportant des plis à déversements opposés donnant l'illusion de plis conjugués.
Au S, la zone s'étendant des Béni Zegoual au bassin de l'O. Dar el Oued. Sa bordure
méridionale, qui domine l'unité d'Erraguène, est déformée en plis déversés vers le S. La
bordure septentrionale, au contraire, montre des plis déversés ou couchés vers le N (Ad.
Djemaa M'Sia, N du Dj. Hadid) parfois déracinés (Dj. Mrada, Draa Haimran). La partie
intermédiaire de cette zone est déformée en plis droits et partiellement coiffée de sa couverture crétacée (D. Obert, 1981).
La zone septentrionale ne s'individualise qu'à partir du Dj. Messaia et présente le même type
d'organisation que l'unité méridionale : plis déversés au S sur sa bordure méridionale (Dj.
Kessaia, Dj. Brek, Dar el Oued), déversés ou couchés vers le N sur la bordure septentrionale
(Dj. El Haouita, Dj. Taounnart), plis droits au centre.
11.5.2. La surface de charriage et ses déformations ; les failles :
La troncature basale due au charriage a tranché les structures plissées, les privant de certains de leurs éléments. Ceci est net à l'E de l'unité où, de la zone méridionale, ne subsiste que la
partie intermédiaire - plis droits- et de la zone septentrionale qu'une partie de sa bordure sud et
de sa bordure nord (Obert, 1981).
Le déracinement des plis déversés ou couchés vers le N de la bordure nord de la zone
méridionale peut être imputé à cette troncature basale.
Unité charriée et surface de charriage ont été déformées tardivement par des ondulations E-W
L'ensemble des failles inverses paraît subordonné au charriage. Quant aux failles à jeu vertical, exceptée la faille du Taounnart, elles montrent un rejet faible et pourraient n'être que
le résultat de l'adaptation de la couverture rigide aux déformations du matelas mamo-gypseux.
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: La carrière de Dj. Mrada (Lias).Fig. 11.4: Résumé stratigraphique de ! 'unité du Brek
(D'après D. Obert, 1981) Aquitanien Yprésien-Lutétien Danien-Thanétien Maestrichtien Campanien Coniacien-Santonien Turonien Vraconien-Cénomanien Barrérnien-Albien Borriasien-Hauterivien Callovien- Portiandien-Tithonique Bajocien-Bathonien Domérien-Aalénien Sinémurien Hettangien Pa9e 13 m e3-s e1.2 C6 Cs CJ-4 Ci nrC1 ll4-6 n1.1 j3-9 Jt-l Js.9 13-4 11.2
Chapitre JI Cadre géologique
11.5.3. Magmatisme, métamorphisme et scbistosités :
L'abondance d'éléments d'origine magmatique est une des caractéristiques de L'unité du Brek.
Il est possible de regrouper ces éléments en plusieurs générations (Obert, 1981) :
un groupe de roches d'âge crétacé inférieur : diorite quartzique de Bou Zazen ; spilites
et microdiorite associées à des blocs jurassiques et néocomiens épimétamorphiques
(Dj. Mahalla et Tamesrat).
un groupe cénozoïque représenté essentiellement par le massif d'el Aouana
(Burdigalien) et par le filon de lamprophyre d'el Hadj Ameur.
Le métamorphisme est réparti de façon très disparate dans cette unité. On y distingue, de bas
en haut de l'édifice :
des écailles épimétamorphiques en lambeaux sous la masse principale de l'unité
charriée et dont le contenu stratigraphique se limite au Jurassique et à la base du
Crétacé inférieur.
la série jurassique-éocrétacée de l'unité dont le métamorphisme n'atteint le degré "épi"
que le long de la bordure méridionale et à proximité de la diorite de Bou Zazen.
L'ensemble apparaît relativement moins métamorphisé que dans l'unité d'Erraguène.
la série sénonienne où un très léger métamorphisme se manifeste provoquant le
glissement des interstratifiés illite-montmorillonite vers le pôle illitique. L'évolution
est ici plus nette que dans l'unité d'Erraguène.
La schistosité de flux associée au métamorphisme (S1) est grosso modo E-W pour autant
qu'en laisse juger les déformations ultérieures. Il s'y superpose une schistosité de fracture (S2),
transversale, responsable du découpage des schistes en "frites". Cette dernière est postérieure au Sénonien qu'elle affecte localement (Obert, 1981).
11.6. Cadre géologique local :
11.6.1. Géologie de la Carrière de Dj. Mrada :
Le massif du Djebel Mrada domine la sortie sud de la cluse du Brek, son accès en est défendu
par d'épais buissons d'épineux qui laissent néanmoins affleurer, ça et là, au pied des
escarpements calcaréo-dolomitique, les marnes gypseuses du mélange triasique, celle-ci
semble supporter la masse du Djebel qui constituerait donc une klippe de terrains liasiques.
Deux coupes orthogonales, nous en donneront une image suffisante (Obert, 1981):
La coupe « b » de la figure (II.5) est la plus significative en mettant en évidence un anticlinal
à cœur dolomitique (Photo II. 01 et II. 02) déversé vers le NW.
La coupe « a » fait apparaître les failles NW-SE qui tranchent l'extrémité orientale de la masse
liasique. Le miroir de la faille 4 a été dégagé par le séisme de mars 1968 qui provoqua la
chute de la partie élevée du compartiment NE (D. Obert. 1981).
Les marnes qui supportent les deux klippes (Dj. Mrada et Draa Haimran) affleurent largement
entre celles-ci (Photo N°03). Très froissées, elles sont légèrement schistosées au voisinage de
la base des klippes. Les parties schistosées se débitent en frites dont le grand axe plonge à 20°
Coupe a
sw
O. el ltra~ Coupe b 376,2 NW 600 111 20 Dj. Mrada t<:Fig. ILS: Coupe géologique au niveau de Djebel Mrada
(D'après D. Obert 1981) Légende:
1- 1'- Contact de base du massif.
t.- Mélange triasique riche en blocs d'origines diverses.
L1.2.- Dolomie saccharoïde, grise, lilacée. Dolosparite granulaire à pigment ferrugineux.
L:3-s
.
-
Calcaire gris pâle à structure fenestrée, pâte micritique à quartz automorphes. Coupe a:t.- Le mélange triasique méridional
n.- Schistes éocrétacés silicifiés et ferrugineux, riches en débris quartzeux, schisteux.
L:3-s
.
-
Bloc de calcaire massif gris pâle.c.- Marnes à boules jaunes, partiellement décalcifiées.
ro.-Roche cristalline très altérée à biotite et un peu de muscovite.
C3-0.-Marnes gris clair, contiennent des blocs de calcaires à Orbitolines.
Coupe b:
C3-0.-Marnes à boules jaunes séparant le Dj. Mrada du Dj. Massaïa.
t.-0.- Gabbro à clinopyroxènes, olivine à laquelle s'associent de petites amphiboles brunes.
SE NE 7'49,2 371!,3 748.S t
te.- Calcaire dolomitique gris, cargneulisé ou jaune, sableux ponctué de noir, quartz automorphes.
g.-Plaqué sur les dolomies: grès lilacé, quartzo-micacé à phyllites blanches, et tourmaline.
~:
La carrière de Dj. Mrada.Chapitre Il Cadre géologique
Photo II. 01 et II. 02 : Calcaire Dolomitique gris à fente remplie de
calcite, constitue le cœur de l'anticlinal de Dj. Mrada
Photo II. 03 : Marnes gris clair légèrement schistosées se débitent en frites affleurent largement au pied du Dj. Mrada
caractérisation
11111111:111•u1111u111111at11111111111111111111111111111111:11111u11111111111111111111111111111111111111•11t11110111111111111n1111111111111111111•111111111
ORX
ll!ll:tll1lllllllllll91!IUlllllll111011l•lalillllCaractérisation géologique et géotechnique des granulats de la carrière de Djebel Mrada, commune de Ziama Mensouriah, Wilaya de Jijel
Chapitre III Caractérisation minéralogique par diffraction de rayons X (DRX)
Ill.l. Introduction :
La diffractométrie de rayons X (DRX) est une technique d'analyse fondée sur la diffraction des rayons X sur la matière. L'appareil de mesure s'appelle un diffractomètre. Les données collectées forment le diagramme de diffraction ou diffractogramme ou spectre de diffraction de rayons X.
La diffraction de rayons X est une méthode d'analyse physico-chimique. Elle ne fonctionne que sur la matière cristallisée (minéraux, métaux, céramiques, produits organiques cristallisés), mais pas sur la matière amorphe (liquides, polymères, verres). Par contre, elle permet de reconnaître des produits ayant la même composition chimique brute, mais une forme de cristallisation différente, par exemple de distinguer les différentes silices (qui ont toutes la même formule brute Si02 : quartz, cristobalite ... ), les différents aciers (acier ferritique, austénite ... ) ou les différentes alumines (qui ont toutes la même formule brute Al203: corindon/alumine
a
,
y, ... ).111.2. Interaction rayons x-matiere :
Les rayons X, comme toutes les ondes électromagnétiques, provoquent un déplacement du nuage électronique par rapport au noyau dans les atomes ; ces oscillations induites provoquent une réémission d'ondes électromagnétiques de même fréquence ; ce phénomène est appelé diffusion Rayleigh.
La longueur d'onde des rayons X étant de l'ordre de grandeur des distances interatomiques (quelque Angstrôms ), les interférences des rayons diffusés vont être alternativement constructives ou destructives. Selon la direction de l'espace, on va donc avoir un flux important de photons X, ou au contraire très faible ; ces variations selon les directions forment le phénomène de diffraction X.
Ce phénomène a été découvert par Max von Laue, et longuement étudié par sir William Henry Bragg et son fils sir William Lawrence Bragg. Les directions dans lesquelles les interférences sont constructives, appelées« pics de diffraction», peuvent être déterminées très simplement par la formule suivante, dite loi de Bragg :
( 2dsin9
= nÀ )Avec
• d : distance interréticulaire, c'est-à-dire distance entre deux plans cristallographiques ; • 0 : demi-angle de déviation (moitié de l'angle entre le faisceau incident et la direction
du détecteur) ;
• n : ordre de réflexion (nombre entier); • ').. : longueur d'onde des rayons X.
Comme les plans cristallographiques peuvent être repérés par les indices de Miller (hkl), on peut indexer les pics de diffraction selon ces indices.
111.3. Principes de l'identification des phases cristallines :
L'idée d'utiliser la diffraction des rayons X pour identifier une phase fut développée au début
du XXe siècle de manière indépendante par Albert Hull en 1919 d'une part, et par Peter
Debye et Paul Scherrer d'autre part. C'est Hull qui publia le premier ses travaux, mais la
méthode porte le nom de Debye et Scherrer.
Une poudre formée d'une phase cristalline donnée va toujours donner lieu à des pics de
diffraction dans les mêmes directions, avec des hauteurs relatives à peu près constantes. Ce
diagramme de diffraction forme ainsi une véritable signature de la phase cristalline. Il est
donc possible de déterminer la nature de chaque phase cristalline au sein d'un mélange
(mélange de poudre ou échantillon massif polyphasique), à condition d'avoir auparavant
déterminé la signature de chaque phase.
La détermination de cette signature peut se faire soit de manière expérimentale (mesure d'un
produit pur dans des conditions idéales), soit par simulation numérique à partir de la structure
cristallographique connue. Cette signature est consignée dans une fiche ou un fichier sous la
forme d'une liste de pics ; la position en 20 est convertie en distance interréticulaire d par la
loi de Bragg, afin d'avoir une valeur indépendante de la longueur d'onde des rayons X.
L'intensité Ide chaque pic est exprimée en pourcent %, parfois en pourmille %0, 100 % (ou
1 000 %0) étant la hauteur du pic le plus intense. Cette liste de pics est souvent désignée par le
terme« liste de d- 1 ». On constitue ainsi des bases de données, et le diagramme mesuré sur le produit inconnu est comparé de manière informatique ou manuelle à toutes les fiches de la
base de données. La base de données la plus complète à l'heure actuelle (2004) est la Powder
diffraction file (PDF) de l'ICDD (ex-JCPDS: Joint committe on Powder diffraction standards, ex- comité E4 de l'ASTM : American Society for Testing Materials, avec plus de
150 000 fiches.
111.4. Applications de la DRX pour l'identification minéralogique de la roche de la carrière de Dj. Mrada :
Afin qu'on puise déterminer avec plus de certitude la composition minéralogique de la roche
extraite de la carrière de Dj. Mrada, on a fait recours à une analyse par diffraction au rayon X
au niveau du laboratoire d'analyse par DRX de l'université de Jijel, en utilisant un
rayonnement Ka d'un tube en cuivre d'un diffractomètre de poudre D50000 advanced
0
SIEMENS (À.Ka
=
l,54o
2 A, V=
4o
kV et 1=
25 mA) muni d'un monochromateur en graphite.L'analyse s'est effectuée après broyage de l'échantillon afin d'obtenir la poudre la plus fine
possible. La pastille utilisée est taillée de manière telle que celle-ci ne diffracte pas lors de
l'analyse. Le dépôt de matière à analyser correspond à une très faible quantité de matière
(environ 100 mg). On envoie des rayons X sur cet échantillon, et un détecteur fait le tour de
l'échantillon pour mesurer l'intensité des rayons X selon la direction.
Pour pouvoir identifier les différentes phases nous avons utilisé le logiciel Origine 6.0, afin
d'identifier les phases présentes grâce aux intensités et aux positions angulaires de chaque
raie de diffraction (valeur 29) {fig. 1). Cette identification a été faite en deux étapes : une
étape de recherche à partir du logiciel PCPDFWin dans une base contenant tout les signatures
possible (Fiches ASTM), puis une confrontation des valeurs 28 de chaque pics du
diffractogramme ou du spectre avec les fiches ASTM probables.
,-.... Cil ::i .._,
-.s
·-
rn s::Ë
-1200 30.96 1000 800 600 1 29.44 400 26.68 41.16 51.12 200oj
,
60 70 80 10 20 30 40 502Theta (
0 )Fig.Ill 1: Spectre DRX d'un échantillon de sable de la carrière de Dj. Mrada,faisant ressortir les différentes
phases avec les valeurs de l'angle de diffraction 20
g
{5~
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... 5· ;:::$ ~~
~ ~Quai~ : a
Calcium Carbonate
M olecular 'Weight: 1OO.09 Rel: Bernstein. L.. Menlo Park. CA. USA. Private Communication. 1994 olume{CD]: 367.85 Dx: 2.711 Dm: J} S.G.: Rjc (167) -=~ >-CeU Parameters: (f)
.,
~ a 4.989 b c 17.06 'O.,
ë -.~ t: SS/FOM: F30=999(.0003. 33) u.. cr (f) l/lcOI: Rad: CuKa1 0 25 50 75 100 125 28" Lambda: 1.54056Filter: 28 int·f h k 1 28 int·f h k 1
d·s : calculated 72.890 37 2 1 ËI 104.11 24 2 1 ï4 Minerai Name: 73.665 8 0 3 6 105.82 18 2 3 4 Calcite 76.269 15 2 2 0 106.12 44 0 4 8 77.157 28 1 1 î2 107.33 10 0 216 80.938 8 1 3 2 108.02 6 3 2 5 81.521 37 1 210 109.54 42 4 1 0 82.103 5 0 114 110.46 19 2 2ï2 83.766 68 1 3 4 114.03 6 2 3 ..,. 84.802 35 2 2 6 117.93 19 3 2 â 86.456 9 2 1 îi 118.77 18 4 1 6 57.397 118 1 2 2 93.053 14 2 014 119.24 22 1 216 58.078 12 1 010 94.708 49 4 0 4 120.76 28 1 118 60.666 66 1 2 4 94.998 53 1 3 ë 127.23 6 5 0 2 60.996 30 2 0 8 96.156 25 1 016 127.96 32 2 3Ï() 61.372 36 1 1 9 96.197 8 1 1 î5 128.54 6 2 1 î7 63.050 27 2 1 5 97.693 6 1 2ï3 128.70 8 1 3ï4 64.658 84 3 0 0 99.152 54 3 012 130.84 25 0 5 4 65.610 48 0 012 102.21 7 2 3 1 133.96 31 0 1 20 69.184 19 1 2 7 102.93 27 3 2 2 134.49 8 3 2îi 70.239 31 0 210 103.52 6 3 110 135.71 16 3 3 0
Figure
Ill
2 : fiche ASTM de CaC03 structure du type trigonal43-0697 Qualit1,1: • ( Ca,Mg JC 03
CAS N urnber: Calcium Magnesium Carbonate
M olecular \Il eight: 97.88 Ref: Blanchard, F .• Dept. of Geology. University of Florida. Gainesville. Florida. USA, ICDD
Volume[CD! 356.53 Grant·in·Aid. (1991 l DK 2.735 Dm: S.G.: R3c (167) 'l - >-CeH Parameters: =:t:: a 4.942 b c 16.85 Cil ~ Cl) et p 'I' 'tlë Cil- ~ 1 1 SS/FOM: F28=70(.0122. 33) .~ 1:: 1 111111
li
Il hil
1117l/lcor: u.. Cil cr 1
Rad: CuKa1 1
4s
60
15
Larnbda: 1.540598 0 15 30 l}j· Filer: Graph ~ int·f h k 1 l}j int·f h k 1 ~ int-f h k 1 d·so: diffractometer Minerai Name: 23.264 5 0 1 2 58.009 9 1 2 2 73.806 2 1 2 8 Calcite. magnesian 29.714 100 1 0 4 58.837 1 1 010 74.528 <1 3 0 6 31.846 3 0 0 6 61.348 6 2 1 4 77.138 1 2 2 0lj!i
j]Q
12
] ]01
61.737 3 2 0 8 78.244 3 1 112 39.810 22 1 1 3 62.158 3 1 1 9 82.618 2 2 110 43.601 13 2 0 2 63.755 2 1 2 5 84.757 4 1 3 4 47.619 7 0 2 4 65.363 9 3 0 0 85.853 2 2 2 6 48.127 28 0 1 8IS!i 5.42
j0
Q12
1
87.610 <1 1 211 49.063 21 1 1 6 69.998 2 2 1 7 57.171 3 2 1 1 71.138 2 0 210Figure Ill 3 :
fiche ASTM de (Ca, Mg) C03 structure du type trigonalChapitre III Caractérisation minéralogique par diffraction de rayons X (DRX)
136-0426 Quality: • Ca Mg ( C UJ )2
CAS Number: 16389·88·1 Calcium Magnesium Carbonate
MolecularWeight: 184.40 Rel: Keller, L., McCarthy, G., North Dakota State Univ., Fargo, ND, USA, ICDD Volume[CD]: 320.88 Grant-in-Aid, [1985} Dx: 2.863 Dm: 2.860 S.G.: RJ (148) A 1 - >-CeH Parameters: =~ a 4.809 b c 16.02 (/) ~ et. p
,.
'O?: 1il
1,1 1 ll1 ~ Q) -SS/FOM: F30=148(.0063, 32) X Ol ~ 5-1I
CD lllc01: (/) 1l
1 1111 1 Il 1 1 Il 11111 1 1111 Rad: Cul<.a 1 1 1 6'o7s
Lambda: 1. 54178 0 15 30 45 2f1• Filter: Graph2B int·f h k 1 2B int-f h k 1 2B int·f h k 1
d·sp: diflractometer
Minerai Name: ,,. { 3' 1 1 1 52.398 <1 2 0 5 77.utO 1 1 2 fi
Dolomite ,r 1
'
0 58.950 2 2 1 1 77.485 <1 3 0 6 1111 1 ISMZ9 4 1z
21 79.768 1 2 2 0 .! 60.064 <1 0 2 7 80.467 <1 2 011 62.058 <1 1 010 81.439 <1 1 013 ISH99 2 2 , 41 82.181 <1 2 2 3 1' 64.558 2 2 0 8 82.670 1 1 112 65.202 1 1 1 9 84.795 <1 3 1 2 ' 1 66.133 1 1 2 5 86.720 1 2 1 10 45.200 1 1 0 7 IS7.449 2 3 0 01 87.984 <1 1 3 41n~~
~~
~ ~
1\
70.024 <1 3 0 3 88.638 <1 0 114~~:~~~ ~
~ ~~~Il
89.365 1 2 2 6 89.530 <1 3 0 9 51.327 2 0 0 9Figure III.4 : fiche ASTM de CaMg(C03) 2 structure du type trigonal
46·104 Quolit : • 510
CAS Number: Silicon Oxide
Molecular Weight: 60.00 Ref: Kern,A .. Eysel, W .. Mineralogisch-Petrograph. lnst., Univ. Heidelberg, Germany, Volume[CD): 113.01 ICDD Grant-in-Aid 1993
Dx: 2.649 Dm: 2.660
S.G.: P3221 (154) '}
-
>-Cell Par ameters: :.=:t:::
a 4.913 b c 5.405 (() ~
.,
ct. iË SS/FOM: F30=539(.0010, 31) .~ t: l/ICOI: 3.41 u.. cr (() Rad: CuKal Lambda: 1.5405901 0 25 50 75 1 OO 125 ai· Filter: Ged-s : diffr actometer ai int·f h k ai int·f h k
Minerai Name: 77.675 1 2 2 0 114.06 <1 3 2 2 Quartz, $yn 79.004 2 2 1 3 114.46 2 4 0 3 00.047 <1 2 2 1 114.63 2 4 1 1 01 .173 2 1 1 4 115.00 <1 2 2 4 01.491 2 3 1 0 117.53 <1 0 0 6 83.840 1 3 1 1 118.31 <1 2 1 5 84.957 <1 2 0 4 120.12 1 3 1 4 07.439 <1 3 0 3 121.85 <1 1 0 6 90.831 2 3 1 2 122.60 <1 4 1 2 92.788 <1 4 0 0 127.25 <1 3 0 5 94.651 1 1 0 5 131.20 <1 1 1 6 95.119 <1 4 0 1 132.75 <1 5 0 1 96.238 1 2 1 4 134.29 <1 4 0 4 98.751 1 2 2 3 136.42 1 2 0 6 102.23 <1 1 1 5 137.89 2 4 1 3 102.56 <1 3 1 3 140.31 <1 3 3 0 103.87 <1 3 0 4 143.25 3 5 0 2 104.20 <1 3 2 0 144.11 <1 3 3 1 106.59 <1 3 2 1 112.11 <1 4 1 0
