MINISTÈRE DE L'INDUSTRIE ET DE LA RECHERCHE

BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES

SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONALB.P. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.00.12

LES GISEMENTS ARDOISIERSD'ALLASSAC ET TRAVASSAC (Corrèze)

ET DE RÉNAZÉ (Mayenne)

ANALYSE DE LA FRACTURATION, RECHERCHE DE CRITÈRES DE FISSILITÉ

par

D. CHARPENTIER

BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES

SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL

Département géologie de l'aménagement

Géotechnique

B.P. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.00.12

75 SGN 218 AME Mai 1975

R E S U M E

La présente étude a pour but :

- de prévoir la fissilité des schistes ardoisiers en fonction de leur pétrogra-phie et de leurs propriétés phys ico -mécaniques ;

- d'analyser la fracturation des gisements ardoisiers et son rôle sur l'ex-ploitation de la masse schisteuse.

Pour cela, trois gisements différents ont été retenus : A L L A S S A Ce t T R A V A S S A C (Corrèze), en bordure de "l'Anticlinal de T U L L E " et R E N A Z E(Mayenne), au coeur d'un des synclinaux paléozoiques du Sud de R E N N E S .

Cette étude s'insère, pour les gisements du bas Limousin, dans leprogramme des travaux entrepris par le Laboratoire de Pétrologie de l'Uni-versité d'Orléans et, pour le gisement de Mayenne, dans le cadre d'un tra-vail réalisé par le Bureau de recherches géologiques et minières et le Grou-pe armoricain d'étude des socles de l'Université de Rennes.

La fissilité, propriété mécanique essentielle des schistes ardoi-siers est en rapport avec la granulométrie et le degré d'orientation des cons-tituants mineralogiques. Ces paramètres texturaux ne sont pas indépendants.

L'aptitude du schiste à se fendre est corrélable avec son comporte-ment à certaines sollicitations mécaniques (compression simple, tractionindirecte).

Lors de cette étude, deux essais originaux ont été mis au point :

- l'essai de rugosité consistant à déterminer, par l'analyse de profils, l'étatgéométrique de surface des plans de schistosité et qui permet, au seind'un m ê m e gisement, de distinguer les schistes fissiles des schistes sté-riles ou non utilisables pour la fabrication des ardoises ;

- l'essai de fendage dynamique, proche de l'action du fendeur, qui fournitun bon indice de fissilité.

L'analyse structurale dans les gisements ardoisiers montre que lafracturation suit des orientations privilégiées. La densité de fracturationconditionne l'exploitabilité du niveau lithologique favorable. Une seule fa-mille de fracture peut empêcher toute exploitation.

SOMMAIRE

pages

RESUME

CHAPITRE 1

1 - GENERALITES SUR L'EXPLOITATION ARDOISIERE 21.1 - Les problèmes liés à l'exploitation ardoisière 2

1.1.1 - Les débouchés commerciaux 21.1.2 - Les réserves des gisements 3

1.2 - Les exploitations ardoisières en France 31.3 - Les méthodes d'exploitation 5

1.3.1 - Exploitation à ciel ouvert 51.2.2 - Exploitation souterraine 7

CHAPITRE 2

2 - LES GISEMENTS ARDOISIERS DU BAS LIMOUSIN (Corrèze) . . 112.1 - Introduction historique et géographique 11

2.1.1 - Historique des ardoisières de Corrèze . 112.1.2 - Situation géographique des ardoisières

de Corrèze 112.2 - Contexte géologique et structural du bas

Limousin 112.2.1 - Cadre général 112.2.2 - Cadre régional 11

2.3 - Géologie de la zone des ardoisières 132.S. 1 - Lithostratigraphie 132.3.2 - Structurologie 16

2.4 - Implantation des exploitations actuellementen activité 182.4.1 - L'exploitation d'Allassac 182.4.2 - L'exploitation de Travassac 18

CHAPITRE 3

3 - LE GISEMENT ARDOISIER DE RENAZE (Mayenne) 243.1 - Introduction historique et géographique 243.2 - Cadre géologique et structural régional 243.3 - Environnement géologique du niveau ardoisier . . 26

3.3.1 - Stratigraphie des schistes à Trinucleus 263.3.2 - Cadre structural du gisement 29

3.4 - L'exploitation de Rénazé 29

pages

CHAPITRE 4

4 - CARACTERES LITHOLOGIQUES ET STRUCTURAUX DESMATERIAUX ARDOISIERS 334.1 - Echantillonnage 334.2 - Etude macroscopique 34

4.2.1 - La stratification 344.2.2 - La schistosité 344.2.3 - Le Langrain 354.2.4 - Autres linéations 35

4 . 3 - Etude microscopique 354.3.1 - Les schistes ardoisiers du bas Limousin 35

4.3.1.1 - "Ardoises d'Allassac" 364.3.1 .2 - Schistes de Donzenac 384.3.1.3 - "Quartzites de Comborn"

(Micaschiste de Travassac) . . . 384.3.2 - Les schistes ardoisiers de Rênazé 39

4.4 - Composition chimique et minéralogique 404.4.1 - Analyse chimique 404.4.2 - Composition minéralogique 40

4.5 - La texture des matériaux 434.5.1 - Les schistes d'Allassac 454.5.2 - Les micaschistes de Travassac 484.5. 3 - Les schistes de Rénazé 48

4.6 - Conclusions 51

CHAPITRE 5

5 - CARACTERISTIQUES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES MATERIAUXARDOISIERS 565.1 - Introduction 565.2 - Eléments d'anisotropie géométrique ou structurale 565.3 - Propriétés physiques 58

5.3.1 -Masse volumique 585.3.2 - Vitesse de -propagation du son 58

5.3.2.1 - Principe de la méthode 585.3.2.2 - Détermination des vitesses

de propagation 595.3.2.3 - Application aux schistes

ardoisiers 595.3 .2 .4 - Résultats et remarques 59

5.4 - Caractéristiques mécaniques 615.4.1 - Résistance à la compression simple 61

5.4.1.1 - Principe de l'essai 615.4.1.2 - Application aux schistes

ardoisiers 615.4.1.3 - Les modes de rupture observés 615.4 .1 .4 - Résultats et remarques 615.4.1.5 - Coefficient d'anisotropie . . . . 64

5.4.2 - Résistance à la traction mesurée parl'essai brési lien 65

pages

5.4.2.1 - Principe de l'essai 655.4.2.2 - Application aux schistes

ardoisiers 655.4.2.3 - Résultats et remarques 70

5.4.3 - Résistance à la traction mesurée parl'essai Franklin 705.4.3.1 - Principe de l'essai 705.4.3.2 - Application aux schistes

ardoisiers 725.4.3.3 - Résultats et remarques 72

CHAPITRE 6

6 - LA FRACTURATION DES GISEMENTS 786.1 - Généralités 78

6.1.1 - Echelle de fracturation 786.1.2 - Les paramètres caractéristiques d'une

fracture 786.2 - La fracturation dans les exploitations du

bas Limousin 796.2.1 - Terminologie ardoisière 796.2.2 - Analyse statistique de la fracturation . 806.2.3 - Les paramètres géométriques 80

6.3 - La fracturation dans l'exploitation de Rénazé .. 866.3.1 - Eléments directionnels et subdirec-

tionne Is 866.3.1.1 - "Chauves" 866.3.1.2 - "Bavures" et "Rembrayures" . . . 87

6.3.2 - Eléments transverses à la direction deschistosité : Feuilletis 89

6.3.3 - Autres types d'éléments mineurs defracturation 956.3.3.1 - "Assereaux" 956.3.3.2 - "Chefs" 95

CHAPITRE 7

7 - LES CRITERES LITHOLOGIQUES DE FISSILITE 987.1- Introduction 987.2 - La composition minéralogique 98

7.2.1 - La nature des phyllites 987.2.2 - Le rapport quartz/phyllites 99

7.3 - La granulome trie des constituants 997.4 - Le "Microfaciès" 997.5 - Le degré d'orientation des phyllites 101

7.5.1 - L'indice photométrique 1017.5.1.1 - Principe de la mesure 1017.5.1.2 - Application aux schistes de

Rénazé 1027.5.1.3 - Corrélations entre l'indice

photométrique et certainsparamètres lithologiques 102

7.5.2 - La goniométrie de texture 1027.6 - Conclusion 107

pages

CHAPITRE 8

8 - LES CRITERES PHYSICO-MECANIQUES DE FISSILITE 1098 . 1 - Introduction 1098.2 - L'état géométrique de surface ou rugosité . . . . . . 109

8.2.1 - Généralités 1098.2.1.1 - Domaine d'application des

mesures de rugosité 1098.2.1.2 - Les moyens de mesure 1098.2.1.3 - Les critères de profil 110

8.2.2 - La rugosité géométrique des roches 1108.2.2.1 - Les appareils d'enregistrement

de la rugosité des roches . . . . 1108.2.2.2 - Analyse d'une surface rocheuse

à l'aide de la boussole de CLAR 1128.2.2.3 - Analyse d'un profil 112

8.2.2.3.1 - Eléments géomé-triques des profilsde rugosité 112

8.2.2.3.2 - Exploitations desdonnées du profil 114

8.2.3 - Application aux schistes ardoisiers . . . . 1148.2.3.1 - Dispositif d'enregistrement

des profils 1148.2.3.2 - Conditions de mesure 1148.2.3.3 - Interprétation des profils . . . 116

8.2.3.3.1 - La méthode desangles 116

8.2.3.3.2 - Longueur portanteou fractionportante 117

8.2.3.4 - Anisotropie de rugosité ...... 1178.2.3.5 - Rugosité des différents

schistes 1208.3 - La résistance au fendage dynamique 125

8.3.1 - Le travai l du fendeur 1258.3.2 - Mise au point d'un essai de fendage .... 1258.3.3 - Résultats 1258.3.4 - Calcul théorique de l'énergie de fendage 130

8.3.4.1 - Energie de décohésion 130.8.3.4,2 - Vérification expérimentale ... 131

8.3.5 - Conclusion 132

CHAPITRE 9

9 - CRITERES D'EXPLOITABILITE 1349.1 - Analyse statistique de la fracturation 134

9.1.1 - Orientation des fractures 1349.1.2 - La densité de fracturation 135

9.2 - Utilisation des sondages 1359.2.1 - Les différents stades d'utilisation 1409.2.2 - L'orientation des sondages 1409.2.3 - La densité de fracturation 142

CONCLUSION 143

BIBLIOGRAPHIE

CHAPITRE 1

GENERALITES SUR L'EXPLOITATION ARDOISIERE

- 2 -

1 - GENERALITES SUR L'EXPLOITATION ARDOISIERE

1.1. Les problèmes lies à l'exploitation ardoisière

L'exploitation ardoisière en France, après avoir été très florissante àla fin du XIXème siècle, rencontre actuellement des difficultés d'ordres économi-ques et techniques.

1.1.1. Les_ débouchés^ eonmevciaux_

L'industrie ardoisière a eu des périodes de crise dues en particulier àla concurrence d'autres matériaux (tuiles mécaniques, fibrociment, shingle, ...)et aux nouvelles méthodes architecturales. Il semble actuellement que l'on voitse développer un regain d'activité. Ce phénomène est lié à plusieurs facteurs,notamment : la multiplication des constructions individuelles et l'utilisation duschiste ardoisier comme matériau d'ornementation.

Mise à part la région angevine,, les exploitations ardoisières en Franceont des débouchés essentiellement régionaux, et pour certaines, uniquement locaux.Dans ce dernier cas, les exploitations voient leur avenir fortement compromis.

Les deux tableaux ci-après donnent à titre indicatif un aperçu del'évolution de la production nationale depuis le début du siècle et un étatrécent de la production des différents centres français d'exploitations ardoisières,

- Production d'ardoise marchande en France de 1900 à 1971 :(en"milliers de tonnes)

1900

1913

1919

1925

1930

1938

1950

25.7

321

167

288

259

130

163

1953

1956

1960

1963

1966

1969

1971

145

126

108

116

122

116

110

(1) La production d'ardoise a atteint son apogée avec 350 000 t en 1875. LaFrance reste le premier producteur avec environ 40 % de la productionmondiale.

- Production des "bassins" ardoisiers français en 1971(2)

_ o _

"Bassins"

Anjou

Bretagne

Pyrénées

Montagne Noire

Corrèze

Savoie

Ardennes

FRANCE

Ardoise

Tonnes

93 239

5 452

4 424

3 192

1 377

1 210

446

109 340

Pourcentage

85 %

5 %

4 %

3 %

1,3 %

1,1 %

0,4 %

Autres produits

Tonnes

17 545

2 530

2 674

826

1 529

1 140

1 842

28 086

Pourcentage

62,5 %

9 %

9,5 %

3 %

5,4 %

4 %

6,6 %

(2) D'après : Statistiques de l'industrie minérale. Annales des Mines, (1971)

1.1.2. Les_ réserves _des_g-isements

La plupart des exploitations ardoisières sont très anciennes. Le poidsde l'héritage séculaire est souvent lourd pour certaines exploitations qui voientleurs réserves s'amenuiser et qui ne peuvent s'étendre pour plusieurs raisons :domaine de propriété limité, multitude de vieux travaux alentours, incompréhen-sion de la structure du gisement, épuisement des travaux de recherches.

Les exploitants ont récemment pris conscience de l'importance del'utilisation des méthodes modernes de la géologie pour la recherche de niveauxfissiles exploitables. Jusqu'à présent l'empirisme des méthodes de recherche etd'exploitation était total. En comptant trop sur la chance, les ardoisiers ontrencontré souvent des surprises très désagréables telles que : remplissagesfiloniens, failles à rejeux importants, diaclases et accidents structurauxréduisant la qualité du matériau ou interdisant toute exploitation.

Il semble donc nécessaire pour l'avenir d'employer des méthodes derecherches analogues à celles de la géologie minière afin de remplacer lestravaux de galeries, de travers-bancs de recherches et les ouvertures de chambresd'exploitation hasardeuses et coûteuses.

1.2. Les_exp_loitations ardoisières_en_France

Au terme ardoise on associe bien souvent celui d'Angers. La régiond'Angers et plus précisément l'Anjou-Mayenne constitue, il est vrai, le plus im-portant centre français de production d'ardoises de qualité. Ces exploitationsfournissent à elles seules 85 % du tonnage d'ardoise marchande de la productionnationale.

Il existe cependant d'autres gisements en France, qui ont été ou sontencore actuellement exploités (fig. 1). Mis à part l'Anjou-Mayenne, six autresprincipaux groupes ou "bassins" peuvent être distingués, ce sont : la Bretagne,les Ardennes, la Savoie, les Pyrénées, le Tarn et la Corrèze (cf. tableaupage 6).

- 4 -

Fig. 1 - A R D O I S I E R E S E N F R A N C E (en activité au, 31 -XII-70)

exploitations particulièrement importantessont figurées par des signes plus grands

(extrait : Annales des Mines - 197 1)Statistique de l'industrie minérale

- 5 -

Les schistes ardoisiers exploités en Anjou-Mayenne se situent principa-lement dans la formation des "Schistes d'Angers", ou schistes à Calymene tristanide l'Ordovicien moyen et la formation des "Schistes de Riadan" ou schistes à Tri-nualeus de l'Ordovicien supérieur, au sein des synclinaux paléozoïques du massifArmoricain.

La plupart des ardoisières de Bretagne exploitent les schistes du Car-bonifère inférieur de Châteaulin. Quelques unes extraient leur matériau des schi-stes précambriens.

Dans les Ardennes, de nombreuses exploitations, pour la plupart aban-données , sont ouvertes dans les niveaux cambriens métamorphiques et non méta-morphiques du massif de Rocroi de l'anticlinal de l'Ardenne.

En Savoie, plusieurs régions font l'objet d'exploitations ardoisières.Dans la zone ultradauphinoise, de nombreuses exploitations se développent dans leFlysch nwmulit'Lque des Aiguilles d'Arve, au niveau de la Maurienne,- et-dans lesschistes noirs des écailles mésozoïques inférieures. Dans la nappe de la Brèchedes Préalp.es du Chablais, les schistes ardoisiers intermédiaires du Malm y sontexploités.

Dans les Pyrénées, on exploite près de Lourdes les schistes noirs cré-tacés du Fly sah de Lugagnan.

Sur le versant méridional de la montagne Noire, dans les monts deLacaune, les schistes ardoisiers cambriens y sont exploités.

Enfin, en bas Limousin, on exploite les formations épizonales enbordure de 1'"Anticlinal de Tulle".

Comme on peut le remarquer, les formations ardoisières^ exploitées sontde natures pétrographiques variées et d'âges très divers. D'autre part, tous lesgisements se situent dans des zones ayant subi des efforts tectoniques plus oumoins intenses qui ont contribué (tectonique souple) au développement du "clivageschisteux".

1.3. Les_méthodes_d^ex2loitation

L'extraction en carrières à ciel ouvert des schistes ardoisiers esttrès ancienne et remonterait au-delà du Xllème s-ièele. Jusqu'au début du XIXèmesiècle, c'était le seul procédé connu.

Cette méthode artisanale, est encore pratiquée en Bretagne, et en Corrèzenotamment. La méthode à ciel ouvert devenant, au fur et à mesure que la carrières'approfondissait, de plus en plus onéreuse et dangereuse, on a adopté l'extrac-tion souterraine beaucoup plus rationnelle et économique.

1.3.1. Ex£loitcztion_à_aiel_ ouvert

Dans la plupart des cas, l'exploitation .en carrières à ciel ouvert ou"découvertes" a été favorisée par les conditions géalagiques structurales desgisements ardoisiers. La forte inclinaison des couches schisteuses ou de laschistosité ardoisière a permis de foncer des exploitations parfois très pro-fondes (50 à 100 m) pour une puissance.de schistes fissiles limitée.

L'ouverture des carrières à ciel ouvert se pratiquait, soit sur les flancsdes collines (cas de nombreuses exploitations artisanales), soit en bout de colline,recoupée par une vallée, pouvant alors former de gigantesques tranchées. L'emplace-ment de la carrière était décapé des morts-terrains et du schiste altéré ; une fois

- 6 -

04

05

Ordovicien moyen

Ordovicien supérieur

Llandeilien

Caradocien

Schistes ardoisiers à

Calymene tristani

Schistes ardoisiers àTñnucleus

Maine et Loire

Mayenne

TRELAZELA POUEZENOYANT-LA-GRA VOY EREC O M B R E E

RENAZE

BRETAGNE

b3

hi-2

Briovérien (sup. ?)

Carbonifère inférieur Dinantien(Viseen ?)

Schistes, calcaires etarkoses de Corps Nuds

Schistes de Chateaulin

Morbihan

Finistère

COteS-du-Nord

P L O E R M E L

SPEZET

MAEL-CARHAIXSTE-TREPHINEPLEVIN

ARDENNES

k3-4

k5-6

Cambrien (moy. ?)

Cambrien supérieur

Devillien

Revinien

Quartzites, schisteset phyllades de l'assisede Fumay

-

Ardennes

-

F U M A Y

RIMOGNE

ALPES

L6

J3J4-6

e3-7

Jurassique inférieur

Jurassique moyenet supérieur

Eocène

Domérien inf. ?

Callovo-Oxfordien

Priabonien(et Lutétien ?)

Schistes noirs desécailles de la zone ultradauphinoise

Schistes ardoisiers de lanappe de la Brèche

Schistes calcaires ar-doisiers du Flyschultra-dauphinois

Savoie

Haute-Savoie

Savoie

S T - C O L O M B A N - D E S -VILLARDS

VENOSC

MORZINE

ST-JULIEN-MONT-DENISMONTRICHER

PYRENEES

c6-5 Crétacé supérieur Campanien etSantonien

Schistes noirs duFlysch de Lugagnan

Hautes-Pyrénées

L U G A G N A NOSSENLABASSERESAINT-CREAC

M O N T A G N E NOIRE

k3-4

k5-6

Cambrien moyen

Cambrien supérieur

(ex - Acadien)

(ex-Postdamien) Schistes noirs

Tarn

-

DOURGNE

LACAUNE

BAS-LIMOUSIN

a-b

04

Antécambrien ? ?

Ordovicien ? ? Llandeilien ? ?

Micaschistes à biotite

Ardoises d'AUassac

Corrèze

-

TRAVASSAC

ALLASSAC

Localisation géographique et stratigraphique des principalesexploitations ardoisières en France

- 7 -

atteint le schiste sain, l'exploitation s'approfondissait en gparHr>s g prallèlement au plan de fissilité.

L'exploitation- était.compliquée par l'extraction .et.le rejet des déblais,par son exposition aux intempéries, par la stabilité précaire des parois souventpresque verticales et par la difficulté d'extension. Pour ces raisons, cette mé-thode a été progressivement abandonnée au profit des carrières souterraines.

Les exploitations à ciel ouvert auraient pu subsister si les couchesexploitables avaient été plus puissantes ou les conditions structurales degisement plus favorables à une extension en surface de la masse exploitable.

Bien que certaines exploitations à ciel ouvert aient atteint des dimen-sions importantes, ce mode. d_'exploitation n'a permis d'exploiter que la partiesuperficielle des gisements.

1.3.2.

Les exploitations, en. carrière.à ciel ouvert arrivant- à la limite deleurs possibilités, la nouvelle méthode consistait à foncer un puits sur la "veine",soit en zone vierge, soit au fond d'une carrière à ciel ouvert. Après avoirlaissé un stot de schiste altéré non utilisable ou de protection, on pratiquaitl'ouverture de chambres rectangulaires (fig.. 2a-b).

L'exploitation souterraine se développait, au fur et à mesure del'extraction, en direction de la couche exploitable, par un réseau de galeries etde petits puits internes.

Actuellement, dans les grandes exploitations le puits est généralementfoncé en dehors de la zone exploitable, des travers-bancs relient à différentsniveaux le puits principal aux collectrices qui desservent les chambres d'ex-ploitation.

L'exploitation dans les chambres peut se pratiquer de différentes ma-nières selon les caractéristiques du ..gisement et du matériau (fig. 2c) :

a) Méthodes classiques par tranches montantes, remblayées

La méthode par tranches montantes remblayées, ou appelée aussi méthodepar gradins renversés, consiste à abattre à l'explosif le schiste par tranches oubancs de 2 à 6 m, en voûte de la chambre. Au fur et à mesure que l'exploitationmonte on procède au remblayage. L'évacuation des blocs de schiste abattus peut sefaire vers la collectrice par l'intermédiaire d'un plan incliné en travers-bancs.

Dans certaines exploitations, l'abattage à l'explosif est remplacé parun sciage au fil qui assure un meilleur rendement pierre.

b) Méthodes par tranches descendantes

La méthode par tranches descendantes, ou méthode des fonds abaissés, aété employée dans les premières exploitations souterraines. Cette méthode estidentique à celle employée dans les anciens travaux.à ciel, ouvert-et s'effectueen gradins descendants.

Les progrès.effectués par la technique du sciage-permettent. maintenantde découper le schiste par havage. Véritables "tronçonneuses à pierre", leshaveuses à bras découpent la chambre par bancs d'environ 2 m de hauteur• C'est laméthode qui, quand elle peut être utilisée (absence de lits ou d'amas quartzeux),présente le meilleur rendement pierre.

5 0à

1 0 0 m

2 û m

- 8 -

• ' . L i m i t e

d ' a l t é r a t i o n

A n c i e nc i e l o u v e r t

P u i t s

S t o t d e p r o t e c t i o n

j G r a d i n sr e n v e r s e s

R e m b l a i s

C h a m b r eb - E x p l o i t a t i o n s o u t e r r a i n e p a r p u i t s

f o n c é s d a n s l e n i v e a u f i s s i l e. à d r o i t e d e l a f i g u r e : m é t h o d e d e s

t r a n c h e s m o n t a n t e s r e m b l a y é e s

. à g a u c h e d e l a f i g u r e : m é t h o d e d e sf o n d s a b a i s s é s .

a - A n c i e n c i e l o u v e r t r e p r i s e n

c a r r i è r e s o u t e r r a i n e

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X

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• L'imite .

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C o l l e c t r i c e

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R e m b l a i s

e x p l o i t a t i o n ¡

C h a m b r e

F o n c é e

c - E x p l o i t a t i o n s o u t e r r a i n e p a r p u i t sf o n c é s h o r s - " v e i n e "

. à g a u c h e : T r a n c h e s m o n t a n t e s r e m b l a y é e s , p a ra b a t t a g e à l ' e x p l o s i f o u s c i a g e a u f i l

. à d r o i t e : F o n d s a b a i s s é s , p a r h a v a g e

Fig. 2 - LES METHODES D'EXPLOITATION DES SCHISTESA T? TTTD C

- 9 -

De toutes ce's méthodes d'exploitation anciennes et nouvelles, que nousavons vues brièvement, il n'en existe aucune "type" applicable à tous les gise-ments. Chaque gisement a ses caractéristiques propres (volumes des chambresexploitables, qualités de la masse minérale, degré.de fracturation, etc.) qui"elles seules commandent toujours".

En fait, avec les moyens technologiques, actuels et les utilisationsmaintenant diversifiées du schiste ardoisier (ardoises, dallages, granulats,schistes expansés, paillettes . . . ) , l'ouverture de grandes carrières modernes àciel ouvert pourrait être à nouveau envisagée à condition bien sûr de découvrird'importants gisements en site vierge.

- 10 -

CHAPITRE 2

LES GISEMENTS ARDOISIERS DU BAS LIMOUSIN (Corrèze)

- 11 -

2 - LES GISEMENTS ARDOISIERS DU BAS LIMOUSIN (CORREZÉ)

2.1 . Introduçtion_historigue_et_géogra2h¿3ue

2.1.1. H^orixfueßescxraoisiere8c^: Cprrèze

La date du début .de 1 ' exploitation ardoisière est inconnue,.-cependantil est certain qu'elle est très ancienne. V. FOROT (1908) signale que l'ordre deMalte possédait en 1616 une "mine d'ardoise" à Allassac., et que la cathédrale deLimoges est couverte depuis plusieurs siècles avec des ardoises de Travassac.

Vers la moitié du XIXème siècle, l'exploitation ardoisière en Corrèzecommença à prendre de l'importance et vit son activité accrue à la suite de l'ou-verture de la voie ferrée Limoges^Brive (1871) et la création de l'usine hydro-électrique du Saillant sur la Vézère (1897).

Aux exploitations pratiquées à ciel ouvert succédaient, vers 1910, lesexploitations en carrières souterraines.par puits, et chambre unique élargie. Aulendemain de la première guerre mondiale, l'industrie ardoisière occupait en Cor-rèze plus de 500 ouvriers, avec une production s'élevant.à. 30 millions d'ardoisesen 1924. Après cette date, la production ne cessa de décroître.

Actuellement, les exploitations sont réparties entre les communes d'Al-lassac et de Travassac (près de Donzenac). Leur avenir semble fortement compromispar la difficulté d'extension et le manque de main-d'oeuvre spécialisée.

2.1.2. ^tu^^riQéo^rc^h^^j^8_jzr<^H^^j^Corrè_ze_ (fig. S)

La bande des schistes ardoisiers exploités dans le bas Limousin sesitue entièrement aux confins sud-ouest du département de la Corrèze, en borduredu département de la Dordogne_.:. cette zone étroite, orientée NW-SE, d'une ving-taine de kilomètres de long., s'étend sur la bordure du plateau du bas Limousin,depuis Donzenac au Nord de Brive, jusque dans la région de Juillac plus au Nord-Ouest. Cette ancienne surface pénéplanée surplombant.le bassin de Brive estfortement entaillée par.la vallée de la Vézère.

Des nombreuses exploitations ardoisières, abandonnées pour la plupart,les plus importantes se situent à l'Ouest de la Vézère, à proximité de la voieferrée Limoges-Brive (Allassac) et à l'Est de la RN 20 (Travassae, sur la communede Donzenac).

2.2. Çontexte_géologigue_et_struçtural_du_bas_Limousin (fig. 4)

2.2.1. Çaâre_ qênêval_

Le vieux jnôle des terrains .anciens probablement ..antéeambEien constituantle coeur du massif Central ou zone lémovico-aryerne est. ceinturé.,..dans sa partieméridionale, d'une bande de schistes sériciteux et micaschistes formés, en par-tie, à ses dépens.

Cette enveloppe cristallophyllienne constitue la zone des schistespériphériques (ROQUES M., 1971). Au sein de ces formations ectinitiques appa-raissent les migmatites des "massifs périphériques" formées d'embréchites etanatexites.

2.2.2. Çadre_ régional

La région, du bas Limousin, faisant entièrement partie de la zone desschistes périphériques, est située à l'Ouest de la Faille d'Argentat et au Sud del'Arc des migmatites de Saint-Yriex. Le bas Limousin présente une grande variété

P U Y

OAngouleme

Fig. 3 - Localisation géographique des gisements ardoisiers du bas Limousin(d'après carte Michelin au l/l. 000. 000)

- 13 -

de roches métamorphiques depuis les schistes et grès non métamorphiques en bor-dure du bassin permien de Brive jusqu'aux migmatites du coeur de 1'"Anticlinal deTulle". La série cristallophyllienne du bas Limousin est formée des termes pé-trographiques principaux suivants, du Sud-Ouest vers le Nord-Est :

Dans la coupe de l'Auvezère

I. Zone des schistes

Dans la coupe de la Vézëre

lia. Zone des micaschistessupérieurs

Dans la coupe de la Corrëze

lib. Zone des micaschistesinférieurs

III. Zone des gneisssupérieurs

IV. Migmatites

Schistes et Grès de Thiviers"Ardoises d'Allassac"

Schistes sériciteux et chloriteux

. Schistes de Donzenac

. Quartzites et quartzo-micaschistesde Comborn (Ardoises de Travassac)

. Gneiss du bas Limousin

. Leptynites de Vergonzacde Cabannesd'Albussac

. Embréchites de Chameyrat

La succession de ces termes et leur ennoyage. vers l'W-NWdétermine unedisposition anticlinale, sans signification .stratigr.ap±i±que, des isogrades du métamorphisme. L'"Anticlinal de Tulle", ou plutôt ".antiforme de Tulle" pour re-prendre le terme de J. GROLIER (1971), est jalonné par des laccolites de dioritequartzique et des massifs granitiques plus ou moins importants. De nombreuxfilons de natures variées (quartz, microgranites, dolérites ...) s'intercalentdans toutes ces formations.

2.3.

2.3.1.

A la suite de P.L. GUILLOT (1972) qui a établi une lithostratigraphieapparente des formations du bas Limousin, nous pouvons établir une coupe synthé-tique des formations cristallophylliennes renfermant les niveaux ardoisiers dudomaine de 1'"Anticlinal de Tulle" (fig. 5).

La synthèse est faite à partir des observations effectuées dans lesvallées de la Vêzère, du Clan et du Maumont noir.

Les termes pétrographiques rencontrés appartiennent à la séquencegréso-pélitique.

Dans l'ordre de succession sur le terrain et, pour les formations cris-tallophylliennes, dans l'ordre des degrés de métamorphisme croissant, on trouve :

- les schistes et quartzites ardoisiers de la formation dite des"Ardoises d'Allassac" exploités actuellement à Allassac et jadissur la rive gauche de la Vézère (Le Saillant d'Allassac). Cetteformation est largement recouverte par les grès et conglomératspermiens du bassin de Brive ;

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Fig. 4 - Schema structural du bas Limousin (d'après la carte géologique de Tulle au 1/80 000)

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- 16 -

- les grès quartzo-feldspathiques verdâtres avec des bancs graphi-teux ou formation des "Grès d'Engastine" ;

- les schistes et quartzoschistes gris ou noirs, séricito-chlo-riteux, finement lités, renfermant des niveaux ardoisiers,graphiteux et de minces lentilles doléritiques. Les niveauxardoisiers de cette formation dite des "Schistes de Donzenac"ont été exploités en plusieurs points : près de Donzenac (Espeyrut),dans la vallée du Clan (Verdier), à proximité de la Vézère (LaChartroulle), près de l'usine hydro-électrique sur la Vézère(Saut-du-Saumon) et près de Voutezac (Crouzevialle) ;

- le granite du Saut-du-Saumon, granite porphyroïde, folié, seprésentant sous la forme de corps d'orthogneiss oeillé à bio-tite. Au contact de cette formation eruptive, dans les grès etles schistes, se développent des faciès de micaschistes tachetéset de cornéennes quartzitiques à biotite ;

- les quartzites et quartzo-micaschistes gris bleuté à biotite ou"Quartzites du Comborn", terme le plus haut de la mésozone, ren-fermant des bancs de micaschistes ardoisiers ou "Ardoises deTravassac" exploités à proximité de Donzenac (Travassac) et surla rive droite du Maumont noir (Le Bouyre).

On rencontre ensuite le massif granitique d'Estivaux composé d'ungranite fin, grenu, à biotite, au-delà duquel on passe à la formation mésométa-morphique des gneiss du bas Limousin.

En résumé, il y a trois niveaux ardoisiers, deux situés respectivementdans l'épizone supérieure (Ardoises d'Allassac) et l'épizone inférieure (Schistesde Donzenac) et le troisième dans la mésozone supérieure (Ardoises de Travassac).

2.3.2. Structurolocfie (fig. 6)

La bande des terrains renfermant les niveaux ardoisiers appartient auxzones de faible degré de métamorphisme, de ce fait il est possible d'observer, àl'affleurement, schistosité, foliation et stratification.

Les remarques qui suivent sont établies au vu des observations faitesdans les carrières abandonnées, d'accès souvent difficile, et dans les carrièresactuellement en exploitation. Elles se rapportent exclusivement aux niveaux ar-doisiers :

a) Stratification. La stratification est généralement bien mar-quée, sur les échantillons et les affleurements de schistes frais, par unesuccession de lits peu épais (millimétriques) alternativement pélitiques, decouleur sombre, et quartzeux. Elle est très redressée et oscille autour d'un planvertical.

b) Schistosité. A la différence du slaty cleavage ou schistositéardoisière classique, le plan de fissilité est ici confondu avec la stratifi-cation. Il s'agit donc, du fait de ce parallélisme, d'une pseudo-foliation,au sens de P. FOURMARIER (1951). Aucune des observations faites dans les ex-ploitations ne permet d'être affirmatif quant au style tectonique affectant larégion. Cependant, B. FENET et J. GROLIER (1966) ont observé, dans la zone àniveaux ardoisiers, des figures de déformations mineures (charnières de plis,...) mettant en évidence une discordance entre schistosité et stratification.

La schistosité ardoisière est dirigée N 155° E avec un pendage de 86°vers l'Est à Travassac, et N153°E 85°E à Allassac ; vers l'extrémité nord-

Echelle :

déclinaison magnétique'(juillet 1972)

85A77

V//Ä

147 Schistosité

,78 Lithoclases

Failles (d'après carte géologiqueau 1/80 000)

Exploitation ardoisière

Terrains sédimentaires

Socle

Fig. 6 - Eléments structuraux de la zone ardoisière (d'après relevés des mesureseffectuées dans les exploitations du bas Limousin)

- 18 -

ouest de la bande ardoisière, la direction de la schistosité s'infléchit jusqu'àN 130° E à Le Mayne. Cette inflexion épouse dans l'ensemble la direction des iso-grades du métamorphisme.

c) Linéation. .Une linéation de microplissotement ou linéation degaufrage très fine est constamment observée dans toutes les exploitations. Vi-sible sur le plan de schistosité, elle plonge généralement de 10 à 15 degrés versle Nord-Ouest. A l'exploitation de Le Mayne la linéation de gaufrage se redressesur l'horizontale et plonge même de quelques degrés vers le Sud-Est.

d) Lithoclases. Les lithoclases les plus fréquentes ou tout aumoins les plus apparentes sont très obliques sur la schistosité. Des observationset mesures relatives à la fracturâtion effectuées dans quatre exploitations (Tra-vassac.,-.Le..Bouyre, Allassac et Le Mayne), il apparaît deux familles de litho-clases formant un système conjugué. Les directions moyennes de ces famillesforment un angle d'une quinzaine de degrés de part et d'autre de la directionnormale au plan de schistosité. Ces lithoclases présentent, pour les deux fa-milles, un pendage moyen de 75 à 85° vers le Sud-Est.

2.4.

2.4.1. L_''ex£loitation_d¿Allas8czo^ (fig. 7)

Le gisement ardoisier d'Allassac (Corrèze) se trouve sur une légèreeminence de terrain, à l'Ouest du village,..parallèle à la voie ferrée. Il estorienté N.NW, la longueur reconnue et exploitée atteint 1 km, sa largeur estd'environ 300 m.

Depuis l'origine de l'exploitation, celle-ci s'est toujours pratiquéepar des puits foncés dans les "filons". n£g g» A PAS p,iv+o ¿+aiar>i- nrmci^áná.!suffisamment profonds, mais surtout dès,que le schiste était devenu assez sainpour "faire de l'ardoise", des chambres étaient exécutées en direction, pouratteindre 40 à 50 m de part et d'autre du puits et jusqu'à 100 m (voire 130 m) deprofondeur, par méthode descendante ou plus rarement par méthode montante rem-blayée .

L'exploitation, actuellement en activité, est située à proximité de lagare d'Allassac et a. été pratiquée sur les deux principaux niveaux de "bonschiste" appelés "filon" de la Bleue à l'Est et Grand "filon" à l'Ouest, distants•de 20 m et puissants de 12 et 22 m.

Plusieurs autres "filons" ont également été exploités, tels le "filon"Caquette (puissant de 6 m ) , situé entre le "filon" de la Bleue et le Grand "filon",le "filon" Didou (4 à 6 m ) , le "filon" Fronty (5 à 6 m ) , le "filon" Bourdu (6 à8 m).

Actuellement, l'exploitation reprend à ciel ouvert, les niveaux de sté-rile pour le concassage ainsi que les déchets de schistes accumulés par les pre-miers exploitants favorisant l'accès à des niveaux exploitables pour l'ardoise.

L'exploitation en Corrèze du tout-venant et des "filons" de schistesrend aisées les observations lithologiques et structurales. Le prélèvement desblocs a été fait dans le "filon" Caquette et dans un niveau de stérile voisin.

2.4.2. L_''exgloitaHon_de_ Trapassao_

L'exploitation du schiste ardoisier à Travassac (commune de Donzenac,Corrèze) est très ancienne. Elle s'y est développée sur une bande d'une centaine

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de mètres de large et d'environ 1 km de long.(fig. 8), orientée N.NW-S.SE, limi-tée au Nord par la vallée du Maumont noir (ensemble faille).

Pratiquée d'abord à ciel ouvert, -au-Sud du-village, elle a pratiquementépuisé toute la largeur du gisement en bordure de la RD 25, oà.les.vestiges desimmenses tranchées, séparées par des pans de stériles-(véritables murs verticaux)pouvant atteindre 3 m d'épaisseur pour 45 m de hauteur, sont encore visibles.

Les exploitations souterraines ouvertes en fond de découverte attei-gnent, pour certaines, jusqu'à 140 m de profondeur. Le gisement possède-^ "filons"plus ou. moins puissants qui sont, d'Est en Ouest (fig. 9) :

La Charbonnelle (8m)La Jeanguinotte (14 m)La Martiale (6m)Les Quatre Maîtres (6m)La Pyboene (12 m)La Fayotte (14 m)La Girale (14 m)

Deux exploitations sont encore actives à Travassac et implantées res-pectivement au Sud du village sur le "filon" des Quatre Maîtres, et sur les "fi-lons" Charbonnelle et Jeanguinotte plus au Nord. :

Les observations et prélèvements des blocs ont été effectués dans l'ex-ploitation du "filon" des Quatre Maîtres. Cette exploitation développe un puitsfoncé sur le "filon!1, dans le prolongement des anciens découverts, atteignant35 m de profondeur et autant de longueur pour la.chambre proprement dite. Lalargeur de la chambre est identique à la puissance'du "filon", c'est-à-dire 6 m.

Exploitations

Fig. 8 - Localisation des niveaux ardoisiers de Travassac

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- 23 -

CHAPITRE 3

LE GISEMENT ARDOISIER DE RENAZE ( Mayenne)

- 2 4 -

3 - LE GISEMENT ARDOISIER DE RENAZE (MAYENNE)

3 . 1 . Introduçtionjiistorigue_et_géogra|>hiç[ue

Le second gisement ardoisier faisant l'objet de cette étude se situe àmi-distance entre Rennes et Angers (fig. 10). Il est localisé aux confins dudépartement de la Mayenne à proximité des départements du Maine, de la Loire-Atlantique et de l'Ile-et-Vilaine.

Exploité dès le 16ème siècle, le gisement de Rénazé est resté pendantlongtemps le second producteur de l'Ouest de la France.

Les exploitations à ciel ouvert ayant épuisé le volume de schiste rai-sonnablement accessible par cette méthode, l'ouverture de carrières souterrainesa remplacé au début de ce siècle les anciens travaux.

L'exploitation, en activité actuellement, est située sur la commune deRénazé et à proximité immédiate du village.. Elle s'y est développée par puits etgaleries pour exploiter l'aval-pendage des anciens découverts et ceci jusqu'à300 m de profondeur.

3.2. Çadre_géologi3ue._et_.s.tr.uçtural__régional

Le gisement de Rénazé se situe dans la partie centrale du synclinoriumde Martigné-Ferchaud le plus septentrional-des^'lsynclinaux paléozolques du Sud deRennes" (fig. 11).

Auparavant peu explorée, cette région,. limitée au Nord et au Sud par lesocle antécambrien, a été étudiée en détail par C. LECORRE (1969).

Les terrains primaires du synclinorium de Martigné-Ferchaud, de direc-tion armoricaine W.NW-E.SE, constituent une série gréso-argileuse discordante surles terrains briovériens plissés lors de l'orogenèse cadomienne. Reprise dans unetectonique souple intense à la fin du Primaire, lors de l'orogenèse hercynienne,la série a été plissée. Au cours du plissement une schistosité de plan axials'est développée à travers les niveaux argileux. Par la suite plusieurs phasescassantes ont affecté le matériau désormais trop induré pour réagir souplementaux contraintes tectoniques.

La stratigraphie générale des synclinaux du Sud de Rennes, d'après lacarte géologique au 1/80 000 peut être résumée dans le tableau ci-après :

•*—*•*"

H E

A T L A N T I Q U E

Fig. 10 - Localisation géographique du gisement ardoisier de Rénazé(d'après carte Michelin au 1/l. 000. 000)

- 26

SILURIEN

ORDOVICIEN"

sup.

moy.

inf.

CAMBRIEN

BRIOVERIEN

- Schistes à sphéroïdes- Amnélites- Grès culminants

- Schistes ä Trinueleus (schistes de Riadan)- Grès du chatelier

- Schistes à Calymene (schistes d'Angers)

- Grès armoricain sup.- Schistes intermédiaires- Grès armoricain inf.

- Schistes rouges ou verts du Pont-Ráan- Poudingue de Montfort

- Phyllades, grès, poudingues., calcaires,etc.

S4-3

S2cS2b

S2a

Slb'Slb"Slb1"

t

Sla

X

3.3. Environnement._g¿Q.logÍ£ue-du:_ni.veau^ardQÍ.aÍ£.r_(fig.^-1-1).

Dans la région orientale des "Synclinaux du Sud de Rennes", deux gran-des formations schisteuses renferment des niveaux de schistes ardoisiers ou"veines". Ces formations, ayant fait l'objet d'exploitations, sont d'âge ordo-vicien moyen et supérieur. Ce sont, respectivement :

- Les Schistes à Catymene ou "Schistes d'Angers", exploités à BelAir et Misengrain dans le synclinorium de Segré ;

- Les Schistes à Tvinualeus ou "Schistes de Riadan" exploités àRénazé.

La "veine", exploitée à Rénazé, est située au coeur de la bande desSchistes à Trinueleus limitée par les grès^.du. Silurien au Nord et les Grès duChatelier de l'Ordovicien supérieur au Sud.

3.3.1. SphistesàTrinuoleus

La masse des Schistes à Trinueleus, puissante de 250 à 300 mètres estessentiellement schisteuse, peu fossilifère, avec des faciès-pétrographiquesassez diversifiés-. La "veine" ardoisière- interstratifiée dans cette formationcorrespond à un faciès lithologique..-bien..particulier.

C. LECORRE (1969) a établi une coupe lithostratigraphiq.ua-. des Schistesà Trinuoleus (fig. 12), à partir des observations faites dans l'exploitationsouterraine de Rénazé. L'analyse pétrographique_lui.a permis de caractériser unesérie de faciès "... possédant, tous à des degrés variables une certaine schis-tosité". Trois types principaux de faciès se dégagent-de. cette analyse :

- faciès gréseux- faciès schisteux à lentilles gréseuaes- faciès schisteux fins.

Suivant la texture et la composition minéralogique, des sous-facièspeuvent être différenciés à l'intérieur de ces trois principaux types. Nousreviendrons dans les chapitres suivants de cet exposé sur les caractères par-ticuliers de ces faciès.

Tertiatre

34-3 ¿Hurien

I \$g orcJovief Supérrmu/-

Sib Ordovicien /nflérieu

:-.-'\Sia Cambrian

X fino nenien

Echelle : 1 80 000

Fig. 11 - Environnement géologique du gisement ardoisier de Rénazé(extrait de la carte géologique de C H A T E A U - G O N T I E R au 1/80 000)

- 28 -

lay

Fig. 12 - Coupe lithostratigraphique des schistes à Trinucleus(d'après C . LE C O R R E , 1969)

^ ) < © > © : Faciès gréseux( D - C D ' © ' © 1 © : Faciès schisteux à lentilles gréseuses( fà 0 : Faciès schisteux fins(j),

- 29 -

Dans la.série schisteuse, dont les différents faciès-sent souventdifficile à différentier à l'oeil nu, s'intercalent plusieurs niveaux litholo-giques bien visibles en travers-banc que l'on peut considérer comme des niveauxrepères. Ce sont, d'une.part, des bancs massifs de quartzites calcarif-ères situésau mur de la "veine", et d'autre part un niveau de schiste à gros nodules pyri-teux, encore appelé niveau, à. "chats" par les ardoisiers, situé au toit et àproximité de la "veine" ardoisière.

3.3.2. Caàpe_ struatur^l^du^.gisement

Du point de vue structural, la région de Rénazé est" située sur le flancsud du grand, syndinorium de MartignerEerchaud et en bordure de son coeur silu-rien-

Cette grande structure d'enveloppe synclinale, de direction axialeN 110° E environ présente des replis secondaires expliquant les largeurs d'af-fleurements de certaines unités lithologiques. Ainsi sur le "Bassin" de Rénazé(fig. 13) limité par les masses gréseuses du Silurien au Nord et de l'Ordovicienau Sud, les Schistes à Trinualeus affleurent sur une largeur de 600 mètresenviron. Cette dimension est incompatible avec le pendage accentué des couchesstratifiées et la puissance réelle des Schistes à Trinuoteus (250 à 300 m)définie par ailleurs. Elle s'explique par l'existence de replis internes au seinde la masse schisteuse doublée des effets cisaillants d'accidents subdirection-nels ayant joué en chevauchements (BRETON J.P. et al. 1973).

Le "Bassin" de Rénazé est découpé par des failles transversales en unesérie de blocs soulevés ou abaissés les uns par rapport aux autres, les accidentsdirectionnels viennent compliquer certains de ces blocs et notamment le blocstructural de Rénazé dans lequel est implanté l'exploitation ardoisière.

3.4. Llex2loitation_de_Rénaze (fig. 14)

L'exploitation souterraine de Rénazé s'étend sur près de 2 kilomètresde long. Du fait de la faible puissance de la "veine" ardoisière, environ 30mètres, l'extension latérale des travaux est réduite, mis'à part quelques travauxde recherches et les recettes en travers-bancs du puits d'extraction.

L'extraction se fait par chambres et piliers de'grandes dimensions(certaines chambres atteignent 30 000 mètres cube), en communication, à tous lesniveaux, espacés d'une quinzaine de mètres environ, avec un réseau-de galeriesutilisées pour le roulage des blocs.

La "veine" exploitée sur toute sa largeur, est limitée au toit et aumur par deux niveaux de schistes à nodules, non fissiles, appelés "rudes" par lesardoisiers. Les niveaux de "rudes" sont peu puissants (1 mètre à 1,50 mètre).L'inclinaison de la "veine" d'après l'analyse des plans miniers est de 80° versle Nord, tandis que la schistosité fait un angle statistique moyen de 88° vers leSud, avec l'horizontale.

La plupart des observations ont été relevées au niveau - 255 mètres del'exploitation. C'est le niveau le plus étendu aussi bien en direction que trans-versalement. C'est à cet étage également qu'est exploitée une seconde "veine"de schiste puissante de 20 mètres environ située au mur de la "veine" principaleet séparée de celle-ci par un banc de quartiztes massives de 5 mètres d'épais-seur. La seconde "veine" est constituée d'un schiste de mauvaise qualité pour lafabrication de l'ardoise, mais utilisé pour la fabrication de dalles, d'où sonappellation de "veine à dallage".

Les blocs échantillonnés ont été prélevés- dans les deux "veines" etdans la "rude".

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Fig. 13 - Carte géologique du bloc structural de Rénazé (échelle 1,15 000)(d'après les levés de Y . Q U E T E , 1973 (in. J. P . B R E T O N et al. , 1973) )

O(HCF)

Quartzitescalcarifè

•\ Veine adallage

Gres duChatellier

L 0m

Echelle 1/2 000

Fig. 14 - Coupes transversales dans l'exploitation ardoisière de Rénazé(les coupes A et B sont repérées sur la fig. 13)

Trace dplan de

schisto-sité

Quartzitecalcarifère

- 32 -

CHAPITRE 4

CARACTERES LITHOLOGIQUES ET STRUCTURAUX

DES MATERIAUX ARDOISIERS

- 33 -

4 - CARACTERES LITH0L06IQUES ET STRUCTURAUX DES MATERIAUX ARDOISIERS

4.1. Echantillonnage

Afin d'analyser la composition et la texture des schistes ardoisiers desgisements étudiés, d'une part, et leurs propriétés physiques et mécaniques, d'autrepart, des blocs suffisamment volumineux ont été prélevés dans chacune des exploi-tations visitées. On a choisi, avec l'aide des exploitants, différents types dematériaux au sein d'une même exploitation. Ces matériaux diffèrent essentiellementpar leur aptitude au fendage _ou fissilité, critère fondamental du choix.

Dans tous les cas j'ai procédé à l'échantillonnage de schistes très fis-siles et de schistes impropres à la fabrication d'ardoises, et parfois de matériauxintermédiaires.

- En bcu> Lànouà-in

Les prélèvements ont été effectués dans les exploitations.. d'Allassac etde Travassac :

1 à, Al.lass£C (fig. 7) :

blocs n° ALI : prélevés dans le "filon" Caquette. Schiste très fissileutilisé pour l'ardoisé. '

blocs n° AL3 : prélevés à proximité du "filon" Caquette. Schiste stérile

• È blocs n° TR472 : prélevés dans la "minée" ouest du "filon" des 4 Maîtres,schiste très fissile utilisé pour l'ardoise.

blocs n° TR475 : prélevés dans la "minée" est du "filon" des 4 Maîtres,schiste fissile utilisé pour l'ardoise ou pour le dal-lage .

Il n'a pas été possible de prélever, à Travassac, de schiste stérile,l'exploitation étant entièrement foncée dans le "filon".

- A RÎncLzê (Mat/ewie)L'échantillonnage a été pratiqué dans plusieurs chambres de l'exploita-

tion (fig.

blocs n° P2 : prélevés dans.la "veine" principale, chambre P2 (niveau- 102 m). Schiste très fissile utilisé pour l'ardoisefine.

blocs n° 181 : prélevés dans la "veine à dallage" chambre 181 (niveau- 255 m). Schiste fissile utilisé pour le dallage.

blocs n° P2R : prélevés dans la "rude", à proximité de la chambre P2,au mur de la "veine" principale. Schiste stérile.

D'autre part, afin d'effectuer l'analyse pétrographique des différentsniveaux ardoisiers exploités, j'ai pratiqué sur l'ensemble de la bande ardoi-sière du bas Limousin, un échantillonnage systématique dans les déblais laissés parles..anciens—exploitants.

4.2. Etude^macroscogigue

Par l'étude macroscopique des différents matériaux ardo.isiers étudiés onpeut mettre en évidence des éléments d'anisotropie structurale. Deux types d'élé-ments se dégagent des observations :

- des éléments planaires : la stratification, la schistosité,

- des éléments linéaires : les linéations de microplissotementet minérale.

4.2.1. La_stratifipation_

. Bien visible sur les schistes ardoisiers de Corrèze, elle est caracté-risée par l'alternance de lits clairs et de lits sombres correspondant respective-ment à des niveaux gréseux et à des niveaux plus pélitiques. Ce litage est signi-ficatif d'un granoclassement dont la polarité est bien visible sur certains échan-tillons. Les variations séquentielles s'observent aussi bien à l'échelle millimé-trique qu'à l'échelle décimétrique. Les échantillons d'"Ardoises d'Allassac" con-trairement aux micaschistes de Travassac ne présentent pas une stratification àplanéité remarquable, les lits pélitiques notamment semblent plus ou moins laminéspar la "schistification" et présentent de légères ondulations avec parfois des ter-minaisons lenticulaires.

. Sur les schistes ardoisiers de Rénazé, la stratification n'est pas vi-sible à l'oeil nu. Dans les faciès à lentilles, elle peut être soupçonnée en obser-vant le plan moyen de ces enclaves. Dans les faciès fins de la "veine" elle n'estpas discernable, l'homogénéité lithologique du matériau étant très grande.

4.2.2. La_schistositê

Le développement de la schistosité ardoisière est un phénomène complexedans lequel plusieurs mécanismes doivent concourir (SIDDANS A.W.B., 1972).

D'une manière générale, la schistogenèse entraîne la déformation du ma-tériau avec raccourcissement perpendiculaire au plan de clivage,- et la cristallisa-tion (ou la recristallisation) des constituants minéralogiques dans des conditionsde pression élevées (FOURMARIER P., 1936).

La schistosité développée dans les schistes ardoisiers est du typeschistosité de flux (fig. 15) caractérisée par la déformation de certains minérauxet la réorientation d'autres qui tendent ainsi |. se disposer à plat (perpendiculai-rement à la direction de contrainte maximale : 0^). Cette déformation s'accompagned'un étirement, parallèle à la direction de contrainte minimale : cr3, correspondantau longrain du schiste.

Fig. 15. Relation supposée entre schistosité de flux, longrain et el-lipsoïde des déformations.

- 35 -

La schistosité ou plan de fissilité des ardoisiers est un plan potentielexistant en tout endroit de la roche, d'où sa qualification de penetrative struc-ture.

- Les_ _s_chi¿te_s_ard£Í¿iers_ ¿e_Corrèze présentent une schistositéparallèle à la stratification,- au moins en apparence. On a donc là un cas de pseudo-foliation au sens de FOURMARIER (FENET B. et GROLIER J. , 1966).

- Les_ s_ch_isJ:e_s_a£dc isjLers_ e_Rénazé_ ont une schistosité de flux ty-pique. L'interprétation des mesures structurales effectuées dans l'exploitationmontre que l'écart angulaire avec la stratification est d'environ dix degrés.

4.2.3. Le_lonc[rain_

Le longrain des ardoisiers correspond à une direction privilégiée dans leplan de schistosité utilisée pour la taille des ardoises. Il est parallèle à la di-rection d'étirement correspondant, dans l'ellipsoïde des contraintes, à la direc-tion de la plus faible contrainte principale (03).

C'est le support du deuxième plan de clivage des ardoises, plan non figu-ré, en zone avec la direction d'allongement des minéraux de la roche.

Sur les échantillons de schistes ardoisiers de Corrèze il est soulignépar une linéation de microplissotement encore appelée linéation de gaufrage fin,visible sur le plan de schistosité.

Sur les schistes de Rénazé le plan de schistosité apparaît isotrope, sansdirection privilégiée matérialisée. Le longrain ..existe cependant et correspondpurement à l'allongement des minéraux, indiscernable à l'oeil nu, ou microlinéation(LE CORRE, 1969).

4.2.4. Autre_ JLinéation

De l'ensemble des matériaux étudiés, seuls les micaschistes, de Travassacprésentent une linéation minérale visible sur le plan de schistosité. Des cristauxde biotite de grande taille (jusqu'à 1 mm) sont rassemblés en bandes plus ou moinsétroites et discontinues. Cette linéation fait un angle d'une quarantaine de degrésavec la linéation de microplissottement, mais- n'affecte pas le débit du schiste.Elle correspond à l'intersection de petits lits de biotite avec le plan de schis-tosité pouvant souligner une légère obliquité de la stratification, ceci reste àvérifier.

4.3. Etude microscogi^ue

4.3.1. Les_ soJn.stes_cœdoïsïers_ du_pas_Limousyn_

La plupart des exploitations ardoisières de Corrèze sont actuellementabandonnées. Ces exploitations ont été établies sur plusieurs niveaux ardoisierséchelonnés sur les isogrades du métamorphisme. Afin d'analyser la pétrographie deces matériaux, j'ai procédé à un échantillonnage systématique dans les déblais desexploitations. Pour pallier la difficulté d'accès de la plupart des anciens puitsce procédé est le seul moyen de récolter du schiste non altéré.

Pour recouper le maximum d'informations d'ordre lithologiques, les lamesminces (en moyenne quatre par exploitation) ont été taillées perpendiculairement àla schistosité.

- 36 -

On peut regrouper les différents matériaux ardoisiers exploités, en troiscatégories correspondant chacune à une formation lithostratigraphique définie parM. ROQUES (1941) revue par P.L. GUILLOT (1972).

4.3.1.1. - "Ardoises d'Allassac"

- Lieu des prélèvements :

Le Saillant d'Allassac (X = 530,95 ; Y = 330,65)

- Texture granolépidoblastique plus ou moins fine carac-térisée par l'alternance de lits gréso-micacés et de lits plus grenus, leucocrates,essentiellement quartzo-feldspathiques. Cette disposition des constituants minéra-logiques souligne nettement le litage originel.

La schistosité est marquée par l'orientation préférentielle des micasparallèlement au litage. Les grains quartzo-feldspathiques ont une tendance à seréorienter dans ce plan.

Dans toutes les lames minces analysées au microscope on peut distinguer :d'une part des éléments élastiques de grande taille (jusqu'à 100 à 200 microns,dans les faciès les plus grossiers), d'autre part la matrice micacée plus fine danslaquelle les élastiques sont disposés d'une manière homogène ou bien concentrés auniveau de lits (ou séquences) particuliers. Ces éléments grossiers sont des grainsde quartz et de feldspaths-plagioclases présentant des figures de cataclases trèscaractéristiques à leur périphérie avec recristallisation des fragments cassés oubien des extinctions onduleuses pouvant témoigner des déformations souples desgrains. La matrice est alimentée en partie par les débris de élastiques occasionnéspar l'action d'un broyage mécanique, ou bien par une fraction granulometriqueplus fine des'éléments détritiques. J

Sur certaines lames on remarque des micr oplis;s ote men ts. bien marqués dans •les lits pélitiques très micacés, apparemment de mime direction que la linéation degaufrage visible sur les surfaces de schistosité des échantillons macroscopiques.Ces plis dissymétriques entraînent une réorientation des phyllites au niveau deleurs charnières. Cette disposition met en évidence une schistosité de plan axialà un stade de formation précoce orientée d'environ 50° sur la schistosité ardoi-sière (fig. 16). A l'inverse de cette dernière, la schistosité naissante n'est paspenetrative en ce sens qu'elle n'affecte pas les lits grenus et reste discontinuedans les lits micacés.

- Constituants minéralogiques :

. essentiellement du quartz et des feldspaths-plagioclases reconnais-sablés par leurs macles de l'albite. Ils constituent les éléments clastiques degrande taille et alimentent, pour la fraction granulométrique plus fine, la matricede la roche.

• le fond de la matrice est chlorito-sériciteux, avec des phyllitesmicacées et des chlorites de petite taille (quelques dizaines de micron). La séri-cite est très abondante et constitue l'essentiel des constituants des lits péliti-ques, elle est accompagnée d'un peu de chlorite.

. accessoirement on trouve quelques muscovites d'assez grande tail-le, des grains d'épidote, vraisemblablement d'origine détritique, et de la calcitesecondaire.

- Lithofaciès : les niveaux ardoisiers de la formation des"Ardoises d'Allassac" présentent le lithofaciès d'anciennes roches détritiques ter-rigènes (anciens "graywackes" ou grès argileux) à granoclassement très net, repri-ses dans un épimétamorphisme faible.

Fig. 16 - Schiste ardoisier d'Allassac (le Saillant d'AUassac). Lame normaleà la schistosité (Si) et à la linéation (¿). Mise en évidence sur la photo dedroite d'une nouvelle schistosité (S2) non penetrative.Lumière polarisée X 35

- 38 -

4.3.1.2. - "Schistes de Donzenac"

- Lieux des prélèvements :Vignols (X = 525,75 ; Y = 336,60)Crouzevialle (X = 530,60 ; Y = 333,15)Saut-du-Saumon (X = 531,70 ; Y = 331,83)La Chartroulle (X = 532,35 ; Y = 331,12)Verdier-bas (X = 534,65 ; Y = 328,30)Espeyrut (X = 535,90 ; Y = 326,85)

- Texture granolépidoblastique fine : alternance de litsgréso-pélitiques- et- de Uts- plus1 gréseux caractérises par des passages séquentielsmoins francs et beaucoup plus estompés que ceux observés dans la formation des"Ardoises d'Allassac".

La granulométrie des éléments clastiques quartzo-feldspathiques est icibeaucoup plus homogène et ne dépasse rarement 50 microns. Le pourcentage de ceséléments domine toujours sur le ciment argileux.

On observe encore dans certaines lames les figures de microplissotementgénérant une schistosité secondaire fruste et discontinue.

- Constituants minéralogiques :

. le quartz et les feldspaths calco-sodiques sont très nombreux etdisséminés dans toute la roche de manière relativement homogène. Ils sont complè-tement recristallisés et intégrés à la paragenèse.

. le fond de la roche est séricito-chloriteux, à séricite essentiel-lement .

. apparition de la biotite dans toutes les lames étudiées. Elle seprésente en lamelles de petite taille,-généralement très pâles intégrées au fond dela matrice. La proportion de mica noir reste cependant faible.

. on rencontre comme minéraux accessoires quelques grains d'épidote,quelques rares baguettes de tourmaline et de nombreux opaques.

Notons que dans les lames établies dans les échantillons de Verdier-bas,l'épidote se retrouve en quantité importante, vraisemblablement en relation avecdes niveaux de tufs basiques intercalés dans la série.

- Lithofaciès : les niveaux ardoisiers des "Schistes deDonzenac" présentent un lithofaciès plus fin, plus homogène et plus constant queles "Ardoises d'Allassac". Ce sont d'anciens grès fins argileux repris dans unépimétamorphisme élevé où la biotite commence à apparaître.

Les échantillons prélevés à Vignols présentent un faciès plus détritiquepar rapport aux faciès schisteux fins des autres échantillons. Cette variante peutêtre attribuée à un passage latéral de faciès des "Schistes de Donzenac" ou à lasituation de l'exploitation dans un niveau intermédiaire des "Ardoises d'Allassac"et des "Schistes de Donzenac".

4.3.1.3. - "Quartzites de Comborn" (micaschistes de Travassac)

- Lieu de prélèvementLe Bouyre (X = 537,60 ; Y = 326,30)

- Texture granolépidoblastique fine, très bien orientéeprésentant une alternance de lits très micacés et de lits mieux cristallisés es-sentiellement quartzo-feldspathiques. La recristallisation des minéraux est plusprononcée que dans les matériaux précédemment décrits.

- 39 -

- Constituants minéralogiques :

Quartz et plagioclases constituent ensemble la majorité des minéraux.Certains lits sont constitués uniquement de ces deux phases et présentent une tex-ture en mosaïque. Aucun feldspath maclé n'est observé.

La matrice argileuse est constituée de séricite et de biotite en grandequantité. De la chlorite accompagne la séricite en proportion plus faible.

La biotite se rencontre sous deux formes : les petites biotites, trèsnombreuses, présentant l'orientation générale des autres phyllites parallèles aulitage, et les grandes biotites pouvant atteindre plusieurs centaines de micronsdisposées très obliquement à la schistosité, parfois mime perpendiculairement.Cette deuxième génération de mica noir présente souvent des formes spongieuses etdes extinctions légèrement onduleuses. Il est vraisemblable qu'elle soit post-schisteuse.

4.2.2. Les_ sphiste_s_çzrdoï-siers_ de_Rênazê_

- Texture granolépidoblastique très fine de la matrice,et homogène à l'échelle de la lame mince. La schistosité est marquée par l'orien-tation des phyllites, généralement très abondantes, et l'aplatissement des grainsde quartz très fins, déformés par la "schistification".

On peut observer dans certains faciès la présence de lentilles, essen-tiellement gréseuses, et pour le reste à composition minéralogique semblable à lamatrice fine, mais à dominante soit carbonatée, soit phylliteuse ou pyriteuse. Cesinclusions lenticulaires, d'origine sédimentaire présentent des contours souventdiffus et sont plus ou moins schistifiées. Le pourcentage en lentilles varie géné-ralement dans le même sens que leur taille. Dans les faciès autres que la "veine",elles peuvent atteindre 1 à 2 cm de long, avec une forte proportion.

- Constituants minéralogiques :

. On rencontre essentiellement des grains de quartz très fins sou-vent aplatis dans le plan de schistosité, des minéraux phylliteux en pourcentagevariable, avec de la chlorite et de la séricite de néoformations, constituant le cimentdes grains de quartz, accompagnées de quelques lamelles de muscovite sédimentaire.

• La calcite est plus ou moins abondante et diffuse dans la roche,elle ne participe pas à la schistosité.

• Accessoirement, on trouve de la pyrite, formant parfois de grosnodules, du rutile en aiguilles, des feldspaths plagioclases, du zircon et de latourmaline.

- Lithofaciès : les formations ardoisières à subardoisiè-res des schistes à Tvinuaieus présentent le lithofaciès d'un ancien sédiment marintrès argileux, dont les faciès à lentilles indiquent le dépôt en zone épicontinen-tale "à courants de marées", ayant été repris dans un épimétamorphisme faible ac-compagné du plissement de la série et de la schistogenèse (LE CORRE C , 1969).

- 40 -

4 . 4 . Comgosition chimiç[ue_et_minëralogigue

4.4.1. Analy_se_ ehimicjue

Les résultats de l'analyse chimique globale des échantillons provenantdes trois formations ardoisières étudiées sont regroupés dans le tableau ci-après.Les échantillons analysés ont été prélevés dans des blocs de schiste très fissi-les. Les résultats sont exprimés en pourcentage d'oxyde.

SiO2

A12O3

Fe203

FeO

TiO2

MnO

CaO

MgO

Na20

K20

P2O5

H20"

H20+

S

ALLASSACEch. ALI

"Filon" Caquette

63,80 %

15,90

2,25

3,45

0,84

0,11

1,60

2,85

3,00

2,75

0,17

0,25

3,20

0,04

TRAVASSAC *

62,60 %

17,75

1,13

4,81

0,85

0,11

1,58

2,62

2,82

3,16

-

-

-

-

perte au feu : 2,64

RENAZE +Ech. P2

"Veine" principale

54,90 %

21,00

2,25

4,85

1,05

0,08

0,75

2,90

1,60

4,20

0,20

0,55

5,45

0,40

Analyse effectuée par le CRPG-Nancy (1967) (in HOUPERT R. et al. 1967)

Analyses effectuées par le BRGM-Orléans (1974)

Comparés à quelques autres analyses (tableau ci-après) ces résultatscontribuent à montrer la grande diversité chimique, donc minéralogique, des ar-doises ou plus généralement des schistes ardoisiers.

4.4.2. Composition^ minêvaloqique_

Les compositions minéralogiques des trois schistes étudiés sont donnéesen pourcentage relatif de minéraux essentiels.

ANALYSES CHIMIQUES DE QUELQUES SCHISTES ARDOISIERS

SiO2

A12O3

FeO

TiO2

MnO

CaO

MgO

Na2O

K2O

Perte, au feu

ANJOU

Trélazé(+)

59,90

20,03

10,60

0,15

0,11

0,30

1,70

1,10

1,40

4,91

La Poueze(+)

49,75

34,55

4,50

0,25

traces

0,35

0,50

3,20

3,00

4,30

Rénazé(+)

56,90

22,25

7,27

0,70

traces

0,18

2,55

1,60

2,77

5,17

Misengrain(o)

50,5

26,3

10,0

0,3

1,3

1,0

4,0

6,0

BRETAGNE

Ploermel(+)

58,75

21,00

7,25

0,20

0,10

0,60

2,80

2,40

3,00

3,89

ARDENNES

Fumay(*)

57,92

18,32

9,022,83

-

-

1,04

1,86

2,09

3,91

3,39

SAVOIE

Morzine(*)

35,06

3,85

0,411,23

-

-

29,90

1,50

0,50

1,40

CO2 =23,95

2,95

CORREZE

Allassac(+)

61,5

11,8

11,3

0,9

0,9

2,4

3,1

0,2

5,0

3,2

Le Bouyre(+)

61,80

19,25

7,80

0,85

-

1,15

2,70

4,10

2,80

(+) anonymes (1952)(*) d'après RIADAN (in MORET, 1925)(o) Lab. de miner, du Muséum d'Hist. Nat. (in LE CORRE, 1969)

- 42 -

- L<¿Á &cfaU>t<¿A cuidoÁÁÁ.QAÍ> du. bou, LmouAÁn

Composition minéralogique approchée calculée d'après la composition chi-mique :

• ^A£d£ises d/Aiia^sac^ (éch. A L 1 J

Quartz 39 %Feldspath : plagioclase (8 % d'anorthite) 30 %Muscovite 24 %Chlorite 7 %

Remarque : La norme que j'ai utilisé a été établie à l'aide des observations faitesau microscope. La composition des minéraux étalons et leur ordre deconstitution sont les suivants :

b : Plagioclase, dont la teneur en anorthite (8 %) a été dé-terminée au microscope, par la méthode d'extinction commune des macles. Tout leNa20 est épuisé pour former : x(6SiO2, A12O3, (0,92 Na20 + 0,08 CaO)).

2 - G§í?bgnat|_+_épi4ote : Le CaO est épuisé pour former arbitrairement1/3 épidote (3SîÔ27~2Cl5"2AÏ2037 Fe2O3) et 2/3 calcite (CaO).

3 - Muscovite : Le K20 est utilisé pour formery(6SiO2,

4- - CblQïiië : Tout le A12O3 restant sert à constituerz(5(Mg, Fe)0, AÏ 253"

5 - Quartz : On épuise tout le reste de SiO2.

• Hi£as.ch_is_te (de_Travass_ac (d'après HGUPERT R. et al., 19673

Quartz 31 %Feldspath : plagioclase (15 % d'anorthite) 32 %Muscovite 17 %Biotite 12 %Chlorite 8 %

- L& ¿ckútz. aAdoJÁÍeA do. Rénazé (Ma.yz.nne.) (in BRETON J.P. et al., 1973)

Composition minéralogique calculée par analyse semi-quantitative auxrayons X (G.A.E.S., Univ. de Rennes).

Quartz 15 %Muscovite 35 %Chlorite 50 %

CWoriU ¿ * BiotitcLe report de ces pourcentages dans le diagramme triangulaire "quartz et

feldspath-micas-chlorite" ci-dessus souligne nettement le caractère phyllitique desschistes de Rénazé et quartzitique des schistes de Corrèze.

Les associations minérales observées dans les différents schistes ardoi-siers étudiés nous conduisent à classer ces matériaux dans deux subfaciès dugreenschist faciès (WINKLER H.G.F., 1965) :

Les schistes de Rénazé et d'Allassac appartiennent au quartz-albite-muscovite-chlorite subfaciès correspondant à la "zone à chlorite". Les micaschistesde Travassac appartiennent au quartz-albite-épidote-biotite subfaciès correspondantà la "zone à biotite".

Les compositions chimiques reportées dans deux diagrammes ACF-A'KF expli-quent ces paragenèses (fig. 17).

4.5. La texture_des_matériaux

L'étude des caractères texturaux des matériaux ardoisiers, provenant destrois exploitations de Corrèze et de Mayenne, est pratiquée à partir des lames min-ces orientées et prélevées sur les différents blocs échantillonnés.

Les lames minces analysées au microscope sont taillées dans trois plansorthogonaux repérés par rapport au plan de schistosité et à la linéation de micro-plissotement pour les schistes de Corrèze ou à la microlinéation minérale pour lesschistes de Rénazé, correspondant toutes deux au longrain.

Ces lames numérotées de 1 à 3, pour chacun des blocs, ont été orientées :

lame 1 : parallèlement à la schistosité,

lame 2 : perpendiculairement à la schistosité et parallèlement aulongrain,

lame 3 : perpendiculairement à la schistosité et au longrain.

- 44 -

PyrophylUtem uscovite

êpidoti

F F

-milite- muscowte-c¿/or/A? subfîac-iès

ép/c/oá»

F F

'á?. épt'afob». bhb'fe s Hbfades

Fig. 17 - Composition chimique des schistes étudiés reportées dans lesdiagrammes A C F - A ' K F

(©: "Ardoises d'Allassac", A : Ardoise de Rénazé,Q : Ardoise de Travassac)

4.5.1. Les_ schistes_d¿AVtassao_

Les schistes ardoisiers exploités à Allassac appartiennent à la formationdes "Ardoises d'Allassac" et s'apparentent, à juste titre, aux échantillons préle-vés, au Saillant d'Allassac (§4.3.1.1.).

Les deux matériaux prélevés possèdent à des degrés différents une cer-taine schistosité qui dans un cas (éch. ALI) est favorable à la fabrication desardoises et dans l'autre (éch. AL3) n'autorise pas le fendage facile. Le premierconstitue le schiste fissile des "filons", le second appartient à la "marme" sté-rile intermédiaire.

a) Le schiste très fissile du "filon" Caquette (ALI) (fig. 18)

. Lamo._l. La microlinéation, confondue avec la linéation degaufrage, est bien visible sur cette lame et se caractérise par l'allongement deséléments en grains (quartz + feldspaths) et des éléments phylliteux, en proportionplus faible, dans une direction. Celle-ci est soulignée par la simultanéité d'ex-tinction des phyllites en lumière polarisée.

Ce type de lame doit être utilisé avec précaution car il n'est pas repré-sentatif d'un tel matériau. La section peut affecter aussi bien un lit très argi-leux qu'un lit essentiellement détritique.

_ 1_ &£_3. Elles permettent d'observer le feuilletage duschiste et le degré d'aplatissement de ses constituants minéralogiques.

La lame 2 révèle le litage fin de la roche soulignée par les variationssouvent très nettes du rapport (quartz + feldspaths)/phylliteux, perpendiculaire-ment à la schistosité.

Parallèlement au longrain, l'étirement des minéraux est fort. Par contresur la lame 3, le litage est encore visible, mais les sections des minéraux engrains sont pour la plupart équantes. Les phylliteux sont également plus désorien-tés, ils épousent partiellement les contours des éléments détritiques.

La granulométrie moyenne des éléments clastiques mesurée perpendiculai-rement à la schistosité, est de l'ordre de 30 microns. Il existe des éléments attei-gnant 100 microns et plus.

b) Le schiste stérile ou "marme" (AL3) (fig. 19)

. Lame. I. La texture est d'apparence granoblastique, selon cet-te section, sans orientation notable des minéraux.

. Lam£._2. Le rapport clastiques/phyllites est très élevé, laquantité d'éléments quIrtzcJ-feldspathiques atteint 80 % environ. La désorientationdes phyllites est liée à la granulométrie importante des minéraux en grains. Lataille du grain moyen est d'environ 50 microns, certains éléments atteignent200 microns.

. Lamo, 3. La texture est semblable à celle observée sur la lame1, sans orientation privilégiée.

La schistosité très fruste de ce matériau, à tendance quartzitique estsoulignée par le seul étirement notable des constituants dans la direction du lon-grain.

- 46 -

1./ à la schistosité

2 . JL à la schistosité

// au longrain

<3._JL à la schistosité

' au longrain

\ g - A R D O I S E S D ' A L L A S S A C - "filon" Caquette (très fissile) - éch. A L 1.

Lumière polarisée. X 60 , . , . . •

- 47 -

I. Il à la schistosité

2 . —L à la schistosité

II au longrain

3 . _ L à la schistosité

I au longrain

- ARDOISES D'ALLASSAC " m a r m e " (stérile) - éch. A L 3 .

Lumière polarisée. X 60 .

- 48 -

4.5. 2. Les_ nvLoaspkistes_de_ Trapas sae_

Les deux matériaux ardoisiers prélevés dans le "filon" des Quatre Maîtresà Travassac sont fissiles à des degrés différents. Leur minéralogie est identiqueaux roches prélevées dans l'exploitation de Le Bouyre (§ 4.3.1.3.). Ces micaschi-stes appartiennent aux "Quartzites du Comborn" (GUILLOT P.L., 1972).

a) Le micaschiste très fissile de la "minée" ouest .(TR472) (fig. 20)

. Lamß._l • La recristallisation des minéraux est plus forte quedans les matériaux d'Allassac. Les éléments détritiques sont complètement réinté-grés à la paragenèse. Quartz et feldspaths, présentent des contours diffus. La li-néation est nettement soulignée par l'orientation des phyllites.

. Lamz_l. Le litage originel reste discernable. Des petits litsargileux alternent avec des lits essentiellement quartzo-feldspathiques. Leursépaisseurs varient de quelques centaines à plusieurs milliers de microns.

L'allongement des minéraux est remarquable, du fait, principalement de lafaible granulométrie des grains, de l'ordre de 15 microns, et de leur fort apla-tissement. Quelques rares éléments supérieurs à 40 microns viennent perturber l'o-rientation générale, parmi ceux-ci on trouve de nombreuses biotites. La plupartcependant sont surimposées au litage.

. Lame. 3. L'étirement des minéraux est élevé et cependant moins

prononcé que dans la direction du longrain. Leur degré d'orientation est aussi plusfaible.

On remarque, comme dans la lame 2, les alternances lithologiques et laprésence de minéraux de grandes tailles.

b) Le micaschiste fissile de la "minée" est (TR475) (fig. 21)

. Lame._l. On observe la présence très fréquente de larges pla-ges de biotites (300 à 400 microns) orientées de manière quelconque par rapport àla microlinéation.

_ 1 &t_3- Ces deux lames révèlent l'hétérogénéité litho-logique très forte de ce matériau. Les alternances sédimentaires sont très nombreu-ses et très hétérogènes. La recristallisation a conféré à certains lits quartziti-ques des textures en mosaïque• Les grosses biotites sont nombreuses et souventd'orientation quelconque.

4.5.3. Les schistesde Rénazê

a) Le schiste très fissile de la "yeine" principale (éch. P2)

(fig. 22)

. Lame. 7 . Les lames orientées parallèlement à la schistosité

révèlent des textures riebuleuses avec des plages diffuses soit quartzeuses, soitphylliteuses. Les grains de quartz présentent parfois des pseudopodes qui leurconfèrent une silhouette amiboïde.

La microlinéation peut être mise en évidence par l'observation des va-riations de l'intensité lumineuse, transmise en lumière polarisée, lors de la ro-tation de la platine du microscope. Elle est également soulignée par l'allongementde certains grains.

- 49 -

1. ff à la schistosité

2 . _Là la schistosité

/ /au longrain

0 . _L à la schistosité

-Lau longrain

Fij. 20 - MICASCHISTE D E T R A V A S S A C - "filon" des 4 Maîtres - éch. T R 472.

Lumière polarisée. X 60 . ("•"•"«•" owestj ( très fissile )

1. à la schistosité

2 . X à la schistosité

// au longrain

3. J_ à la schistosité

_L a-u longrain

21-MICASCHISTE D E T R A V A S S A C - "filon" des 4 Maitres - éch. TR 475.

Lumière polarisée. X 60 . ("nninée" est) ( fissile )

- 51 -

. Lxu/nt_2. Sur les lames perpendiculaires à la schistosité etparallèles au longrain les grains de quartz présentent des sections lenticulairestrès allongées. Leur granulométrie moyenne varie de 15 à 30 microns. On observe destraînées à dominantes phylliteuses ou quartzeuses aux limites généralement diffu-ses. Le schiste est dans l'ensemble très homogène en texture et composition.

. Lamil_3. Perpendiculairement au longrain, les grains de quartzlenticulaires sont un peu moins étirés qu'ils n'apparaissent sur la lame 2. Leurdirection d'allongement reste conforme à la schistosité. La stratification estquelquefois discernable par l'obliquité sur le plan de schistosité des rares amasquartzeux ou des petits lits diffus à dominante phylliteuse. Ces discontinuitéslithologiques sont intensément reprises dans la schistosité du matériau.

b) Le schiste fissile de la "Veins à dallage" (181) (fig. 23)

Sur les lames perpendiculaires à la schistosité, apparaissent deux élé-ments texturaux bien distincts, d'une part, des enclaves lenticulaires de naturesgréseuses et, d'autre part, le ciment quartzo-séricito-chloriteux constituant lamatrice de la roche.

j Le matériau utilisé pour la fabrication des dal-les épaisses possède, pour la matrice, des caractéristiques granulometriques simi-laires à celles du schiste très fissile de la "veine".

L. £ J l £ S u r les mêmes lames onobserve de nombreux nodules, essentiellement quartzeux, très allongés, de taillessouvent importantes. Les plus gros atteignent plusieurs millimètres d'épaisseur. Lagranulométrie interne des lentilles est deux à trois fois supérieure à celle desconstituants de la matrice fine. Ces nodules sont souvent, pour les plus gros,hachés par la schistosité.

c) Le schiste stérile de la "rude" (P2R) (fig. 23)

. 1&JM<WU.C<1. La "rude" du mur de la "veine" principale, pos-sède une granulométrie 2 à 3 fois plus élevée que la matrice fine du schiste de la"veine". La taille moyenne des grains varie de 30 à 4-0 microns.

Lé. ^^^¿^_^pQ_£Les nodules d'origine sé-dimentaire sont très nombreux et peuvent atteindre des tailles centimétriques. Leslits sédimentaires ou laminés sont très nets et fréquents, leur composition et leurgranulométrie très variées.

4.6. Conclusions

Les trois schistes ardoisiers étudiés diffèrent par leur structure, maissurtout par leur minéralogie et leur texture.

La structure d'un matériau a l'autre est similaire pour les grandes li-gnes. Les schistes de Corrèze possèdent, en outre, une forte anisotropie linéaire(longrain) qui, à la différence des schistes de Rénazé, se double d'un microplis-sotement net et constant dans le plan de schistosité.

La minéralogie, fonction de la nature originelle du matériau et du degréde métamorphisme qu'il a subi, est très différente :

. Les schistes de Corrèze sont très détritiques à fortes proportionsd'éléments quartzo-feldspathiques.

- 52 -

1. JL_ à la schistosité

II au longrain

L N . X 60

23._L à la schistosité

_L au longrain

LN. X 60

2b. détail de 2a

LN. X 240

fit. 22- SCHISTES A TRINUCLEUS - R E N A Z E - 'Veine" principale - éch. P 2" (très fissile)

- 53 -

- Nodule gréseux centimétrique - Nodule gréseux repris dans laschistosité

- Laminés et nodules diffus - Laminés

Fig. 23 - Les hétérogénéités lithologiques dans les schistes ardoisiersde Rénazé. Lames perpendiculaires à la schistositéLumière naturelle - X 60. . .

- 54 -

Les matériaux d'Allassac diffèrent entre eux par leur teneur en phyHi-tes. Le schiste stérile a une composition de quartzite.

Pour les matériaux de Travassac, les phyllites micacées ne participentpas toutes à la schistosité, c'est le cas de la génération tardive des grossesbiotites. Le schiste fissile de la "minée" est en est tris riche.

. Les schistes de Rénazé ont une composition essentiellement séri-cito-chloriteuse. Pour le schiste très fissile de la "veine" les éléments quartzeuxsont en faible quantité. Ils constituent, par ailleurs, l'essentiel de la composi-tion des lentilles des matériaux fissiles de la "veine à dallage" et stériles de la"rude".

La texture granolépidoblastique de ces matériaux présente des anomaliesou hétérogénéités d'origines sédimentaires ou métamorphiques :

. Les schistes de Corrèze ont une anisotropie lithologique relati-vement forte, caractérisée par l'alternance de lits argileux et de lits quartzo-feldspathiques très irréguliers, en fréquence, composition et granulométrie.

Les matériaux fissiles d'Allassac et de Travassac possèdent cette aniso-tropie à des degrés différents. Le micaschiste de la "minée" est, est, à ce titre,le plus hétérogène.

. Les schistes de Rénazé. Le matériau très fissile de la "veine"principale possède une grande homogénéité lithologique et texturale. Les deux au-tres matériaux renferment des nodules, plus ou moins importants, en taille et ennombre. Pour le schiste fissile de la "veine" à dallage, les nodules, dans une ma-trice fine comparable à celle du schiste très fissile, participent plus ou moins àla schistosité. Dans le matériau stérile de la "rude", ils sont très nombreux et detailles plus importantes, la matrice est également de granulométrie supérieure. Aces hétérogénéités lenticulaires s'ajoutent des traînées, plus ou moins nettes, oulaminés, d'origine sédimentaire.

- 55 -

CHAPITRE 5

CARACTERISTIQUES PHYSIQUES ET MECANIQUES

DES MATERIAUX ARDOISIERS

- 56 -

5 - CARACTERISTIQUES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES MATERIAUX ARDOISIERS

5.. 1-. Introduction

Une série d'essais, réalisés couramment en Mécanique des Roches a été ef-fectuée, sur l'ensemble des différents matériaux ardoisiers échantillonnés, dans unbut double. Le premier étant l'identification des caractéristiques physiques et mé-caniques des matériaux et la définition de coefficients d'anisotropie. Le secondétant de vérifier s'il y avait un rapport entre les valeurs quantitatives obtenueset l'aptitude du schiste à se fendre ou sa fissilité estimée par les exploitants etd'expliquer éventuellement, à l'aide des observations pétrographiques et struc-turales les comportements des différents schistes ardoisiers soumis à diverses sol-licitations .

5.2. Elements_d¿anisotro2Íe_géometrÍ2ue_ou_structurale

Les matériaux rocheux faisant l'objet de ce travail sont caractérisés parune orientation préférentielle de leurs éléments constitutifs qu'ils soient d'ordreminéralogique ou d'ordre structural.

Les schistes ardoisiers sont des roches à anisotropie planaire dans uneou deux directions selon que schistosité et stratification sont ou non confondues.Les plans ainsi définis peuvent correspondre ou non à des surfaces de discontinui-tés physiques. On parlera alors de roches à anisotropie planaire discontinue ou àanisotropie planaire continue (MASURE P., 1970).

- La schistosité et la stratification étant confondues, les schistes ardoi-siers de Corrèze sont des roches à anisotropie planaire discontinue dans une di-rection. Ces matériaux possèdent un élément, d'anisotropie structurale linéaire dansle plan de schistosité : le microplissotement ou gaufrage fin. Cette linéation cor-respond au longrain.

La symétrie structurale de ces matériaux est celle du système orthorhom-bique (fig. 24). La schistosité est parallèle au plan défini par les axes a et b,la linéation est parallèle à l'axe a.

- Pour les schistes ardoisiers de Rénazé (Mayenne), la schistosité et la stra-tification forment un angle dièdre de dix degrés environ. Ces matériaux sont desroches à anisotropie planaire discontinue dans une direction (perpendiculaire àla schistosité) et continue dans une autre direction' (perpendiculaire à la strati-fication). Dans ces roches le longrain correspond à l'orientation privilégiée desminéraux dans le plan de schistosité.

La symétrie structurale de ces matériaux est ¿ en toute rigueur, celle dusystème monoclinique (fig. 25).- Le plan défini par les axes a et b2 est parallèle àla stratification, le plan défini par les axes a et b^ est parallèle à la schis-tosité, la microlinéation est parallèle à l'axe a.

La schistosité étant fortement marquée sur ces matériaux, la stratifica-tion n'est pas toujours identifiable, notamment dans les faciès fins de la "veine".Les faciès à lentilles laissent apparaître la discordance schistosité-stratifica-tion. Dans la mesure ou les lentilles sont elles-mêmes grossièrement schistosées,on peut admettre que la schistosité est plus "active" que la stratification vis-à-vis de certaines sollicitations mécaniques et ramener alors la symétrie du matériauà celle du système orthorhombique dont les axes de références sont alors a, bj et

ci-

- 57 -

Fig. 24 - Symétrie orthorhombiqueRoche à anisotropie planaire discontinue dans une direction

v^¿*ttv¿*« •fit t>£

Fig. 25 - Symétrie monocliniqueRoche à anisotropie planaire dans deux directions

- 58 -

- L'anisotropie linéaire des schistes ardoisiers, que caractérise le longrainest structuralement très différente sur les trois schistes étudiés (Allassac, Tra-vassac, Rénazé). Bien matérialisée par des microplissotements dans deux cas, elleest pratiquement invisible à l'oeil inexpérimenté dans l'autre cas. Le longrainconfère à la roche une anisotropie d'élasticité mécanique dans le plan de schis-tosité très prononcée dans le cas des schistes de Corrèze et beaucoup plus faiblepour le schiste de Rénazé.

5.3.

5.3.1. Masse_ voVwnique_

Les masses volumiques des différents schistes étudiés ont été mesurées àla balance hydrostatique. Les résultats sont regroupés dans le tableau suivant :

Nature et provenance du matériau

"Ardoises d'Allassac"Allassac (Corrèze)

Micaschiste ardoisierTravassac (Corrèze)

Schistes à TrinualeusRénazé (Mayenne)

Nombred'échantillons

10

8

12

Masse volumiquemoyenne (kg/m3)

2 737

2 754

2 784

Les variations de la masse volumique mesurée sur les trois types de ma-tériaux étudiés sont vraisemblablement liées à la teneur en minéraux phylliteux. Lamasse volumique augmente avec le pourcentage et la nature des phyllites.

Compte tenu de l'erreur faite sur la mesure, aucune variation significativen'a été enregistrée sur les différents types de matériaux (ardoise-dallage-stérile)au sein d'une même formation.

5.3.2. Vitesse_ de_proi^aga.-Hon_du_ son.

5.3.2.1. Principe de la méthode

Mesure du temps de propagation d'un train d'ondes ultrasonores à traversun échantillon de roche de longueur bien déterminée.

tructeur

Appareillage utilisé : Ausculteur dynamique à ultrasons type SBR 2. Cons-: Laboratoire d'électro-acoustique (LEA).

Une décharge électrique répétée 50 fois par seconde excite une tête pié-zo-électrique émettrice appliquée sur une face plane d'un échantillon. Un traind'ondes ultrasonores (100 kHz) est ainsi produit 50 fois par seconde, traverse l'é-chantillon et arrive sur une autre face plane parallèle sur laquelle est appliquéeune tête piézo-réceptrice qui transforme les vibrations reçues en signaux électri-ques. Ces signaux sont visualisés sur l'écran d'un oscilloscope cathodique. Le dé-clanchement du balayage est synchronisé avec l'émission de la décharge excitatrice.La mesure d'un temps de propagation se fait par coïncidence du front d'onde avec uncréneau commandé par une ligne à retard étalonnée.

- 59 -

5.3.2.2. Détermination des vitesses de propagation

a) Vitesse des ondes longitudinales (ondes de compression) : VL

On opère par transparence directe sur des éprouvettes cylindriques. Lefaisceau ultrasonore est directif, afin d'éviter les pertes d'énergie dues à latraversée des contacts têtes piézo-échantillon et d'éventuels écarts entre les axesdes têtes, les faces des éprouvettes doivent être planes et parallèles.

On mesure le temps de propagation du front d'onde au travers d'un échan-tillon de longueur déterminée.

1 : longueur mmt : temps ys

V : vitesse des ondes longitudinales km/s

b) Vitesse des ondes transversales (ondes de cisaillement) : V

La mesure de la vitesse des ondes transversales est difficile car ellessont plus lentes que les ondes longitudinales. D'autre part, le train d'ondes lon-gitudinales n'est pas encore amorti quand arrive le train d'ondes transversales.

5.3.2.3. Application aux- schistes ardoisiers

. Intérêt de la mesure : La mesure des vitesses de propagation du son dans leséchantillons de-roche étant par définition-un moyen sensible et objectif de carac-tériser des variations de propriétés mécaniques, on pouvait s'attendre à décelerdes nuances entre les différents matériaux étudiés et distinguer notamment ardoiseet stérile.

Les mesures ont été réalisées sur 28 éprouvettes de schistes ardoisiersde qualités différentes. Afin de déterminer un degré d'anisotropie des matériauxtestés (anisotropie de comportement aux sollicitations ultrasonores) 2 types d'é-prouvettes ont été façonnées. D'une part des éprouvettes carottées perpendiculai-rement à la schistosité et d'autre part des éprouvettes carottées parallèlement àla schistosité. Les dimensions des éprouvettes cylindriques sont pour les 2 cas :

- diamètre ((> = 40 mm- longueur 1 = 100 mm

Les éprouvettes présentant des fissures ont été préalablement éliminées.Seuls ont été conservés les échantillons sains et sans anomalies lithologiques re-marquables .

5.3.2.4. Résultats et remarques

Les résultats des mesures sont groupés-dans'le'tableau de la fig. 26.

. Les vitesses mesurées sont très élevées en comparaison avec celles enregis-trées sur d'autres matériaux schisteux. A titre indicatif nous donnons ci-aprèsquelques valeurs obtenues sur 3 échantillons de natures différentes :

Micaschiste de Rilhac-Xaintrie (Corrèze) (y = 2680 kg/m3)VL]_S = 3800 m/s VE//S = 4750 m/s

- 60 -

oises

assac"

"Ard

d'Ail

Micaschiste de

Travassac

<a

s à Trin

(Rénazé

Schiste

Echantillon n°Provenance

ALI"Filon" Caquette

AL3Hors-"filon" ("marme")

TR 472"Filon" des Quatre Maîtres("minée" ouest)

TR 475"Filon" des Quatre Maîtres("minée" est)

P2"Veine" ardoisière(chambre P2 ; - 102 m)

181"Veine à dallage"(chambre 181 ; - 255 m)

P2R"Rude"(proximité Ch. P2 ; - 102 m

Qualitédu

schiste

trèsfissile

stérile

trèsfissile

fissile

trèsfissile

fissile

stérile

vLls(m/s)

52605260

55605700

51305130

54005400

50005130

51305130

50004900

vL//s

(m/s)

69006900

69006900

69006900

66506900

66506650

69006900

66506900

vL//s

1,32

1,22

1,35

1,25

1,32

1,35

1,37

Fig. 26 - Tableau des mesures des vitesses des ondes longitudinales dans leséchantillons de schistes ardoisiers

Micaschiste de Vizille (Isère)= 3350 m/s

Ardoise de Fumay (Ardennes)^ = 4670 m/s

(Y = 2690 kg/m3)V.//S = 5050 m/sh(Y = 2827 kg/m3)VL//S = 6390 m/s

. Selon l'orientation de la schistosité, les vitesses de propagation des ondeslongitudinales-sont;très : différentes. ; La propagation se fait plus rapidement dansle cas des éprouvettes parallèles à la schistosité.

. Quelque soit la nature du matériau la vitesse de propagation des ondes lon-gitudinales parallèlement à la schistosité est sensiblement la même.

• Les variations de vitesse sur les éprouvettes perpendiculaires à la schis-tosité sont notables pour les schistes ardoisiers de Corrèze. Plus le matériau estgréseux, plus la vitesse est grande. Autrement dit, plus le pourcentage de phylli-tes est élevé plus la propagation des ondes ultrasonores est ralentie.

On peut définir un coefficient d'anisotropie ô, tel que :

6 =vL//s

Dans le cas d'une roche statistiquement isotrope 6 = 1 .

- 61 -

Les variations des valeurs de 6 calculées ne sont pas significatives,compte tenu de l'erreur faite sur les mesures de vitesse (± 3 % ) . Notons, cepen-dant, qu'elles évoluent dans le sens attendu pour les schistes de Corrèze.

5.4. Çaractéris tiques_mécaniques

5.4.1. Resistance à la compression simple

5.4.1.1. Principe de l'essai

L'essai de compression sur échantillon de forme régulière est courammentutilisé pour se faire une idée de la résistance d'un matériau rocheux. Il consisteà charger entre les deux plateaux d'une presse, une éprouvette en compression mono-axiale, jusqu'à la rupture. On mesure la résistance à la compression simple (R ).

5.4.1.2. Application aux schistes ardoisiers

L'anisotropie géométrique des matériaux se traduit par une anisotropie dela résistance. C'est l'anisotropie de la résistance à la compression que nous avonsdéterminée pour chacun des différents blocs de schistes ardoisiers étudiés.

Les éorouvettes testées sont de forme cylindrique (fig. 27) d'élancement(hauteur/diamètre) égal à 2, les faces étant préalablement rectifiées. Cinq lots de5 éprouvettes ont été prélevées dans chaque bloc, de manière que la schistositéfasse les angles de 0, 30, 45, 60 et 90° avec l'axe de la carotte.

T.a linéation-support du longrain, en zone avec le plan de schistositéinduit dans ce plan une anisotropie de résistance. Les éprouvettes ont été carot-tées de manière que la linéation soit toujours parallèle à la ligne de plus grandepente des plans de schistosité. Ce choix n'est pas arbitraire ; pour les sollici-tations parallèles à la schistosité, l'orientation de 1'éprouvette correspond àl'orientation de la plaque de schiste sous le ciseau du fendeur.

5.4.1.3. Les modes de rupture observés

Les modes de rupture observés lors des essais (fig. 28a-b) sont analoguesà ceux obtenus par P. MASURE (1970) avec les phyllades de Revin (matériau à ani-sotropie planaire discontinue).

Pour un faible pendage de la schistosité (a = 0°, a = 30°) la rupture estune rupture par extension orientée parallèlement au longrain.. A cette orientationprès, le mode de rupture est proche de celui que présente une roche à structurestatistiquement isotrope (type rupture en diabolo).

Pour les éprouvettes à pendage oblique (30° jf a ; 60°), il y a, dans laplupart des cas, rupture par cisaillement (ou glissement) selon un ou plusieursplans de schistosité.

Pour les lots d'éprouvettes à schistosité verticale (a = 90°), on observeune rupture par extension ou par clivage, selon de nombreux plans de schistosité.La rupture est généralement explosive et caractérise un matériau élastique fragile.

5.4.1.4. Résultats et remarques

Les diagrammes des fig. 29, 30 et 31 représentent les variations de larésistance de chaque type de matériau en fonction de l'orientation de la schisto-sité dans un repère en coordonnées polaires (R , a).

C

- 62 -

D : Diamètre de l'éprouvette

(40 m m ) T

h : Hauteur (élancement 2)

P : Charge appliquée

S : Plan de schistosité

L : JLinéation h0 : Pendage de la schistosité

Fig. 2 7- Essai de compression monoaxialePositionnement de l'éprouvette

GLISSEMENT

EXTENSION

bar

Fig. 28a - Anisotropie des résistances en compression monoaxiale(coordonnées polaire - Rc,o( )Domaine des ruptures par extension et des ruptures parglissement

= o c

7516 - R = 1421 barc

= 30<

323 - R c = 924 bar

= 45'

7531 - R c = 552 bar

= 60

7543 - R c = 510 bar

CX= 90e

7551 - R c = 1481 bar

I

112 - R „ = 1180 bar 7523 - R c = 545 bar 7534 - R c = 406 bar 7540 - R r = 650 bar 7253 - R c = 1732 bar

Fig. 28b -Résistance à la compression simple (éprouvettes de 0 4 0 m m et élancement 2 ) .Influence de l'orientation de la schistosité sur le mode de rupture

- 64 -

Les valeurs des résistances sont assez bien groupées pour chaque valeurde a et nous permettent de tracer les courbes (£) d'anisotropie de résistance, sansambiguïté.

a) Schistes ardoisiers de Corrèze

. Les "Ardoises d'Allassac" présentent une très forte résistance àla compression monoaxiale parallèlement à la schistosité (R (90°) = 2500 bars). Lerôle de l'orientation de la linéation de microplissotement ^parallèle à l'effort)est certainement primordial sur la valeur élevée de R . On peut supposer qu'elleserait plus faible pour une orientation horizontale de la linéation (perpendicu-laire à l'effort).

Les deux blocs, ALI (très fissile) et AL3 (stérile), présentent la mêmerésistance pour a = 90°, ce qui nous porte à dire que la linéation a un rôle pré-dominant devant la composition du schiste et la granulométrie des éléments consti-tutifs.

Pour les autres valeurs de a (a - 30°, 45° et 60°), les résistances mé-caniques mesurées vont dans le sens de la fissilité. La matrice, directement sol-licitée sur les éprouvettes perpendiculaires à la schistosité (a = 0°), présentedes caractéristiques supérieures pour le schiste stérile (AL3).

. Les micaschistes ardoisiers de Travassac n'offrent plus la parti-cularité première énoncée pour les matériaux d'Allassac, les résistances poura = 0° et a = 90° sont du même ordre de grandeur. Il est probable que les valeurs,pour a = 90°, seraient encore plus faibles, si la linéation était orientée perpen-diculairement à l'effort, comme a pu l'observer P. MASURE sur les phyllades de Revin(écart entre R (a = 0°) et R (a = 90°) de l'ordre de 10 % ) . Les variations observéesentre les deuxCmatériaux de rissilités différentes sont très élevées.

b) Schistes ardoisiers de Rénazé (Mayenne)

Sur chaque diagramme obtenu pour les différents blocs (ardoise, dallageet stérile) apparaissent des caractéristiques mécaniques très différentes selonl'orientation du tenseur des contraintes par rapport au plan de schistosité.

Pour les trois types de matériaux les résistances à la compression simplepour les valeurs de a comprises entre 0° et 60° sont respectivement du même ordrede grandeur.

Le rôle de l'orientation du longrain n'est pas si marqué que dans le casdes schistes de Corrèze. Les valeurs de R pour a = 90° ne sont pas supérieures auxvaleurs de R pour a = 0°.

c

Le schiste très fissile (P2) acquiert, pour a = 90°, une résistance plusfaible que les deux autres matériaux. Le mode de rupture étant du type clivage enextension, c'est un signe de bonne fissilité.

5.4.1.5. Coefficient d'anisotropie

Afin de mieux caractériser les matériaux à anisotropie planaire, on peutdéfinir un coefficient d'anisotropie de la roche, à partir des diagrammes(R , a ) , qui peut s'exprimer par la formule :

- 65 -

R (m) étant la valeur moyenne minimale de la résistance à la compressionsimple.

R (M) la valeur moyenne maximale.

Dans le cas d'un matériau statistiquement isotrope K = 1 ; plus le maté-riau est anisotrope vis-à-vis des efforts appliqués plus ce rapport est élevé.

a)-Schistes ardoisiers de Corrèze

La valeur de K est élevée pour les schistes très fissiles d'Allassac(K. = 534) et plus faible pour le matériau stérile (K = 4,1).

Les valeurs de K calculées pour les micaschistes de Travassac sont plusfaibles que pour les matériaux d'Allassac. Les deux matériaux provenant du même"filon" ont des coefficients d'anisotropie très différents (1C, = 3,8 et

K 7 5 = 2,9). Bien qu'allant dans le sens de la fissilité, telle qu'elle a été

appréciée par les exploitants (TR472 étant plus fissile que TR475), ces écarts n'ensont pas moins élevés.

b) Schistes ardoisiers de Rénazé

Les coefficients d'anisotropie des différents matériaux sont très élevés(Kp_ = 13,3). Il n'y a pas de différence notable entre le schiste utilisé pour le

dallage (K = 8,6) et le stérile de la "rude" (Kp2R = 8,2). L'importance des

valeurs de K est due essentiellement à l'intense "schistification" qui affecte cesmatériaux.

L'ensemble des résultats obtenus est consigné dans le tableau de la fig. 32.

5.4.2. Rêsistanoe_à_la_

5.4.2.1. Principe de l'essai

L'essai brésilien est un essai statique qui porte sur des échantillonscylindriques, d'élancement 1 environ, placés le long de deux génératrices diamé-tralement opposées entre les plateaux d'une presse (fig. 33). La surface de rupturepasse par les zones de contact avec les plateaux. Cette rupture est en premier lieuune rupture par traction dans le plan moyen de l'échantillon. La traction estproduite par l'action de fendage due aux coins, se formant en plasticité, dans leszones de contacts avec les plateaux ; elle est généralement induite par la compres-sion.

La résistance à la traction, d'après l'essai brésilien, est donnée parl'expression :

b irdl

P : charge de rupture (kg)d : diamètre de l'échantillon (cm)1 : longueur de l'échantillon (cm)

5.4.2.2. Application aux schistes ardoisiers

Les éprouvettes testées sont de formes cylindriques (d = 40 mm et1 - 4 0 mm) orientées parallèlement à la schistosité et au longrain.

Nous avons mesuré la résistance à la traction des plans de schistosité.Le plan diamétral de l'éprouvette passant par les deux génératrices en contact avecles plateaux de la presse est confondu avec le plan de schistosité.

Oo

I

Fig. 29 - "Ardoises d'Allassac" (exploitation d'Allassac, Corrèze) - Anisotropie derésistance en compression

ITR ¿721 (hkn "<ét t Matt*»)Ardoise fres fúsil» M/he« OUEST

K=3,8 '

TR

60«

30«

<Pt¿(6*A2500

2000

1500

1000

frrfo/se firsi/e Mitjée ESTK £9

Fig. 30 - Micaschistes de Travassac (exploitation de Travassac, Corrèze)Anisotropie de résistance en compression

"tu**

Fig. 31 - Schistes à Trinucleus (exploitation de Rénazé, Mayenne) - Anisotropie derésistance en compression

N°échant.

ALI

AL3

TR472

TR475

P2

181

P2R

Provenance

Allassac"Filon" Caquette

Allassachors-"filon" ("marme")

Travassac"Filon" des 4 Maîtres(minée ouest)

Travassac"Filon" des 4 Maîtres(minée est)

Rënazé"Veine" chambre P2

Rénazé"Veine à dallage" Ch. 181

Rénazé"rude" proximité Ch. P2

Fissilité(expérience desexploitants)

très fissile

stérile

très fissile

fissile

très fissile

fissile

stérile

R (a) moyen (bar)

a = 0°

1 147

1426

1515

2101

1665

1699

1908

a = 30°

646

860

640

768

474

611

470

a = 45°

487

775

454

790

125

198

245

a = 60°

459

601

429

729

179

346

232

a - 90°

2469

2465

1618

1914

880

1671

1355

AnisotropieR (max)

y -Rc(min)

5,4

3,8

2,9

13,3

8,6

8,2

ai(X)

Fig. 32 - Tableau récapitulatif des résistances à la compression simple

- 70 -

5.4.2.3. Résultats et remarques

Les résultats sont regroupés dans le tableau de la fig. 33 et nous con-duisent aux observations suivantes :

a) Schistes ardoisiers de Corrèze

La dispersion des valeurs de la résistance à la traction.est grande pourchacun des matériaux testés. Cette caractéristique, est due vraisemblablement à ladifficulté de positionner exactement le plan de schistosité parallèlement au plande traction d'une part, et surtout à l'hétérogénéité lithologique des matériauxentraînant des résistances à la traction plus ou moins élevées selon que l'on sol-licite un lit très micacé ou un lit plus gréseux d'autre part.

Les valeurs moyennes des Rt, sont en accord avec la fissilité des maté-riaux. En admettant que plus le schiste est apte à se fendre ou plus il est fissi-le , plus la résistance à la traction du plan de schistosité ou sa cohésion doitêtre faible. Nous vérifions ainsi que l'aptitude au fendage est meilleure pour leschiste d'Allassac que pour les micaschistes de Travassac.

b) Schistes ardoisiers de Rénazé (Mayenne)

L'homogénéité lithologique des matériaux testés et leur intense "schis-tification" peut expliquer la dispersion plus faible des résultats obtenus sur lesschistes de Rénazé.

Les valeurs moyennes de la résistance à la traction sont beaucoup plusfaibles (jusqu'à 50 %) que celles obtenues sur les schistes de Corrèze. Par contreles variations d'un matériau à l'autre ne vont pas dans le sens attendu, notammentpour l'échantillon (P2R) de "rude" (stérile). Sa valeur moyenne de résistance à latraction est même plus faible que celle des échantillons (P2) provenant de la

5.4.3. Résistanoe_à_la_

5.4.3.1. Principe de l'essai

L'essai de fendage Franklin (BROCH E. et FRANKLIN J.A. , 1972) consiste àécraser entre deux pointes, à l'aide d'une presse, un échantillon de roche de formeirrégulière ou une éprouvette façonnée (cylindre, prisme, . . . ) . Cet essai d'écra-sement permet de mesurer une force de traction induite par les efforts ponctuelsappliqués sur l'échantillon. La rupture de l'échantillon se produit selon un planpassant par l'axe des deux pointes. Au niveau de ce plan, les forces de tractionsont maximales.

Le rapport de l'effort appliqué à la surface du plan de rupture, I , estl'Indice de résistance à la traction indirecte (BOS P. et LOUIS C , 1974).

En raison des efforts assez faibles mis en jeu et de la rapidité de l'es-sai, un appareil portatif de mesure de résistance entre pointes (Point Load Tester)a été mis au moint à l'Impérial College de Londres. C'est un appareil de ce typequi a été utilisé pour les essais (fig. 34).

"Ardoises d'Allassac" - 71 -

A L , 1 "Filon"Caquette

très fissile

A L 3 hors "filon"stérile

-M

i H

45

-4-4

bars

1

(8 «sot»)

• • •

1 1 1

5â bare

111

Micaschiste de Travassac

TR 472 "Filon" des4 Maitres - minéeouest

très fissile

T R 475 "Filon des4 Maitres - Minée est

fissile

•o bars

III I

essai»)

1 ,

Schistes à Trinucleus i

P2 "Veine"C h a m b r e P2 (-102m)

181 "Veine à dallagechambre 181 ((255m)

fissile

P2 R "rude"

proximité C h . P2stérile

Rénazé)

3O

1 H

yr tatst

il l i nH | i n

(13 «Mai»)

1 — -

42.5 War*M l

\sors

eis«!»)

1O 2O 3O 4-O 5O 6O 7o 8O

Fig. 33 - Résistance à la traction desschistes ardoisiers mesuréepar l'essai brésilien

Z : longrain

S : schistosité

- 72 -

5.4.3.2. Application aux schistes ardaisiers

Des échantillons cylindriques de diamètre 0 = 4-0 mm, d'élancement 1 en-viron ont d'abord été testés diamétralement, parallèlement aux plans de schistosité(fig. 35) pour obtenir un indice de résistance minimale (indice de traction indi-recte relatif au plan de fissilité), ensuite l'essai a été pratiqué perpendicu-lairement à ces plans pour obtenir la valeur maximale de l'indice (indice de trac-tion indirecte relatif à la matrice).

La présence d'une linéation dans le plan de schistosité induit dans ceplan une anisotropie de résistance mécanique plus ou moins forte. Afin d'éviter unetrop grande dispersion des valeurs de l'indice, I , relatif à la schistosité, parun positionnement aléatoire de l'échantillon entre les pointes, on a fixé l'orien-tation du longrain parallèle à la direction d'application des efforts ponctuels,lors des essais diamétraux.

L'indice d'anisotropie de la résistance à la traction indirecte est lerapport des valeurs moyennes des indices de traction tel que :

It, .. : Indice relatif à la matrice (I à s)(m) - J -

It, .. : Indice relatif au plan de suhistosité (// à s)v s /

Pour un matériau isotrope : I - 1.â

5.4.3.3. Résultats et remarques

Les modes de rupture observés lors des essais sont de deux types. Dans lecas des essais diamétraux, on observe toujours la rupture selon un plan de schis-tosité. Dans le cas des essais axiaux la rupture se produit toujours selon un planperpendiculaire à.la schistosité et parallèle à la linéation. Ce dernier mode derupture confirme bien que la linéation ou longrain se comporte comme une directionde moindre résistance (LAURENT D. & VOUILLE G., 1967).

Un grand nombre d'éprouvettes a été testé et, à la suite d'un traitementstatistique automatique (CANCEIL M., 1973), c'est la valeur moyenne de l'indice obtenusur un même matériau qui a été retenue.

Les résultats consignés dans le tableau de la fig. 36 et reportés dans lediagramme de la fig. 37 nous conduisent aux remarques suivantes :

a) Schistes ardoisiers de Corrèze

Les valeurs moyennes de l'indice de traction relatif au plan de schisto-sité sont peu différentes pour les deux groupes de matériaux. Par contre les deuxfamilles s'individualisent bien pour les valeurs de l'indice relatif à la matrice.On constate ainsi que la fente est plus facile selon le longrain pour les schistesd'Allassac (It - 100 bars) que pour les micaschistes de Travassac (It - 150 bars),

m m

b) Schistes ardoisiers de Rénazé (Mayenne)

Les trois matériaux testés présentent des valeurs très voisines et net-tement plus faibles que les schistes de Corrèze pour les sollicitations parallèlesà la schistosité (It - 30 bars). Par contre pour l'indice relatif à la matrice,les valeurs moyennes évoluent (entre 115 et 145 bars) sans ordre logique apparent.

- 73 -

Fig. 34 -MACHINE FRANKLIN C POINT LOAD TESTER).

matrice

ESSAI DIAMETRAL. ESSAI AXIAL

Fig 35 - ESSAI DE FENDAGE FRANKLIN.

- 74 -

L'indice d'anisotropie I , défini précédemment, compte tenu de la dis-persion des mesures n'est pas très significatif pour les différents types de ma-tériaux provenant d'un même site. Par contre les trois groupes de matériaux ar-doisiers s'individualisent parfaitement. L'anisotropie est nettement prononcée pourles schistes de Rénazé (4,5 £ I $ 5). D'autre part le bloc de schiste stérileprovenant d'Allassac possède une anisotropie de résistance au fendage statique trèsfaible (I = 1,5).

a

Légendes des figures 34 et 35

Fig. 34 - Machine Franklin

1 P o m p e 2 Circuit hydraulique3 Manomètre 4 Bâti de la presse5 Piston 6 Pointes

Fig. 35 - Positionnement de l'éprouvette de schisteD Diamètre de l'éprouvetteh Hauteur de l'éprouvetteF Effort ponctuels Schistosité1 linéation

(en hachures : plan de traction)

N°éch.

ALI

AL3

TR472

TR475

P2

181

P2R

Provenance

Allassac"Filon" Caquette

Allassachors-"filon" ("marme")

Travassac"Filon" des 4 Maîtresminée ouest

Travassac"Filon" des 4 Maîtresminée est

Rénazé"Veine"Chambre P2. niv : - 102 m

Rénazé"Veine" à dallageChambre 181. niv : - 255 m

Rénazé"rude"niv. : - 102 m

Qualité

trèsfissile

stérile

trèsfissile

fissile

trèsfissile

fissile

stérile

It relatif au plan de schis-tosité (Its)

nombred'essais

50

18

43

15

58

36

48

It moyenS (bar)

53

66

57

63

27

28

30

écart-type

15,7

27,9

15,3

14,0

8,3

9,1

6,8

It relatif à la matrice (It )

nombred'essais

70

25

53

20

77

39

64

It moyenm (bar)

103

98

149

152

117

145

134

écart-type

19,5

25,7

29,4

24,1

17,2

17,7

19,1

Indice d1

anisotropie

la « V ^ s

1,95

1,49

2,61

2,40

4,33

5,16

4,51

ai

i

Fig. 36 - Tableau récapitulatif des résultats des essais de fendage FRANKLIN

- 76 -

Fig. 37 - Essais Franklin de fendage entre pointes sur les schistesardoisiers.(les traits de part et d'autre des valeurs moyennes représen-tent les écarts-types)

- 77 -

CHAPITRE

LA FRACTURATION DES GISEMENTS

- 78 -

6 - LA FRACTURATION DES GISEMENTS

6.1. Généralités

6.1.1. Ephellé

La fracturation pouvant être décrite à différentes éehelles, il est né-cessaire de fixer l'ordre de dimension des éléments structuraux que l'on retient.On distinguera, d'une part des éléments mineurs de fracturation, et des élémentsmajeurs d'autre part.

Bien qu'il y ait des similitudes géométriques et génétiques entre quel-ques uns de ces deux types d'éléments je les distinguerai car leur indicence éco-nomique sur l'exploitation est totalement différente.

Les discontinuités majeures intéressent, à une grande échelle,- la struc-ture tectonique et déterminent des zones, des compartiments, susceptibles d'êtreexploités. C'est l'échelle de fracturation hectométrique à kilométrique. Les fail-les, les chevauchements, sont des éléments majeurs de fracturation.

Les discontinuités mineures dont il sera essentiellement question dansla suite de cet exposé sont les plus fréquentes et conditionnent directement laqualité du schiste au niveau de la chambre d'exploitation. D'une manière générale,ce sont les diaclases, les plans de cisaillement, les "kink-bands" ... Ces types dediscontinuités intéressent l'échelle métrique à décamétrique.

6.1.2. Les_ ra^tres_aça>aotêrïstique8_ d¿une_ fracture

Afin de caractériser les éléments structuraux de fracturation, outre lapossibilité de relever l'orientation et le type de l'élément, on peut observer d'au-tres paramètres sur le terrain de manière qu'à la description naturaliste s'ajouteune description quantitative de l'élément permettant, lors du dépouillement et del'exploitation des observations, d'établir des corrélations en surface et en volumeet d'obtenir un schéma de fracturation aussi précis que possible.

Les paramètres caractérisant une fracture peuvent être définis commesuit :

- Orientation : quelle que soit la méthode de levé utilisée (pendage àmain droite, orientation de la normale au plan, etc.), l'orientation d'un plan estdéfinie par deux nombres : une valeur d'angle relative à une direction et une va-leur d'angle d'inclinaison ou pendage.

- Continuité : souvent difficile à estimer, ce paramètre caractérisantl'extension observée de la fracture reste très important. Il est relatif aux di-mensions de l'affleurement ou de la galerie.

- Epaisseur : c'est l'ouverture de la fracture mesurée perpendiculaire-ment à ses lèvres.

- Nature du remplissage : détermination de la nature du remplissage (ar-gile, quartz ...) et description de l'aspect de.ce remplissage (couleur, cristaux,broyage . . . ) . Ce paramètre peut être indispensable à une bonne exploitation desobservations et notamment pour effectuer des corrélations spatiales.

- Eçartement : ce sont les distances.mesurées-entre les fractures du mêmetype situées de part et d'autre de l'élément observé.

- 79 -

6.2. La fracturation dans les ex£loitations_du bas Limousin

Avant d'aborder l'analyse de la fracturation dans les exploitations dubas Limousin, nous précisons le sens de certains termes créés et employés par desardoisiers corréziens. Certains de ces termes ont une raisonnance lithologique,nous avons cru bon cependant de ne pas les séparer de ce lexique.

6.2.1. Terminologie_czrdois-ière

Les éléments décrits ci-après sont représentés schématiquement dans lafig. 38.

a) Termes lithologiques

CcULtoux. : Le terme "cailloux" est employé pour désigner toute hétéro-généité et enclave de quartz dans le schiste (filonnet, lentille, amas ...)venant perturber la schistosité (planéité, discontinuité . . . ) . Les cailloux peuventêtre des filonnets de quartz, d'épaisseur millimétrique à centimétrique, souventdiscontinus. Ils sont subparallèles à la schistosité ou quelquefois franchementsécants. Ils peuvent aussi se présenter sous la forme de nodules de quartz étirés(gros galets centimétriques à décimétriques) dans le plan de schistosité, sansordre apparent dans le schiste. Les ardoisiers appellent aussi "cailloux" lesremplissages quartzeux de fracture.

VÁJLon : Le terme "filon" désigne, dans une formation schisteuse, leniveau exploitable pour l'ardoise. Bien que l'emploi de ce terme soit très discu-table , voire impropre, il souligne bien le caractère géométrique des niveaux fis-siles, en accord avec la définition du dictionnaire ROBERT. D'après le ROBERT, le"filon" est une "masse allongée ..., de substances minérales existant dans le solau niveau de couche de nature différente".

Le "filon" ardoisier est une entité lithologique limitée par des couchesconcordantes de schiste non fissile (au sens de clivable à l'épaisseur d'une ar-doise). Au niveau de l'exploitation il n'est limité en direction que par desconsidérations techniques (dimensions maximales admises des chambres d'exploita-tion) ou de limites de propriété, ou encore par l'apparition d'hétérogénéités mi-nérales ("cailloux", ...) ou d'un degré.de fracturation élevé, nuisible à la qua-lité du produit.

\koJmz : La "marme" désigne le schiste non ou difficilement clivable àl'épaisseur d'une ardoise. Dans un cas il constitue le stérile non fissile, dansl'autre il sert à la fabrication du dallage. C'est un matériau plus gréseux déli-mitant les "filons".

\kJLnZ<¿Á : Les "minées" sont des niveaux de schistes bien individualisésdans le "filon". Les minées peuvent être de qualité différente. Leur puissance estdécimétrique à métrique.

: La "trame" est la partie superficielle des terrains formant lacouverture de schiste altérée, par les agents météoriques et la décompression durocher, en dessous de laquelle le schiste est exploitable. Elle peut avoir de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres d'épaisseur selon la morphologie locale

b) Termes structuraux

CoupzA : Les "coupes" sont de petites cassures franches à bords trèscoupants, assez adhérents, recoupant la schistosité perpendiculairement le plussouvent, mais rarement dans le sens du longrain. Elles sont quelquefois diffici-lement discernables à l'oeil non exercé.

- 80 -

[ou pendant!)) : Ce sont des diaclases franches à surfaces lis-ses et généralement très planea. Leur ouverture est nulle ou très faible. Leurremplissage est surtout calcitique avec de fréquents placages, de pyrite. L'espa-cement de telles fractures est centimétrique à métrique le plus souvent et leurextension est métrique à décamétrique. Sans rejet apparent, elles ont une directionvoisine de la normale à la direction de schistosité, et constituent la fracturationprincipale.

VÍ.Q.CZÁ mottZÀ : Ce sont des bancs de schistes centimétrique s à décimé-triques apparemment broyés, inutilisables pour la fabrication de l'ardoise. Leschiste y est froissé et friable et peut être partiellement altéré en argile.

: La "pointe" correspond au longrain de la pierre. Le longrain esten zone avec la linéation de gaufrage. La "pointe" facilite l'extraction des blocsde schiste car elle constitue le deuxième plan de clivage des schistes ardoisiers.

Sé,p<VtcuJLil> : Les "séparadis" sont les plans de séparation des "minées".Ces surfaces sans adhérence, subparallèles à la schistosité, peuvent être d'originesédimentaire (changement de sédimentation) ou bien tectonique (schistosité defracture).

: Ce sont des lithoclases à pendage faible (10-20°) avec souvent unremplissage argileux de quelques centimètres d'épaisseur. Elles conditionnentl'exploitation, car elles constituent de redoutables plans de décollement. Ellesdélimitent souvent le toit des chambres.

6.2.2. Analyse_ statistique^ deJLa_ fraotuvation

La faible extension des exploitations ardoisières de Corrèze ne permetpas de recueillir une somme d'informations structurales importante sur les diffé-rents types d'éléments mineurs affectant le matériau. Il ressort des observationseffectuées un schéma structural simplifié (fig. 4-2).

Les mesures d'orientation des éléments structuraux planaires (schistosi-té, lithoclases) ont été relevées systématiquement dans les deux exploitations,d'Allassac et de Travassac. Le report de ces mesures sur diagrammes de Schmidt(équi-surface) laisse apparaître une fracturation principale orientée N 78° E-78° Sà Allassac (fig..39) et N 69° E-82° S à Travassac (fig..40). Ces familles s'ac-compagnent chacune d'une famille auxiliaire. A Allassac, cette famille est orientéeN 4-5° E-8 5° SE. A Travassac, un groupe de mesures apparaît autour de l'orientationN 95° E-57° E. La famille principale de lithoclases est grossièrement perpendicu-laire à la schistosité dans les deux cas.

6.2.3. Les

Les lithoclases observées dans les exploitations d'Allassac et de Tra-vassac (fig. M-l) ont des paramètres géométriques-remarquables.

La continuité de ces fractures orthogonales à la schistosité est trèsimportante par rapport aux dimensions des exploitations. Leur planéité est remar-quable .

L'ouverture de ces fractures franches, n'affectant pas le schiste de partet d'autre, est généralement très faihle.-On ohserve souvent à leur surface de finsplacages de calcite rose, ou de. sulfures (pyrite, chalcopyrite,.hornite . . ) . Lafaible épaisseur de recouvrement au-dessus des zones exploitées, peut expliquer lesouvertures centimétriques exceptionnelles de certaines fractures (décompression durocher), qu'accompagne un remplissage souvent argileux, sans rejeu important deslèvres.

- 81 -

Pointe

Silo

stratifications chistositélinéation de micro-plissotement

Cailloux

Derrière

Pièce molle

M a r m e s

1 m

Fig. 38 - Position schématique des éléments lithologiques et structurauxrencontrés dans les gisements ardoisiers du bas Limousin(Corrèze)

- 82 -

DIAGRAMME OE SCHMIDT( Projection equatorial« dt la demi sphere inférieure )

ttfioclsm

lúhochses SókithoM

L ITHOCLASíS. dzSCHISTOSITE. 65

Fig. 39 - Diagramme des concentrations des éléments structuraux

planaires relevés dans l'exploitation ardoisière d'Allassac(Corrèze).

- 83 -

DIAGRAMME DE SCHMIDT(Projection equatorial« de la demi-sphère inférieure)

N

LITH0CLASC5âCHISTOSlU

n,esur*s

Fig. 40 - Diagramme des concentrations des éléments structurauxplanaires relevés dans l'exploitation de Travassac (Corrèze)

- 84 -

Exploitation de Travassac - "Filon" des Quatre Maîtres

Exploitation de Travassac - "Filon" Caquette

Fig. 41 - La fracturation dans les schistes ardoisiers du bas Limousin

(D : Lithoclases ; L : Linéation de microplissotement (Longrain) ;S : Schistosité). ¡

- 85 -

Fig. 42 - Bloc-diagramme schématique des elements structuraux rencontrésdans les formations ardoisières du bas Limousin (Corrèze)

S : stratification D 1 : famille principale de lithoclases

s : schistosité D ¿ : famille auxiliaire de lithoclases

1„ : linéation de microplissotement ou gaufrage fin

Q"|>Ç>2>'"3 : Directions supposées des contraintes principalesayant généré la schistosité.

- 86 -

L'écartement moyen des lithoclases orthogonales-à suborthogonales à laschistosité est métrique dans-l'exploitation.d'Allassac.et autorise le sciage desblocs pour la préparation des répartons. Par contre, à Travassac les micaschistesardoisiers ont une maille de fracturation plus serrée (décimétrique) et ne permetpas d'intervention mécanique dans l'élaboration des produits marchands.

6.3. La_fraçturation_dans_l^ex2loitation_de_Renazë

Avant d'entreprendre la description de la fracturation, dans l'exploi-tation de Rénazé, nous distinguerons trois types de fracture selon la nature duremplissage qui l'affecte, quelles que soient leur orientation et leur origine. Lesardoisiers emploient les qualificatifs de "sec", "gras", et "chailleux" bien si-gnificatifs , que nous reprendrons à leur suite.

- Í2Á díLLtt> "¿><¿C¿>" sont les plus fréquents, ils sont généralement sansouverture. Ce sont, la plupart du temps, des fractures à lèvres jointives.

- LdA dttitt) "gtUU," sont caractérisés par une zone de broyage (remplis-sage de schistes broyés, argile ...) épaisse de quelques millimètres à.plusieurscentimètres. Ils sont quelquefois dangereux pour la stabilité des chambres d'ex-ploitation.

- Lni> dîLLtA "chcULteux" sont toutes les fractures à remplissage quart-zeux ou quartzo-calcitique. Ils sont très néfastes au sciage du schiste lorsqu'ilsapparaissent dans une chambre d'exploitation.

Les délits "gras" ou "chailleux" présentent une continuité remarquable.Du fait de leurs caractères spécifiques, ces accidents peuvent être suivis sur delongues distances (plusieurs dizaines de mètres) au travers de l'exploitation.

Nous avons classé les éléments mineurs de la fracturation en deux caté-gories selon leur orientation par rapport à la schistosité : d'une part, les élé-ments subdirectionnels observables dans les travers-bancs ; d'autre part, leséléments transverses qui sont, eux, recoupés dans les collectrices ou galeries endirection. L'orientation de ces éléments.est. reportée sur un bloc diagramme à lafin de ce chapitre (fig. 54) ainsi que quelques photographies.

6.3.1. ements_ßireptionnels_et_ subdireoti-onneIs

6.3.1.1. "Chauves"

a) Description

Les "chauves" sont, des cassures franches et planes dont l'orientation esttrès proche de la schistosité. Ces fractures sont très fines, sans ouverture nota-ble et, de ce fait, certaines peuvent passer inaperçues sur les parements des travers-bancs. La dénomination de cet élément de fracturation est liée à l'aspect lisse etterne de ses lèvres ; seul cet aspect permet de le distinguer des plans de schis-tosité.

Les "chauves" se rencontrent d'une manière quasi continue à traversl'exploitation. Quand leur fréquence est très grande, les ardoisiers emploientalors l'expression "chauve sur chauve".

Ces délits sont quelquefois "gras" ou "chailleux". Les "chauves grasses"sont peu nombreuses et bien individualisées ; elles restent voisines de la schis-tosité en pendage, mais leur direction quelquefois s'en écarte notablement. Ellesportent, dans ce cas, le nom de "chauve à découper". L'épaisseur du broyage argileuxest souvent irrégulière (quelques millimètres à plusieurs centimètres), mais leurcontinuité est très grande (plusieurs dizaines de mètres).

- 87 -

Les "chauves chailleuses" sont rares, mais le remplissage quartzique ouquartzo-calcitique peu épais (quelques millimètres) qui les caractérise en fait unobstacle dangerjeux ...comme tous les "délits" chailleux, pour le sciage du schistequand elles traversent une chambre d'exploitation.

b) Interprétation génétique

Les "chauves" sont des éléments structuraux similaires aux "sohwavten"allemands observés notamment dans.le massif, schisteux de Thuringe-Franconie. Cetteressemblance remarquable entre "chauves" et "sohwavten" nous amène à considérer leshypothèses de B. ENGELS (1957) sur l'origine.de ces . déformations et de les appli-quer éventuellement aux déformations observées dans les Schistes à Trïnueleus.

Les observations de ENGELS sur ces délits très proches de la schistositémontrent qu'il y a des rapports étroits entre plissements et apparition des "schwarten"'.La formation des "schwarten" serait due au comportement de "drag-folds" apparais-sant au sein du pli principal dans un matériau relativement peu compétent et auvoisinage d'un niveau lithologique plus rigide.

L'allure des "drag-folds" ou plis d'entraînement, dépend en partie de lasituation, dans la mégastructure, des niveaux lithologiques dans lesquels ils sedéveloppent et de la résistance au cisaillement entre niveaux rigides et niveauxmoins compétents.

V. GAERTNER (in ENGELS B., 1957) distingue trois types de "drag-folds"(fig. 4-3) : les "drag-folds" en arcade et les "drag-folds" en guirlande auxquelss'ajoute un type intermédiaire que j'appellerai."drag-folds" s.1.. Chacune de cesfigures est en liaison avec la position spatiale relative du niveau lithologiquecompétent. La production des "drag-folds" se fait donc par frottement d'un niveausouple contre un niveau sus-jacent ("drag-folds" en guirlande) ou sous-jacent("drag-folds" en arcade) très compétent vis-à-vis des sollicitations mises en jeu.

A un certain stade de la.déformation, les "schwarten" apparaissent parcisaillement des flancs courts des "drag-folds" (fig. 44).

6.3.1.2. "Bavures" et "Rembrayures"

a) Description

La nomenclature de ces éléments structuraux est très ancienne comme laplupart des termes ardoisiers, mais reste très.significative.

La "bavure", fracture de direction proche de la.schistosité, pend dans lamême direction mais la recoupe très nettement -(60 à 70° de pendage vers le SW).

La "rembrayure", fracture de direction également voisine de la schisto-sité, pend dans la direction opposée (60 à 65° vers le NE).

Du fait de leur orientation, les "bavures" sont redoutées par les ar-doisiers. Ce sont des plans de discontinuité très dangereux pouvant provoquer ledécollement de grands panneaux lorsqu'ils. rencontrent des "chauves" par exemple.

Les "rembrayures" sont moins dangereuses..par..leur direction de pendage,mais elles forment fréquemment des "coeurs" (ou "coins") à l'intersection d'autresaccidents directionnels ("chauves" ou "bavures") qui, s'ils sont recoupés à leurtour par des fractures transverses, peuvent être cause d'effondrements en couronnedes galeries ou en voûte de chambre.

- 88 -

«74?

Fig. 43 - Différents types de drag-folds, (d'après V. G A E R T N E R(1951), in ENGELS.(1957) )

JT7

Fig. 44 - Formation des "Schwarten" d'après E N G E L S (1957)a. à partir de drag-folds en guirlandeb. à partir de drag-folds en arcade ^»

92

Fig. 45 - Interprétation de la formationdes accidents longitudinauxconjugués en relation avec ffSun pli symétrique(d'après E N G E L S (1957) )

- 89 -

Les "bavures" et "rembrayures" sont des délits très souvent "gras" d'ou-verture centimétrique à décimétrique, à remplissage de schiste broyé et d'argile.Leur continuité est souvent grande. Elles sont généralement accompagnées d'autresfractures de même famille, souvent plus discrètes, formant des relais de part etd'autre de l'élément principal.

b) Interprétation génétique

La symétrie de ces deux types de fractures, l'aspect graphiteux de leurslèvres généralement onduleuses et lisses comme des surfaces de friction, laissent àpenser qu'il s'agit de déformations cisaillantes engendrées par les efforts tec-toniques ultimes du plissement de la mégastructure (fig. 45).

6. S. 2. Eléments _transverses_à_la_ direction. de_sahistosité : Feuilletis

Les "feuilletis" sont des figures de déformation mineures, que les au-teurs anglo-saxons désignent sous le terme général de kink-folds ou plus commu-nément kink-bands.

Ces déformations sont très fréquentes dans certains contextes géologiqueset particulièrement bien développées dans les roches possédant un fort degré d'ani-sotropie. Le rôle des "feuilletis" est très important, ils peuvent favoriser l'ou-verture des chambres d'exploitation quand ils ont un écartement métrique à décamé-trique, comme ils peuvent empêcher toute exploitation quand ils sont très rapprochés.Dans certains cas, leur fréquence conditionne l'exploitabilité de la "veine" avanttout autre délit.

a) Définition

Les "feuilletis" (kink-bands) se caractérisent par une déviation plus oumoins brutale du feuilletage (en l'occurence la schistosité) entre deux surfaceslimites ou plans de "feuilletis" (kink-planes).

A l'extérieur de ces surfaces le feuilletage reprend son orientationnormale. Cette déformation se fait par mouvement rotationnel dextre ou senestre desplans de feuilletage. Les plans de "feuilletis" peuvent être matérialisés ou nonpar des cassures. En l'absence de cassures, ces limites sont les plans axiaux desdeux flexures.

b) Paramètres géométriques

Sur le terrain, un "feuilletis" est caractérisé par l'orientation (di-rection et pendage) des plans de "feuilletis" et le sens de rotation (dextre ousenestre) de la surface de feuilletage. Pour une même famille ces deux paramètressont constants.

D'autres paramètres géométriques peuvent être définis (DEWEY J.F. 1965), maisil est souvent difficile de les saisir sur le terrain (fig. 46) :

- a : angle entre le plan de "feuilletis" et la surface S à l'ex-

térieur du feuilletis,

- <j> : angle de rotation de la surface S (rotation externe),

- T : distance interne entre les plans de "feuilletis".

- 90 -

Fig. 46 - Modele géométrique d'un "feuilletis" ou kink-band

: surface du feuilletage: plans-limites du feuilletis: rotation interne: rotation externe

en traits soutenus : les surfaces actives du "feuilletis"

- 91 -

c) Morphologie

A la suite des. observations faites sur le terrain, nous pouvons direque

- Le degré de- déformation du.feuilletage peut être plus ou moins intenseet aller jusqu'à la rupture. Dans un cas on aura un "feuilletis" flexueux (fig. 47)sans plans-limites figurés, dans.1'autre cas.le feuilletis sera anguleux et lesplans-limites matérialisés par des fractures (fig. 4-8).

- Les surfaces ou plans-limites du feuilletis sont en général régulièreset parallèles. Il arrive cependant qu'elles accusent des ondulations plus ou moinsamples (fig. 4-9).

- La distance interne (T) entre les plans de "feuilletis" varie de quel-ques millimètres à plusieurs centimètres (généralement elle est inférieure à 10 cm).

- Les "feuilletis" présentent une continuité remarquable, leur extensionpeut être suivie sur plusieurs dizaines de mètres. Par contre, et c'est souvent lecas des "feuilletis" de distance interne faible (quelques millimètres), ils peuventavoir une forme lenticulaire avec des terminaisons estompées distantes de quelquesdizaines de décimètres (fig. 49a).

- L'écartement entre feuilletis varie de quelques centimètres à plusieursmètres.. Dans le premier cas, ils "hachent" véritablement la "veine" interdisanttoute exploitation, dans l'autre cas, leur pendage étant vertical à subvertical,ils peuvent être utilisés comme limites de chambres.

d) Interprétation génétique

J.F. DEWEY (1965) distingue deux types de feuilletis :

1) "feuilletis par cisaillement continu" {continuous simple shear). Cesdéformations se produisent par glis.semen.ts. différentiels selon une infinité deplans non figurés parallèles aux limites du feuilletis (fig. 50).

2) "feuilletis" par glissement interfolial (flexural-slip). Les glisse-ments différentiels se font selon les plans de feuilletage correspondant à une ro- .tation interne de sens contraire du rejet du feuilletis (rotation externe) (fig. 51)Ce dernier type est celui- observé dans les schistes qui font l'objet de cetteétude. Il correspond aux Joint-drags (FLINN, 1952) et Segregation kink-bands.La différence entre ces deux figures-de déformation.étant respectivement la pré-sence ou l'absence de plans-limites figur.es.

P.R. COBBOLD 8 al. (1971) ont réalisé un certain nombre d'expériences surmodèles en laboratoire. Des empilements-réguliers._de. feuilles de pâte à modeler in-tercalées de lubrifiant ont été comprimés entre les deux plateaux d'une presse,parallèlement, obliquement et normalement au feuilletage. L'assemblage de feuilletsainsi réalisé constitue un matériau à degré d'anisotropie élevé.

Dans tous les cas d'orientation il y a création de feuilletis (fig. 52).Quand l'angle ß (foliation-direction de compression) fait un angle nettement in-férieur à 45°, des feuilletis conjugués inverses se développent. Une seule famillede feuilletis apparaît pour une valeur de 3 voisine de 45° et pour une compressionnormale aux plans de feuilletage,.il y a création de feuilletis conjugués normaux.

Au cours de l'expérience, les angles a et 4>, définis.au paragraphe pré-cédent, augmentent au fur et à mesure que la déformation évolue (rotations desplans de feuilletis et de la foliation entre ces plans), puis la migration latéraledes plans de feuilletis. devient, le mécanisme, dominant (fig. 53).

- 92 -

Fig. 47- "FEUILLETIS" F L E X U E U X

ÂPlans axiaux

I(Kink-planes)

a - Kink-bandflexueux àKink-planesnon exprimés

b - Kink-bandflexueux

Fig. 48 - "FEUILLETIS" ANGULEUX

c - Kink-bands flexueuxà charnières courbes

Fissures le longdu King-planes

a - Kink-bands anguleuxparallèles

Fissures entre

plan deschistosité

b - Détail supposé de la fig. a

Fig. 49 -GEOMETRIE DES PLANS DE "FEUILLETIS"

a - Kink-bandlenticulaire

b - Kink-band àKink-planesondulés

c - Kink-bands à Kink-planescourbes et ramifiés

- 93 -

SÄFig. 50 - "Feuilletis" par cisaille-

ment continu (continuoussimple shear)

Fig. 51 - "Feuilletis" par glissementinterfolial (flexural-slip)

"Feuilletis" conjuguésinverses

"Feuilletis" simple "Feuilletis" conjuguésnormaux

Fig. 52 - Modèles expérimentaux pour l'étude de la déformation d'un milieufeuilleté sous contrainte rnonoaxiale (d'après-COBBOLD et al (1971) )

Fig. 53 - Migration des surfaces axiales du "Feuilletis"(d'après R A M S A Y (1967) )

- 94 -

LEGENDESt : Stratification

S : Schistosité

C • Chaure

ß : Bavure

R : Rembrayure

F : Feuilletis

: Déformation senestrdes feuilletis

Fig. 54 - Bloc-diagramme de synthèse. Orientation des éléments structurauxplanaires dans l'ardoisière de Rénazé (Mayenne)

- 95 -

L'effort de cisaillement interne s'accroissant au cours de la migrationdes surfaces, le matériau peut devenir fragile..aux-sallicitations mises en jeu etdes fractures se développent le long des plans axiaux-limites des feuilletis.

6.3.3. Autres_pyjpes_d^élémenps_ minewcs_ dß_fvaotwfati.on_

Aux différents éléments fréquemment rencontrés que nous venons de décrires'ajoutent des délits bien particuliers, qui ne présentent pas d'obstacle à l'ex-ploitation dans le contexte de l'ardoisière de Rénazé.

6.3.3.1. "Assereaux"

Les "Assereaux" sont des fractures généralement peu continues (extensionmétrique ou moins), subhorizontales, sans ouverture, qui se rencontrent d'une manièretrès aléatoire dans la formation schisteuse. Ces délits peuvent entraîner la chute deblocs lors des travaux de galerie.

6.3.3.2. "Chefs"

Eléments de fracturation transverses, les "chefs" comme les assereauxsont des délits bien nets, généralement sans remplissage, d'extension variable(métrique ou moins). Ces éléments subverticaux, perpendiculaires aux plans deschistosité, se présentent associés ; leur espacement est alors centimétrique àdécimétrique. Leur disposition spatiale (perpendiculaire à la direction de con-trainte minimale) laisse supposer qu'il s'agit de fractures d'extension.

- 96 -

Fracture ("Chauve") à remplissage"gras" (plan de la photo _L à la s chis -tosité).

Zone à nombreux "feuilletis " flexueux etramifiés (plan de photo / / à la schistosité).

Fracture "sèche" type "Bavure-Rembrayure1

(plan de la photo -L à la schistosité".

Détail de "Feuilletis" (photo - L à la

schistosité, vue en couronne de galerie)

Eléments mineurs de fracturation dans l'exploitation de Rénazé

- 97 -

CHAPITRE ?

LES CRITERES LITHOLOGIQUES DE FISSILITE

- 98 -

7 - LES CRITERES LITHOLOGIQUES DE FISSILITE

7.1. Introduction

La plupart des éléments utilisés dans ce chapitre sont issus des mesures etobservations réalisées, par le G.A.E.S. (Groupe, armoricain d'étude des socles) del'université de Rennes, lors de l'étude-géologique-du "Bassin" ardoisier de Rénazé(Mayenne) (BRETON J.P. et al., 1973). Au cours de ce travail de collaboration (B.R.G.M.G.A.E.S.), auquel l'auteur a participé pour la partie géologie structurale, il a étéprocédé à un échantillonnage lithologique systématique, à maille régulière (2 m), dela formation schisteuse, à travers 1'exploitation souterraine. L'analyse de près de500 lames minces aboutit, notamment, à la définition de niveaux lithostratigraphiquesparticuliers, dont.un est caracteristique.de la "veine" ardoisière. Quelques uns desparamètres lithologiques analysés peuvent, a posteriori,, être considérés comme descritères sûrs de la fissilité.

7.2. L

D'une manière générale, la composition minéralogique des schistes ardoisiersest très variable selon les gisements et leur localisation stratigraphique.

Les constituants essentiels que l'on rencontre le plus fréquemment sont :le quartz, la muscovite (séricite) et les chlorites. A côtéde ces* éléments, ontrouve une grande diversité de minéraux accessoires, soit d'origine primaire ourésiduelle : tourmaline, zircon, hématite, pyrite ... soit d'origine secondaire :calcite, dolomite, sidérite ..., en proportions plus faibles et qui ne doivent pasnuire à la qualité du produit.

Les ardoises du bas Limousin (Corrèze) sont particulièrement intéressan-tes sur ce point, car les constituants minéralogiques essentiels qu'elles renfer-ment sont d'une diversité, anormale par rapport aux matériaux ardoisiers, générale-ment rencontrés.

7.2.1. La_napia>e_ des_

Les phyHites, dont la symétrie cristalline est pseudo-hexagonale, appar-tiennent au système monoclinique. Leur clivage selon (001) s'explique par l'arra-gement en couches de leur édifice cristallin.

Ce clivage est plus ou moins facile selon la nature' des éléments catio-niques interfoliaux venant compenser les déficits de charges des feuillets sili-cates. Ces éléments assurent l'élasticité des feuillets mais surtout la soliditédes liaisons interfolíales.

Les phyllites micacées ou micas, de compositions chimiques très variables,ont des propriétés physiques et.mécaniques souvent voisines, car leurs structurescristallines sont de même type. Les liaisons interfoliales assurées par des cationsmono ou bivalents sont fortes.

Les chlorites par contre, possèdent des couches interfolíales de radicauxbrucite-hydrargillite, faiblement liées aux feuillets silicates.

Ces caractères confèrent aux micas leur élasticité et aux chlorites leurplasticité. On peut imaginer que la fissilité-du.schiste est fonction de la naturemême des minéraux phylliteux. ou des proportions-relatives de-micas et de chlorites.

En fait., comme on a pu l'observer à Rénazé, il semble qu'au sein d'unemême formation schisteuse la nature des phyllites et les variations de leurs pro-portions relatives changent peu. Il apparaît difficile de faire de ces paramètresdes critères essentiels de la fissilité, bien qu'ils participent grandement à lacohésion mécanique du matériau.

- 99 -

7.2. 2.

D'une manière.relative, le pourcentage., de _phyllit es est d'autant plusélevé que le matériau est facilement, clivable. à l'épaisseur d'une ardoise.

Le rapport quartz/phyllites contribue à la qualité du matériau (LE CORRE,1970). Ainsi, du schiste exploité.pour l'ardoise au matériau stérile, au sein d'unmême gisement, ce rapport augmente notablement.

Pour le schiste de la "veine" à Rénazé ce rapport est faible (15-20 %) encomparaison avec les schistes des "filons" de Corrèze où il atteint 60 à 70 %, sipour ces derniers, au pourcentage de quartz on ajoute celui des feldspaths.

Le rapport quartz/phyllites ou plus généralement le rapport minéraux engrains/minéraux phylliteux contribue à la fissilité du matériau mais, plus encorepour le matériau de Rénazé, ce paramètre n'est pas un critère suffisant.

7.3. La_granulomëtrie_des_çonstituants

Du point de vue sédimentologique les ardoises sont classées dans leslutites de la classification GRABAU et NIGGLI (fig. 55) ou, en toute rigueur, dansles métalutites, puisqu'il s'agit de roches métamorphiques. La granulométrie moyen-ne de leurs constituants minéralogiques en grain est généralement inférieure à 60microns, leur taille étant mesurée perpendiculairement à la schistosité.

Cette définition est applicable aux schistes de Rénazé pour lesquels lesfaciès fins de la "veine" se situent entre 15 et 20 microns. Par contre les schistesdu bas Limousin appartiennent au.domaine des arénites fines ou encore des aréno-lutites.

L'étude systématique de la granulométrie des éléments élastiques est dé-licate à réaliser sur les schistes de Corrèze, du fait de l'hétérogénéité du sédi-ment. L'observation microscopique du.matériau, sur lame mince, taillé perpendicu-lairement à la schistosité, révèle fréquemment, sur ces matériaux, plusieurs ni-veaux, dans le champ de l'objectif, de compositions minéralogiques et de granulo-métries différentes ; depuis une composition essentiellement argileuse dont lagranulométrie pour les quelques, éléments clastiques est du type lutite, de 20 à 50microns, jusqu'à une composition quartzo-feldspathique de granulométrie d'arénitetrès fine. Le schiste "stérile" non utilisé pour l'ardoise constituant les "épon-tes" des "filons", présente un caractère plus homogène, facilement reconnaissableen lame mince. La granulométrie de cette "marme" est du type arénite à grain findont la taille des éléments est supérieure en moyenne à 100 microns.

La granulométrie des quartz, mesurée par le G.A.E.S. sur un grand nombrede lames minces, contribue largement à la distinction des zones lithologiques àtravers l'exploitation de Rénazé.. Cette, analyse met en évidence des zones, à granu-lométries plus grossières et plus fines que la "veine" (LE CORRE C , 1974). Elledémontre également que la taille du grain moyen de la matrice évolue parallèlementavec la taille du grain de quartz le plus gros rencontré dans la lame. Sur l'en-semble des mesures le rapport moyen des tailles est environ 2.

7.4. Le_"mÍ£E2f_aciès"

On entendra par "microfaciès" une expression pratique, sans significationgénétique, utilisée dans un but de classification basée uniquement sur la géométriede l'assemblage des éléments dominants de la structure fine du schiste, et leurnature, déterminées à partir de l'observation des lames minces.

ECHELLE f/ws / / a « fats f/ftv 4 m i/e* *fc ib ill

Classes

^ranubmáriques

PARTICULE' I

colloidale_J

Particuleargileuse Particule silteuse

GRAIN

Trèsfin Fin Moyen Gros -

s 1er

Trèsgros-sier

Gra-iule Gravier Caillou Pierre Bloc

Diamètres 9,itji opji o/u tu eu up 8/i Ufi y* et ft ns/4 t&p. eaou Zmn» Umm 8mm i£r»mI

266i

Classes

de roches

LUTITES ARE NITES RUDITES

Areno-Lutites <Areno-Rudites

Fig. 55 - Classification granulométrique d'après G R A B A U , modifiée par NIGGLI (1938)(in C . S. R . P . G . , 1966) avec les domaines de granulométrie moyenne des élémentsclastiques des schistes ardoisiers utilisés pour l'ardoise :

ES3 schistes de Rénazé (Mayenne)

schistes du bas Limousin (Corrèze)

oo

- 101 -

Ainsi une dizaine de "microfaciès" ont été définis dans les schistes àTrinuoleus à partir des échantillons prélevés régulièrement à travers la formationschisteuse (BRETON J.P. et al., 1973). Les éléments servant de base à la classifi-cation sont en l'occurence :

- la matrice fine- les micronodules (< 200 y)- les laminés- les nodules (> 200 y)

Cette classification contribue à l'établissement du log lithostratigraphi-que de la formation schisteuse et l'individualisation de niveaux ou zones, dont un,en particulier, correspond à l'emplacement de la "veine". Le microfaciès de la"veine" est celui d'un schiste fin homogène pratiquement sans hétérogénéités matri-cielles.

7 • 5 •I;Ê

La schistosité est essentiellement matérialisée par l'orientation géné-rale des minéraux phylliteux et par la forme plus ou moins lenticulaire des élé-ments élastiques (quartz et feldspaths éventuellement) qui tendent à se disposer àplat dans le plan de schistosité.

Dans ce plan on observe une microlinéation, due à l'allongement des pla-ges phylliteuses, correspondant au longrain et à la direction de contrainte mini-male.

Les lames taillées perpendiculairement à la schistosité laissent appa-raître le feuilletage du schiste dans lequel la majorité des minéraux participent àla schistosité.

On conçoit facilement que plus l'orientation préférentielle des minérauxest marquée plus le schiste sera fissile. Il apparaît, quelquefois, à l'observationdes lames minces que les minéraux phylliteux. contournent et épousent la forme deséléments anté-schisteux et notamment les éléments élastiques de granulométrie re-lativement élevée. Plus ces éléments sont nombreux et de taille importante, plusle degré d'orientation générale des minéraux constitutifs est faible.

Deux méthodes sont actuellement utilisées pour mesurer le degré d'orien-tation des constituants minéralogiques des schistes ardoisiers et notamment desconstituants phylliteux : la mesure de l'indice photométrique, la goniométrie detexture.

7.5.1. L

7.5.1.1. Principe de la mesure

La méthode proposée par C. LE CORRE (1968) consiste à définir, sur deslames minces orientées et repérées, la direction statistique d'extinction des mi-néraux grâce à un dispositif photométrique (cellule photo-électrique) monté direc-tement sur le microscope.

Sous le microscope en lumière polarisée, la lame de schiste lors de larotation de la platine passe alternativement par un maximum et un minimum de lumi-nosité. Les minéraux phylliteux ayant une extinction droite la recherche.du minimumde luminosité permet de déterminer la direction statistique d'allongement de cesminéraux.

- 102 -

Initialement mise au point pour déterminer l'orientation axiale des mé-gastructures, cette méthode permet aussi de "doser" quantitativement, sur lamesminces taillées perpendiculairement à la schistosité, le degré d'orientation desphyHites en utilisant l'écart entre le maximum et le minimum d'intensité de lalumière transmise par la lame lors.de sa rotation sous le microscope. Cet écart entreles deux mesures fournit un indice d'orientation plus.ou moins, élevé selon l'abondan-ce des minéraux phylliteux orientés parallèlement. Dans une roche statistiquementisotrope cet indice est nul, par contre dans une roche parfaitement orientée l'indicephotométrique serait égal à 100. De manière que le plus grand nombre de minéraux soitpris en compte, la mesure se fait à l'aide d'un objectif de faible grossissement eten plusieurs points de la lame.

7.5.1.2. Application aux schistes de Rénazé

Cette méthode a été employée dans l'exploitation ardoisière de Rénazé(Mayenne). Il apparaît sur le profil lissé (fig. 56), établi à partir des mesureseffectuées sur des échantillons de schistes prélevés tous les deux mètres dans letravers-banc de recherche (niveau - 255 m), des variations assez amples de l'indicephotométrique. Ces variations sont en rapport avec les caractères lithologiques duschiste, plus le "microfaciès" est hétérogène et grossier (présence de nodules)plus l'indice photométrique est faible. La "veine" correspond à un domaine bienparticulier où l'indice varie de 30 à 45.

7.5.1.3. Corrélations entre—P'-indice-photométrique et certainsparamètres lithologiques

- indice. photomtùiiquz eX "micAo^aciti>" : J'ai reporté sur un diagrammeles valeurs lissées de l'indice photométrique en fonction des types de "microfa-ciès" déterminés par le G.A.E.S. (BRETON J.P. et al., 1973) (fig. 57). On constatetout d'abord qu'entre les deux "microfaciès" extrêmes observés dans les Schistes àTrinualeus correspondant aux £ch_i¿t£S_a_nod\il£s_c£ales_cent_s (> 200 y) d'une part, etaux £çhistes_fins_ homog_ènes_ (type "veine" ou de qualité supérieure) d'autre part,l'indice photométrique varie dans le rapport 1 à 4.

La corrélation entre les deux paramètres est peu significative pour lesmicrofaciès sans.nodules.supérieurs.à . 200 y.

- Indice. photom&tÀÂque. eX QnamZomfctAie. : J'ai de la même manière reportésur un diagramme, les valeurs lissées de l'indice photométrique en fonction de lagranulométrie du quartz déterminés sur les mêmes lames que précédemment (fig. 58).

La granulométrie du quartz moyen de la matrice schisteuse évoluant paral-lèlement à celle du quartz le plus gros rencontré dans la lame, c'est ce dernier pa-ramètre que j'ai reporté en abscisse.

L'indice photométrique mesuré perpendiculairement à la schistosité dimi-nue quand la granulométrie du quartz augmente. Les échantillons prélevés au niveaude la "veine" principale et de la "veine à dallage" appartiennent chacun à un do-maine bien particulier du nuage de points obtenu pour l'ensemble des échantillonsrégulièrement prélevés dans la formation schisteuse.

7.5.2. Gordométrie_ d&_textu£e

Cette méthode d'analyse aux rayons X, récemment employée par J. ESTEOULE etJ. GUYADER (1973) sur des schistes de différentes provenances, dont des matériauxardoisiers, permet d'évaluer quantitativement l'orientation des phyllites de dif-férentes natures minéralogiques. Ces auteurs ont analysé des lames minces à l'aided'un goniomètre de texture équipé d'un monochromateur à lame de quartz qui permet detravailler en transmission.

•Indice

photométrique

! _ I I

ieOm 170 160 150 W 130 120W ta 90 10 PM

Qy*VEÍNE'ardoisière .schistes fins i petits nodules et laminites * RSetRN : Rudes associées ¿ la VEÎNE

(¿) Schistes fins & laminites et nodules diffus

( D Schistes (sitteux) i nodules i nombreux • (5a) *veine i dallage*

\¿) Schistes silteux A nodules coalescents

(5) Grés-quarfitea calcareu.x

Fig. 56 - Profil lissé des indices photométriques des schistes à Trinucleus mesurés dans letravers-banc de recherche (niv. -255 m ) dans l'exploitation de Rénazé (Mayenne)

(d'après les mesures effectuées par le G . A . E . S. de l'Univ. de Rennes)(in J. P . B R E T O N et al, 1973)

TndiceotömetVphotométnaue

60

50

40

zo

10

O-

Schistes Fins - 104 -

à rrncrono¿u\e>à laminé»

•••

ce.: Va \eur moyenne cié \ mcAiLEGENDE 0E«> MICROFACtES

Schiste fin homogèneSchiste fin homogène à rares micro-nodules « 200}» )Schiste fin homogène à micronodulesdiffus (< 200^1 ) ou à laminés diffusSchiste fin homogène à micronoduleset laminés diffusSchiste à laminés ou schiste h o m o -gène à micronodules diffus et quel-ques nodules (>200 K ) ou schistesfins homogènes à rares nodules O200J*- )

Fig. 57 - Corrélation indice photométrique "microfaciès" (Interprétation desmesures inédites effectuées par le G . A . E . S . (Université de Rennes)Schistes à Trinucleus (Rénazé).

Schiste à laminés et rares nodules (>200U.Schiste à laminés et nodules > 200U.

(assez nombreux)Schiste à nodule >200U. nombreux etriuagésSchiste à nombreux nodules individua-lisés ( > 200^ )Schistes à nodules coalescents (> 20011)

- 105 -

Ino/i'ce

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I • ^ V •• •

¡. • -i rv*• • -•

ÍO «o 1oiUßcfuor-ain de ÇZ- I&plujçnxs «fe Is matrice(micn?ns\

Fig. 58 - Corrélation Indice photométrique - granulométrie (interpré-tation des mesures lissées inédites effectuées par leG . A . E . S . (Université de Rennes). Schistes à Trinucleus(Rénazé)

- 106 -

Une famille de plans réticulaires, en l'occurence (001) des phyllites,est placée en position de Bragg, un dispositif permet d'animer la lame d'un mou-vement de rotation dans un plan vertical en zone avec l'axe du goniomètre. Lesréflexions básales des phyllites ne sont reçues par le compteur que lorsque le plandes feuillets en position de Bragg est parallèle à l'axe vertical du goniomètre. Lerepérage angulaire de la rotation de la lame est assuré par ailleurs.

On obtient un enregistrement des intensités transmises, pour une positionde Bragg, au cours d'une rotation de 180° de la lame (fig. 59).

LAttC*

»erFig. 59 - Courbes de répartition des intensités enregistrées (d'après J. ESTEOULE et

al., 1973)- 1 : schiste ardoisier d'Angers- 2 : schiste de Néant

s

Le degré d'orientation du minéral phylliteux considéré est exprimé parl'intermédiaire du moment centré d'ordre 2 (fig. 60).

Cet indice d'orientation mesuré sur des schistes ardoisiers de fissilitésdifférentes est significatif sur les lames taillées perpendiculairement à la schis-tosité et au longrain. Pour les sections parallèles l'orientation est meilleuresans variations importantes entre les différents matériaux.

Domine<ks »distes• M f&sie*

i Valeur«.

500

00

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2O

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Fig. 601973)

- Valeurs des indices M2 pour divers schistes (d'après J. ESTEOULE et al.,

- en figurés pleins : lames parallèles au longrain- en figurés évidés : lames perpendiculaires au longrain

- 107 -

7.6. Conclusion

Au sein de la formation schisteuse le niveau exploitable pour l'ardoisepossède une pétrographie particulière qui lui confère sa fissilité. Parmi les élé-ments essentiels : la composition minéralogique, le "microfaciès", la granulomé-trie, le degré d'orientation des•phyllites sont des paramètres non indépendants.

Le rapport minéraux en grains/minéraux phylliteux peut dans un mime gise-ment être considéré comme un indice de qualité.

Le "microfaciès" est un paramètre subjectif permettant cependant d'éli-miner des zones lithostratigraphiques très grossières ou trop hétérogènes. Sa dé-termination est importante pour effectuer des corrélations1 latérales dans la mesureoù il aboutit à l'établissement d'un log lithostratigraphique fin de la formationschisteuse.

La granulométrie des minéraux en grains favorise ou non le degré d'orien-tation des phyllites. La détermination de ces deux variables montre qu'elles sonteffectivement liées et fournissent toutes deux un excellent critère lithologique defissilité.

- 108 -

CHAPITRE ñ

LES CRITERES PHYSICO-MECANIQUES DE FISSILITE

- 109 -

8 LES CRITERES PHYSICO-MECANIQUES DE FISSILITE

8.1. i

Les essais mécaniques classiques réalisés sur les différents schistesardoisiers (cf. chapitre 5) ont montré qu'il était difficile d'individualiser lesmatériaux rencontrés au sein d'une même formation ardoisière.

Un seul type d'essai et un faible nombre de mesures ne suffisant à différen-cier les schistes, nous avions donc défini des coefficients et indices d'anisotropiecalculés à partir des résultats obtenus sur un grand nombre d'échantillons. Ainsi, lecoefficient calculé à partir des anisotropies des résistances en compression simpleest un bon critère de fissilité, mais la mise en oeuvre de l'essai nécessite unepréparation longue.et délicate des éprouvettes.

Toujours dans une optique simplificatrice, nous avons envisagé deux nouveauxessais, afin de vérifier si l'état géométrique de surface et la résistance au fendagedynamique du plan de schistosite pouvaient fournir des critères de fissilité.

8.2. Ll|tat_géométrig[ue_de_surfaçe_ou_rugosité

8.2.1.. GénéraKtés_

8.2.1.1. Domaine d'application des mesures de rugosité

Les mesures de rugosité géométrique ont été très développées par les mé-tallurgistes pour contrôler l'aptitude des pièces usinées à remplir une fonctiondonnée (frottement, étanchéité, écoulement de fluides, etc.). Ces mesures font l'objetde prescriptions actuellement normalisées (normes françaises, 1972).

Les laboratoires routiers ont également recherchés le moyen d'évaluer larugosité du revêtement des routes. Le coefficient d'adhérence du pneu sur la chausséeétant fonction de la forme des irrégularités du revêtement.

8.2.1.2. Les moyens de mesure

La difficulté d'établir des critères de surfaces a conduit les expérimen-tateurs à ramener à deux dimensions l'analyse de l'état géométrique de surface.

L'exploration de profils est actuellement la méthode la plus utilisée. Ellese fait dans une ou plusieurs coupes perpendiculaires à la surface étudiée.

Actuellement deux groupes d'appareil sont utilisés :

- les appareils à palpeur, qui reproduisent par enregistrement direct,avec ou sans anamorphose, le profil analysé.

- les appareils optiques, qui permettent d'obtenir des profils parrestitution photogrammétrique.

Ces différents appareils sont munis ou non de dispositifs automatiques decalcul des critères de profils, directement en cours d'exploration de la surface.Sinon les mesures de profils se font en second temps, sur l'enregistrement, entenant compte de son anamorphose.

- 110 -

8.2.1.3. Les critères de profil

Un certain nombre de critères ont été normalisés. Ils sont soit mesurés etcalculés directement à partir de points particuliers sur le profil (critères physiques)soit calculés à l'aide d'éléments virtuels arithmétiques ou géométriques déterminéspar ailleurs (critères statistiques).

- Exemples de critères physiques de profils :

. amplitude entre le point le plus haut ("peak") et le point le plusbas ("valley") du profil ;

. moyenne des amplitudes "peak" to "valley" ;

. moyenne des distances "peak to peak" ;

. etc..

- Exemples de critères statistiques de profils :

. rapport entre la longueur interceptée dans une profondeur de coupedonnée et la longueur d'évaluation ;

. amplitude entre le point le plus haut et la ligne moyenne ;

. moyenne arithmétique des ordonnées du profil ;

. etc..

Aucun critère ne suffit à lui seul à caractériser un profil. Aussi, chaqueutilisateur choisit, selon ses besoins et les possibilités des appareils, les critèresà spécifier.

8.2.2. La vugosité_ géométrique^ des_ roches

Peu de travaux ont été consacrés, jusqu'à présent, à la rugosité des plansde séparation des roches. Dans la plupart des recherches, et notamment en métallurgie,on assimile les irrégularités de surface à des sinusoïdes simplifiées et superposées.Une périodicité qui se produit à la surface des métaux (après usinage) se rencontrerarement sur les roches excepté certaines figures de sédimentation.

Certains auteurs et récemment N. RENGERS (1970) et J.H. COULSON (1970) ontétudié les rugosités géométriques de plans rocheux et leur influence sur les caracté-ristiques mécaniques de frottement.

8.2.2.1. Les appareils d'enregistrement de la rugosité des roches

N. RENGERS et al. (1970, 1971) ont expérimenté et développé plusieursprocédés de mesure. Différents appareils d'enregistrement sont utilisés selon lesdimensions du plan et l'échelle de'rugosité à analyser :

- La. bouÁ&oliL di CLAR. : Une plaque circulaire est déplacée et posée auhasard sur le plan rocheux. Une boussole articulée et fixée à la plaque permet, àchaque position,, d'en mesurer son orientation (direction et pendage). Plusieurs pla-ques de diamètres différents sont ainsi utilisées pour analyser un plan. Cette mé-thode ne peut être employée que sur des surfaces de plusieurs m2 et non horizontales.

- Le. pK.o^ÁÁ.0QhWßkt : Un palpeur est déplacé parallèlement au plan rocheuxet permet., de reproduire le profil de la surface par l'intermédiaire d'un dispositif,mécanique ou électronique, d'amplification. Les profils analysés peuvent atteindre 1à 2 m de long.

- Le rrU.cAO6c.opz ¿téAÍO¿>cop¿qu<L do. pn.oion.d2UA. : L'échantillon de roche esttranslaté sous le microscope, parallèlement à un plan de référence tandis qu'un

- Ill -

Fig. 61 - Méthode de la boussole de C L A R . Diagrammes des pôles, aprèsrotation de la fissure, obtenus avec différentes plaques de base surun m ê m e plan rocheux, (d'après E . F E C K E R et N . R E N G E R S , 1971)

Fig. 62 - Méthode de la boussole de C L A R . Diagrammes synthétiques avec lescourbes de dispersions maximales des mesures pour différentes di-mensions de la plaque de base

a) diagramme de synthèse des diagrammes de la fig. 61b) diagramme obtenu à partir d'un plan rocheux moins rugueux,

(d'après E . F E C K E R et N . R E N G E R S , 1971)

- 112 -

système optique permet de déplacer verticalement un spot lumineux et le maintenirvirtuellement en contact avec la surface à analyser. Les mouvements de translationshorizontales de l'échantillon et verticales du spot lumineux sont amplifiés etenregistrés simultanément.

8.2.2.2. Analyse d'une surface rocheuse à l'aide de la boussole deCLAR

Pour chaque type de plaque on réalise un certain nombre de mesures d'o-rientation réparties sur l'ensemble du plan rocheux à analyser.

Les mesures sont reportées en pôles sur diagrammes de Schmidt. Pour unemeilleure visualisation des mesures, on fait subir aux pôles une rotation d'ensemble,rétablissant le plan de référence (orientation générale du plan rocheux) en positionhorizontale. On obtient ainsi autant de diagrammes qu'il a été utilisé de plaques dedifférents diamètres (fig. 61).

Le diagramme synthétique, sur lequel sont regroupés les différentes courbesdes valeurs extrêmes des mesures, est caractéristique de l'état géométrique de surfacedu plan analysé (fig. 62).

Cette analyse permet également de mettre en évidence des directions pri-vilégiées (stries, ...) sur la surface étudiée, ou encore son anisotropie de rugosité.

8.2.2.3. Analyse d'un profil

8.2.2.3.1. El§menîs_géométriques_des_profils_de_rugosi|é

Sur une ligne, dite de référence, parallèle à la direction moyenne del'enregistrement du profil, on établit une maille de pas L, dont la dimension estfonction de l'appareil utilisé. A chaque noeud ainsi défini sur la ligne de réfé-rence, on fait correspondre directement un point sur le profil (fig. 63). A ce pointest associée une valeur numérique h égale à sa distance à la ligne de référence.

On définit alors sur la ligne_ de référence un pas d'analyse, multipleentier du pas de mesure tel que P = n.L. Pour chaque valeur de n2 les droites passantpar les points du profil, correspondants aux noeuds distants de P sur la ligne deréférence, font avec celle-ci des angles positifs, nuls ou négatifs.

L L L L

Fig. 63 Profil anamorphose (Y x 100 - X x 10). Definition des angles analysés

- 113 -

soofnm) 7mm)

Fig. 64 - Courbes des déviations maximales en fonction du pas d'analyse n. L(profilographe) ou de la surface S de la plaque de base (boussole)(d'après E . F E C K E R et N . R E N G E R S (1971)

Fig. 65 - Rôle de l'état géométrique de surface sur l'importance de ladilatance (Ah) pendant le mouvement relatif longitudinal (n. L).(in E . F E C K E R et N . R E N G E R S (1971)

- im -

8.2.2.3.2. ExElçitations_des_dgnnées_du_£rgfil

Les angles a ainsi définis sont calculés et analysés statistiquement avecl'aide d'un programme de calcul, à l'ordinateur. Le traitement automatique permetd'analyser un très grand nombre de mesures.

En portant sur un diagramme les valeurs extrêmes de a, en fonction du pasd'analyse P = n.L on obtient une courbe caractéristique du profil (fig. 64).

L'intérêt de ces courbes peut être important, en mécanique des fractures,pour expliquer ou prévoir le comportement d'une fracture soumise à des efforts decisaillement. La dilatation du "joint", ou dilatance, qu'entraîne un déplacementlongitudinal relatif de ses lèvres, est fonction de ce déplacement et de la valeurmaximale de l'angle a pour un pas d'analyse égal 3u déplacement relatif (fig. 65) :

Ah = n.L.tgcx

Connaissant les valeurs extrêmes de a, en fonction de la valeur du dépla-cement relatif, on en déduit la valeur de la dilatance pour un tel déplacement, etréciproquement.

8.2.3. Appl-iaatipn_aux_sohi_stes_ ardoisiers

8.2.3.1. Dispositif d'enregistrement des profils (fig. 66}

Le dispositif réalisé pour l'exploration des profils de rugosité géomé-trique du plan de schistosité des différents schistes ardoisiers comprend :

- un bâti de mesure équipé d'un palpeur et d'un système de déplacementde l'échantillon. Cet ensemble constitue le "profilographe" ;

- une alimentation stabilisée à 10 volts, pour l'alimentation élec-trique de deux capteurs de déplacements ;

- un enregistreur graphique XY et un voltmètre digital relié à uneimprimante, constituant le système d'acquisition des données.

Le palpeur du profilographe est constitué d'une tête diamant conique depick-up à partie terminale hémisphérique de rayon de courbure égal à 50 microns. Lediamant est fixé à l'extrémité d'un bras équilibré et guidé latéralement.

Les déplacements, .verticaux du diamant sont mesurés à l'aide d'un capteur dedéplacement (IFELEC C30), à transformateur différentiel, ayant une course linéaire de± 3 mm et une linéarité de ± 0,1 % sur toute l'étendue de mesure.

Un capteur (IFELEC C250) placé horizontalement permet de contrôler latranslation de l'échantillon sous le palpeur. Ce capteur a une course de ± 25 mm etune linéarité de ± 0,5 % sur ± 20 mm.

8.2.3.2. Conditions de mesure

Les échantillons analysés.sont de formes cylindriques, de diamètre 0 = 40 mm,de 5 à 10 mm de hauteur. Ils sont obtenus par fendage, selon le plan de schistosité,d'éprouvettes cylindriques carottées perpendiculairement à la schistosité. Ils sontorientés et positionnés sur le chariot du profilographe en s'assurant préalablementque le plan à analyser soit à peu près horizontal. Avant leur mise en place, leséchantillons sont brossés, à l'aide d'une brosse en nylon, pour faire disparaîtreles esquilles de schistes dues au fendage et que les ardoisiers appellent le "poil"du schiste.

- 1 0 V.

(A) Enregistreur X Y Hewlett-Packard 7046 A

(j|) Voltmètre digital Hewlett-Packard 3480 A

(Q\ Imprimante digitale Hewlett-Packard 5055 A

Pointe diamant(rayon r =

Echantillon

Capteur de déplacement (voie Y)IFELEC C 30

£2) Capteur de déplacement (voie X)<-S IFELEC C 250

R ) Résistances 20

Fig. 66 - Dispositif d'enregistrement des profils de rugosité géométrique

- 116 -

- L'anamorphose des profils est égale à cinq :. échelle horizontale : X10. échelle verticale : X50

- La longueur du pas de mesure est :L = 0,25 mm (sur l'échantillon)

- Le nombre de mesures relevées par profil :

1_ (longueur d'enregistrement)L (longueur du pas de mesure)

en moyenne, x = 150.

8.2.3.3. Interprétation des profils

Deux méthodes ont été utilisées pour l'exploitation des mesures de pro-fils :

- la méthode des angles (inspirée de la méthode de RENGERS)- la fraction portante (in LUCAS et MALAVIALE, 1966).

Les critères de profils calculés sont des critères statistiques.

8.2.3.3.1. Li_

Initialement établie pour expliquer les caractéristiques de frottements dedeux interfaces rocheux (§8.2.2.3.2.), la méthode développée par RENGERS ne permetque de comparer entre eux, de manière qualitative, des états géométriques de surface.

Pour chaque pas d'analyse égal à n fois le pas de mesure (les valeurs den étant fixées arbitrairement à 1, 3 , 5, 8 , 15 , 25, M-0), un traitement statistiqueest effectué sur les (150-n) valeurs d'angles calculées telles que :

n.L

h,, s = ordonnée du jième point sur le profil, par rapport à la lignede référence ^

j varie de 1 à (i - n)i varie de 1 à x (nombre de mesures relevées sur le profil).

L'enregistrement du profil étant de nature apériodique la distribution desangles est unimodale.

Comme nous l'avons vu à l'aide d'exemples (empruntés à la bibliographie)traités par la méthode de la boussole, la dispersion des orientations des facettes etsa variation en fonction de la dimension de la plaque de mesure sont caractéristiquesde l'état géométrique de surface du plan rocheux. Ce qui est vérifié sur une surfacepeut être appliqué à un profil.

L'écart-type de la distribution est le paramètre statistique représentantle mieux la dispersion. C'est ce paramètre que je retiendrai.comme indicé de rugosité,ainsi que sa variation en fonction du pas d'analyse.

- 117 -

8.2.3.3.2. |QDgUëUÇ_EQÇΧDt§_Qu_fraçtion_Eortante

Cette méthode actuellement normalisée est utilisée pour définir la rugositéde la surface des chaussées. Elle a été proposée par ABBOT et FIRESTONE (1938) (inLHERMITTE R. , 1974).

Soit le profil, représenté par la fig. 67, de longueur 1, chaque droite,parallèle à la droite de référence, coupe à différentes distances de celle-ci lesparties pleines du profil suivant les longueurs 1 , 1 , etc.. On peut établir à

ex c^zi

chaque distance 5 sur la hauteur c le rapport R = -—. On définit de cette manièreune courbe intégrale (courbe d'ABBOT), de distribution R (6). Le rapport R est appeléla fraction portante.

mm, B

profils.

Fig. 67 - Détermination de la longueur ou fraction portante

La longueur portante est mesurée directement sur les enregistrements de

6.2.3.4. Anisotropie de rugosité

Dans un premier stade, des profils orientés ont été explorés sur troiséchantillons de schistes ardoisiers très fissiles provenant chacun d'une des troisformations ardoisières étudiées. Sur chaque échantillon on a défini quatre directionsde profil à 45° les unes des autres, l'une d'elles étant perpendiculaire au longrain.

L'analyse des profils par la méthode des angles met en évidence la forteanisotropie de l'état géométrique de surface des schistes du bas Limousin, aniso-tropie liée à la linéation de microplissotement. Pour les faibles valeurs du pasd'analyse, la dispersion des angles diminue quand l'angle que fait la direction duprofil avec la linéation diminue. Par contre dans les mêmes conditions de mesureaucune anisotropie n'apparaît pour les schistes de Rénazé (fig. 68).

Plus le pas d'analyse augmente plus les courbes ont tendance à se res-serrer, dans la mesure où ne se superposent pas à la microrugosité des ondulationssecondaires de plus grande longueur d'onde. L'échantillon de Travassac présente unetelle anomalie, liée à un arrachement occasionné par le fendage.

Les courbes d'Abbot (fig. 69), calculées sur les mêmes profils ne permet-tent pas de mettre en evidence 1'anisotropie de rugosité des schistes. Ceci est liéau fait que la linéation n'est pas le seul élément géométrique de rugosité et que laméthode est sensible aux défauts de surface (arrachements, écaillages, nodules, ..)de plus grande amplitude.

On peut mettre en évidence, d'après ces courbes, la profondeur maximalemoyenne de rugosité. Cette valeur est plus élevée pour l'échantillon de Travassac(0,5 mm) que pour les échantillons d'Allassac (0,4 mm) et de Rénazé (0,25 mm).

i r30°

(B°6OI

20°UP16)

10° ./2°02)

14 2

\

N^

, N

>

éch AL 1ardoise d'AUassac

4\\"x>

NA^

20°.t¿°16¡

10°.(2°02)

T).L

i12

x \\

éch. TRÍ72ardoise deTravassac 30&

éch. P2ardoise de Rénazé

00

I

Q2S 0J50 0,75 i?5 2J00 3.75 6¿S Q00 mm 0,25 0.50 0,75 1.25 2,00 * 7 5 fi25 10,00mm 0.25 0,50 Q75 1.25 2.00 3.75 6^25 WOO m m

: profil i - p _ ¿lu longrain . ; profil 2 à ¿5° ¿profil 3 // au longrain . ; profil 4 i 45° .

Fig. 68 - Anisotropie de rugosité. Courbes des variations de l'écart-type de la distribution des angles ,défini sur chaque profil, en fonction des différents pas d'analyse. Exploration de profilsorientés sur trois échantillons d'ardoises.(en ordonnée : les valeurs réelles des angles, en tenant compte de l'anamorphose, sont

indiquées entre parenthèses)

. TR 71Areioiit de Tr«v«VK»c

. AL1Ardoise J'Allwac

: P(pcrpeiMUeuWe

auM0f.3r.in)

: Prof ,1 3(par«lUe •

longrotnj

: Profil 4

Fig. 69 - Anisotropie de rugosité. Courbes d'Abbot obtenues à partir des enregistrements de profilsorientés sur trois échantillons d'ardoises.

- 120 -

8.2.3.5. Rugosité des différents schistes

Des profils ont été explorés sur les différents matériaux étudiés. Ladirection d'exploration choisie est celle qui donne la valeur maximale de l'écartgéométrique à un profil parfaitement lisse. Pour les schistes de Corrèze la directiondes profils est donc choisie perpendiculaire à la linéation de microplissotement,pour les schistes de Rénazé la direction a été choisie perpendiculairement au longrainpréalablement repéré par poinçonnement :

- M&thodz de du. ¿ongnaln ¿un ¿<it> de. Rinazé.

1- fendage de l'éprouvette cylindique dont une génératrice est repérée (R)2 - poinçonnement de la tranche de schiste. La rupture se produit suivant le

longrain 13 - fendage de la tranche à analyser, parallèlement au longrain repéré sur

l'éprouvette4 - la direction de profil P est alors déterminée

- Rt&aJUati

Pour chacun des différents types de matériaux ardoisiers on a réaliséplusieurs profils sur plusieurs tranches cylindriques. En tout, plus de cinquanteprofils ont été enregistrés dont quelques exemples types sont reproduits sur lafig. 70.

Ces profils ont été analysés par les deux méthodes décrites au paragraphe8.2.3.3.. Dans les deux cas les courbes obtenues pour chaque type de matériau, sontassez bien groupées, aussi n'ai-je reproduit que les courbes moyennes (fig. 71 et72).

L'observation de ces courbes nous conduit aux remarques suivantes :

. Les résultats sont en accord avec l'observation des photographiesdes échantillons éclairés en lumière rasante dont quelques unes sont reproduites surles fig. 73a et 73b.

. Les courbes moyennes des différents matériaux analysés sont parfaitement différenciées.

Le schiste très fissile d'Allassac (ALI) est un peu plus "rugueux" que lemicaschiste de Travassac (TR472). Le schiste stérile d'Allassac (AL3) est nettementdifférencié.

- 121 -

ARDOISES D'ALLASSAC

- éch. A L 1 (très fissile) "Filon Caquette"

-éch. A L 3 (stérile)

MICASCHISTE DE TRAVASSAC

- éch. T R 472 (très fissile) "Filon des Quatre Maîtres"

SCHISTES A TRINUCLEUS (RENAZE)

- éch. P2 (très fissile) "veine"

- éch. 181 (fissile) "veine à dallage"

- éch. P2R (stérile) "rude"

Fig. 70 - Enregistrements types perpendiculaires au longrain obtenus auprofilographe sur les schistes ardoisiers

- 122 -

afcWitrsde Caxrif.

A L 3 : A I \ Q 5 S O C (sVéritàA L A •. Allas*ac (!*•* '****)

30'

10"

1O*(fot)

Pt:'181!"P2ft-.

deRénaté^Moy«mne)

Verne* (^è* Ç»s»\\e)Veitie.* à daUa^e

vJde* Refile)

L^3

Os»S

ni6^5

Fig. 71 - Courbes moyennes des variations de l'écart-type de la distribution desangles obtenus au profilographe sur les différents schistes ardoisiers.(en ordonnée : les valeurs réelles des angles, en tenant compte del'anamorphose, sont indiquées entre parenthèses)

c "mm

Ofo

Fig. 72 - Courbes moyennes, selon A B B O T et F I R E S T O N E , établies d'aprosl'analyse de l'ensemble des enregistrements obtenus au profilographe.

- 123 -

Fig. 73a - Photographies de quelques échantillons de schistes de Corrèze ayantfait l'objet de mesures de profils (la flèche indique la direction duprofil, -l : le longrain)la : éch. A L 1, très fissile (Allas sac, "filon Caquette")

1 b : éch. A L 3, stérile (Allassac, " m a r m e " )2 : éch. T R 472, très fissile (Travassac, "filon des Quatre Maîtres"

"minée" ouest). . .

(chaque échantillon a un diamètre de 4 c m )

- 124 -

Fig. 73b - Photographies de quelques échantillons de schistes de Rénazé (Mayenne)ayant fait l'objet de mesures de profils (la flèche indique la direction duprofil, À : le longrain).1 : éch. P2 , très fissile, ("Veine" principale)2 : éch. 181, fissile ("Veine à dallage")3 : éch. P2R, stérile, ("rude")

(chaque échantillon a un diamètre de 4 cm) •

- 125 -

Les profils obtenus sur les trois matériaux de Rénazé, du fait de l'absencede linéation de gaufrage, ont un caractère beaucoup plus lisse que.ceux obtenus surles matériaux de Corrèze. Notons que le schiste utilisé pour la fabrication du dallagepossède un état de surface voisin du schiste stérile ou "rude". Par contre le schistetrès fissile est bien individualisé.

. Enfin, dans tous les cas le schiste très fissile utilisé pour lafabrication de l'ardoise possède une profondeur de rugosité inférieure aux matériauxde fissilité moindre.

8.3. La_résistance_au

8.3.1. Lebravaildi£

En Anjou, les blocs de. schis-tes remontés au jour sont acheminés versl'atelier des fendeurs où ils subissent les opérations de débitage. Ces opérationsaboutissent à l'élaboration du ''réparton" (bloc parallélépipédique de dimensionslégèrement supérieures aux dimensions de l'ardoise). Le "tierçage" consiste à diviserle "réparton" en "double-jets". Ces plaques dont l'épaisseur permettra d'obtenirquatre ardoises sont clivées lors du "doublage" en deux "jets" qui, divisés à leurtour, fourniront chacun deux "fendis" dont l'épaisseur de trois millimètres environest celle de l'ardoise. Le "rondissage", opération ultime, consiste à calibrer ces"fendis" aux dimensions définitives de l'ardoise.

En Corrèze, les opérations de débitage sont semblables, mais plus artisa-nales, la mécanisation est pratiquement inexistante. L'épaisseur moyenne des ardoisesfaçonnées est au moins égale à l'épaisseur du "jet" angevin, c'est-à-dire : 6 mmenviron, et atteint souvent 8 mm.

8.3.2. Mise_au_ goint_ d_'un_essa/L_dé_ fenda^e_

Afin d'apprécier la fissilité ou la résistance au fendage des schistesardoisiers on a envisagé de reproduire l'action dynamique du fendeur percutant sonciseau pour diviser le "réparton". Cet essai de fissilité devant éventuellement êtreappliqué sur des carottes de sondages, la méthode a été testée sur des éprouvettescylindriques•

Le principe de l'essai est simple. Il s'agit de laisser tomber une massesur un coin-fendeur préalablement positionné au contact d'une éprouvette de schisteet parallèlement à la schistosité. La hauteur de chute de la masse est repérée àchaque essai et on retient la hauteur pour laquelle il y a séparation de 1'éprouvetteen deux morceaux.

Dans ce but, on a réalisé un appareil (fig. 74) comprenant :

- un socle en plastique PVC épais avec deux flancs rainures servant deguides à un couteau en acier dont le tranchant fait un angle de 30°. L'extrémité ducouteau a été préalablement traité par trempage afin d'éviter son usure rapide. Lecouteau dont le poids est de 1420 g est libre de se déplacer verticalement. A la basedu socle est placée une enclume en acier sur laquelle on positionne 1'éprouvette deschiste à tester.

- un chemin de roulement vertical de 0,80 m de hauteur, en barre

d'acier ronde, fixé au socle de la machine, sert au guidage de la masse mobile lors

de sa chute.

- un chariot, équipé de quatre galets de roulements, porteur de lamasse en acier servant à percuter le couteau en fin de chute, roule avec un minimum

*H - 126 -

CKorioh

du-Wtot"

X 0,2

Fig. 74 - Bâti d'essai de fendage dynamique

- 127 -

de frottements sur le guidage vertical. Le poids total du chariot est de 849 g. Unindex solidaire du chariot permet de repérer la hauteur de chute sur une règle gra-duée fixée au bâti de la machine.

Le dimensionnement des différents éléments de l'appareil n'a pas faitl'objet de calculs théoriques préalables. On a réalisé, par tâtonnements, une machinequi puisse fendre tous les matériaux étudiés sans avoir au cours de ces essais àmodifier soit le poids de la masse mobile soit la hauteur du chemin de roulement.Comme on le verra plus loin, l'épaisseur des échantillons analysés étant grandel'angle du couteau pouvait être important. Pour des raisons d'usinage et de soliditél'angle du tranchant a été choisi égal à trente degrés.

8.3.2. Result at s_

L'appareil a d'abord été expérimenté sur une série d'éprouvettes, prélevéesdans un bloc de micaschiste de Travassac très fissile. Nous avons procédé commesuit :

- Les micaschistes de Travassac présentent une forte anisotropie dansle plan de schistosité (linéation de microplissotement), les éprouvettes, tailléesperpendiculairement à la schistosité et de diamètre 0 - 40 mm, sont positionnées sousle couteau de façon telle que la linéation de gaufrage soit parallèle à la directionde fendage (ce qui correspond à la position du "réparton" sous le ciseau du fendeur)et que le plan sollicité soit à mi-distance environ des extrémités de l'éprouvette.

- Après le choc de la masse, tombant d'une hauteur h sur le couteau,un des trois cas suivants peut se présenter :

V V1

1 - l'échantillon est intact (seul écaillage sous le point d'impact)2 - l'échantillon est fissuré3 - l'échantillon est fendu

Dans le premier cas, on remonte le chariot à une hauteur h , telle queh„ = h. + 1 cm, et on déplace horizontalement l'éprouvette de quelques millimètressous le couteau, sans trop s'écarter de son plan médian. Dans le second cas l'essain'est pas considéré comme valable et l'échantillon est retiré. Enfin dans le derniercas, l'essai est positif, la fissure a été initiée par le couteau au moment du chocet s'est propagée jusqu'à séparation de l'échantillon en deux parties.

dz VzZanczmznt dz V'

Les résultats obtenus sur le matériau sont reportés sur le diagramme de lafig. 75. La hauteur de chute correspondant à la rupture de l'échantillon ou à l'appari-tion d'une fissure notable est portée en fonction de la longueur de l'éprouvettecylindrique.

On constate que cette hauteur augmente avec la longueur de l'éprouvette etdevient pratiquement constante à partir de l'élancement un.

La suite des essais a donc été réalisée sur des éprouvettes de 40 mm delongueur environ prélevées dans les blocs de schistes ardoisiers très fissilesd'Allac;sac (Corrcze) et de Rénazé (Mayenne).

Hauteur 'ate chufecfç> ¿» masseM 46 •

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82*

1O

Fig. 75 - Influence de l'élancement de l'éprouvette sur la valeur de l'indice de fissilitc' du micaschiste deTravassac (seules les valeurs de l'indice des échantillons d'Allassac et de Rénazé, déterminéessur des échantillons d'élancement 1 ( L. = Çb), sont représentés).

- 129 -

tel que :

- L'sLncUce. do. lÍÁ&ÁLLto.

On définit un indice de fissilité (!_), propre à l'appareillage utilisé,

F hx 100

(cm)

sile.Plus cet indice est élevé plus le schiste est facilement clivable ou fis-

Les résultats obtenus sur les schistes très fissiles sont reportés dansle tableau suivant :

Provenancedes échantillons

Hauteur de chuteh (cm)

Indice de fissilité

h

ALLASSACéch. ALI

"filon" Caquette

43

2,3

TRAVASSACéch. TR472

"filon" des 4 Maîtres

55

1,8

RENAZEéch. P2"Veine"

18

5,5

Dans une seconde étape on a recherché s'il y avait des variations del'indice de fissilité entre les différents matériaux provenant d'un mime gisement.

Pour les schistes du bas Limousin les résultats sont les suivants :

ALLASSAC

ALI (très fissile)

iF = 2,3

AL3 (stérile)

ne fend pas dansl'étendue de mesure

IF « 1,2

TRAVASSAC

TR 472 (très fissile)

I F = 1,8

TR 475(fissile)

Grande disper-sion des ré-sultats

I F « 2

Les deux matériaux d'Allassac ont des indices bien distincts.

Les échantillons provenant de la "minée" est du "filon" des 4 Maîtres (TR475) ont des indices très dispersés, les valeurs sont généralement inférieures àcelles obtenues sur le matériau très fissile (TR 472) provenant du même "filon". Ladispersion des mesures est vraisemblablement liée à la grande hétérogénéité li-thologique du schiste (alternance millimétrique de lits quartzitiques et de litstrès pélitiques).

- 130 -

Pour les schistes de Rénazé les résultats sont les suivants

P2- "Veine" principale(très fissile)

XF =

5'5

181- "Veine à dallage"(fissile)

P2R "Rude"(stérile)

lF = 3,6

L'indice de fissilité est nettement plus faible sur les deux matériauxautres que celui de la "veine". Il n'y a pas de différence notable entre les in-dices du schiste utilisé pour le dallage et la "rude" limitant la "veine" ardoi-sière.

8.3.4, Calp^_thêovique_de_ V'énevqie_ de_fendage

Le fendeur procède au clivage des différentes plaques successivement ob-tenues, par enferrage d'un ciseau parallèlement à la schistosité. L'enferrage sefait par choc d'une masse contre le ciseau préalablement positionné sur la tranchedu "réparton" ou toute autre plaque élaborée. La fissure étant initiée, sa propa-gation est assurée par la pénétration du ciseau entre les deux feuillets jusqu'àleur séparation complète.

L'énergie mise en jeu au cours de cette opération se décompose en :

- énergie de déformation élastique des deux feuillets,- énergie de frottement du ciseau sur l'ardoise,- énergie nécessaire à l'annulation des forces de cohésion.

Lors de la séparation du "jet", les deux feuillets prennent une flècheimportante. Cette déformation élastique absorbe une partie de l'énergie initialefournie par le fendeur. Plus le bloc est épais, plus il est facile à fendre car lecoin-fendeur en se déplaçant sous l'action d'une poussée procure une énergie qui seconsacre d'autant plus à l'énergie de décohésion, que l'énergie de déformationélastique est faible.

En pratique, plus la plaque de schiste est épaisse et plus le coin peutposséder un angle important (VIEMONT B., 1966).

8.3.4.1. Energie de décohésion

Les conditions d'expérimentation lors des essais de fendage dynamique(épaisseur ou longueur importante et faible section de l'éprouvette) sont tellesque l'on peut considérer que l'énergie mise en jeu se consacre essentiellement à ladécohésion du plan de schistosité sollicité.

On peut calculer en approximation statique l'énergie de décohésion ensupposant que la rupture se produise par traction.

Soit un échantillon de longueur L et de section S expérimenté en tractionperpendiculairement à la schistosité sous un effort croissant T. Sous l'effort T,le déplacement de l'extrémité libre de l'échantillon est du. Le travail fourni parl'appareil de traction est emmagasiné par l'échantillon sous forme d'énergie élas-tique :

dW = T.du = de

- 131 -

Le travail nécessaire pour produire la rupture, c'est-à-dire l'énergiede décohésion est égale à :

en remplaçant T par le produit a .S on obtient :

W = S / a. . du = •=• S.R. . u

si e est la déformation au moment de la rupture, et E le module d'élasticité :

Ur =

l'énergie de décohésion s'écrit alors :

soit par unité de volume :

pZ

W - 1 S L *Wr - 2"-S-L-Ë~

^ T »r

8.3.4.2. Vérification expérimentale

Nous assimilerons l'éprouvette de schiste à une sphère isotrope de mêmeélasticité que le schiste, E, et de rayon r égal au rayon de l'éprouvette cylindri-que dont l'élancement peut être supérieur ou égal à 1.

Lors de l'essai, l'énergie du couteau au moment de la rupture est égale,aux frottements près, à l'énergie potentielle de la masse mobile, soit, par unitéde volume, égale à l'énergie de décohésion calculée précédemment. On peut écrire,si mg est le poids de la masse mobile et h sa hauteur de chute :

12E

mg h

n r3

L'application numérique à partir des résultats obtenus sur le micaschistede Travassac ne permet pas de vérifier cette égalité. En prenant : R = 70 kg/cm2 ;E = 350 000 kg/cm2 ; m = 0,850 kg ; h = 0,50 m et r = 0,02 m, l'énergie de décohé-sion est égale à 7.102 N/m2 et l'énergie potentielle du couteau est égale à 5.105 N/m2.

- 132 -

Cette inégalitépeut être expliquée, tout aumoins en partie, par l'exis-tence de frottements, aucontact de l'éprouvette avecl'enclume sur laquelle ellerepose. Ces frottementss'opposent à l'enferrage ducouteau.

Plus l'éprouvetteest longue plus la part del'énergie nécessaire à an-nuler les frottements estgrande.

Nous avons par la suite essayé de fendre des éprouvettes placées entredeux couteaux identiques. Lafente est beaucoup plusfacile mais la mise en placede l'échantillon est trèsdélicate. D'autre part,l'appareil réalisé est trop"lourd" pour ce type d'essai.Dès que la fente est initiéeles propres poids du couteauet de la masse entraînent sapropagation jusqu'à la sépa-ration complète de l'éprou-vette.

8.3.5. ConaVusyon

L'essai de fendage dynamique tel qu'il a été envisagé permet de définirun indice de fissilité du matériau ardoisier. Les résultats obtenus sont concor-dants avec l'aptitude au fendage des différents schistes ardoisiers étudiés tellequ'elle nous a été définie par les exploitants. L'inconvénient majeur de cet essaiest qu'il nécessite un grand nombre d'éprouvettes. Son emploi sur des carottes desondages peut être envisagé, par exemple, en tout ou rien en se fixant une hauteurde chute de la mas.se au-delà de laquelle le schiste est considéré comme stérile,c'est-à-dire un indice-limite défini empiriquement par les fendeurs.

- 133 -

CHAPITRE

CRITERES D'EXPLOITABILITE

- 134 -

9 - CRITERES CL'EXPLOITABILITE

Le niveau lithologique particulier que constitue le niveau ardoisier peutne pas être exploitable du fait de la densité trop importante de la fracturation.De ce paramètre dépend donc les possibilités d'exploitation de ce niveau ou ce quej'appellerai son exploitabilité.

On ne considère pas., dans la. suite de cet exposé, les mégastructures detype failles qui délimitent la masse minérale polyédrique ou le bloc structuralcontenant le niveau lithologique exploitable, mais uniquement les lithoclases quipeuvent l'affecter et dont l'analyse structurale a été faite au chapitre 6.

9.1. Anal2se_statistx3ue_de_la_|raçturation

Les deux paramètres, caractérisant la fracturation, essentiels pour 1'ex-ploitabilité des gisements sont :

- l'orientation des familles de fractures- la densité de la fracturation.

Ces paramètres peuvent être analysés, soit sur des affleurements en sur-face, soit en galeries, soit directement à partir de sondages. Dans-le premier casles observations ne sont pas toujours aisées et la densité de fracturation, diffi-cilement mesurable du. fait de l'altération et de la discontinuité des affleurements.Dans le second cas, les conditions d'observations sont d'autant meilleures que lagalerie est bien orientée par rapport à la direction générale des familles princi-pales de fractures. Enfin dans le dernier cas aucun paramètre ne peut passer ina-perçu si l'ouvrage a été correctement implanté et orienté.

9.1.1. Orientation^ des_ fraatures_

Les lithoclases ou fractures les plus fréquemment rencontrées au seind'un gisement ardoisier se répartissent en plusieurs familles orientées différem-ment les unes par rapport aux autres. L'analyse statistique des orientations deséléments de fracturation permet de définir la direction et le pendage moyen dechacune de ces familles.

Le relevé de plus de 1400 mesures d'orientations de fractures, à traversl'exploitation de Rénazé, traitées automatiquement à l'aide d'un programme de cal-cul à l'ordinateur met en évidence quatre familles principales. Parmi ces familles,celles correspondant aux "chauves", "bavures" et "rembrayures" sont subdirectionnelles,par contr* les '"feûilletis" matérialisés par leurs plans 'axiaux sont suborthogonaux àla schistosité.

On s'est assuré en comparant les diagrammes obtenus pour plusieurs.sec-teurs de l'exploitation souterraine que celle-ci était bien établie dans un blocstructural unique n'ayant subi aucune flexion ni torsion notable.

L'analyse des diagrammes de concentration (fig. 76) permet de construiresur canevas de Wulf la représentation cyclographique des plans moyens de la fractu-ration (fig. 77). Ce diagramme synthétique peut servir de guide à la conduite del'exploitation ou d'éventuels travaux de recherches (travers-bancs, sondages . . . ) .

- 135 -

9.1.2. La_densité_de_ ¿rapturation

La densité linéaire de fracturation <5 correspond au nombre de fracturesrencontrées par mètre, elle est évaluée pour chaque famille perpendiculairement àson plan moyen (fig. 80). La connaissance de ce paramètre peut aboutir, et c'est làson but essentiel, à une cartographie de zone d'égale densité de fracturation dugisement pour chaque élément de fracturation et à la détermination des zones exploi-tables ou non.

- Rola, dz la. dznAÂXé. d'un ¿>zul ílzmznt

L'infrastructure de l'exploitation souterraine de Rénazé est très déve-loppée en direction de la "veine". Cette disposition favorise a posteriori, la re-connaissance en volume de la densité des "feuilletis".

Le comptage des "feuilletis" a été réalisé dans les galeries en directionà tous les niveaux de l'exploitation. La maille de comptage est de 5 mètres. Lereport des densités linéaires, en projection sur le plan du niveau - 255, le plusétendu de l'exploitation (fig. 78) met en évidence deux zones. L'une située au Nordde la "veine" correspond à des densités supérieures ou égales à un (5 "feuilletis"par 5 mètres). Cette zone recoupe progressivement la "veine" dans le secteur ouestde l'exploitation. Au-delà du front de fracturation ainsi délimité la densité de"feuilletis" devient plus faible et n'intervient pratiquement plus sur l'exploi-tabilité de la "veine".

- La fisiactuAation dvi2.cjtioYw.2Zl2.

La répartition des éléments directionnels de fracturation est très déli-cate à observer dans une exploitation sans extension importante en travers-banc, depart et d'autre du niveau ardoisier. C'est le cas de Rénazé, dont tous les travauxde galeries, pourtant très développées, sont concentrés à proximité immédiate de la"veine" et parallèlement à celle-ci. Mises à part les orientations des fracturesmesurables dans les recoupes des chambres d'exploitation, il est difficile deprocéder à une analyse en continu de leurs densités.

Cependant, l'existence d'un travers-banc de recherche dans l'axe duniveau - 255 (fig. 78) de près de 200 mètres de longueur, recoupant la "veine" danssa première partie a permis de faire un essai d'analyse de la distribution linéai-re des "bavures" et "rembrayures" (fig. 79). Ces éléments de fracturation, faisantun angle dièdre avec la schistosité verticale de 20 à M-0 degrés chacun, sont facile-ment observables sur les parements de la galerie.

La maille de comptage est de 2 mètres. Si l'on suppose qu'au-delà d'unedensité de 2 "bavures" ou "rembrayures" par mètre (ce chiffre est tout à fait ar-bitraire) le schiste n'est pas exploitable, on peut localiser des zones critiquesextrapoladles en volume, plus ou moins loin selon la continuité des fractures.

9.2. Utilisation_des_sondages

Les sondages de reconnaissance carottés constituent l'un des moyens lesplus précieux pour déterminer les caractéristiques lithologiques et structuralesd'une formation schisteuse susceptible de contenir un niveau exploitable pour l'ar-doise. Ces ouvrages interviennent à plusieurs stades de la recherche.

W--

- 136 -

W--

W--

/ . Jchisfosife . têt H)estires/ Atft*. aas

N

ßavures. 8f mesutesA/JSS. 9oS

2ét. Chauves. f3o niesures: A//f6. 65S

. /éi////e//s. 4/6 pes} : N1o . 8f W

Fig. 76 - Diagrammes de Schmidt (proj. dela I/2 sphère inf. ). Concentrations desorientations des éléments structurauxplanaires dans l'exploitation ardoisièrede Rénazé (Mayenne)

- diag. 1 : Schistosité

- diag. 2 : éléments de fracturation direc-tionnelle2a - Chauve2b - Bavure2c - Rembrayure

- diag. 3 : Eléments de fracturationtransverse :

Feuilletis

Canevas de Wulf( projection de (a demi.sphère )

inférieure

Nm

Fig. 77 - Représentation cyclographique sur canevas de Wulf des principauxéléments structuraux planaires rencontrés dans l'exploitationardoisière de Rénazé.

S Schistosité (représentée uniquement par sa direction)"Chauve", © "Bavure", © "Rembrayure", (5) "Feuilletis"

schlstosité

Nm Zone à densité de*teuilletis~>l par métré

plans axiaux dufeuilletis"

\ \ w \ \ \ \ X N \ \ x v

"\'eine" ardoisière.Fig. 78 - Rôle d'un rlément de fracturation sur l'exploitabilité de la

Résultat de l'analyse en volume de la densité de "Feuilletis" projetée en plan surle niveau -255 de l'exploitation souterraine de Rénazé (Mayenne)

T- B • «I* rednercta (vu« en «\on)

10 to »o 4o

* Veine* Vein« adallage

Fig. 79 - Répartition des éléments de fracturation directionnelle en travers-banc dans l'exploitation deRénazé (Mayenne). Essai de localisation des zones rendues inexploitables par les densités dedeux éléments (rembrayure - bavure).

- mo -

9.2.1. Les_ différents__stade8_ d ''utilisation^

Les sondages peuvent être utilisés, soit en zone vierge, à partir de lasurface, en appui à la cartographie de terrain, soit à partir d'une exploitationsouterraine, pour en préciser les possibilités d'extension ou pour définir l'ex-ploitabilité d'une chambre avant son ouverture.

- En zone,

Dans des contextes géologiques et structuraux similaires à ceux étudiésdans cet exposé, la reconnaissance par sondages peut être envisagé à deux stades dela recherche :

• Localisation du niveau lithologique

Elle peut se faire à l'aide de sondages. courts (5 à 10 m) disposésrégulièrement le long de profils perpendiculaires à la direction lithostratigra-phique de la formation schisteuse. L'analyse pétrographique fine des prélèvementsde schistes doit aboutir à la cartographie, par corrélations entre profils, desdifférentes zones lithologiques et leurs caractères particuliers.

. Evaluation de la densité de fracturation

Une fois, localisé le niveau schisteux favorable, et connaissant au préa-lable les grandes lignes structurales du gisement par l'analyse des affleurementsde surface, des sondages longs, sont orientés perpendiculairement aux directions desfamilles principales de fractures.

La densité de fracturation est évaluée avec précision par famille d'élé-ments directement sur les carottes de sondage. L'ensemble des données recueilliespeut servir à la fois à s'assurer de la continuité du niveau ardoisier en profon-deur mais aussi à localiser des zones intensément fracturées.

- A pantin, d'une, exploitation

L'utilisation des sondages peut être envisagée pour rechercher ou pré-ciser, par exemple, l'existence d'un second niveau ardoisier proche du niveauprincipal. A ce moment là l'infrastructure de l'exploitation peut être mise àprofit pour implanter et orienter les sondages de manière à en tirer le maximumd'informations tant lithologiques que structurales.

La qualité d'une chambre peut également être reconnue par sondages ca-rottés avant son ouverture, à partir des collectrices ou galeries d'accès proches.L'analyse de la fracturation sur de tels sondages doit permettre d'évaluer lecubage moyen des blocs déterminés par la maille de fracturation.

9.2.2. 1/orientation^ âes_ sondages

L'orientation des sondages est primordiale pour une bonne exploitationdes mesures, elle est définie théoriquement par les orientations moyennes deséléments structuraux (stratification, lithoclases, schistosité ...) que l'on sou-haite reconnaître. L'axe du sondage-doit être choisi le plus voisin possible de lanormale au plan moyen de la famille ou des familles d'éléments à analyser.

Une déviation éventuelle du sondage- au cours de la foration doit êtrecontrôlée pour une bonne interprétation des mesures et leur cartographie. Si laschistosité est constante en direction et pendage dans la zone reconnue, elle peutêtre utilisée comme plan de référence. Toute ambiguïté peut être levée, aprèsl'exécution du forage, par la mesure, en continu, de l'orientation du trou desondage à l'aide d'un appareil équipé d'une boussole et d'un pendule.

- 141 -

(L'écortement mojen entre fractures «jt ttl <p« Q - s

Fig. 80 - Influence de l'orientation de la galerie ou du sondage par rapport

à la structure sur la densité de fracturation

Nombre defractures par rnèVre

.110050

Fig. 81 - Evaluation de l'indice de fracturation à partir de carottes desondage

Hueurscarottes

50

X Aoo678910

100 Soo

•

T• /

0

4ooL . Longueur des

Fig. 82 - Divers types do courbes de répartition des longueurs decarottes de sondage (d'après C . LOUIS, 1974)

fracturation homogène | pour un m ê m e module de

— . fracturation dispersée ' fracturation : Mf = 25 c m

- 142 -

La réorientation des carottes à la sortie du carottier est nécessairepour effectuer les mesures d'orientation des fractures. Plusieurs procédés peuventêtre utilisés. L'un deux, notamment, consiste à effectuer une prise d'empreinte enfond de trou, au moyen de pâte à modeler, après chaque remontée du carottier, si-multanément à une prise d'orientation de l'appareil équipé d'un dispositif avecboussole et pendule. Le repérage s'effectue à la sortie du sondage en juxtaposantl'empreinte et le pied du dernier tronçon sus-jacent extrait. On peut reconstituerainsi tout un train de carottes et réorienter ses éléments en position initiale.

9.2.3. La_densité_de_ £rapturation

La densité de fracturation constitue un des paramètres les plus acces-sibles au moyen des sondages. L'observation des caisses de carottes permet d'éta-blir un log complet de la fracturation pour chaque sondage réalisé.

- JndA.cz du

Utilisé en Géotechnique, pour la reconnaissance des massifs rocheux,l'Indice de fracturation défini par J.A. FRANKLIN (1971) correspond au nombre de frac-tures relevées par longueur égale sur les caisses de carottes. Le report sous formede log des valeurs de l'indice permet de situer les zones intensément fracturées(fig. 81).

- Moduli cíe {¡nacXunatíon moy&n

Le relevé des longueurs des carottes, effectué tout le long du sondagepermet d'établir une courbe cumulative de répartition des longueurs des carottes dusondage. Cette loi cumulative de concentration est caractérisée-par-la moyenne ouencore la médiane désignée par le terme : Module de fracturation moyen (LOUIS C ,1973), Mf, correspondant à 50 % des longueurs sur la c'ourb'è: cumulative.

L'utilisation de la courbe de répartition donne une excellente visualisa-tion de la densité de fracturation et permet de différencier une fracturation homo-gène d'une fracturation dispersée (fig. 82). Le module de fracturation moyen peutêtre calculé pour chaque famille de fracture et utilisé pour évaluer le cubagemoyen des blocs unitaires.

- 143 -

CONCLUSION

Dans ce travail, la structure de trois gisements ardoisiers différents etles caractéristiques intrinsèques de leurs matériaux associés ont été étudiés. Ils'agissait en effet de suivre deux idées essentielles :

- prévoir la fissilité du schiste en fonction de sa pétrographie etde ses caractéristiques physico-mécaniques ;

- étudier la fracturation et son rôle sur l'exploitabilité du gise-ment.

De plus, à l'occasion d'une telle étude, il semblait souhaitable derechercher des moyens d'évaluer la "qualité" du schiste, à partir de carottes desondage.

Les faits suivants ont pu être mis en évidence :

- Les_ ard^o^si^er^s^nt^ne^onnai^s^sai^c^ emp_irique_ de leur gisement. Il est quelquefois difficile de faire la part de ce qui leur est intuitif et" deleurs observations d'expérimentateurs. Par exemple, l'affirmation : "La "veine" seresserre avec la profondeur" peut s'expliquer, en réalité, par une fracturationimportante qui vient entamer progressivement le gisement sans que les limiteslithostratigraphiques du niveau ardoisier soient changées.

- Les exploitations étudiées (Corrèze, Mayenne) extraient leur ma-tière première de niveaux lithologiques particuliers ("Filon", "Veine") au sein deformations schisteuses très différentes par leur lithostratigraphie et leur degréde métamorphisme. Elles ont peu de choses en commun si ce n'est la verticalité dela schistosité et l'existence d'un longrain.

- Les préoccupations actuelles des exploitants sont totalement dif-férentes :

. En Corrèze, où l'on façonne artisanalement des ardoises rus-tiques épaisses, £n_redaute_l£S_hétérogén£ité£ jLii±£l£giquesi, tels les filons ou lesenclaves de quartz détruisant la planeité du schiste.

. En Mayenne, où l'on fabrique industriellement des ardoisesfines £n_craint_ ¿a_fr_ac_tura_tion_ intense_ et notamment la fracturation transverse àla schistosité.

- Les matériaux étudiés diffèrent par leur structure :

. Les schistes du bas Limousin possèdent une schistosité pa-rallèle à la stratification et une lineation de microplissotement induisant unedirection de moindre résistance ou longrain.

. Les schistes de Rénazé acquièrent une schistosité de fluxsensu stricto, oblitérant fortement la stratification légèrement oblique, et pré-sentent une microlinéation minérale.

- L/analy_se_ £é^r^gr_a£hLg.^ejÍ£Sjm¿téjr¿aux_é£hant^i¿l£nnés_ et lesrecherches déjà faites par ailleurs nous conduisent à énoncer les principauxparamètres lithologiques responsables de la fissilité :

- 144 -

. Le "microfaciès" du schiste influe notablement sur sa fissi-lité. Plus il est hétérogène et grossier moins le matériau est fissile ou plutôtclivable à l'épaisseur d'une ardoise. Le niveau ardoisier possède un "microfaciès"fin et relativement homogène.

. La granulométrie fine des minéraux en grains.favorise l'o-rientation des phyllites dont le clivage facile selon (001) contribue largement àla propriété mécanique fondamentale des schistes ardoisiers. Ces deux paramètresquantifiables non indépendants sont des critères lithologiques essentiels de lafissilité.

. La composition minéralogique n'est pas essentielle. Cependantles_ £ap_p£rts._miLnéraux_ £n_g£ains_ q^a£t£,_f£ld_s£aths_)_sur_minerau>ç p_hy_lliteuxdiffèrent notablement entre les schistes exploités et les schistes "steriles"impropres'à la fabrication des ardoises.

- L'aptitude du schiste à se fendre est corrélable avec son compor-tement à certaines sollicitations physiques et mécaniques :

. L'anisotropie structurale des schistes ardoisiers entraîneune a_ni_sotr_op_ie_ des_ rés_istan£es_ me£anicjues :

La compression simple : II existe une nette corrélation entre la fissi-lité et le coefficient d'anisotropie défini par le rapport entre les valeurs maxi-males et minimales de la résistance, obtenues en faisant varier l'orientation du ten-seur des contraintes par rapport à la schistosité.

La résistance à la traction indirecte, mesurée par essais Franklin, pa-rallèlement et perpendiculairement au plan de schistosité permet de définir un in-dice d'anisotropie du matériau. Il apparaît que plus le schiste est apte au fendageplus cet indice est élevé. La valeur de la résistance mesurée perpendiculairementau plan de schistosité augmente avec les degrés d'aplatissement des minéraux et demétamorphisme (recristallisation).

^ £ £ _ ^ ^ £ _ y j _ _ 2 _ aux ultrasons, des différentsschistes ardoisiers met en évidence l'anisotropie de ces matériaux, mais ne permetpas de les différencier.

- L'état géométrique de surface ou rugosité du plan de schistositéest fonction du "microfaciès" (présence de nodules, de lamines ...) et de la granu-lométrie des constituants. Sa détermination par analyse de profils permet de situerle matériau dans une classification établie à l'aide de critères statistiques(pourcentage portant, écart-type).

- L'essai de fendage dynamique du schiste provoqué par la chuted'une masse sur un couteau fourni un indice de fissilité du matériau, inversementproportionnel à la hauteur de chute.

- La fracturation des gisements conditionne l'exploitabilité du ni-veau lithologique favorable. Cette fracturation obéit- à des orientations privilé-giées en rapport avec le contexte tectonique régional. Sa distribution spatiale,ou densité de fracturation, détermine le cubage moyen des blocs.

Une_ .seule_ famill£ d _ £sa densité, le niveau ardoisier_.

- 11+5 -

Dans la pratique :

- La plupart des. paramètres.lithologiques et physico-mécaniquescontribuant à la fissilité et à la qualité du schiste ardoisier ainsi que l'analysede la fracturation dont dépend l'exploitabilité du gisement, peuvent être recherchéset mesurés directement sur les carottes de sondages orientés.

Ces mesures se font à partir d'échantillons prélevés régulièrement et parobservation des carottes de sondages.

- Afin de pouvoir mettre en application la recherche de ce critèreun moyen plus rapide d'analyse de la rugosité pourrait être recherché, soit parobservation de photographies prises sous un éclairage-rasant, soit à l'aide d'uneméthode photométrique.

- L'essai de fendage dynamique nécessite un grand nombre d'échantil-lons aussi pourrait-il être utilisé en tout ou rien en fixant préalablement un in-dice de fissilité en-deçà duquel le schiste n'est pas exploitable pour l'ardoise.L'appareil actuel trop rustique doit être adapté à la nature du matériau recherché.

- Le de^ouillemeni^ jau£omatique_ à 1 ' aide de 1 ' ordinateur permet detraiter rapidement un grand, nombre de mesures et la recherche de corrélation entrevariables significatives.

Enfin, l'utilisation de l'analyseur d'image (Quantitative TelevisionMicroscopy), permettrait d'estimer rapidement un certain nombre de données géomé-triques ou stéréologiques. Son utilisation pour les schistes ardoisiers reste àmettre au point.

- 146 -

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