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techniques et méthodesdes laboratoires des ponts et chaussées

Guide technique

Proposition de méthode pour la

révision du chapitre «Ressources»

des schémas départementaux

des carrières

ISSN 1151-1516

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Guide technique

Juillet 2005

Proposition de méthode

pour la révision du chapitre « Ressources »

des schémas départementaux des carrières

Laboratoire Central des Ponts et Chaussées58, bd Lefebvre, F 75732 Paris Cedex 15

Ce document a été rédigé par :

� Vincent Lédée (LCPC),

� Jean-François Pasquet (BRGM).

Avec la collaboration de :

� Jean-Marie Didot (LRPC de Nancy),

� Yves Farigoule (LRPC de Clermont-Ferrand),

� Pierre Le Berre (BRGM Bretagne),

� Michel Leducq (LRPC d’Angers),

� Rémi Mouron (BRGM),

� Philippe Rocher (BRGM Auvergne).

Ce document est disponible au :

Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

DISTC-Diffusion des éditions

58, boulevard Lefebvre

75732 Paris Cedex 15

Téléphone : 01 40 43 50 20

Télécopie : 01 40 43 54 95

Internet : http://www.lcpc.fr

Prix : 10 Euros HT

En couverture : Exploitation d’un gisement d’alluvions sous nappe phréatique et vue d’ensemble d’une carrière de roche

massive. L’enjeu des schémas départementaux des carrières est l’utilisation rationnelle des différents types de ressources

dans un contexte de diminution progressive de la production de matériaux alluvionnaires au profit des granulats de roches

massives.

Ce document est propriété du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées et ne peut être reproduit,

même partiellement, sans l’autorisation de son Directeur général (ou de ses représentants autorisés)

© 2005 - LCPC

ISSN : 1151-1516

ISBN : 2-7208-0401-0

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Préambule 5

Démarche générale de la méthode 5

DESCRIPTION 7

1. Analyse des besoins 71.1. Bassins de consommation 7

1.2. Quantification des besoins 7

1.3. Aide à la recherche de l’information -

Restitution cartographique 8

2. Données sur les exploitations de carrières 8

3. Réalisation de la carte lithologique 9

4. Réalisation de la carte des qualités géotechniques des ressources 9

5. Réalisation d’une carte d’exploitabilité des ressources 11

6. Réalisation de la carte de valeur des ressources 13

7. Assemblage des bassins de consommation et rédaction de la notice des cartes 14

8. Conclusion 14

Guide technique Page 5

� Préambule

Le code de l’environnement du 18 septembre 2000, reprenant les termes de la loi du4 janvier 1993 relative aux carrières, stipule que des schémas des carrières doivent êtreélaborés dans tous les départements. Ils définissent les conditions généralesd’implantation des carrières, en prenant en compte l’intérêt économique national, lesressources et les besoins en matériaux, la protection de l’environnement, et en visant uneutilisation économe des matières premières. Ces schémas départementaux sont élaboréspar les commissions départementales et les autorisations d’exploitation doivent êtrecompatibles avec les orientations de ces schémas. Chaque schéma sera révisé dans un délaimaximal de dix ans à compter de son approbation.

La plupart des départements français se sont maintenant dotés d’un schéma des carrières,plus de la moitié faisant l’objet d’un arrêté préfectoral de mise en application. Cesdocuments constituent un cadre très utile pour la définition des politiques « carrières »au niveau de chaque département.

Mais, dans leur forme actuelle, les schémas départementaux des carrières ne sont pashomogènes et restent le plus souvent au niveau d’un inventaire des formationsgéologiques ou des carrières en activité et des protections environnementales.

À la demande des ministères de l’Industrie et de l’Équipement, le BRGM et le LCPC ontmené une réflexion pour tenter de rendre ces schémas plus opérationnels et proposent laprésente méthode qui pourra être mise en application lors de la révision des schémas.L’objectif de cette méthode est de mettre en évidence les problèmes actuels et prévisiblesd’approvisionnement de certaines qualités de granulats, en classant les ressources selonleur intérêt potentiel pour la construction des différentes couches de chaussées, voiesferrées et dans la fabrication des bétons.

� Démarche générale de la méthode

La méthode proposée est basée sur la confrontation des besoins prévisibles en matériauxpour les différents domaines d’utilisation et des ressources disponibles, classées parqualités géotechniques :

� La première étape consiste en une définition des besoins en matériaux, classés par typed’usage, et dans une aire géographique pertinente (cf. paragraphe 1).

� Les deux étapes suivantes sont, d’une part, le recensement des données géotechniquesdisponibles et, d’autre part, une interprétation de la carte géologique en terme de naturede roches (cf. paragraphes 2 et 3).

Proposition de méthode pour la révision du chapitre « Ressources » des schémas départementaux des carrièresPage 6

� Le croisement des informations des deux étapes précédentes permet la réalisationd’une carte des qualités géotechniques des ressources (cf. paragraphe 4). Mais des critèresliés aux possibilités techniques ou géométriques d’exploitation, indépendants des seulescaractéristiques intrinsèques de la roche, doivent aussi être pris en compte sous formed’une carte spécifique (cf. paragraphe 5).

� À ce stade, la démarche technique est complète ; la dernière étape est alors deconstruire une carte synthétique, dite « de la valeur » des ressources (cf. paragraphe 6),qui permet de visualiser rapidement la répartition des ensembles géologiques les plusintéressants à l’échelle du département.

Cette carte des ressources pourra alors être facilement comparée à d’autres cartes du SDC(par exemple, la carte des sensibilités environnementales ou la carte des protectionsréglementaires). Le traitement informatique des données permet de réaliser dessimulations et de construire des cartes d’aide à la décision par croisement des différentesinformations. Cet exercice pourra être réalisé en fonction des besoins de la Commissiondépartementale des carrières.

RAPPEL

Les granulats sont des matériaux pondéreux : le coût du transport de la carrière vers le lieu de

consommation prend rapidement des proportions considérables puisqu’en moyenne, le prix à la tonne

double tous les 25 kilomètres. De ce fait, la majorité des granulats d’usage courant voyage peu ; les

carrières desservent pour l’essentiel des marchés locaux.

La présente méthode tient compte de ce paramètre et est donc orientée vers la satisfaction de besoins

locaux par les ressources locales.

Toutefois, la qualité des ressources locales ne permet pas toujours de satisfaire tous les besoins. En

outre, certaines régions représentent de grands centres consommateurs presque dépourvus de

ressources et, à l’inverse, d’autres régions disposent de ressources reconnues comme d’intérêt

stratégique au-delà des limites du département.

Par conséquent, si la présente méthode se veut être applicable à une majorité de schémas, il se peut que

des études à l’échelle régionale, voire nationale, s’avèrent nécessaires.


DESCRIPTION

Les travaux commencent par une analyse détaillée du schéma existant.

1. Analyse des Besoins

Il faut que les besoins soient clairement exprimés pour examiner les ressources et leuradéquation ou non à la demande.

1.1. Bassins de consommation

Tout d’abord, les besoins doivent être ventilés selon un découpage en « bassins deconsommation », territoires dont la définition est issue de l’analyse des flux enmatériaux, dans lesquels s’effectue la majorité des approvisionnements. Ainsi, lesressources devant assurer l’essentiel du volume d’approvisionnement du bassin deconsommation seront à rechercher au sein de ce même bassin. La définition de cesbassins amène généralement à découper le département en trois ou quatre secteurs, etpeut nécessiter un élargissement de la réflexion à des secteurs de départements voisins.

1.2. Quantification des besoins

La quantification des besoins s’appuie sur l’actualisation des données généralement déjàprésentes dans la version antérieure du schéma. Par contre, si les quantités de granulatsproduites sont généralement répertoriées, il est souvent nécessaire de compléterl’analyse en les répartissant par types de produits utilisés :

�Bétons hydrauliques et produits manufacturés à base de mortier ou béton ;�Produits routiers : bétons bitumineux et enduits superficiels ;�Produits routiers : granulats pour structures de chaussées ;�Produits routiers et de viabilité : matériaux pour couches de forme ;�Produits de viabilité et remblaiements tranchées : matériaux pour remblais ;�Ballasts ;�Graves diverses.

L’inventaire devra prendre en compte les besoins actuels et futurs et inclure les travauxexceptionnels prévus pour la décennie suivante.


1.3. Aide à la recherche de l’information – Restitution cartographique

Les éléments cités ci-dessus (paragraphes 1.1 et 1.2) devront être recherchés auprès desservices suivants :�DDE (Service grands travaux ou Services opérationnels ; Subdivisions territoriales) ;�Services techniques du Conseil général et du Conseil régional ;�Services économiques des professions concernées : UNICEM, FRTP, etc.�Divers autres consommateurs de matériaux : SNCF, EDF-GDF (tranchées), Portsautonomes, DDAF, ONF, Services maritimes, etc.

Les besoins ainsi recensés seront représentés sur une carte (Fig. 1) indiquant : �les limites des bassins de consommation (comprenant, le cas échéant, les zoneslimitrophes concernées) ;�pour chaque bassin, la quantification et la qualification des besoins sous forme dediagrammes circulaires, de diamètres proportionnels aux quantités consommées, etsubdivisés en fonction des types d’utilisation.

2. Données sur les exploitations de carrières

Le recensement des données sur les carrières en activité ou abandonnées doit être le plusexhaustif possible à partir des fichiers de la DRIRE, de l’Équipement (Laboratoiresrégionaux, Subdivisions territoriales), de la Banque de données du sous-sol (gérée par leBRGM), des notices des cartes géologiques et d’enquêtes auprès des communes et desentreprises.

Pour chaque carrière, il est procédé au recueil des éléments suivants :�Nature géologique des matériaux exploités ;�Pour les carrières actives : durée de l’autorisation ; réserves autorisées et, si possible,ressources exploitables ;

� FIGURE 1

Exemple de carte des besoins.

�Caractéristiques géotechniques et physico-chimiques des matériaux exploités :�LA - MDE - PSV : valeurs moyennes et étendues,�Potentiel alcali-réaction,�Masse volumique et porosité,�Pour les alluvionnaires : teneur en sable, D (taille des plus gros éléments), propreté (quantité d’argile),

�Destination des produits élaborés : types d’utilisation et répartition géographique.

3. Réalisation de la carte lithologique

La carte lithologique des bassins de consommation (définis à l’étape 1) est réalisée àpartir d’une interprétation de la carte géologique au 1/50 000 (ou au 1/80 000 si cettedernière n’existe pas).

L’exercice consiste à dessiner les contours d’entités à l’intérieur desquelles la roche estconsidérée comme homogène en terme de nature et de propriétés physiques. Selon lescas, cette démarche pourra conduire à conserver des contours déjà existants sur les cartesgéologiques, à regrouper sous une même identification des formations distinctes, ou àsubdiviser une même formation géologique en sous-ensembles homogènes (la notiond’homogénéité devra être déclinée et explicitée localement par un géotechnicien entenant compte notamment des types de ressources disponibles et des puissancesexploitables).

L’échelle de travail, pour cette phase comme pour les suivantes, sera préférentiellementcelle du 1/100 000. En effet, il semble que des échelles plus petites (1/250 000, parexemple) ne soient pas assez précises pour la qualité de renseignement voulue et que deséchelles plus grandes (1/50 000 et plus) ne facilitent pas une vision synthétique desproblèmes. Cette échelle du 1/100 000 permet d’éviter que cette démarche puisse êtreinterprétée comme le résultat d’une prospection détaillée des gisements potentiels.

Les carrières recensées à l’étape 2 seront également positionnées sur cette carte. Uneattention particulière sera portée à la vérification de la concordance entre la lithologiedes entités cartographiées et la nature de la roche exploitée dans la carrière. Dans certainscas, pour une meilleure lisibilité de la carte, il peut être utile de regrouper des carrièresvoisines sous la forme de « bassins de production ».

4. Réalisation de la carte des qualitésgéotechniques des ressources

Les critères déterminants pour l’emploi des granulats sont définis actuellement par lanorme XP-P 18-545, qui classe les matériaux en fonction de leurs caractéristiquesgéométriques, mécaniques et chimiques. Sauf pour la granularité des « tout venant »alluvionnaires, les caractéristiques géométriques ne dépendent pas de la géologie dugisement, mais des divers traitements imposés aux granulats dans l’usine d’élaboration.Il n’est donc pas pertinent de les retenir pour le volet « Ressources » du schéma descarrières. En revanche, les propriétés mécaniques et chimiques des granulats figurantdans la norme découlent de la lithologie.



Cette étape du travail consiste donc à reprendre la carte lithologique (cf. paragraphe 3),et à affecter aux entités cartographiées des classes géotechniques définies dans la norme(exemple : A, B, C ou D pour les bétons).

Les données sur les caractéristiques géotechniques des matériaux proviennent del’enquête effectuée lors de l’étape 2 ci-dessus. Toutes les formations géologiques nefaisant pas forcément l’objet d’une exploitation, des informations complémentaires(obtenues par exemple lors d’études de tracés routiers ou d’autres infrastructures)pourront être recherchées, en particulier dans les archives des Laboratoires régionauxdes Ponts et Chaussées, ou chez certains maîtres d’ouvrages comme la SNCF.

Les classes géotechniques de la norme divergent légèrement selon la destination desgranulats (bétons, produits pour couches de surface routières, produits pour couchesd’assises routières, ballasts de voies ferrées). Afin d’évaluer la capacité des ressourceslocales à répondre aux besoins identifiés à l’étape 1.2., la carte des qualités géotechniquesfera apparaître indépendamment les critères routiers + voies ferrées d’une part (unecouleur par classe retenue), et les critères bétons hydrauliques d’autre part (unesurcharge par classe).

À titre d’exemples sont présentées une carte de qualité géotechnique des ressources(Fig. 2), et des informations servant de base à la réalisation de la carte dans les colonnes3 et 4 du tableau I.

� FIGURE 2

Exemple de carte des qualités géotechniques.

NB : Les ronds, carrés et

étoiles colorés localisent

les carrières en activité.

Leur représentation sur cette

carte est facultative.


5. Réalisation d’une carte d’exploitabilité des ressources

Si les critères géotechniques sont fondamentaux pour envisager l’usage d’une roche,d’autres critères doivent être pris en compte pour évaluer la possibilité d’exploiter lesgisements. Par exemple, une roche peut être d’excellente qualité, mais avoir uneépaisseur trop faible pour que son exploitation soit économiquement viable.

Les critères d’exploitabilité à évaluer seront notamment :�l’épaisseur de la découverte (celle-ci étant définie en contexte cristallin comme la zonesupérieure altérée du gisement, et en contexte sédimentaire tabulaire comme les couchessus-jacentes à la formation exploitable) ;�la nature de cette découverte, puisque ces matériaux de moindre qualité peuvent êtredestinés à certains usages (remblais ou couches de forme) ;�la puissance exploitable (cas notamment des formations sédimentaires ou de certainesformations volcaniques) ;

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LithologieObservations

sur l’exploitation

Classification XP P 18-545

Critères d’exploitation

59

94

105

38

15

Spilites et tufsbasiques

Gneiss à grainmoyen

et gros grain

Gneiss, granitesgneissiques

et gneissleptynitiques

Bajocien : facièscalcaire oolithique

Alluvions

RS = C/DRA = E/F

RS = C/DRA = E/F

RS = B(s)RA = B/C

F

B

A/B

A/B

A

C-D

A

Matériau sensible à l’eau.

Gisements étroits

Matériau très altérable :épaisseur découverte

importante

Formation déjàactivement exploitée.Couverture limoneusemasquant les réserves

réelles

Matériau assez tendre,mais bonne

homogénéité sur 20 md’épaisseur

Ressource stratégique

+

+à

++

++à

+++

+++

++

+ à

+++

++à

+++

+++

++

++

+ à ++

++

++à

+++

++

+++

1

2

3

3

3

1

2

3

2

3

TABLEAU I - EXEMPLE DE TABLEAU DE RENSEIGNEMENTS GÉOTECHNIQUES

SUR LES FORMATIONS GÉOLOGIQUES EXPLOITÉES OU EXPLOITABLES

Rs : roche saine - Ra : roche altérée - s : couches de surface.

Valeurs - 1 : peu d’intérêt - 2 : moyen - 3 : forte.


�la nature et l’importance des hétérogénéités diverses susceptibles de générer desdifficultés d’exploitation et des rebuts non utilisables (par exemple, décalages de couchespar failles, zones broyées, couches argileuses, etc.) ; �tout autre paramètre propre à la roche ou au massif en question (particularitésminéralogiques, altérabilité, texture, position topographique, etc.) qui peut avoir desrépercussions sur l’exploitation ou l’usage des matériaux ;�pour les formations meubles (matériaux alluvionnaires ou assimilés), les paramètresdimensionnels (granularité) sont essentiels, ainsi que les variations de faciès.Cette analyse sera faite par un géotechnicien. Elle nécessite une bonne expériencerégionale que peuvent apporter les LRPC et le BRGM, et un recoupement desinformations par enquête auprès des professionnels.

Bien souvent, les différents critères cités ci-dessus s’avèrent difficiles à cartographier. Enrevanche, après avoir fait l’objet d’une classification chiffrée sous forme de tableau, ilspeuvent être synthétisés par une note générale ou « facteur score » (cf. exemple encolonnes 6 à 9 du tableau I).

La représentation synthétique de cette analyse doit conduire à une « carted’exploitabilité » distinguant trois classes, en fonction des conditions d’exploitations :

�conditions favorables : +++�conditions normales : ++�conditions défavorables : +

D’une façon générale, les entités définies à l’étape 3 sont ainsi chacune affectées d’uneclasse d’exploitabilité. Il peut être nécessaire dans des cas particuliers de subdivisercertaines d’entre elles pour distinguer des exploitabilités différentes d’un secteur à l’autredu bassin étudié. Un exemple de carte d’exploitabilité est présenté (Fig. 3).

� FIGURE 3

Exemple de carted’exploitabilité.


6. Réalisation de la carte de valeur des ressources

À ce stade de la démarche, tous les éléments techniques sont réunis. Cependant, uneétape complémentaire est proposée, pour la réalisation d’une carte de synthèse, dite « devaleur des ressources », qui s’affranchit des terminologies techniques pour ne plus laisserapparaître qu’une échelle de valeurs.

La réalisation de cette carte s’appuie sur la carte des qualités des ressources (cf.paragraphe 4) et sur la carte d’exploitabilité (cf. paragraphe 5). Ce sont là des critèresobjectifs déjà clairement exprimés. Cependant, d’autres critères plus ou moins explicitespeuvent intervenir dans l’affectation d’une valeur à une entité cartographique, comme lanature et la qualité des dessertes, la localisation vis-à-vis des centres consommateurs...

Ces éléments feront l’objet d’une notation dans le tableaux des critères (cf. exemple endernière colonne du tableau I) et, afin de préserver la transparence des raisonnements,devront faire l’objet d’explications dans la notice d’accompagnement du schéma.

Un exemple de carte de valeur des ressources est présenté (Fig. 4) :

�Valeur forte, statut de ressource d’intérêt régional dont l’accès devrait être préservé.Ressource nécessitant une gestion économe.�Valeur moyenne : ressource intéressante mais pas stratégique, ne nécessitant pas demesures particulières.�Valeur faible.

Cette optimisation de l’usage possible des différentes formations constitue un deséléments majeurs pour la synthèse du schéma départemental des carrières et pour ledéveloppement et la diversification des solutions pour l’approvisionnement engranulats.

� FIGURE 4

Exemple de carte de valeur des ressources.

7. Assemblage des bassins de consommation et rédaction de la notice des cartes

Le travail ci-dessus sera réalisé au niveau des bassins de consommation. Mais ledocument réglementaire doit être établi selon les limites administratives dudépartement. L’étape ultime du travail consistera à assembler les différents bassins afinde couvrir toute la superficie du département. Il est possible que certaines formations setrouvent alors affectées de « valeurs » différentes entre deux bassins contigus,notamment du fait des critères appliqués au paragraphe 6. Ces différences doivent fairel’objet d’une attention particulière afin de s’assurer que des critères trop différents n’ontpas été appliqués entre les bassins et, éventuellement, de les homogénéiser. Dans le casd’un maintien de ces différences aux limites, quelques lignes d’explication serontrédigées dans le texte du schéma.

Quelques pages de texte devront nécessairement accompagner les cartes. La réalisationde cartes géologiques ou géotechniques comportant fatalement une part d’inter-prétation, ce texte fera essentiellement état des hypothèses de travail et des choixinterprétatifs réalisés. De même, les tableaux établis pour les besoins de la constructiondes cartes y seront aussi consignés.

8. Conclusion

La « carte de valeurs des ressources » ainsi établie pourra être comparée à la « carte dessensibilités et protections réglementaires », carte figurant déjà dans les SDC. Cecroisement de données constituera alors un des éléments essentiels de la prise dedécision d’autoriser ou non l’ouverture d’une nouvelle carrière.


Document publié par le LCPC sous le n° J1050401

Conception et réalisation : LCPC-IST, Marie-Christine Pautré

Impression : Jouve - N°

Dépôt légal : 3e trimestre 2005

Réf : GTCAR

Prix : 10 Euros HT

Outils réglementaires de gestion des approvisionnements en matériaux, les schémas

départementaux des carrières contiennent un inventaire des ressources exploitées ou potentielles

en matériaux pour le génie civil et la construction. La réalisation de cet inventaire nécessite la prise

en compte des besoins quantitatifs et qualitatifs en matériaux et passe obligatoirement par une étude

géotechnique détaillée des formations géologiques du département. Le présent guide, fruit d'une col-

laboration entre le Réseau des LPC et le BRGM, décrit une méthode pour la réalisation de cette

étude.

Departemental quarrying plans are French legal documents used to manage construction materials

supply. They shall contain an inventory of quarried and potential resources. To make this inventory,

it's necessary to take care of which quantity and which quality of materials are needed. It's also

necessary to make a detailed geotechnical study. This technical document, written by the French

Highways Laboratory (LCPC) and French Geological Survey (BRGM), descibes a method to realize

this study.

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