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m&c 168 - mars 2010
La dernière journée technique organisée par le Groupement des membres belges de la Sim (GMBSim) s’est déroulée au mois de juin, à la carrière du Hainaut, à Soignies. La visite de l’exploitation a été suivie d’exposés en salle portant sur la problématique de la déclaration environnementale, les possibilités marbrières des pierres siliceuses et sur le transport hydraulique des terres de découverture à la carrière du Tellier-des-Prés. La visite de ce site a clôturé la journée.
Le lieu de rendez-vous était fixé à la société Carrières du Hainaut, l’un des plus beaux sites d’extraction de la pierre bleue dans le bassin de Soignies, au nord de Mons. Le savoir-faire de cette carrière repose sur une tradition séculaire car, depuis plus de 300 ans, cette pierre a fait ses preuves en tant que matériau de construction de grande qualité, et a rehaussé de nombreux projets, en Belgique comme à l’étranger.
De la découpe des blocs au sciage des tranches
La société Carrières du Hainaut exploite à Soignies une pierre calcaire commercialisée sous l’appellation Pierre bleue du Hainaut. Il s’agit d’une roche calcaire compacte, non poreuse, encrinitique –à savoir très riche en encrines ou crinoïdes– et de teinte grise, gris-bleu à bleu-noir, avec des joints stylolithiques parallèles à la stratification. Les autres fossiles sont des bryozoaires, des coquilles de brachiopodes et des coraux (solitaires et coloniaux).
Les couches exploitées constituent la formation de l’encrinite des Ecaussines, d’âge ivoirien, série tournaisienne (Dinantien) du Carbonifère inférieur (345 millions d’années).
L’exploitation s’effectue à ciel ouvert sur des bancs qui ont une direction N 100-105°E et une pente de 12°S.
Avant d’atteindre le gisement de pierre bleue, la découverte permet d’évacuer des terrains meubles sur une profondeur de 30 mètres, représentant jusqu’à 400 000 m3 à l’année ; il sont composés de silt argileux, d’argile verte et de remblais divers (notamment du sable stabilisé), suivis de 70 à 80 mètres de pierres dolomitiques et de raches (calcaire dur) ; ces matériaux sont valorisés en partie par Holcim sur une exploitation mitoyenne du site.
Les travaux de découverture achevés laissent place à l’extraction proprement dite ; le gisement se compose de 8 banquettes réparties en 4 zones d’extraction. La procédure de découpe des blocs est la suivante : partant du mur, et parallèlement à la direction générale des fronts, un long trait de haveuse remonte la pente pour effectuer une découpe longitudinale dans l’épaisseur de la banquette. Dans le joint naturel, un forage permet de rejoindre le trait de haveuse ; un fil diamanté est alors introduit dans ce forage et est remonté verticalement dans le trait réalisé par la haveuse ; il est ensuite bouclé sur une machine de découpe. C’est que ce qu’on appelle la découpe en “boules” du buffet1 : la rotation du fil scie en travers la portion de banc dégagée par la haveuse. Chaque bloc est alors décollé de son joint2, puis écarté du haut de la banquette et basculé par une chargeuse.
Cette première phase dite de l’extraction à la charrée permet, une fois les blocs descendus, de les stocker selon leur qualité. Ils sont ensuite équarris par une machine équipée d’une lame diamantée de 3 mètres de diamètre montée sur châssis ; le mouvement de va-et-vient de cette lame découpe à peu près 70 cm de pierre bleue à l’heure.
La structure d’un bloc équarri se compose de plusieurs zones que seul un œil averti peut distinguer : la première révèle un calcaire compact, sans stylolithes, dans lequel il est possible de récupérer le volume le plus important de pierre bleue ; la deuxième présente un calcaire à nombreux joints stylolithiques sans aucune récupération possible ; la troisième zone indique qu’il s’agit d’un calcaire présentant peu de joints, avec une récupération variable de la pierre.
Un grand pont roulant transporte les blocs équarris vers des wagons plats (appelés chars) et montés sur rail pour les conduire à l’atelier de sciage. Chaque bloc équarri est scié en tranches de 2 à 10 cm d’épaisseur, par un châssis d’armure ; cette machine impressionnante utilise une batterie de 20 à 100 lames diamantées, tenues ensemble dans un cadre ; ce dernier bat horizontalement en va-et-vient et descend lentement à la vitesse de pénétration des lames dans la pierre (à ce niveau, 30 cm à l’heure). Le cadre coulisse entre 4 colonnes ; le mouvement alternatif de battement est obtenu par un moteur électrique avec manivelle, bielle et volant. C’est ici que se situe le cœur du métier, le débitage des tranches, car si la chaîne est automatisée et pilotée par un automate, la présence d’un opérateur est nécessaire pour surveiller la transformation de la pierre et écarter toute pièce ne répondant pas aux exigences de qualité. Cette opération de sciage est la combinaison de l’eau et du diamant : la dureté du diamant permettant de couper la pierre et l’eau de refroidir les lames et d’évacuer les fines de sciage. Les tranches obtenues sont ensuite classées par catégorie dans un hall de stockage en vue de leur sélection pour le polissage.
Ce stade de la production se déroule à la marbrerie, là où les tranches sont polies sur une chaîne automatisée, nommée le polissoir. L’opération s’effectue par rotation de segments abrasifs de plus en plus fins, dont le grain est choisi selon la finition souhaitée ; les passages successifs peaufinent le résultat jusqu’à obtenir un poli brillant (production de 400 m2 en 8 heures). Puis vient la sélection des tranches, de 2 à 7 cm d’épaisseur, et des dalles (10 x 10 cm). Cette opération est la seule à être effectuée par un opérateur, car lui seul sait repérer les défauts et les pièces imparfaites qui seront évacuées du circuit pour être recyclées (par concassage).
Viennent ensuite la sélection des tranches et les finitions taillées. Certes, la machine joue un rôle important, comme la bouchardeuse qui exerce de multiples frappes verticales sur la tranche, mais le geste de l’homme demeure irremplaçable ; il lui appartient de façonner avec sensibilité des pièces courbes, chants de pierre et autres éléments décoratifs.
La société des Carrières du Hainaut commercialise des tranches (considérées comme des produits semi-finis) d’épaisseur variable et de finitions, elles aussi, changeantes. Le catalogue recense au moins 17 produits, jouant sur la couleur de la pierre et sur le façonnage par les tailleurs de pierre.
Positionnement de la pierre bleue
Lors des exposés en salle, Benoît Missonne, géologue et chargé de mission auprès de la société Les Carrières de la pierre bleue belge, est intervenu sur ce qu’il a nommé “l’écologisation” de la pierre bleue, avec la problématique des fiches de déclaration dans le secteur de la roche ornementale. “À l’heure des chantiers HQE, des labellisations et autres initiatives environnementales qui émergent tant au niveau des régions qu’au niveau européen, le choix des matériaux de construction constitue l’une des clefs des travaux de construction durable”, a-t-il expliqué. Selon lui, un premier constat réside dans le patrimoine bâti avec la pierre bleue : “Il témoigne de ses performances face aux agressions du temps et à l’usage intensif qui peut en être fait. Mais qu’en est-il de ses impacts environnementaux et de son énergie grise ?”
Sans attendre un cade normatif harmonisé, les Carrières de la pierre bleue belge ont mené une analyse de cycle de vie en 2006-2007 sur l’un de leurs produits puis en ont édité une déclaration environnementale. “Véritable outil d’évaluation environnementale, série ISO 14040, cette étude nécessite en préambule le choix d’un produit et un scénario de vie de ce produit, ce qu’on appelle l’unité fonctionnelle”, a précisé Benoît Missonne. Et de poursuivre : “Nous avons opté pour la pose d’un produit traditionnel ayant une bonne visibilité, le pavé, et un lieu de pose symbolique, Bruxelles.” L’unité fonctionnelle a ensuite été définie comme étant la mise en œuvre de 1 000 m2 de “pavés patrimoine” en pierre bleue extraite aux Carrières de la pierre bleue belge SA, sur le site de Neufvilles, place Bockstael, à Bruxelles.
Sur la base de cette unité fonctionnelle, un arbre des procédés a été établi, reprenant les étapes du cycle de vie du matériau auxquelles l’analyse impute les différents flux de matières et d’énergie pris en considération. Ainsi, les consommations de ressources naturelles non énergétiques (eau, émissions dans l’eau, l’air et dans le sol, production de déchets, etc.) ont été évaluées pour les étapes de fabrication ; l’analyse ayant été réalisée “du berceau à la tombe”, elle a également recherché et quantifié les flux indépendants de la production et imputables, entre autres, au transport des pavés jusqu’à leur lieu de mise en œuvre ainsi qu’à la production du ciment et du sable pour la couche de pose.
“Véritable outil d’audit, a résumé B. Missonne, cette analyse permet d’établir des points d’améliorations tant internes qu’externes afin d’optimiser les performances environnementales du produit en tenant compte des facteurs tant économiques qu’environnementaux.”
La publication des résultats dans une fiche de déclaration environnementale traduit la double volonté de cette société : ouvrir le débat sur le positionnement de la pierre bleue dans le développement durable, et poser les bases d’un dialogue entre les acteurs du secteur de la construction sur le choix des matériaux, “dans le souci d’une conception pertinente et d’une mise en œuvre adaptée”.
Valorisation marbrière des pierres siliceuses
La seconde intervention, celle de Bastien Wauthoz3, responsable de la cellule “pierre” de Valbois RN, a porté sur les possibilités de valorisation marbrières des pierres siliceuses. Selon lui, les pierres siliceuses “restent le parent pauvre de la Wallonie”. Il y voit deux raisons à cet état de fait : “Ces pierres sont plus difficiles à travailler en marbrerie, car leur teneur en quartz demande des outils adaptés à la dureté de ce minéral, et les contingences de gisement ne permettent pas l’extraction de blocs faciles à débiter en tranches.”
Le but poursuivi dans son étude a été de montrer aux exploitants wallons qu’il existe un potentiel en matière de pierres siliceuses. Bastien Wauthoz a d’abord cherché à identifier des exploitants, puis à faire fabriquer des prototypes pour les évaluer. Sur le premier objectif de recensement des carrières disposant du gisement exploitable, “neuf sur treize ont répondu à l’appel pour neuf des onze pierres recherchées pour l’étude”, a-t-il précisé.
Le deuxième axe de l’étude a nécessité de fabriquer les prototypes avec, pour chaque pierre (arkose, grès calcareux, grès du Condroz, grès schisteux, quartzite de Halleux, schiste de la Salm, siltite de Bertrix, quartzite de Bertrix), un petit évier pour montrer les possibilités de taille mécanique et de bouchardage, et des appuis de fenêtre pour présenter les possibilités de polissage selon trois finitions classiques : meulée, adoucie et polie.
Au total, 9 éviers et 20 appuis de fenêtre ont été produits. Leur inspection visuelle a permis de déceler les avantages et les défauts de chaque pierre ; elle a aussi permis de donner une appréciation qualitative quant à leur valeur marbrière. Selon Bastien Wauthoz, “la qualification du travail marbrier développe les qualités et les défauts récurrents de la pierre ainsi que l’estimation de l’usure des outils diamantés. La quantification du coût de production inclut l’usure des outils marbriers et le temps de travail nécessaire à la réalisation de chaque pièce”. Les résultats ont donné aux carriers des informations indispensables, “en tout cas une base solide, pour prendre la décision de développer de nouveaux produits, démarcher les marbreries et estimer le marché potentiel”, a précisé l’initiateur de l’étude.
Suite à cette étude, cinq carriers ont développé ou relancé la production de produits sciés. Trois étudient la possibilité de proposer des produits marbriers et deux cherchent à établir un partenariat avec des marbreries.
Evacuation par voie hydraulique de terres de découverture
La troisième intervention a concerné le projet de déplacement des terres de découverture de la carrière de Tellier-des-Prés par transport hydraulique. Le sujet a été présenté par Jean-Paul Buteneers et Franco Costantini, tous deux de l’entreprise Sagrex, et par Philippe van Dyck, des Carrières de la Pierre bleue belge.
L’ouverture de la carrière de Tellier-des-Prés, située sur les communes d’Ecaussines, Soignies et Braine-le-Comte, a débuté en 2007. Elle est le fruit de la collaboration des entreprises Gauthier-Wincqz, qui exploite déjà la pierre de taille, et Gralex qui en extraira des granulats. Ce gisement de pierre bleue est surmonté d’une couche de terre de découverture dont l’épaisseur atteint une dizaine de mètres. Une partie de cette terre peut être valorisée, tandis que l’autre servira aux aménagements paysagers sur le site même de la carrière de Tellier-des-Prés, ainsi qu’au réaménagement de l’ancienne carrière de Perlonjour, située à 1,5 km de la nouvelle exploitation.
Cette ancienne carrière de roche ornementale, arrêtée depuis une dizaine d’années, est sous eau. Elle est considérée comme ayant un faible intérêt écologique en raison de sa configuration actuelle : la fosse a laissé la place à un vaste plan d’eau de 15 hectares, cerné de hautes parois verticales. La profondeur (60 mètres et plus) empêche tout développement d’une faune et d’une flore variées. Le projet de remblayage partiel de cette ancienne carrière vise à créer une berge s’enfonçant sous l’eau en pente douce. Cette configuration devrait favoriser le développement d’un site pouvant présenter, à terme, une grande qualité biologique.
L’évacuation des terres de découverture par voie hydraulique a été donc mise au point pour envoyer une quantité estimée à 4 500 000 m3, et non la totalité du gisement, qui est deux fois supérieur à ce volume. Le principe n’est pas nouveau puisque la technique a été employée lors du creusement du tunnel sous la Manche.
Sur le site de Tellier-des-Prés, les terres (essentiellement de l’argile) sont décapées puis évacuées par bouteur jusqu’à la zone de chargement, où une pelle alimente un doseur à palettes et un émotteur. Cette phase de préparation et de dosage est effectuée selon un débit de 100 m3/heure de matières solides. Les matériaux sont ensuite amenés par bande transporteuse jusqu’au malaxeur dans lequel de l’eau est introduite (45 m3).
Cette matière sort de la pompe, cylindre par cylindre, via une tubulure mobile qui se place à l’orifice de chacun des cylindres. Le malaxeur, dont le rôle est de gaver, force la matière à entrer dans la chambre de gavage pour faciliter l’aspiration dans les cylindres.
Ce mélange eaux + terre sort de la pompe via une tuyauterie de 200 mm de diamètre, jusqu’à une injection annulaire dans une canalisation plus large (le diamètre passe à 250 mm). Dans cette injection, de l’eau est à nouveau introduite (40 à 50 m3) pour faciliter le transport de la terre sur près de 1,7 km.
La pompe à piston utilisée pour propulser la matière est de type bicylindrique, avec 250 litres par cylindre.
La mesure du flux d’injection est contrôlée en permanence car, dans cette installation, la pression de travail est de 10 à 12 bar, avec des pics pouvant atteindre 17 à 18 bar.
Il arrive que certaines argiles soient à l’origine de frottement dans la tuyauterie en acier, ce qui occasionne des pertes de charge.
En théorie, de gros éléments (> 200 mm) peuvent boucher les canalisations, mais les initiateurs du projet ont imaginé des sécurités : l’alimentateur à palettes se bloque, le limiteur de couple arrête le système, et le contrôle de sous-vitesse met l’installation à l’arrêt.
D’ici à 25 ans, ce projet permettra de créer, sur le site de réception, des plages et un plan d’eau d’une profondeur de 2 mètres. Toutefois, une inconnue demeure : quelle sera la pente à 60 mètres de profondeur ?
Le GMB-Sim aux journées de la craie
La Maison des sciences de la vie et de la Terre (MSVT) et la FPMs (UMons), soutenues par Holcim et CBR, organisent les journées de la craie, dans le bassin de Mons, le
19 et le 20 mai avec la participation du Groupement des membres belges de la Sim (GMB-Sim), de la Fediex et du CTP.
La journée du 19 mai se déroulera à Mons, et sera organisée par la MSVT. Cette première partie s’adresse plus particulièrement aux responsables des industries extractives, aux associations professionnelles de géologues et aux administrations concernées par la problématique des ressources du sous-sol et de l’environnement. Cette journée abordera le contexte géologique général et celui du bassin de Mons, les travaux de recherche réalisés à la FPMs, la fracturation de la craie, la problématique des karts et la détection des cavités.
La journée du 20 mai est organisée par le GMB-Sim, à Obourg, et sera l’occasion de visiter l’usine CBR d’Harmignies, ainsi que la carrière Holcim d’Obourg.
Les inscriptions et les renseignements complémentaires sont à demander à MSTV.
Jean-Pierre Le Port
(1) Regroupement de couches de pierres exploitées d’une traite. Le gisement est divisé en buffets.
(2) Fines interruptions dans les roches sédimentaires, parallèles au lit et marquées par une concentration en argile.
(3) Pour cette étude, Bastien Wauthoz a reçu le Prix jeunes 2009 de la Sim grâce à son travail de recherche appliquée portant sur la valorisation marbrière des pierres siliceuses.