THESE_EL YAKOUBI

N°d’ordre : 2310
UNIVERSITE MOHAMMED V-AGDAL
FACULTE DES SCIENCES
RABAT
THESE DE DOCTORAT
Présentée par
Nadia EL YAKOUBI
Discipline : Géologie
Spécialité : Géologie appliquée et ressources naturelles
Potentialités d’utilisation des argiles marocaines
dans l’industrie céramique : cas des gisements de
Jbel Kharrou et de Benhmed
(Meseta marocaine occidentale)
Thèse soutenue le 08 juillet 2006 devant la commission d’examen :
M. Zahraoui
P.E.S., Faculté des Sciences, Rabat-Agdal
A. Aajjane
P.E.S., Faculté des Sciences, El Jadida
M. Aberkan
P.E.S., Faculté des Sciences, Rabat-Agdal
M. El Wartiti
P.E.S., Faculté des Sciences, Rabat-Agdal
M. Ouadia
P.E.S., Faculté des Sciences, El Jadida
A. Azza
Ingénieur en chef, M.E.M., Rabat
Président
Examinateurs
Invité
A la mémoire de mon très cher père
A ma mère
A mes frères et sœurs : Mohamed El Amine
Salima
Bouchra
Omar
Hanan
A mon mari
A mon fils Youssef
Puisse Dieu le tout puissant vous accorder bonne santé et longévité et
que je puisse toujours mériter votre bénédiction
2
Avant propos
Cette thèse a été préparée à la Faculté des Sciences de Rabat, dans le cadre de l’UFR
« Géologie du Quaternaire appliquée à l’Environnement et Ressources Naturelles » sous la
responsabilité de Professeur M. Aberkan.
Je tiens en premier lieu, à exprimer mes sincères remerciements à Messieurs les
Professeurs : H. Mssouger, H. Chlyah et W. Benjelloun respectivement Doyens de la Faculté
des Sciences, Université Mohamed V de Rabat-Agdal qui m’ont permis de suivre mes études
de troisième cycle dans cet établissement.
Mes sincères remerciements et ma reconnaissance à Monsieur le Professeur M.
Aberkan, Responsable de l’UFR Géologie du Quaternaire appliquée à l’environnement et
Ressources naturelles, et Directeur de cette thèse, qui m’a dirigé et m’a assuré un cadre et une
ambiance académique enrichissante dans toutes les étapes de la réalisation de ce mémoire. Sa
disponibilité, sa compétence professionnelle, sa rigueur, n’ont d’égal que la grandeur de ses
qualités humaines.
Ma profonde gratitude et mes sincères remerciements s’adressent à Monsieur M.
Zahraoui, Professeur à la Faculté des Sciences de Rabat pour l’intérêt qu’il a manifesté à
l’égard de mon travail. Sa présidence de mon jury est un grand honneur pour moi.
J’exprime ma reconnaissance et profond respect pour Monsieur M. El Wartiti,
Professeur à la Faculté des Sciences de Rabat pour intérêt qu’il a bien voulu montrer pour
mon travail. IL a bien voulu accepter d’être rapporteur de ce mémoire, je lui adresse ma
respectueuse reconnaissance.
Je dois une particulière reconnaissance à Monsieur M. Ouadia, Professeur à la Faculté
des Sciences, Université Chouaïb Doukkali d’El Jadida. Il a toujours manifesté une
bienveillance et un sérieux qui n’exclus pas la sympathie à mon égard. Il m’a aidé pour la
réalisation d’analyses minéralogiques au laboratoire de l’Université de Louvain-La neuve en
Belgique. Il a bien accepté d’être rapporteur de ce mémoire. Qu’il trouve ici le témoignage de
ma grande gratitude.
Ma profonde reconnaissance est adressée également à Monsieur M. Aajjane,
Professeur à la Faculté des Sciences, Université Chouaïb Doukkali d’El Jadida pour l’intérêt
qu’il a bien montré pour mon travail en acceptant de me faire l’honneur d’être présent au sein
de mon Jury.
Mes remerciements et mon admiration à Monsieur A. Azza, Ingénieur en Chef au
Ministère d’Energie et des Mines auprès duquel j’ai trouvé aide et soutien moral. Sa présence
dans mon jury m’honore beaucoup.
Je remercie vivement Monsieur J. Sabater, Directeur de la Société Minera Sabater
pour son soutien matériel et logistique dont il m’a bénéficié pour mener ce travail à terme.
Mes remerciements à l’ensemble du personnel de la Société Minera Sabater en
Espagne, Madame B. Sabater et en particulier Monsieur F. M. Carril pour l’intérêt qu’ils ont
porté pour l’élaboration de ce travail.
3
Je n’oublierai pas le personnel du laboratoire Minera Sabater en Espagne, Teruel, pour
m’avoir aidé respectueusement à réaliser mes analyses, qu’ils trouvent ici le témoignage de
ma profonde reconnaissance.
Je tiens à remercier Monsieur M. Sadiqui, ancien Directeur de la Géologie au
Ministère d’Energie et des Mines, pour avoir bien voulu me faciliter l’accès aux laboratoires
des géomatériaux et de chimie.
Je remercie l’ensemble du personnel du laboratoire des géomatériaux, au Ministère
d’Energie et des Mines dont l’ancien Chef de laboratoire Madame F. Machkouri et un
recueillement à la mémoire de Madame la regrettée F. Hamouda pour l’atmosphère
sympathique et amicale qu’elles ont su développer durant le déroulement de mes essais
géotechniques.
J’associe dans ces remerciements toute l’équipe de laboratoire de chimie au Ministère
d’Energie et des Mines, en particulier l’ancien Chef de laboratoire Madame N. El Kabbaj.
Je tiens à exprimer ma profonde gratitude et mes vifs remerciements à tout le
personnel du laboratoire de l’Université de Louvain-La neuve en Belgique pour la réalisation
d’analyses minéralogiques en collaboration avec Monsieur M. Ouadia.
A Monsieur A. Karim, Directeur général de la Société Ikaya, Salé, auprès duquel, j’ai
bénéficié d’une grande connaissance en industrie céramique. IL n’a pas cessé de répondre à
mes questions. Qu’il trouve ici l’expression de ma profonde reconnaissance.
Ma gratitude est grande envers Monsieur A. Zehni, ancien Chef de Département de la
zone du Nord au BRPM pour son appui, ses conseils et ses sacrifices pour la réalisation de ce
travail. Je le remercie pour l’accueil qu’il m’a réservé lors de chaque rencontre.
Je désire exprimer ma plus vive reconnaissance à Monsieur M. Oussama, ancien Chef
de coopération au BRPM pour l’intérêt qu’il a porté à la résolution de mes problèmes, pour sa
disponibilité et sa gentillesse.
Je saisis cette occasion pour remercier aussi mes enseignants qui m’ont transmis
l’amour pour les Sciences de la terre dont je cite en particuliers Messieurs : M. Aberkan, D.
Fadli, M. El Wartiti et M. Zahraoui et les autres.
Je n’oublierai jamais mes amis et confrères J. Kenafi, N. Mahmouhi, A. Talhaoui et
spécialement à S. Ettazirani et M. Sadiqui pour leurs conseils fructueux. Ils ont toujours été à
côté de moi dans les moments difficiles. A eux tous, je dis merci.
Je suis reconnaissante à toutes les personnes, que j’aurais oublié de mentionner ici et
méritent d’être remercier, qu’ils veuillent bien m’excuser et qu’ils sachent se reconnaître dans
ces remerciements.
4
Résumé
Les argiles de Jbel Kharrou et de Benhmed appartenant à la Meseta occidentale ont été étudiées pour
évaluer leur aptitude à être utilisées à des fins industrielles. Le présent mémoire est une mise au point sur le
contexte géologique de ces argiles d’une part, et les différents résultats fournis par les études de caractérisation
et les tests technologiques pour un emploi en céramique, d’autre part.
2
La formation argileuse ordovicienne de Jbel Kharrou (Rehamna orientaux) affleure sur plus de 30 km .
Elle est formée de couches argileuses séparées par des barres quartzitiques. Les études réalisées sur celles-ci,
dans le cadre d’une recherche initiée par la Société espagnole Minera Sabater, SARL et à laquelle nous avions
participé, ont porté dans un premier temps sur deux échantillons B1 et B2 les plus représentatifs, prélevés dans
une formation à dominance argileuse dite formation de Demja. Les résultats probants fournis par ces deux
échantillons ont conduit à la réalisation de quatre sondages carottés totalisant 166.40 mètres qui ont permis
d’affirmer l’homogénéité de la couche argileuse. Il s’agit d’argilites souvent noires à aspect schisteux à la base
de la formation argileuse qui passent vers le sommet à des argilites gris-blanc, avec des intercalations d’argilites
rougeâtres. La puissance de la couche argileuse est très variable (elle est de 55 mètres dans le sondage 4). Cette
variation verticale des faciès a été probablement liée à la morphologie du bassin ordovicien qui aurait été
contrôlée par une tectonique locale ou régionale. La présence de la matière organique dans les schistes noirs a
été contrôlée à son tour par une activité biologique.
Les analyses chimiques effectuées sur les deux échantillons B1 et B2 révèlent leur faible teneur en
Fe2 O3 (inférieure à 2%), et un taux en alcalins et alcalino-terreux qui va à 6%. La teneur en silice est élevée
(supérieure à 58%), celle en alumine est faible (inférieure à 26%).
Du point de vue minéralogique, les argiles étudiées sont à dominance illitique.
L’analyse granulométrique montre que 39% des particules ont un diamètre inférieur à 2µm.
Les essais technologiques poussés effectués sur ces échantillons indiquent que ces argiles, de teinte
blanche à l’affleurement, peuvent être considérées comme argiles grésantes, c’est-à-dire non réfractaires, de très
bonne qualité pouvant être utilisées pour la fabrication de produits céramiques tels que carreaux sols et murs,
sanitaire, poterie de service, etc. Leur température de cuisson ne dépasse pas 1040°C. A cette température, les
briquettes d’essais restent plates, de teinte blanc crème et sans déformation ou défauts. Les argiles testées
présentent une plage de température de frittage moyenne (90°C), ce qui est un atout favorable pour une
production de céramique. Les échantillons B1 et B2 sont coulables à 0,53% du défloculant Na2 CO3 . La
résistance mécanique à la flexion est très forte à 1050°C. La perte en poids reste tolérable et le retrait à la
cuisson, peu élevé (12%), peut être corrigé par l’ajout d’un dégraissant.
L’étude que nous avons menée sur les argiles de Benhmed intéresse aussi bien les formations argileuses
rouges attribuées au Trias que les argilites de couleurs variables résultant de l’altération des schistes
paléozoïques. Dans ce secteur, une couverture d’âge infracénomanien-Cénomanien recouvre en discordance un
socle paléozoïque schisteux très plissé, ou des argiles rouges triasiques. L’ensemble est localement couvert par
des dépôts quaternaires.
Les analyses chimiques des échantillons prélevés des différents faciès argileux du secteur de Benhmed
prouvent que la teneur en silice est assez élevée (55%). Celle en alumine est faible (inférieure à 23%). La somme
des pourcentages des alcalins et des alcalino-terreux est très relevée (atteint 15% dans les schistes paléozoïques,
et 14% dans les argiles rouges triasiques), et respectivement celle en TiO 2, Fe 2O3 et MnO (va à 6% dans les
schistes paléozoïques, et à 5% dans les argiles rouges triasiques).
Les analyses minéralogiques montrent la prédominance des illites et des kaolinites, et un pourcentage
intéressant en chlorites dans les schistes paléozoïques. L’illite est le seul minéral qui prédomine les argiles
rouges triasiques.
Les essais technologiques signalent que les argiles de Benhmed sont très plastiques. Le retrait à la
cuisson et la perte en poids restent tolérables. Les briquettes cuites manifestent de petites résistances mécaniques
à la flexion, ainsi des valeurs relativement élevées d’absorption ont été constatées. La couleur après cuisson varie
du rouge au marron. La température de cuisson est inférieure à 1100°C. Ces résultats attestent que les argiles
Benhmed ne sont pas d’une qualité technologique meilleure. La couleur défavorable des briquettes après
cuisson, et les faibles résistances mécaniques à la flexion sont des facteurs défavorables pour un emploi apprécié
de ces argiles dans l’industrie céramique. Cependant, les argiles de Benhmed sont considérées comme des argiles
plastiques ou grésantes, qui peuvent avoir application dans le domaine de la briqueterie et la fabrication des
carreaux murs.
--------------------------------------------------------------------------------------Mots clés : Maroc/ Jbel Kharrou/ Benhmed/ argile/ analyse minéralogique/ analyse chimique/ essais
technologiques/ industrie céramique
5
Introduction générale
6
Introduction générale
L'argile est une matière première utilisée depuis l’antiquité. Elle est nécessaire pour la
fabrication des objets utilisés dans la vie quotidienne. Le mot argile vient du grec "argilos"
dérivé de "argos" qui veut dire blanc, ou du latin "argila"; c'est la couleur du matériau utilisé
en céramique qui a conduit les anciens à lui donner ce nom.
A l'état de fines particules, les minéraux argileux sont les constituants de nombreuses
formations géologiques et des sols particulièrement recherchés pour certains types de cultures.
Ils sont au centre des activités des travaux de génie civil. D’autre part la fraction argileuse est
utilisée comme matière première par les céramistes en raison de ses propriétés. De ce fait
leurs études intéressent les géologues, les agronomes, les mineurs, les industriels, les
ingénieurs des travaux publics. Une présentation générale des argiles, en fonction de leurs
propriétés, a été faite par Robertson (1961, 1972) in Caillère, Hénin & Rautureau (1982). En
outre, les argiles ont un rôle dans le domaine des pesticides.
Pour les géologues, les roches argileuses, ont un toucher assez doux à l’état sec, une
malléabilité à l’état humide et une affinité pour l’eau. Les céramistes caractérisent les argiles
par leur comportement au feu. Pour Les agronomes et les ingénieurs de génie civil, les argiles
sont constituées par l’ensemble des particules minérales ayant une taille inférieure à 2µm. Les
cristallographes définissent les argiles comme entité minérale appelée phyllosilicates
(structure en feuillets). C’est cette forme lamellaire qui leur donne ce caractère de plasticité
comme l’avait démontré pour la première fois Atterberg en 1913 (Caillère, Hénin &
Rautureau, 1982).
7
En gros, toute fraction qui correspond à une proportion importante de particules fines
dont la taille supérieure est généralement fixée à 2µm. Cette fraction est constituée par des
minéraux spécifiques dits argileux et d’autres espèces tels que, la silice, les hydroxydes, les
oxydes, les carbonates, les silicates non phylliteux, etc.
Les argiles occupent une grande surface dans le monde minéral. Aussi elles occupent
une grande place dans la recherche scientifique. Elles peuvent donner des indications
précieuses sur les milieux de dépôts et les paléoclimats (Duchaufour, 1984) et (Akodad,
1994). De nos jours, l'utilisation des argiles, notamment celles qui sont riches en SiO2 et
Al2O3, connaît un nouvel essor dans la construction, la céramique industrielle et artisanale,
l'industrie pharmaceutique et la poterie.
Les briques d'aluminosilicates servent au revêtement des hauts fourneaux, par
exemples : les fours d'affinage ; les fours des laboratoires. On élabore aussi, des matériaux
céramiques plus durs que la porcelaine et la faïence traditionnelles, ainsi que des couronnes
dentaires à base de quartz-alumine.
De nombreux travaux réalisés ou en cours, sont relatifs à l'utilisation des minéraux
argileux comme la montmorillonite ou les inter-stratifiés riches en smectites, pour la fonderie.
De même, les argiles comme la kaolinite, la palygorskite et certains mélanges de minéraux
argileux, ayant une activité catalytique, favorisent la polymérisation du styrène (Meunier,
2003) et (Castelein, 2000).
La majorité des céramiques sont issues de matières premières minérales silicoalumineuses compactées et consolidées par frittage. Les matériaux argileux constituent
8
souvent des mélanges naturels complexes de minéraux dont la granulométrie et les propriétés
physico-chimiques sont très variables. Les critères de choix des utilisateurs sont moins liés à
la composition chimique globale des matériaux argileux qu'à leur comportement pendant les
différentes étapes de la fabrication des produits céramiques. Ce comportement peut cependant
résulter de la composition de la matière première argileuse.
La majorité des produits céramiques sont obtenus par frittage, généralement entre 900
et 1200°C. L'étape du frittage, essentielle au procédé de fabrication des céramiques,
s'accompagne de la transformation des minéraux initiaux. Il s'agit de processus complexes,
difficiles à appréhender en raison du caractère progressif et / ou transitoire de certaines
transformations.
Au Maroc, les terres argileuses, notamment céramiques, sont essentiellement utilisées
pour la confection des matériaux de construction traditionnelle et moderne (briques, tuiles,
carreaux, sanitaire) ainsi que pour la confection de nombreux articles de poterie.
Pour mieux percevoir le contexte économique, social et culturel des activités liées aux
produits céramiques, nous allons présenter certains aspects de ce secteur de développement.
On commence d’abord par décrire les principaux gisements d’argiles céramiques au Maroc
dont il est possible d’affirmer que leurs réserves sont suffisantes pour assurer totalement ou
partiellement l’alimentation d’une industrie céramique. Trois gisements essentiels d’argiles
céramiques au moins ont été inventoriés, jusqu’à 1981 par Hilali & Jeannette (1981) :
Les argiles siluriennes de Taghjicht (Anti-Atlas occidental), ces argiles situées à 200
Km au Sud d’Agadir, sont connues depuis longtemps, découvertes par Destombes, et ont fait
9
l’objet de plusieurs études géologiques et technologiques par le Ministère de l’Energie et des
Mines ainsi que des sociétés étrangères, elles ont été étudiées par Destombes & Jeannette
(1956), Mazéas (1962) et Malecha & Mortaji (1978). Mais les travaux effectués par Malecha
(1985) ont apporté des idées nouvelles concernant la morphologie de la couche argileuse, son
développement faciale et son étendue dans la région par la réalisation de tranchées et de 8
sondages carottés totalisant 697.65m. La série est constituée par des grés quartzitiques
ordoviciens sur lesquels reposent en légère discordance les argiles siluriennes de puissance
assez importante (200 m). Ce sont des argilites noires souvent à aspect schisteux qui
constituent la base de la couche argileuse, vers le toit, elles passent aux argilites bleu-grisâtres
qui deviennent progressivement gris-rougeâtres ou gris- jaunâtres et enfin remplacées par les
argilites rouges dans la partie la plus haute de la couche argileuse (fig. 1). Suivant les résultats
des essais technologiques, les argiles de Taghjicht sont aptes à la fabrication des produits
céramiques, des carreaux sols et murs, sanitaire, etc. les réserves sont estimées à 4 186 000
tonnes peuvent encore être augmentées si les conditions d’exploitation future seront plus
favorables ;
Les argiles hauteriviennes de Safi, ces argiles sont exploitées pour la poterie dans la
région de Safi, formant un bassin à peu prés rectangulaire de 5 km de longueur sur 3 km de
largeur, étendu à l’Est de Safi, et constituant le substratum de la ville. La base de ces argiles
est constituée par un calcaire jaune en plaquettes attribué au Valanginien. Elles sont
surmontées par une épaisse série de calcaire blanc cristallin qui date l’Hauterivien supérieur
(fig. 2). Maézas (1967) a réalisé une carte géotechnique des environs de Safi pour en localiser
les affleurements exacts. Driouiche (1982) a fait une note préliminaire sur les argiles de Safi
dont il a décrit la géologie de la région et les différents sites d’exploitations de ces argiles.
Driouiche en 1984, a publié les résultats d’essais technologiques pour briqueterie effectués sur
10
30m
20m
Faille présumée
Fig. 1 Coupe géologique à travers le gisement d’argilites du Borj (Taghjicht) d’après Mazéas, 1962 in Malecha (1985)
11
deux échantillons provenant de la région de Safi, les conclusions qui en découlent montrent
que ces argiles sont aptes à servir pour briqueterie. Les réserves estimées à 5 millions de
tonnes (Driouiche,1990) ;
base calcaire de Dridrate
Hautervien supérieur
Crétacé
argile à Exogyra Couloni avec
bancs de grès calcaires
Hautervien inférieur
calcaire inférieur
10m
Valanginien
série jurassique de dolomie
et calcaire dolomitique
Jurassique
Fig. 2 Coupe schématique dans la falaise de Sidi Bouzid (Safi) d’après Driouiche (1982)
Les marnes tertiaires de Salé et de Fès, ces marnes sont de couleur verdâtre très
homogènes et largement répandues dans les couloirs de sédimentation alpine, et constituent,
depuis longtemps, l’une des matières premières les plus recherchées pour les poteries
traditionnelles et les briques (Hilali & Jeannette, 1981). Les marnes tertiaires sont exploitées
aussi bien à Agadir, Al-Hoceima, Oujda, Nador, Taza et Tétouan, mais les gisements les plus
12
connus se situent à Salé (sur les rives de Bou-Regreg), et à Fès et Meknès (sur les collines des
potiers) et à Tanger.
Géologiquement ces marnes ont fait l’objet de plusieurs études détaillées par Lecointre
(1952), Taltasse (1953), Margat & Taltasse (1954). Sans oublier la thèse présentée par
Bouyahyaou (1996) dont elle a établi les relations entre les différentes caractéristiques de ces
marnes (géochimiques, minéralogiques et technologiques) et leur utilisation dans le domaine
industriel. A Fès, les principales carrières se situent en bordure de la Médina, dans la vallée de
l’Oued Zitoune au Sud de Fès Jdid. La roche est de couleur gris-bleue, mais, l’altération lui
donne une couleur plus jaunâtre. A Salé, la couche argileuse suit les deux rives de BouRegreg, et est subdivisée en deux niveaux : un niveau inférieur bleu, compact et calcaire qui
se charge de plus en plus en sables vers le niveau supérieur.
En 1987, El Khachani a présenté un rapport préliminaire sur les faciès argileux du
Paléozoïque et du Trias de la région de Benhmed dont il a exposé les résultats des études, de
terrain et de laboratoire pour évaluer la possibilité de leur utilisation dans les domaines de
l’industrie céramique. Il a signalé que les réserves sont très importantes.
En 1996, El Khachani a présenté un autre rapport préliminaire, qui concerne, cette fois
ci, les argiles céramiques paléozoïques dans quelques régions du domaine mesetien :
l’anticlinorium de Khouribga-Oulmès, régions de Benhmed, de Ben Slimane, de Sidi Battache
et des Rehamna. Les études géologiques ont permis de dire qu’il s’agit de formations
pélitiques dont la plus importante, de point de vue puissance et aires d’affleurement, se
localise dans l’Ordovicien inférieur dans l’anticlinal de Jbel Kharrou (Rehamna orientaux).
13
Dans le cadre d’un travail de recherche initié par la Société Espagnole Minera Sabater,
SARL sur la possibilité d’emploi en céramique des argilites de la formation ordovicienne de
l’anticlinal de Jbel Kharrou (Rehamna orientaux). Nous étions amenés à réaliser une étude
approfondie sur leur contexte géologique et de procéder à la détermination de leurs caractères
géochimiques, minéralogiques et technologiques.
Les premières études avaient porté sur deux échantillons B1 et B2 les plus
représentatifs prélevés en surface qui feront l’objet d’une partie de ce mémoire. Les résultats
probants fournis par ces deux échantillons, ont conduit à la réalisation de quatre sondages
carottés pour étudier l’évolution en profondeur de la formation porteuse et déterminer les
potentialités du secteur. Plusieurs échantillons ont été prélevés des carottes des sondages et
étudiés dans le laboratoire de la Société en Espagne.
La région de Benhmed renferme une réserve d’argiles très importante. Plusieurs
carrières d’exploitation de ces ressources pour des fins industrielles sont observées dans la
région de Souk Ejemaa des Rhyah au Nord-Ouest de la ville de Benhmed. L’exploitation
intéresse aussi bien les formations argileuses rouges attribuées au Trias que les argilites de
couleurs variables résultant de l’altération des schistes paléozoïques.
Cette contribution intéresse l’étude géologique que nous avons menée sur les
formations argileuses dont les puissances visibles en argilites paléozoïques peuvent atteindre
70 mètres et celles en argiles rouges triasiques sont de 80 mètres, et la détermination des
caractéristiques géochimiques, minéralogique et technologique.
14
Le présent travail est une mise au point sur le contexte géologique de ces argiles, de
Jbel Kharrou et de Benhmed et les différents résultats fournis par les études de caractérisation
et les tests technologiques pour un emploi en céramique.
la méthodologie adoptée dans ce travail est la suivante :
une analyse bibliographique ;
une étude géologique sur le terrain et un échantillonnage des argiles ;
une analyse géochimique, minéralogique et des essais technologiques très poussés des
échantillons prélevés ;
enfin, l’établissement des relations entre les différentes caractéristiques des argiles pour une
éventuelle utilisation dans le domaine de la céramique.
Le document présentant les résultats obtenus comporte 2 parties essentielles. La
première partie est un aperçu bibliographique sur la définition des argiles, leur minéralogie,
leur structure, et leur classification. Les procédés de fabrication des produits céramiques :
l’extraction, le façonnage, le séchage et enfin la cuisson. Et les différents facteurs physiques et
chimiques qui peuvent influencer pendant le déroulement de ces étapes. Aussi dans cette
même partie, on décrit certaines applications des pâtes céramiques, et on essaie de classer les
produits céramiques de point de vue auquel on se place : la classification de Brongniart (17701847); la classification des historiens d’arts ; et la classification des industriels. Le dernier
chapitre dans cette première partie est consacré aux méthodes et techniques utilisées aux
laboratoires.
La deuxième partie de ce travail, présente deux chapitres essentiels :
15
un chapitre dont nous avons procédé à une étude géologique de la région de JbelKharrou, et à la détermination des caractéristiques géochimiques, minéralogique et
technologiques de deux échantillons jugés les plus représentatifs. Les résultats probants, ont
conduit à la réalisation de quatre sondages carottés totalisant 166.4 mètres sur des zones bien
choisies. Les échantillons prélevés des carottes de sondages ont fait l’objet d’une analyse
géochimique dans les laboratoires de Minera Sabater en Espagne. Cette campagne de 4
sondages, a apporté de nouvelles données concernant la morphologie de la couche argileuse,
son développement facial et son étendue dans la région étudiée ;
un autre chapitre dont nous traitons les argiles de Benhmed, en réalisant une étude sur
le contexte géologique et en procédant à la détermination de leurs caractères géochimiques,
minéralogiques et technologiques.
Dans les deux chapitres précédents, nous essayons d’établir les relations entre les
différents résultats et une éventuelle application de ces argiles dans l’industrie céramique.
Notre souhait est que cette étude appliquée à des matières premières marocaines,
contribue au développement durable de notre pays. Cette préoccupation est toujours restée au
cœur de notre activité de recherche sur la valorisation des matériaux locaux. Toutefois l'idée
directrice de nos travaux est liée au fait que les approches du développement durable
considèrent la connaissance technologique comme la variable déterminante.
16
Première partie
Généralités
Chapitre 1 : Minéralogie des argiles
Chapitre 2 : Procédés de fabrication des produits céramiques
Chapitre 3 : Applications des pâtes céramiques
Chapitre 4 : Classifications des produits céramiques
Chapitre 5 : Méthodes et techniques utilisées au laboratoire
17
Chapitre 1 : Minéralogie des argiles
18
Introduction
Le but de ce chapitre est de présenter des notions de base sur la structure des minéraux
argileux, comment elle détermine les propriétés physico-chimiques et aussi comment elle
donne des particularités qui permettent de définir les familles et les espèces et encore des
variétés d’argiles.
1-Definition des argiles
Les argiles sont des aluminosilicates plus ou moins hydratés et la majorité des minéraux
argileux appartiennent au groupe des silico-aluminates phylliteux. Ils sont organisés en
couches planes, constituées d'unités structurales tétraédriques et octaédriques reliées par leurs
sommets. Ce type de structure à très grande surface spécifique associée à des caractéristiques
physico-chimiques très particulières, explique la capacité des argiles à admettre de nombreux
échanges de cations et d'anions dans le réseau ou adsorbés en surface.
2- La structure des minéraux argileux
Les minéraux argileux constituent un groupe minéralogique complexe, ce sont des
phyllosilicates ou des silicates en feuillets de taille inférieure à 2µm. Cela signifie qu’ils sont
formés par l’empilement de feuillets qui constituent un empilement de couches ; une ou deux
couches tétraédriques, une couche octaédrique et un espace interfoliaire qui contient souvent
des cations (fig. 3).
19
6 (OH)
d
7 A°
4 Al
2 (OH) + 4 O
4 Si
6O
Fig. 3 Notion de feuillet, d’interfeuillet et de distance basale d
minéral de type 1/1 (groupe des kaolinites)
d’après Castelein (2000)
On se basant sur leur structure, il est possible de distinguer les différents types de
minéraux argileux par :
le nombres de couches d’octaèdres et de tétraèdres dans le feuillet élémentaire ;
l’équidistance dans les conditions naturelles ;
les variabilités de cette équidistance sous l’action des traitements divers.
3-Les types des minéraux argileux
20
Les minéraux argileux sont formés par l’empilement des feuillets élémentaires
constitués à partir de deux motives de couches de base : une couche tétraédrique siliceuse et
une couche octaédrique alumineuse. L’équidistance basale d ou la réflexion de base est la
somme des épaisseurs du feuillet et de l’inter feuillet (fig. 3).
L’association de ces deux motives de couches conduit à trois principaux types de
minéraux (tableau 1):
minéraux de type 1/1 ou T-O à une couche tétraédrique et une couche octaédrique.
L’équidistance caractéristique est voisine de 7 A°. A ce type correspond le groupe de la
kaolinite ;
minéraux de type 2/1 ou T-O-T à une couche octaédrique encadrée par deux couches
tétraédriques. L’équidistance caractéristique varie de 9.4 à 15 A° selon le contenu de l’inter
feuillet (tableau 1) ;
minéraux de type 2/1/1 ou T-O-T-O à une couche d'octaèdres encadrée par deux couches
tétraédriques, et un inter feuillet constitué par un feuillet brucitique. L’équidistance
caractéristique est alors d'environ 14 Å. A ce type correspond le groupe des chlorites.
21
Type de
Caractère
minéraux
T -O
dioctaédrique
7°A stable
10 °A variable
10 °A stable
dioctaédrique
10 °A variable
Familles
Formule chimique
kaolinites
halloysites
pyrophyllite
illites
monmorillonites
Si 2 O5 Al2 (OH) 4
Si 2 O5 Al2 (OH) 4 nH 2O
n=2
Si4 O10 Al2 (OH)2
( Si(4-x) Alx ) O10 (Al)2 (OH) 2 (K) x
x = 0.5
2+
Si 4 O10 ( Al(2-x/2) (R )x/2 ) (OH)2 x/2 CE
nH2O
( Si(4 -x) Alx ) O10 (Al) 2 (OH)2 xCE
beidellites
T-O-T
trioctaédrique
T -O-T -O
10°A stable
10°A variable
Equidistance
vermiculite
dioctaédrique
talcs
stévensite
( Si(4 -x) Alx ) O 10 Al(2+ y/3) (OH) 2 CE(x-y)
saponites
( Si(4 -x) xAl ) O10 (R2+)3 (OH) 2 xCE, nH 2O
( Si(4-x) Alx ) O10 ( (3-y)R2+ yR3+ ) (OH)2
Si 4 O10 Mg 3 (OH)2
Si 4 O10 ( Mg (3-x) xR+ ) (OH)2 xCE, nH2 O
vermiculites
14°A stable
(x-y)CE, nH2 O
chlorites vraies
( (4-x)Si
xAl ) O10 (R2+ )3 (OH)2
mica
( xR3+
(3-x)R2+
)
(OH)6
feuillet brucitique
14°A variable
(4-x)Si xAl O10 (Al)2 (OH)2
pseudo-chlorites
X CE
Beidellite
( Mg3 (OH)6 )
feuillet brucitique
Tableau 1 : Les grandes familles des minéraux argileux d’après Callière, Hénin & Ratureau (1982)
22
4-Les espèces des minéraux argileux
Les minéraux argileux sont des silicates d’alumine hydratés et cristallisés. On a trois
variances (Brindley & Brown, 1980).
Si ces minéraux sont à couche octaédrique discontinue, on parle de minéraux type
fibreux. Ces minéraux appartiennent à la famille de la sépiolite ou de la palygorskyte. Leurs
structures ont des caractères communs avec celles des phyllosilicates, car leur faciès fibreux
résulte d'une discontinuité du feuillet dans le sens de la largeur. Les couches T sont continues
et constituées de tétraèdres qui n'ont pas tous la même disposition. Les couches octaédriques,
elles, sont discontinues. Cette rupture donne naissance à des lacunes qui forment des canaux
structuraux entre des rubans. La largeur de ces rubans est caractéristique de chaque famille.
Si ces minéraux sont à couche octaédrique continue et constitués par l’empilement du
même feuillet (exemples : O-T/ O-T/ O-T… ou T-O-T/ T-O-T/ T-O-T…), on parle des
monophyllites, cas des minéraux types 1/1, 2/1, 2/1/1 (tableau 1).
Si ces minéraux sont à couche octaédrique continue et constitués par l’empilement des
feuillets différents, cet empilement peut être régulier ( T-O-T/ O-T/ T-O-T/ O-T…) : cas des
interstratifiés ou polyphyllites réguliers, ou irrégulier ( O-T/ T-O-T/ T-O-T/ O-T…) c’est à
dire aléatoire : cas des interstratifiés ou polyphyllites irréguliers. Le tableau 2 présente les
minéraux interstratifiés naturels les plus courants.
La plupart des groupes des minéraux argileux se divisent en deux groupes principaux ;
les minéraux dioctaédriques et trioctaédriques. La distinction entre les deux groupes se fait à
partir de la composition des octaèdres ; si les 6 valences négatives du site octaédrique sont
23
compensées par trois cations divalents ( Fe 2+, Mg2+ …) on parle des minéraux trioctaédriques.
Si la compensation est assurée par deux cations trivalents ( Fe3+ , Al3+…), il s’agit des
minéraux dioctaédriques (Alliprandi, 1979).
Type d'interstratification
Muscovite-montmorillonite
Illite-smectite
Glauconite-smectite
Alternance régulière :
Chlorite-smectite
Système à deux composés Chlorite-vermiculite
Mica-vermiculite
Serpentine-chlorite
Kaolinite-smectite
Alternance de type ABAA Illite-smectite
Système à deux composés Glauconite-smectite
Illite-smectite
Glauconite-smectite
Alternance aléatoire :
Système à deux composés Mica-vermiculite
Mica-chlorite
Smectite-chlorite
Kaolinite-smectite
Système à trois composés Illite-chlorite-smectite
Illite-smectite-vermiculite
Tableau 2 : Les minéraux inter-stratifiés naturels les plus courants (Castelein, 2000)
Chapitre 2 : Procédés de fabrication des produits céramiques
24
Introduction
Le principe de fabrication de la céramique est fondé sur la propriété que possède
l’argile de former avec l’eau, dans des proportions convenables, une pâte liante et ductile que
l’on peut modeler et cuire afin d’obtenir sans déformation des produits finaux durs et sonores.
IL est bon de rappeler ici les différentes classes des matières premières susceptibles
d’être employées dans les compositions céramiques. On peut distinguer deux grandes
catégories :
Les matières premières plastiques qui augmentent fortement de volume en présence
d’eau (argiles, marnes, kaolins, bentonites…) ;
Les matières premières non plastiques appelées également dégraissantes, dont le
contact avec l’eau consiste à un simple mouillage sans variation dimensionnelle importante.
Ces matières peuvent être considérées comme inertes de point de vue physico-chimique dans
les conditions de leur emploi en tant qu’ajout (sables quartzeux, chamottes, feldspaths,
pegmatites, scories, verre broyé, etc.).
Quatre opérations essentielles pour la fabrication d’un objet céramique à partir d’une
argile sont demeurées à peu prés les mêmes au cours des âges.
1-Lavage et pétrissage
25
Le lavage et le pétrissage de la terre sont destinés à lui donner l’homogénéité
nécessaire (éliminer les bulles d’air et chasser les corps étrangers. Les moyens simples
consistent à piétiner ou à battre la terre. Aujourd’hui la matière première est obtenue par
mélange des argiles ou terre et des dégraissants dans un broyeur qui rend les grains plus fins.
2-Façonnage
Le façonnage peut se faire par plusieurs manières (tableau 3):
2-1-Tournage : cette technique remonte aux moins aux pharaons. Elle se fait
entièrement à la main sur le tour de potier animé d’un mouvement de rotation, permet
d’obtenir des objets circulaires ;
2-2-Coulage : Cette technique apparaît au cours des dernières années du XVIII siècle.
Elle consiste à verser la pâte à l’état fluide dans un moule en plâtre présentant en creux la
forme de la pièce à obtenir. Au contact du plâtre, l’eau est absorbée par capillarité.
Aujourd’hui la fabrication des assiettes et des plats se fait en série grâce au calibrage
mécanique ;
2-3-Pressage : Cette technique s’applique dans la fabrication des carreaux. La matière
première est injectée dans un moule qui lui donnera la forme désirée. A l’intérieur du moule la
presse agit avec une charge qui peut aller jusqu’à 5000 tonnes.
26
Coulage :
Façonnage en pâte plastique :
La matière première est dosée, la matière première est préparée
pulvérisée, puis mélangée sous arrosage avec un taux
avec de l’eau et le défloculant d’humidité de 15 à 20%
afin d’obtenir de la barbotine,
qui sera versée dans des
moules en plâtre
-Porcelaine
-Sanitaire
-Porcelaine électrotechnique
-Produits réfractaires
-Briques
-Tuiles
-Carreaux de grés
-Porcelaine électrotechnique
-Objets en grès
-Grès émaillés
Pressage en poudre :
La matière première est
souvent
préparée
sous
arrosage mais son taux
d’humidité est ramené à 5 à
7% dans des tours de
pulvérisations.
Dans
l’industrie des réfractaires, la
matière première est mélangée
à sec et souvent pressée avec
un taux d’humidité inférieur à
2%.
-Produits réfractaires
-Revêtements de sol et de mur
-Objets en grès
-Carreaux de grès-cérame
-Céramiques techniques
Tableau 3 : Les modes de façonnages d’après Schaller, & al. (1981)
3-Séchage
Dans les industries de la céramique traditionnelle, comme dans les unités de
fabrications modernes adoptant les mêmes techniques d’élaboration. Le séchage des produits
façonnés avant frittage a pour but d’éliminer l’eau d’humidité qui a été rajoutée au cours de
façonnage, avant de procéder à la cuisson.
3-1-Mécanisme de fixation de l’eau par les micelles argileuses
Les matières premières plastiques que l’on trouve à l’état naturel sont des silicates
d’alumines, dont la structure bidimensionnelle justifie l’appellation des minéraux phylliteux.
Cette morphologie particulière confère à la pâte argileuse des propriétés caractéristiques de
plasticité, gonflement à l’eau, formation de colloïdes, etc. Le mécanisme de fixation de l’eau
sur les particules élémentaires, appelées micelles, permet d’expliquer le phénomène de
27
gonflement des argiles imbibées d’eau, ainsi que le phénomène inverse appelé retrait lorsque
les matières perdent l’eau au cours du séchage (fig. 4).
H
H
H
O
+
O
H
O
H
H
H
H
H
Eau libre
(atmosphère diffuse)
O
+
O
O
+
O
H
+
H
H
H
H
Micelle
H
H
H
H
H
O
+
O
H
H
H
H
+
H
O
+
O
O
+
O
H
O
H
H
H
Eau libre
(atmosphère diffuse)
+ cation H + ou autre.
- anion OH - ou autre.
Fig. 4 : Mécanisme de fixation de l’eau sur les micelles argileuse (Kerboul & Bossler, 1990).
Pour justifier ce mécanisme, on admet que les micelles argileuses sont formées de
plaquettes, de 1 à 2 µm de diamètre pour une épaisseur de quelques dixièmes de µm,
possédant des charges négatives à la surface et à la cassure des plans. Les molécules d’eau à
caractère polaire vont se placer au voisinage de ces charges en formant une couche solidaire
du micelle. Cette couche d’eau liée est appelée couche de Helmholtz. Au-delà les ions positifs
28
( protons de l’eau, cations des sels éventuels) viennent assurer la neutralité de l’ensemble. Ces
ions sont mobiles selon l’agitation thermique, les autres molécules d’eau se disposent d’une
manière plus désordonnée, les liaisons intermoléculaires étant du type Van der Waals,
donc plus faibles. L’ensemble extérieur à la couche d’ions positifs forme l’eau libre
interparticulaire constituant l’atmosphère diffuse.
En somme, dans une pâte plastique, chaque micelle argileuse doit être considérée avec
son auréole d’eau liée, en baignant dans l’eau interparticulaire en quantité variable. Cette
disposition explique la facile mobilité des particules dans le glissement de l’une par rapport à
l’autre, à l’origine de la plasticité.
3-2-Représentation de Bourry (1897)
L’opération de séchage consiste à fournir l’énergie nécessaire pour arracher les
molécules d’eau à la pâte, et comme le type de liaison varie selon la nature des couches
envisagées, on conçoit que plusieurs phases se succèderont lors du passage du produit
plastique au produit sec (fig. 5).
Trois phases peuvent être décelées pendant le séchage des pâtes plastiques :
a-départ de l’eau libre ou faiblement liée de l’atmosphère diffuse. Le volume de la pâte
diminue proportionnellement ;
b-phase intermédiaire pendant laquelle des vides commencent à se former, la pâte continue à
se contracter ;
c-les pores se forment par départ de l’eau fortement liée de la couche de Helmohltz. Le
volume apparent reste en principe constant.
29
Volume
apparent
Retrait
Eau
Vide=porosité
Vide=porosité
Argile
Argile
Phase 1
Phase 2
Phase 3
Fig. 5 : Représentation de Bourry (1897) d’après cours (Kerboul & Bossler, 1990)
3-3-Rôle des substances non plastiques dans le comportement de la pâte au séchage
On note que l’ajout de substances dégraissantes aux matières plastiques modifie leur
comportement au séchage en influant sur le retrait et l’humidité initiale au façonnage. Le
dégraissant permet de diminuer le retrait. On sait que le retrait est dû au départ de l’eau libre
située entre les particules argileuses. L’augmentation du taux de dégraissant réduit la quantité
d’eau libre, donc, le départ crée la contraction de l’échantillon. Tout grain dégraissant inerte,
vis à vis de l’eau et placé dans la masse des micelles argileuses, occupe un site qui aurait été
occupé par l’eau libre (Tuleff, 1958).
4-Cuisson
La cuisson des pâtes façonnées est la deuxième technique du feu maîtrisé par
l’homme, après la cuisson des aliments. La cuisson va du simple séchage au soleil, ou au feu
30
de bois en plein air, à la chauffe des fours en brique ou en terre réfractaire. La température de
cuisson ne dépassant pas 800 à 900°C pour les poteries tendres des XVIe, XVIIe et XVIIIe
siècle, elle peut atteindre aujourd’hui pour les pâtes dures plus de 1400°C.
4-1-Généralité sur la cuisson des matières premières céramiques
a-Cycle thermique
L’action de la chaleur sur les pâtes plastiques obtenues par mélange de plusieurs
constituants, conduit à une série de transformations physico-chimiques réversibles ou
irréversibles, ces transformations modifient la texture et la structure du matériau pour obtenir
un produit qui possède un certain nombre de qualités propres à l’usage demandé. L’opération
consiste à faire subir au matériau un cycle thermique comprenant :
-Une montée en température selon un programme donné, l’atmosphère du four est bien
définie ;
-L’obtention de la température maximale avec maintien d’un palier pendant un temps plus au
moins long ;
-Un refroidissement naturel ou programmé jusqu’à l’état final.
b-Paramètres conditionnant la cuisson
La température qui caractérise l’état d’agitation des molécules et atomes dans les
matières solides et conditionne l’aptitude de certains constituants à entrer en réaction, à subir
des transformations cristallines.
31
Le temps qui conditionne la cinétique des transformations et intervient soit par le biais
de la vitesse de montée ou descente en température, soit lors d’un palier isotherme.
L’atmosphère du four qui peut influencer sur les transformations physico-chimiques
dans la pâte. On opère selon les cas en atmosphère oxydante, neutre ou réductrice.
4-2-Le frittage
La cuisson des compositions à base de silicates fait intervenir un processus qui, sous
l’effet de la chaleur, conduit à une consolidation des ensembles granulaires des pâtes, avec
formation de phases cristallines liées par une phase vitreuse en quantité plus au moins grande.
On définit le frittage comme une opération de consolidation d’ensemble granulaire par
rapport à l’énergie calorifique tendant à créer une densification dans le matériau à élaborer.
4-3-Phénomènes physico-chimiques qui peuvent se produire lors de la cuisson
Plusieurs phénomènes physiques et chimiques peuvent se produire lors de la cuisson
dont les résultats se complètent et permettent de donner une interprétation générale des
transformations qui ont lieu.
a-phénomènes physiques
Parmi les phénomènes physiques qui se produisent au cours de la cuisson des pâtes
céramiques, on cite :
*La variation du volume du matériau en fonction de la température de cuisson. Ce
phénomène est mit en évidence par une analyse dilatométrique ;
32
*La densification du produit final qui se produit selon deux mécanismes (BernacheAssollant, 1993) :
-Frittage en absence de la phase liquide : lorsqu’on a plusieurs constituants qui ne
donnent pas de phase liquide à une température considérée. Ce sont les phénomènes de
diffusion qui conduisent à la formation de composées définis : Cas des argiles réfractaires.
-Frittage en présence de la phase liquide : Parmi les constituants dans ce cas, les
fondants (alcalins et alcalino-terreux) et les éléments fusibles (Fe 2O3, MnO. etc.) qui peuvent
se fondre et former une phase liquide qui mouille et entre en réaction avec les autres phases
solides. On dit qu’il y a vitrification de matériel. Au refroidissement on obtient une texture
liée par une phase vitreuse plus au moins importante selon le cas : Cas des argiles grésantes.
b-phénomènes chimiques
Les phénomènes chimiques concernent les constituants initiaux qui se transforment
pour prendre une forme plus stable. On peut différentier deux types (Bernache-Assollant,
1993) :
-Ceux concernant les minéraux fondamentaux de la matière première naturelle (les silicates et
les silico-aluminates). Ces phénomènes chimiques sont le départ d’eau et les transformations à
température élevée. Par exemple, au-dessus de 630°C, la kaolinite perd pratiquement tout son
eau de constitution provenant de la transformation des groupements oxhydryles en liaisons
oxygène par la réaction suivante :
2 OH------------------------ O-2
+
H2 O (vapeur)
33
Après déshydratation, la kaolinite se transforme en métakaolin selon la réaction suivante :
2SiO2 ,
Al2 O3,
2H2 O
2SiO2,
Kaolinite
Al2 O3
+ 2H2O
Métakaolin
Vers 950°C le réseau instable du métakaolin s’effondre en donnant une phase amorphe et de
la mullite.
3 (2SiO2 ,
Al2 O3)
Métakaolin
4SiO2 +
2SiO2,
Silice amorphe
3Al2 O3
Mullite
L’analyse thermique différentielle et la diffractomètrie par les rayons X permettent de
suivre l’évolution de ces phénomènes dans les argiles.
-Ceux concernant les composés annexes pouvant se trouver dans la matière première comme
impureté, ou introduits sous forme d’ajout pour former une composition bien définie. On cite
comme exemple le quartz introduit dans la pâte, il ne commence à réagir qu’au-dessus de
1000°C lorsqu’il y a apparition d’une phase liquide apportée par les feldspaths, il y a
dissolution du quartz dans le flux. Lorsqu’il n’y a pas formation de phase liquide, cas des
réfractaires, le quartz très fin peut en présence de minéralisateurs donner de la cristobalite à
partir de 950°C (Castelein, 2000). On trouve dans la matière première argileuse plusieurs
impuretés, parmi lesquelles :
34
*les carbonates de calcium qui se dissocient vers 750°C
Ca CO3
CO2 +
CaO
Vers 900°C CaO réagit avec le métakaolin
2SiO2, Al2 O3 + 2CaCO3
SiO2 , Al2O3, 2CaO + SiO2 + 2CO2
géhlénite
On note que, s’il reste de la chaux non combinée après la cuisson, elle peut se
réhydrater et se carbonater, phénomène qui s’accompagne d’une augmentation de volume et
provoque des défauts dans le produit final.
*La matière organique qui se dissocie par combustion des produits organiques, les produits
les plus volatils commencent à brûler à 200°C, les moins volatils brûlent à 460°C. Quant au
carbone fixe, sa combustion a lieu de 450 à 600°C (Lefort, 1988) et (Jouenne, 1975).
*Les sulfates de calcium se décomposent vers 1250°C par la réaction ci-dessous. En présence
de kaolin ou d’argile, la décomposition a lieu à des températures inférieures (Lefort, 1988).
Ca SO4
CaO
+
SO2
+
1/2O2
En général, les produits issus de ces décompositions peuvent réagir avec les autres
constituants et donner, selon l’atmosphère du four, de nouveaux corps formant la texture du
produit final (Bouaziz & Rollet, 1972).
35
4-4-Texture des produits céramiques et leur évolution en cours de cuisson
L’action de la chaleur sur la matière argileuse provoque les différents phénomènes
décrits, et crée un retrait, dit retrait à la cuisson. L’analyse dilatométrique permet de suivre
cette évolution de retrait, notamment la porosité. D’une manière générale, la porosité décroît
avec l’élévation de la température, le diamètre des pores commence par augmenter avec
disparition des fins, puis en approchant de la température de grésage, les diamètres et le
nombre de pores ouverts diminuent avec formation de pores borgnes d’abord puis de pores
fermés de petit diamètre. On dit que la pâte est fermée. Si la température continue
d’augmenter, la grésification se poursuit, la porosité ouverte devient nulle tandis que la
porosité fermée se développe avec augmentation des diamètres des alvéoles. Enfin, si la
température devient trop élevée, il y a excès de phase vitreuse avec développement exagéré
des alvéoles qui détériorent le matériau, on dit qu’il y a scorification (Thevenot, 1992).
36
Chapitre 3 : Applications des pâtes céramiques
Introduction
A l’origine, les propriétés des pâtes céramiques étaient essentiellement mises au profit
de la fabrication de céramiques : les sanitaires, les carreaux de sols et de murs, la vaisselle et
les matériaux de construction. Depuis le début du 20 ème siècle, grâce aux travaux de
recherches menés dans le domaine des matériaux, il a été possible de développer des
innovations tant dans les procédés que dans les compositions et les textures pour mettre au
point des céramiques aux propriétés physiques très spécifiques (électrique, thermomécanique,
optique). Ces nouveaux matériaux sont regroupés sous le terme générique de céramiques
techniques. Des entreprises innovants à haut potentiel sont nées à partir des transferts de
technologie des laboratoires de recherches, pour la mise au point des nouvelles applications.
Les produits de base utilisés pour la fabrication des céramiques, à l’exception des
réfractaires et des produits de céramique technique, sont toutes les argiles, les chamottes
(argiles cuites), les feldspaths et les sables. Pour les réfractaires et les produits de céramiques
techniques, on utilise aussi de nombreux oxydes résistant aux hautes températures, comme
Al2 O3, l’oxyde de zirconium ZrO2 et le carbure de silicium SiC (Pierre, 1994). Ces oxydes et
même d’autres produits déjà traités sont achetés pour être incorporés dans les matières
premières extraites.
Les céramiques industrielles sont présentes dans les aspects les plus modernes du
monde d’aujourd’hui : les télécommunications, environnement, aérospatiale et aéronautique,
énergie, transport, médecine, design et habitat, etc.
37
1-Domaine médical
Le secteur médical utilise les bio céramiques en chirurgie réparatrice et dans le
domaine dentaire. Deux générations de céramiques ont été développées ;
La première, inerte chimiquement assurait une innocuité vis-à-vis de l'organisme. On
cite comme exemple, les prothèse de hanches qui sont à base d’alumine, et les prothèses
dentaires à base de silice et d’alumine. Cette génération a évolué pour faire place à des
matériaux capables d'interagir positivement avec les tissus environnants : ce sont les
céramiques de deuxième génération comme les osselets de l'oreille, les prothèses oculaires
(www. Ceramic netmork.fr).
2-Domaine de l’aéronautique et spatial
Dans ce secteur, les céramiques sont des matériaux à très forte valeur ajoutée, dit
thermostructuraux. Ces composites à matrice céramique ou CMC, sont des matériaux
présentant de hautes charges à la rupture, une bonne résistance à la tension, résistants aux
agressions à haute température et corrosion, offrant une bonne tenue aux chocs thermiques :
Eléments de turbine, chambre de combustion, filtres à gaz, collage (pâte pour joints à hauts
température), etc.
3-Domaine de l’industrie papetière
L'industrie papetière a connu depuis une cinquantaine d'années, un développement
considérable. En papeterie, l'utilisation des kaolins, sert à améliorer les propriétés optiques de
la trame cellulosique (Delon & al. , 1982), et l'aspect esthétique de l'impression (Yvon & al.,
1982).
38
4-Domaine de l’industrie du caoutchouc
Des études ont montré que l’incorporation des kaolins dans la pâte d’élastomère dans
la fabrication de caoutchouc, augmente sa consistance et lui donne un pigment colorant pour
avoir un bon marché (Yvon & al., 1982). Aussi l’introduction de la bentonite dans le latex lui
donne plus d’adhésivité et de viscosité (Njopwouo, 1988).
5-Domaine de l’environnement
Les céramistes proposent de véritables solutions pour la protection d’environnement
qui est une des préoccupations majeures de ce siècle contre les gaz toxiques produits par
l’industrie, les gaz d’échappements, les pollutions des eaux, etc. (www. Ceramic netmork.fr).
Parmi ces solutions, on cite : les capteurs des gaz polluants ; les filtres pour moteur diesel.
6-Domaine de la métallurgie
L'élaboration des métaux et des alliages se fait à des températures élevées : entre 600
et 800°C pour l'aluminium et ses alliages, entre 1200 et 1700°C pour les fontes et les aciers
ordinaires, jusqu'à 2000°C pour les aciers spéciaux. Les matériaux réfractaires utilisés dans le
secteur de la métallurgie présentent une bonne résistance mécanique et chimique à haute
température; ils sont utilisés, soit sous forme de briques ou pièces diverses, soit sous forme de
béton coulé en place. IL s’agit des matériaux de revêtements de haut fourneau, des réfractaires
résistants à la corrosion par les métaux et les sels fondus, barrière anti corrosion par les gaz et
les liquides à haute température, pièces de formes pour les métaux en phase liquide pour avoir
une forme définitive, etc. (www. Ceramic netmork.fr).
39
7-Domaine de Design et d’habitat
Le secteur du design et de l'habitat comprend 4 grandes familles de produits : les
produits sanitaires, les carreaux de sol et de mur, Articles domestiques et d’ornementation et
les matériaux de construction. Dans ce secteur, l'accent est porté sur le couple
qualité/esthétisme. Pour répondre à ces exigences, la recherche a mis au point de nouveaux
produits et de nouveaux procédés de fabrication, par exemple, l’automatisation des chaînes de
production.
8-Domaine de l’énergie
Les bonnes propriétés mécaniques des céramiques à des températures supérieures à
1200°C et leur résistance élevée à des environnements chimiques agressifs, des matériaux
céramiques sont employés pour la génération et la conversion d'énergie. Parmi ces
applications, on cite : les éléments chauffants pour fours à haute température, échangeurs de
chaleur, éléments de batterie, etc.
40
Chapitre 4 : Classifications des produits céramiques
Introduction
L’industrie céramique est très ancienne. C’est l’art de façonner l’argile et d’en fixer les
formes par la cuisson. Le mot céramique désigne des produits de composition et de forme
diverse, ayant pour base l’argile ou toute terre plastique. L’art de façonner l’argile pour en
faire des objets rituels (pour les cérémonies religieuses) et domestiques, nécessaire à
l’homme, apparaît chez les peuples primitifs et il se maintient sans discontinuité jusqu’à
l’époque industrielle contemporaine. Les tessons ou les débris de céramiques sont toujours
des témoins sûrs de la présence de l’homme et constituent des documents sociaux de base. Au
cours de ce dernier siècle, l’utilisation des découvertes scientifiques et l’installation des usines
semi-automatiques et automatiques a fait de cette industrie le caractère des grands projets
d’investissements. Trois types de classifications des produits céramiques sont inventés jusqu’à
présent (www.alienor.org).
1-Classification de Brongniart (1970-1847)
Au début du XIXe siècle, Alexandre Brongniat (1770-1847), directeur de la
manufacture de Sèvres, minéralogiste et botaniste, considéré comme le père de la
paléobotanique et le véritable fondateur de la céramique moderne, a donné une classification
des produits céramiques admise par tous les historiens de la céramique, il s’agit de deux
grandes catégories d’après la nature de la pâte cuite, selon qu’elle est tendre (poreuse) ou dure
(imperméable).
41
1-1-Poterie à pâte tendre argileuse, rayable :
*terre cuite nue (sans glaçure) ;
*poterie lustrée (à glaçure mince silico-alcaline) ;
*poterie vernissée (à glaçure plombeuse) ;
*poterie émaillée (à émail stannifère) : faïence.
1-2-Poterie à pâte dure non translucide :
*Faïence fine à pâte incolore et glaçure plombeuse ;
*Grès : pâte colorée avec ou sans glaçure.
1-3-Poterie à pâte dure translucide :
*Porcelaine.
2-Classification des historirnes d’arts
Pour l’historien, la céramique est une source précieuse, les tessons millénaires et
l’évolution de leurs formes et de la décoration constituent des repères dans l’évolution des
civilisations. Il prend en compte l'évolution historique des productions (Cosentino, 1991).
2-1-Poterie recouverte d'une glaçure
2-2-Faïences :
*Faïence au grand feu ;
*Faïence au petit feu ;
*Faïence fine.
42
2-3-Grès :
*Grès cérames communs ;
*Grès fins.
2-4-Porcelaine :
*Porcelaine tendre ;
*Porcelaine dure ;
*Biscuit.
3-Classification des techniciens et des industriels
Elle prend en compte l'objet obtenu à partir de la matière première (Ferd.Leit, 2004).
3-1-Produits de terre crue :
*Tuiles ;
*Briques.
3-2-Faïences :
*Vaisselles de table ;
*Objets d'art ;
*Carreaux de revêtement.
43
3-3-Porcelaine :
*Vaisselle de table ;
*Objets d'art ;
*Isolateurs ;
*Matériel électrique.
3-4-Produits grésés :
*Carreaux de dallage ;
*Vaisselle ;
*Objets d'art.
3-5-Céramique sanitaire :
*Grès cérame ;
*Sanitaire : éviers, lavabos. etc.
3-6- Produits réfractaires :
*Produits industriels résistants aux hautes températures ;
*Produits industriels réfractaires et résistant à l'arasion : réacteurs d'avions. etc. ;
*Isolants thermiques.
44
Chapitre 5 : Méthodes et techniques utilisées au laboratoire
1-Introduction
Les argiles possèdent une large gamme de propriétés et d’applications. Leur valeur
commerciale dépend de leurs propriétés géochimiques, minéralogiques et technologiques,
dont la plasticité, la résistance mécanique à la flexion, le retrait, l’intervalle de frittage, la
couleur de la surface cuite, la porosité et la capacité d’absorption.
2-Analyse granulométrique
L’analyse granulométrique permet de déterminer la répartition dimensionnelle en
poids des éléments d’une roche meuble, autrement dit, elle permet la séparation des
différentes classes d’éléments à l’aide d’une série de tamis à taille de mailles décroissantes de
haut en bas, le tamisage est effectué sous l’eau, les refus dans chaque tamis sont séchés et
pesés, les pourcentages cumulés des refus sont calculés, les résultats sont reportés sur des
graphes.
3-L’analyse minéralogique par diffraction aux Rayons X
3-1-Considerations générales
La DRX constitue une des techniques les plus utiles et les plus répandues pour
l'identification des minéraux argileux. Tout corps cristallisé peut être analysé par DRX ; un
faisceau de rayons X est diffracté sur un réseau de plans cristallins selon la loi de Bragg:
45
n=2dsin
est la longueur d'onde de la source ;
d est l'espacement entre deux plans parallèles successifs du réseau cristallin ;
est l'angle entre le faisceau incident et le réseau de plans ;
n est l'ordre de la diffraction ( nombre entier).
En somme, pour une source émettrice de rayons X, le balayage selon un angle
d'incidence d'une préparation représentative d'un échantillon (E), permet d'accéder à tous les
espacements réticulaires (d) de l'échantillon. La figure 6 illustre la loi de Bragg et les
conditions nécessaires à sa validité.
Les points S (Source) et F (récepteur) appartiennent au cercle goniométrique. Ils
doivent être strictement alignés avec le point E (échantillon) pour = 0, et appartenir au
cercle de focalisation, pour non nul. est l’angle entre le faisceau incident et le réseau de
plans. 2
est l’angle entre le faisceau diffracté F. D. et le faisceau incident F. I.
La réflexion basale des minéraux argileux correspond à l'équidistance d, somme des
épaisseurs du feuillet et de l'inter feuillet.
46
centre de cercle de focalisation
cercle de focalisation
F. D
F.I
F
&
2&
S
cercle goniométrique
Fig. 6 Illustration de la loi de Bragg d’après Holtzapffel (1985)
3-2-Application de la DRX à l’étude des minéraux argileux
Deux méthodes de préparation des échantillons pour analyses minéralogiques par
DRX.
3-2-1-Préparations désorientées
Cette analyse nécessite une poudre broyée et suffisamment fine pour assurer
l’homogénéité de l’échantillon. Cette méthode est très fiable et donne des résultats excellents
en ce qui concerne la récupération totale de la roche.
L’échantillon en poudre est formé d'une phase cristalline donnée va toujours donner
lieu à des pics de diffraction dans les mêmes directions, avec des hauteurs relatives à peu près
constantes. Ce diagramme de diffraction forme ainsi une véritable signature de la phase
47
cristalline. Il est, donc, possible de déterminer la nature de chaque phase cristalline au sein
d'un mélange (mélange de poudre), à condition d'avoir auparavant déterminé la signature de
chaque phase. La détermination de cette signature peut se faire soit de manière expérimentale
(mesure d'un produit pur dans des conditions idéales), soit par simulation numérique à partir
de la structure cristallographique connue, ayant elle-même pu être déterminée par diffraction
X. Cette signature est consignée dans une fiche sous la forme d'une liste de pics ; la position
en 2θest convertie en distance interréticulaire ''d'' par la loi de Bragg, afin d’avoir une valeur
indépendante de la longueur d'onde des rayons X (et donc du type de source de rayons X
utilisée). L'intensité ''I'' de chaque pic est exprimée en pourcent %, parfois en pourmille ‰,
100 %. Cette liste de pics est souvent désignée par le terme « liste de ''d—I'' ». On constitue
ainsi des bases de données, et le diagramme mesuré sur le produit inconnu est comparé de
manière informatique à toutes les fiches de la base de données. L'intérêt de cette méthode est
qu'elle permet de distinguer les différentes formes de cristallisation d'un même composé (par
exemple pour la silice), distinguer le quartz de la cristoballite. Cependant, elle ne peut pas
généralement permettre d'identifier des composés amorphes. Cette technique est, donc,
complémentaire de l'analyse élémentaire. La procédure d'identification des phases se fait en
deux étapes : une étape de recherche dans une base puis, une étape de confrontation des fiches
probables avec ce qui est possible chimiquement.
Il est important de noter que, c'est l'utilisateur qui détermine si un produit est présent
ou pas : en raison des possibilités de confusion (plusieurs produits très différents pouvant
avoir des signatures très proches), un algorithme automatisé ne peut pas prendre seul la
décision. C'est en dernier ressort la compétence de l'utilisateur, son habileté et sa connaissance
de l'échantillon qui interviennent.
48
3-2-2-Préparations orientées
a-La suspension des argiles
Cette préparation à pour but la détermination précise de la fraction argileuse. Elle
consiste à séparer la fraction d’éléments de diamètre inférieur à 2 µm.
Les préparations orientées sont réalisées en 6 opérations :
-Broyage : il doit aboutir à une poudre qui n’est pas trop fine pour conserver les
minéraux argileux dont le diamètre est inférieur à 2 µm ( Jhons et Roberson, 1960 ; Stoll et
al., 1964).
-Délitage : il est pratiqué avec de l’eau distillée, ensuite l’échantillon est soumis à une
agitation magnétique. Le matériel grossier déposé au fond du flacon, est éliminé par
décantation.
-Décarbonatation : elle consiste à l’élimination des carbonates (CaCO3 ). Cette
opération est nécessaire à plusieurs titres (Holtzapffel, 1985):
les carbonates englobent les minéraux argileux, et donc, gênent leur défloculation ;
diluent la fraction argileuse ;
gênent l’orientation des préparations par leur forme qui n’est pas lamellaire.
L’acide chlorhydrique dilué à 10% est ajouté goutte à goutte à la suspension d’argiles
sous agitation magnétique afin d’éviter les surconcentrations locales, tout en respectant de
laisser un peu de temps entre chaque attaque. Le pH est contrôlé avec pH mètre. Lorsque
celui-ci devient rouge, indiquant que les carbonates sont toutes détruites, il faut arrêter
l’attaque et notamment l’agitation et verser le contenu dans un Becher, ajouter de l’eau
distillée. On laisse ensuite la suspension décanter.
-Lavage : il a comme but de débarrasser l’échantillon de l’excès d’acide
chlorhydrique, et de permettre la défloculation des argiles.
49
Si le surnageant devient déjà clair, il suffit de laver l’échantillon sans l’aide du
centrifugeur, c’est à dire, verser le surnageant, ajouter de l’eau distillée, agiter, laisser
décanter, et ainsi de suite jusqu’à l’obtention d’un pH neutre testé à chaque étape par le papier
pH.
Sinon, on centrifuge les suspensions à 2500 tr/mn durant 5mn. Après, le surnageant est
éliminé et le culot est remis en suspension dans de l’eau distillée. On récupère le culot, on
teste avec du papier pH, s’il n’est pas encore neutre, il faut refaire les cycles centrifugationremise en suspension jusqu’à ce que le pH soit neutre.
-Mise en suspension : le culot récupéré est mis dans un Becher de 250ml, ajouter de
l’eau distillée, agiter manuellement, et laisser décanter pendant 1h 40mn. Si, après 10mn, le
surnageant est plus au moins clair. Cela indique que la défloculation est mal réalisée. Pour
ceci, on ajoute une à deux gouttes d’ammoniaque (NH4 OH) qui ramène le pH au voisinage de
7 (la couleur du papier pH devient bleue), ce qui favorise la défloculation.
-Extraction des particules inférieures à 2µm : le surnageant doit être trouble pour que
la suspension soit parfaite. On récupère le contenu du 2cm supérieur du surnageant et le
mettre dans un Becher de 100ml. On ajoute de l’eau distillée et on le fait centrifuger à 3500
tr/mn durant 40mn. Le culot obtenu est récupéré à l’aide d’une spatule, déposé dans des lames
de verre, on les laisse sécher durant 24h à température ambiante, et passer finalement à
l’analyse par diffractométrie des rayons X.
b- La détermination des minéraux argileux par DRX
L’analyse diffractométrique des préparations orientées dans les conditions naturelles
est insuffisante pour distinguer certaines espèces argileuses dont les distances interfoliaires
sont voisines ou variables. Elles existent des techniques indispensables qui modifient ces
distances interfoliaires : cas de chauffage et la saturation par le glycérol.
50
Méthode naturelle : la lame préparée ne subit pas de traitement ;
Méthode chauffée : La lame va subir un traitement permettant de caractériser les
minéraux sensibles à la chaleur (cas des minéraux hydratés qui changent de distance
réticulaire, et la kaolinite qui se détruit). Cette opération est réalisée sur une lame
confectionnée, portée dans un four à température de 490°C pendant 2h (Holtzapffel, 1985).
Méthode de saturation par un polyalcool : consiste à mettre sur la lame préparée une
couche de glycérol qui gonfle certains minéraux par l’augmentation de la distance réticulaire,
cette méthode est utilisée surtout pour l’identification des minéraux interstratifiés
(Bouyahyaoui, 1996).
Le glycérol n’est pas le seul polyalcool utilisé. On réalise cette opération parfois à
l’aide de l’éthylène glycol (Holtzapffel, 1985).
Les diffractogrammes obtenus montrent des pics de diffraction, qui selon leurs
positions on peut estimer semi-quantitativement les différents minéraux.
4-Analyse chimique
L’analyse chimique permet de déterminer le pourcentage des différents oxydes, les
pourcentages en SiO 2 , en SO4 et la perte au feu sont déterminés par la méthode de la chimie
classique, les pourcentages en Al2 O3, Fe2 O3 , TiO 2, CaO, MgO, K2 O et Na2O sont déterminés
par la méthode d’absorption atomique.
4-1- Absorption atomique
La spectrométrie d’absorption atomique est la méthode la plus utilisée pour le dosage
de Al 2O3, Fe2 O3 , TiO2 , CaO, MgO, K2O et Na2 O.
51
Préparation des échantillons : une prise d’essai de 0.5g va subir le traitement triacide
suivant ( Bouyahyaoui, 1996);
-attaque à chaud par un mélange d’acide fluorhydrique (HF, 20 ml) et d’acide
perchlorhydrique (HclO 4, 10ml), ensuite la solution doit être séchée par évaporation ;
-attaque à chaud par un mélange d’acide borique (H3 BO3 , 15 ml) et d’acide
chlorhydrique (Hcl, 15 ml);
-dissolution dans une solution d’acide chlorhydrique (Hcl, 30 ml).
En fin des dilutions du mélange obtenu sont analysées au spectromètre.
4-2-Chimie classique
Dosage de la silice : se fait par fusion alcaline; une prise d’essai de 1g de l’échantillon
avec 2g de carbonate de sodium et 3g de carbonate de potassium, dans des creusets de platine,
le mélange est porté au four à 950°C pendant une heure, après on complète par une attaque à
chaud avec une solution d’acide chlorhydrique, enfin on filtre, on calcine le précipité au four à
1000°C pendant une heure, et on pèse.
Dosage du sulfate : 1g de l’échantillon qui va subir l’oxydation du sulfure en sulfate
par le pyroxyde de sodium. Les sulfates obtenus sont précipités sous forme de sulfate de
baryum par l’acide de chlorure de baryum, puis calcinés et pesés (Bouyahyaoui, 1996).
L’eau de constitution (H2O+) a été mesurée comme étant la perte en eau entre 105°C
et 950°C pendant 2 heures au four.
5-Rhéologie
C’est l’étude de comportement d’un liquide (l’eau en général) avec un solide.
Plusieurs paramètres influencent sur la rhéologie des pâtes d’argiles plastiques par conséquent
sur les procédés de façonnage.
52
Les pâtes d’argiles plastiques peuvent être obtenues, soit par réalisation d’une
barbotine (mélange d’une matière première argileuse, dégraissants et fondants) que l’on passe
au filtre presse afin d’éliminer une grande partie d’eau. Soit directement à partir de matière
première brute de carrière avec ajouts éventuels des dégraissants et d’une quantité d’eau
calculée qu’on appelle eau de gâchage.
L’étude rhéologique des pâtes consiste à caractériser leurs déformations quand elles
sont soumises à des contraintes. La plasticité est l’aptitude d’une matière à se déformer ( sans
perdre sa cohésion) sous l’effet d’un effort mécanique imposé, et à garder sa déformation
après la disparition de la force l’ayant provoquée. La propriété de plasticité des compositions
argileuses est difficile à définir scientifiquement et impossible à mesurer de façon précise, car
elle ne constitue pas une grandeur physique et doit être considérée comme la résultante de
propriétés très complexes qui dépendent généralement de trois facteurs qui sont (Kerboul &
Bossler, 1990):
la teneur en eau : La forte teneur en eau rend la pâte non manipulable ;
la taille et la forme des particules : Pour une même forme de grain, la plasticité
augmente si les particules d’argiles sont fines et les particules de dégraissants plus grosses. La
forme lamellaire augmente la plasticité, en effet l’orientation est plus facile sous des efforts
mécaniques ;
la matière première : La plasticité augmente avec la teneur en Al2O3 où les grains
sont des plaquettes. La plasticité diminue avec la teneur en silice (dégraissant).
5-1-Eau de gâchage
C’est la quantité d’eau nécessaire qu’on mélange avec du matériau (argile) séché et
broyé pour l’obtention d’une pâte plastique et modelable, sans excès d’eau.
53
On prépare deux pâtes à partir d’un matériau séché et broyé; une dure (p1) et l’autre
molle (p2) (la quantité d’eau utilisée pour la pâte p2 est supérieure à celle utilisée pour p1).
L’opération se déroule en deux étapes :
Etape1 : Les pâtes p1 et p2 ont été reposées 24 heures dans un dessiccateur (milieu
humide) ;
Etape2 : On fabrique deux éprouvettes cylindriques à partir de p1 et p2, on les soumet
à la déformation par le plasticimètre de Pfeferkorn qui nous donne
les rapports de la
déformation D1 et D2 des pâtes p1 et p2 ( fig. 7).
Les rapports de déformation sont déterminés par la formule suivante :
D = h0 / h1
D : rapport de déformation
h0 : hauteur initiale du cylindre
h1 : hauteur du cylindre après déformation
On prélève une petite quantité de chaque éprouvette, on la pèse pour déterminer mh
qui est la masse de l’échantillon humide. Puis on la sèche à 110°C dans l’étuve pour
déterminer ms qui est la masse d’échantillon sec (fig. 7). Cela, pour déterminer l’humidité
absolue, qui est calculée par la formule suivante :
Ha = mh-ms / ms . 100
54
Ha : humidité absolue
mh : masse de l’échantillon humide
ms : masse de l’échantillon sec à 110°C
Fig. 7 Plasticimètre Pfeferkorn utilisé au laboratoire de géomatériaux au Ministère d’Energie
et des Mines
L’eau de gâchage est déterminée par la formule suivante :
Eg = Ha1 + (Ha2-Ha1 / D2-D1) . (2,5 - D1)
Eg : eau de gâchage
Ha1 : humidité absolue de p1
55
Ha2 : humidité absolue de p2
D1 : Rapport de déformation de p1
D2 : Rapport de déformation de p2
5-2-Indice de plastiscité
L’indice de plasticité est la teneur relative en eau d’une pâte avec un rapport de
déformation égale à 3,3. Afin de déterminer cet indice, on calcule d’abord l’humidité relative
par la formule suivante :
Hr = mh-ms / mh . 100
Hr : humidité relative
mh : masse de l’échantillon humide
ms : masse de l’échantillon sec à 110°C
L’indice de plasticité est déterminé par la formule suivante :
Ip = Hr1 + (Hr2-Hr1 / D2-D1) . (3,3 - D1)
Ip : indice de palstiscité
Hr1 : humidité relative de p1
Hr2 : humidité relative de p2
D1 : Rapport de déformation de p1
D2 : Rapport de déformation de p2
56
Cet indice de plasticité déterminé à partir d’eau de gâchage caractérise la pâte d’argile
pendant le façonnage.
6- Coulabilité
La coulabilité est la propriété d’une argile à être coulée dans un moule : la dispersion
de l’argile dans l’eau forme une barbotine qui va être coulée dans un moule en plâtre qui
absorbera l’eau par effet de succion. Après un certain temps, la pâte dans le moule se
raffermit et se détache tout en gardant la forme de celui- ci. Parfois le mélange d’eau et
d’argile forme des flocons. Pour éviter ce phénomène, on ajoute un défloculant, tel que le
carbonate de sodium Na2 CO3.
Dans une barbotine composée de 220 g d’argile et 200 ml d’eau, on ajoute
progressivement des quantités croissantes de défloculant ; à chaque dosage on laisse agiter
pendant 15 minutes, puis, on mesure la viscosité de la barbotine. L’attaque doit être arrêtée
quand la viscosité est stable et minimale. Les résultats de cette étude doivent être présentés
sur un graphe.
7-Caractéristiques technologiques
La détermination des caractéristiques technologiques a été menée sur des échantillons
d’argile séchés à 60°C puis broyés. Le broyage a été effectué par voie humide pendant 4
heures dans un broyeur à boules en porcelaine tournant à 80 tours/minutes. La qualité du
broyage a été contrôlée par une analyse granulométrique. A partir de ces pâtes, séchées et
homogénéisées, on a confectionné des briquettes d’essai dont la face supérieure est marquée
par deux traits suivant les diagonales qui servent à mesurer le retrait dû au séchage et à la
cuisson. Ces briquettes ont été séchées à l’étuve à 110°C, puis cuites dans un four
57
programmable (fig. 8 et 9). Cette cuisson a été réalisée suivant un palier de 30 minutes et une
vitesse de monté de température de 5°C /mn.
Fig. 8 Etuve
(laboratoire de géomatériaux au Ministère d’Energie et des Mines)
Fig. 9 Four de cuisson
(laboratoire de géomatériaux au Ministère d’Energie et des Mines)
58
7-1-Dilatomètrie
C’est la méthode thermique dont le principe repose sur l’étude de la dilatation et le
retrait d’une pâte portée à différentes températures de cuisson ; les tests sont réalisés sur des
briquettes séchées. La montée en température s’est effectuée au rythme de 3°C/minute jusqu’à
1200°C. La longueur enregistrée entre les deux traits de la briquette est de 10 mm. La formule
appliquée pour la détermination des coefficients de dilatation est :
dl/l0 = (lt – l0) / l0
l0 : longueur entre les deux traits enregistrés sur la briquette avant cuisson ; elle est ajustée à
10mm
lt : longueur entre les deux traits enregistrés sur la briquette après cuisson à la température t
Les résultats obtenus sont donnés sous forme graphique.
Le fait de chauffer un matériau accroît son énergie interne, en raison de l'agitation
thermique. L'accroissement des distances inter-atomique peut être corrélé avec la température
par un facteur de proportionnalité qui est le coefficient de dilatation. Par suite, le
comportement thermique d'un matériau quelconque peut être caractérisé par les valeurs que
prend le coefficient de dilatation entre deux températures données (Bernache-Assollant,
1993).
59
7-2-Résistance mécanique à la flexion (RMF)
La détermination de la résistance en Kg.f/ cm2 que peut développer la briquette contre
la flexion sous l’effet d’une charge appliquée par un appareil , par exemple de type NETSZH
(fig. 10). La résistance mécanique à la flexion est donnée par la formule suivante :
R (Kg.f / cm2) = P.7,5 / l.e.2
R : résistance mécanique à la flexion
P : force en Kg.f qui provoque la rupture de la briquette
l : largeur de la briquette
e : épaisseur de la briquette
Fig. 10 Appareil de NETSZH
(laboratoire de géomatériaux au Ministère d’Energie et des Mines)
60
7-3-Perte en poids à la cuisson
La diminution
du poids de chaque briquette entre le séchage à 110°C et
les
différentes températures de cuisson est déterminée selon la formule suivante :
Perte en poids % = 100 (m110 - mt) / m110
m110 : masse de l’échantillon à 110°C
mt : masse de l’échantillon cuit à la température (t)
La perte en poids permet seulement de connaître la quantité des produits susceptibles
de se décomposer ou de se volatiliser au cours de la cuisson. A 500°C, le produit perd son eau
de constitution. Entre 700 et 900°C, les réactions suivantes peuvent se produire (Lefort,
1988):
- oxydation de FeO :
FeO(m=72g)
Fe2 O3(m=80g)
- décomposition des sulfates :
2FeSO4
Fe2 O3 + SO2 + SO3
- décomposition des nitrates :
Pb(NO3)2
PbO + 2NO2 + 1/2O2
- décomposition des carbonates :
CaCO3
CaO + CO 2
On place dans une nacelle de platine une quantité parfaitement déterminée, de 1g
environ, d’argile ayant séjourné plusieurs heures en étuve à plus de 100°C, et qui a donc
perdu bonne partie de son eau d’absorption. On dispose la nacelle au centre d’un four
61
programmé pour atteindre 1000-1100°c en 1h 30 environ. Après le refroidissement et retour à
la température ambiante, on pèse immédiatement (attention à une nouvelle fixation d’eau !), et
on détermine ainsi la perte en poids.
7-4-Retrait à la cuisson
La détermination de la valeur de retrait se fait par l’étude de la variation de la
moyenne des longueurs des traits enregistrés sur les briquettes entre le séchage à 110°C et la
cuisson à différentes températures (fig. 11). La formule suivante permet le calcul du retrait à
la cuisson :
Retrait à la cuisson (%) = ( L110 – Lt / l110 ) . 100
Lt : longueur à la cuisson
L110 : longueur au séchage à 110°C
Fig. 11 Briquettes confectionnées, et Pied à coulisse à
l’aide duquel on mesure le retrait des briquettes
62
7-5-Absorption
Le principe est de déterminer la quantité d’eau absorbée par l’échantillon d’argile en
fonction de l’augmentation de la température de cuisson. L’absorption est donnée par la
formule empirique :
L’absorption en eau(%) =100 . (Pb-Pt) / Pt
Pb : poids d’échantillon après bouillement
Pt : poids d’échantillon à la température t
7-6 – Porosité
La détermination de la porosité permet d’évaluer le pourcentage des vides dans le
matériau. On procède par mettre des briquettes cuites dans un Becher rempli d’eau distillée,
qu’on porte à ébullition pendant deux heures. Ensuite on laisse reposer les briquettes 24 h, on
les retire du Becher, puis, on les pèse. La porosité est déterminée par la formule suivante :
P (%) = ( m1-m0 ) / m0 . 100
M0: masse initiale de la briquette cuite
M1 : masse finale de la briquette après l’essai
7-7-Couleur après cuisson
L’évaluation de la couleur des briquettes avant et après cuisson.
63
64
Deuxième partie
Chapitre 1 : Les unités structurales de la Meseta marocaine
Chapitre 2 : Secteur de Jbel Kharrou
1-Situation géographique et cadre géologique général
2-Géologie du secteur étudié et résultats expérimentaux
Chapitre 3 : Secteur de Benhmed
1- Situation géographique et cadre géologique général
2-Géologie du secteur étudié
3-Résultats expérimentaux
65
66
Chapitre 1 : Les unités structurales de la Meseta marocaine
1-Introduction
Les formations argileuses concernées par cette étude appartiennent au domaine
mésétien du Maroc. La Meseta marocaine se situe entre l’Atlantique, les Atlas et les
premières collines rifaines. Ces terrains sont anciens, principalement paléozoïques. Ils sont
recouverts par des séries mésozoïques, minces et tabulaires. La chaîne du Moyen Atlas
orientée NE-SW, sépare ce domaine en deux parties : la Meseta occidentale et la Meseta
orientale. Dans ces deux domaines, le Paléozoïque forme des boutonnières ou massifs, séparés
cartographiquement par une couverture (Piqué, 1994).
La Meseta occidentale est subdivisée en trois ensembles inégaux du Nord-Ouest au
Sud-Est:
le Massif central et la Meseta côtière septentrionale ;
le massif des Rehamna et la Meseta côtière méridionale ;
le chaînon des Jbiletes et ces annexes du Haouz nord ouest (Haouz méridional dépendant du
massif ancien du Haut Atlas occidental) (fig. 12).
Ces trois ensembles structuraux résultent essentiellement de l’orogenèse hercynienne
(Michard, 1976).
Dans la Meseta orientale, les boutonnières sont d’extension plus restreinte (fig. 12).
67
N
Rif
Oujda
s
At
la
re
oti è
Casablanca
Safi
n
Rabat
Meknès
M
oy
e
Océ
an
Atla
tiqu
e
100 km
ac
set
Massif central
e
M
m
ha
e
R
Jbilete
na
Ha
S2
Tazekka
ta
e
s
Me
Jerada
ale
t
n
orie
Midelt
S1
ou
z
m
Do
tl
a
e
ain
ue
q
i
as
S1: Secteur de Rehamna
S2 : Secteur de Benhmed
Post-Paléozoïque
Paléozoïque
Agadir
Fig. 12 Carte simplifiée des affleurements paléozoïques du domaine mésétien (Piqué, 1994)
La Meseta est un domaine où les terrains primaires, plissés par les mouvements
hercyniens, puis, nivelés par un cycle d’érosion ayant aboutit à la pénéplaine permotriasique,
ensuite ils ont été partiellement recouverts par des sédiments transgressifs et discordants en
couches généralement horizontales à l’Est : le Lias, au Sud : le Crétacé, au Nord :le Miocène,
à l’Ouest et au Nord Ouest : le Pliocène (Termier, 1932).
68
Les deux secteurs d’études font partie de la Meseta marocaine occidentale, le gisement
de Jbel Kharrou appartenant au massif des Rehamna, plus précisément au Rehamna orientaux,
et le gisement de Benhmed situé dans le Maroc central (fig. 12).
2-Le Massif central
Le massif central est le plus étendu de la Meseta occidentale. A l’Ouest, il s’enfonce
dans l’océan atlantique, à l’Est, il est recouvert dans la région d’Azrou par les terrains
jurassiques du Causse moyen-atlasique. Au Sud, c’est la couverture mésozoïque et
cénozoïque du plateau des phosphates qui repose, en discordance majeure sur le socle
paléozoïque. Au Nord, les terrains anciens plongent sous les fossés récents du Gharb et du
Saîss (Pique, 1994) (fig. 13).
Les terrains paléozoïques forment l’essentiel du socle du Massif central. Le Massif
central est subdivisé du point de vue structural en anticlinoriums à cœur cambro-ordovicien et
synclinoriums à cœur dévonien supérieur et carbonifère (Pique, 1994). Ces structures sont
présentées dans leur ordre naturel de l’Ouest en Est (fig. 13):
La Meseta côtière, essentiellement anticlinoriale, composée en plusieurs anticlinaux et
synclinaux :
le synclinorium occidental de Khataout-Rommani ;
l’anticlinorium médian de Khouribga –Oulmès ;
le synclinorium de Fourhal-Telt;
l’anticlinorium oriental de Tadla-Azrou et zone des nappes.
Toutes ces structures sont de direction NE-SW. Sauf le cas de l’anticlinal de RabatTifelt de direction E-W qui se termine au Nord du Massif central.
69
Légende
ZONE PRE RIFAINE
Rabat
Océan Atlantique
Casablanca
Quaternaire et Tertiaire
Sehoul
Rommani
Meknes
Tiflet
El Hajeb
Discordance
Oulmès
El Jadida
Zaer
Ment
Khouribga
ou
D
Safi
M
k
la
ka
A
ET
ES
CO
Smaâla
Plateau des Phosphates
RE
E
I
T
Rehamna
M
N
YE
O
-
Azrou
Zone des Sehoul
S
LA
T
A
Bloc côtier
Midelt
Tadla
Bahira
Crétacé
Synclinorium occidental
avec les anticlinaux
de Rabat-Tiflet-O. Cherrat
Anticlinorium médian
(Khouribga-Oulmès)
Synclinorium Foughal - Telt
HAUT- ATLAS CENTRAL
Jebilet
Haouz
Jurassique et Trias
Anticlinorium oriental
et zone des nappes
Marrakech
Granites hercyniens
S2
HAUT- ATLAS OCCIDENTAL
50 Km
S1
Massif ancien
du Haut Atlas
S1 : Secteur de Rehamna
S2 : Secteur de Benhmed
Fig. 13 Unités structurales de la Meseta occidentale
Travaux antérieurs sur le Maroc central
Les études structurales et stratigraphiques sur le Massif central ont commencé au
début du XX ème siècle par Gentil (1918) qui a démontré l’existence d’une chaîne
hercynienne.
Lecointre (1926) a poursuivi l’étude géologique sur la Meseta occidentale, puis
Termier (1932) a réalisé la carte géologique provisoire du Maroc centrale 1/200.000 dont il a
mis l’accent sur les unités structurales, la stratigraphie, l’hydrogéologie, les sources minérales
70
et les substances utiles. Ce même auteur, en 1936, a complété l’étude sur la partie orientale et
centrale.
Entre 1951 à 1973, les travaux sur le magmatisme ont été abordés par Morin qui a mis
en évidence les grands traits caractérisant le magmatisme et le structuralisme contribuant à
l’évolution des connaissances sur le Massif hercynien (Piqué, 1994).
Beaudet (1969) a réalisé la première étude structurale détaillée en abordant la
géomorphologie du socle nord mésétien.
Michard (1976) dans son ouvrage éléments de géologie marocaine, a donné plus de
détails sur la stratigraphie, la tectonique et le volcanisme post hercynien dans toute la région
du Maroc central.
Piqué (1979) a focalisé ses études sur l’évolution structurale de la Meseta nordoccidentale.
Plus tard des travaux plus spécialisés ont fait l’objet des études dans la région.
Rappelons :
-les études de Piqué (1981, 1984) concernant les processus de sédimentation dans la Meseta
nord-occidentale, d’une part, et dans le bassin Sidi Bettache d’autre part. Aussi les travaux
d’Izart & Vieslet (1988) sur le même bassin en donnant plus de détails sur la stratigraphie, la
sédimentologie et la micropaléontologie des sédiments ;
-les contributions de Hamoumi (1988) qui ont porté essentiellement sur l’Ordovicien, et ceux
d’Izart (1990) sur le carbonifère du Maroc central ;
-la thèse de Bouabdelli (1989) axée sur le sillon d’Azrou-Khénifra où il a étudié la tectonique
et la sédimentation au sein de ces bassins ;
-les thèses présentées, par El Hassani (1990) sur la chaîne calédonienne des Sehoul, El Wartiti
(1990) sur le Permien du Maroc mésétien, et Fadli (1990) sur l’évolution sédimentaire et
structurale sur deux segments hercyniens de Mdakra et Khatout ;
71
-les thèses présentées, par Zahraoui (1991) sur la plateforme carbonatée dévonienne de la
partie centrale du massif, et par Tahiri (1991) sur la région d’Oulmès.
En pétrologie, on cite le travail de Mahmoud (1985) sur le granite de Zaer, qui a été
repris par Lagarde (1987) et Diot (1989) pour des études plus détaillées.
Les études publiées concernant :
-la stratigraphie de bloc de Sehoul, l’environnement sédimentaire
et la déformation
calédonienne dans ce secteur (El Hassani, 1994) ;
-le Cambrien et l’Ordovicien du Maroc central méridional (Cailleux, 1994) ;
-l’Ordovicien du Maroc central septentrional (Tahiri & El Hassani, 1994) ;
-le Silurien de la Meseta nord-occidentale, orientale, et du Maroc central oriental (Zahraoui,
1994) ;
-le Dévonien inférieur et moyen de la Meseta nord-occidentale, orientale, et du Maroc central
septentrional et oriental (Zahraoui, 1994);
-le Famenno-Tournaisien des diverses zones du Maroc central (Fadli, 1994) ;
-le Viséen du domaine mésétien (Fadli, 1994) ;
-le Permien du Massif central (El Wartiti, 1994) ;
-la tectonique de la Meseta nord-occidentale (El Hassani, 1994), la tectonique hercynienne de
-l’anticlinorium de Khouribga-Oulmès et du synclinorium de Fourhal (Tahiri, 1994), et la
tectonique de l’Est du Massif hercynien central qui correspond à la zone Azrou-Khénifra
(Bouabdelli, 1994) ;
-le complexe volcanique du Massif central et la Meseta orientale (Kharbouch, 1994).
3-Le massif des Rehamna
Le massif des Rehamna représente la partie méridionale de la Meseta marocaine. Ce
massif est l’un des plus intensément plissés et métamorphisés du Maroc hercynien
72
(Hoepffner, 1974). Il est limité au Nord-Est, au Sud et à l’Est par les plateaux crétacés d’ElBoroug et de Bengurir (fig. 13).
D’après Michard (1982), dans le Paléozoïque des Rehamna on distingue deux parties
séparées par des placages discontinus du Crétacé présentant une bande est-ouest qui passe au
Nord de la ville de Skhour Rehamna :
-une partie nord qui correspond à la région de Mechrâ Ben Abbou ou Rehamna
septentrionaux ;
-une partie sud qui correspond au massif des Rehamna proprement dit, dont on distingue les
Rehamna occidentaux, centraux et orientaux.
Dans les zones centrales et orientales, les terrains vigoureusement plissés, et en
grande partie métamorphisés dans le faciès à amphibolites (Hoepffner, 1974). Dans les
Rehamna septentrionaux, ils sont peu ou pas métamorphisés (El Khachani, 1994).
D’après Michard (1982) l’âge des formations géologiques va du Cambrien à
l’Autunien probable :
le Cambrien présente des dolomies, calcaires, schistes, grés et quartzites ;
l’Ordovicien et le Silurien sont shisto-gréseux ;
le Dévonien correspond à des formations calcaires et des séries gréso-pélitiques ;
le Carbonifère comprend des grés, des schistes, des calcaires, des micaschistes et des
conglomérats rouges.
73
Travaux antérieurs sur les Rehamna
Une série de travaux préliminaires très anciens ont été réalisés sur les Rehamna par
Neltner, Barthoux et Yovanovich, ces travaux sont cités dans la thèse de Gigout in
(Hoepffner, 1974). Selon cet auteur, ces travaux ont intéressé respectivement la partie
orientale des Rehamna (Gigout, 1952) et la partie septentrionale (Gigout, 1956).
Michard (1967, 1968, 1969) a mis l’accent sur le métamorphisme dans les Rehamna.
Ensuite un programme d’étude a été entamé sur le Massif des Rehamna dans les années 1972
et 1974. Il s’agit des contributions de Piqué (1972) sur la partie occidentale, Jenny (1974) sur
la partie centrale et Hoepffner (1974) sur la partie orientale.
74
Chapitre 2 : Secteur de Jbel Kharrou
1-Situation géographique et cadre géologique général
1-1-Introduction
Au Maroc, les études intéressant les séries argileuses paléozoïques sont rares ; on en
cite les études établies par Destombes & Jeannette (1956), Mazéas (1962) et Malecha (1985)
sur les argiles céramiques siluriennes de Taghjicht. Les travaux présentés par El Khachani en
1987 et en 1996 ont porté, d’une part sur l’étude des faciès argileux du Paléozoïque dans la
région de Benhmed, et d’autre part sur les possibilités d’emploi en céramique des argiles
paléozoïques de quelques régions du domaine mésétien.
Dans le cadre d’un travail de recherche initié par la Société espagnole Minera Sabater,
SARL sur la possibilité d’emploi en céramique des argiles de la formation ordovicienne de
l’anticlinal de Jbel Kharrou, nous avons été amenés à réaliser une étude approfondie sur leur
contexte géologique et de procéder à la détermination de leurs caractères géochimiques,
minéralogiques et technologiques.
La présente partie de ce mémoire est une mise au point sur le contexte géologique de
ces argiles d’une part, et les différents résultats fournis par les études de caractérisation et les
tests technologiques, réalisés sur deux échantillons B1 et B2 considérés comme les plus
représentatifs, d’autre part.
75
1-2-Situation géographique du secteur étudié
Les formations argileuses du massif paléozoïque des Rehamna sont situées dans
l’anticlinal de Jbel Kharrou, ce dernier est localisé dans les Rehamna orientaux à 25km à l’Est
de la ville de Skhour Rehamna, la région est couverte par la feuille topographique au
1/100.000 de Bengurir (Fig. 14).
Nord
LA
AT
UE
Q
I
NT
Rabat
Mohammedia
Khemissat
Casablanca
Sidi
Bettache
Rommani
Oulmès
Berrechid
El Jadida
Benhmed
Settat
Oud Zem
Khouribga
Skhour
des
Rehamna
Mechraa Ben Abbou
Bengurir
0
30 Km
Secteur étudié
Marrakech
Fig. 14 Situation géographique du secteur étudié
76
1-3-Géologie des Rehamna orientaux
1-3-1-Limites géologiques
Les terrains étudiés appartiennent au massif hercynien des Rehamna, plus précisément
dans la portion orientale, dite Rehamna orientaux. Ces derniers sont limités à l’Ouest par les
Rehamna centraux, au NE, au Sud et à l’Est par les plateaux crétacés d’El-Borouj et de
Bengurir (fig. 15).
1-3-2-Travaux antérieurs
Hoeppfner (1974) a réalisé le premier travail détaillé sur les Rehamna orientaux dans
le cadre du programme qui a été entamé sur le Massif des Rehamna. Il a mis l’accent sur le
matériel paléozoïque et son évolution hercynienne dans l’Est du massif des Rehamna.
Cornée (1982) reprend l’étude lithostratigraphique et téctono-métamographique des
Rehamna sud orientaux.
l’étude de Michard (1982) sur le massif paléozoïque des Rehamna a apporté plus de
détails sur la stratigraphie, la tectonique et la pétrogenèse dans le secteur oriental. d’autres
auteurs, notamment Destombes et al. (1982) ont contribué à l’étude de la stratigraphie du
massif des Rehamna.
77
Fig. 15 Situation des Rehamna orientaux dans la Meseta marocaine (Hoepffner, 1974)
78
1-3-3-Déscription des terrains des Rehamna orientaux
Les Rehamna orientaux sont composés essentiellement par des terrains d’âge
ordovicien, de nature terrigène. Du point de vue structural, on y distingue deux structures
principales (fig. 16) :
- l’anticlinal de Jarf Lahmar et Koudiat El Adam, orientés N40 et déversé vers le Nord
Ouest ;
- l’anticlinal de Jbel Kharrou, c’est le prolongement oriental de Koudiat El Adam, il est
orienté N120 à N140 et déversé vers le Sud.
D’après Hoepffner (1974), les terrains des Rehamna orientaux sont subdivisés en trois
zones :
au Nord, on distingue une longue crête de grés ordoviciens, dont l’altitude moyenne est de
500 m, composée par deux arcs de courbure opposée d’Ouest à l’Est; un convexe vers le
Nord : Koudiat –El Adam; un autre convexe vers le Sud : Jbel Kharrou. Un peu plus au Sud,
un deuxième système de crêtes qui double les crêtes principales dont l’altitude moyenne est
de 400 m : cas de Guelb Zraïkem, Dalaat-El-Goujguel et El-Mesrane (fig. 16). Entre ces
crêtes, s’étendent des plaines schisteuses ;
au Sud, S’étend la plaine micaschisteuse de Ouled-Hassine, traversée par des reliefs orientés
N-S ; cas de Jbel-Zraïkem, et Koudiat Smina (fig. 16).
L’ensemble du réseau hydrographique est drainé par l’Oued Oum-Rbia (fig. 16).
1-3-4-Stratigraphie
D’après Hoepffner (1974), l’âge des formations géologiques va du Cambrien au
Llandovery supérieur (Silurien inférieur) (fig. 17).
79
el
O
Da
la a
t
E
gu
uj
o
lG
em
Jbe l Zra
ïk
em
Zr a ïk
Gue lb
Ou
mRb
ia
K
a
in
m
S
Fig. 16 Schéma structural des Rehamna orientaux (Hoepffner, 1974), echelle : 1/200.000
O1 : Formation de Sidi-bou-Oukfa et de Drioukat : Cambrien moyen à Ordovicien inférieur.
O2 : Formation de Demja et d’Allahia : Ordovicien moyen (Llandeilo-Caradoc).
O3 : Formation de Goulibet-El-Mesrane : Ordovicien supérieur-Silurie.
D : Formation de Ouled-Hassine à calcaires et quartzites : Dévonien probable.
xD : Micaschistes de la formation Des Ouled-Hassine.
hV : Viséen supérieur : calcaires.
xDD : Formation à amphibolites de Koudiat-Smina et de Taouaf : Viséen supérieur probable.
hW : Westphalo-Autunien : conglomérats et laves acides.
Pt : Permo-Trias (Trias supérieur probable)..
C : Crétacé supérieur
q : Quaternaire.
Front des micaschistes à phénoblastes.
Limites du métamorphisme de contact.
Filons de dacitoïdes.
O : Ordovicien indifférencié
DD : Dévono-dinantien non différencié : schistes.
80
Fig. 17 Colonne lithostratigraohique du Cambrien-Ordovicien des Rehamna orientaux (Hoepffner, 1974)
Abréviations : qz=quartzite, pél=pélite, congl=conglomérat (ique)
81
1-3-5-Tectonique des terrains de Rehamna orientaux
Dans l’ensemble des terrains des Rehamna orientaux, les déformations liées à
l’orogenèse hercynienne sont variables, par conséquent, trois zones ont été définies par
Hoepffner (1974) (fig. 18) :
(1) zone Koudiat –El-Adam ;
(2) zone de Jbel Kharrou ;
(3) zone du Sud et du centre dite zone de Ouled-Hassine.
Dans chacune des trois zones définies, Hoepffner (1974) a mis en évidence une
succession d’événements tectoniques
ou phases de déformation pour tracer l’évolution
tectonique de l’ensemble de secteur (fig. 18).
1ère phase de déformation D1 : elle donne des plis synschisteux N 40 déversés vers le NW
dans les zones de Koudiat-El-Adam et Ouled-Hassine, alors que dans la zone de Jbel Kharrou,
la phase D1 est N 120.
2ème phase de déformation D2 : elle est postérieure à D1. Dans la zone de Koudiat-El-Adam,
D2 donne des rejeux le long des plans de schistosité S1
génération. A
liée aux plis de la première
Ouled-Hassine, en plus des rejeux, D2 est marquée par la présence de
cisaillement subméridien oblique sur S1 qui transpose cette dernière en S2 liée aux plis de la
deuxième génération.
3ème phase de déformation : elle est responsable des décrochements dextres N 140 qui sont
responsables de la réorientation finale en N 120 de l’ensemble de la zone d’Allahia, Jbel
Kharrou et El-Mesrane. Ces décrochements donnent des couloirs de déformation associés à
une schistosité de fracture S3 liée aux plis de la troisième génération.
82
Fig. 18 Carte structurale des Rehamna orientaux (Hoepffner, 1974)
83
4ème phase de déformation : elle correspond au déversement vers le SW de la zone de Jbel
Kharrou et d’El-Mesrane sur la zone de Ouled-Hassine. Alors que Nord le massif d’Allahia ne
subit pratiquement aucun déplacement d’où sa séparation de l’ensemble de Jbel Kharrou et El
Mesrane.
IL faut noter l’accident N 70-80 qui fait la limite entre la zone de Koudiat-Al-Adam et
du Jbel-Kharrou pendant la phase du déversement.
84
2-Géologie du secteur étudié et résultats expérimentaux
A-Coupes géologiques
1-déscriptions des formations géologiques
La région de Jbel Kharrou est formée par des terrains essentiellement ordoviciens, on
distingue trois formations.
a-Formation de Drioukat (113 mètres) : c’est le passage progressif de la formation de SidiBou-Oukfa datée du Cambrien probable (fig. 17). Elle est constituée de grès micacés
bioturbés de teinte gris-verdâtre à lits argilo-micacés de couleur rouge, elle est représentée par
des zones de collines basses (Drioukat et Ouled Cherif), cette formation est d’âge Arening
inférieur (Hoepffner, 1974).
La puissance de cette série est de 300 à 500m, aucune faune fossile n’y a été signalée.
b-Formation de Demja (200 mètres) : on peut suivre cette formation le long de l’anticlinal de
Jbel Kharrou et celui de Koudiat El Adam. On observe un changement progressif de faciès
par le passage du grès micacé (formation de Drioukat) vers le faciès argileux (fig. 17). Cette
formation est constituée essentiellement par des argiles sableuses gris noires, riches en micas
flottés et décolorés. Ces argiles prennent une teinte blanchâtre en surface par altération
superficielle (Hoepffner, 1974). On y distingue deux barres quartzitiques (fig. 19, 20, 21 et
22) :
la barre inférieure qui est lenticulaire et se biseaute à ses extrémités visibles sur une distance
de 1.5 kilomètres ;
85
la barre supérieure de couleur gris noire à patine grise avec des diaclases souvent plaquées
d’hématites. Cette barre affleure dans toute la région de Jbel Kharrou.
Le fer existe toujours dans ces sédiments argileux à l’état de pyrite. On le trouve aussi
sous forme oxydée et rubéfiée dans les diaclases et les failles.
La puissance de la formation de Demja dépasse 200 mètres, son extension est de 4,5
kilomètres.
Age de la formation de Demja
Sous la barre quartzitique inférieure la présence des fossiles: Asaphus nobilis Barr,
Dalmanites Socialis var, Provea Emmr et Orthis a donné l’âge de l’Ordovicien moyen à
supérieur (Gigout, 1951).
Dans les argiles grises, sous la barre quartzitique inférieure Destombes (1971) a
signalé l’existence des fossiles tels que : Didymographus, Seleropeltis, Cyclopige, Zelliskella,
des ostracodes et des orthocéres, cette faune indique un âge Arening inférieur ou moyen à la
base des argiles.
La présence de graptolites dans les sédiments encadrés par les deux barres
quartzitiques a permis de les dater de l’Arenig supérieur et Llanvirn (Hoepffner, 1974).
86
N
E
Formation d’Allahia
Formation de Demja
inférieure
3
2
6
1
supérieure
7
6
6
1
2
3
4
5
Fig. 19 Vue panoramique des formations de Demja et d’Allahia : Jbel Kharrou ; 1 : argilites blanches,
2 : barre quartzitique inférieure, 3 : barre quartzitique supérieure, 4 : argilites gréseuses, 5 : niveau
gréso-pélitique, 6 : quartzites, 7 : quarztites lités
87
Fig. 20 Les argiles de couleur blanchâtre, affectées par des
réseaux de fractures ferruginisées; formation de Demja.
Fig. 21 Les argiles blanches; formation de Demja
88
Fig. 22 Un affleurement d’argiles blanchâtres; formation de Demja
c-Formation d’Allahia (150 mètres) : Il s’agit d’une formation à dominance grésoquarzitiques, on peut la subdiviser en deux séries (fig. 19) :
une série inférieure : Elle est constituée d’une succession bien litée et rubanée de grés, des
quartizites, des psammites et des pélites gréseuses souvent rubéfiées. Trois barres
quartiztiques massives s’individualisent dont les deux premières sont lenticulaires. Destombes
(1971) a attribué l’âge de Llandeilo supérieur et le Caradoc inférieur du fait de la présence de
Calymenella sp, Kloucekia (Phacopidina) sp ;
une série supérieure : au-dessus de la troisième barre quartzitique du membre inférieur, il y’a
apparition d’une sédimentation argilo-sableuse, puis, une série à dominance quartzitique, le
premier banc est un quartzite grossier à niveau conglomératique à petits galets, ensuite on
89
passe à des quartzites en bancs d’épaisseur 50 centimètres à 2 mètres avec des lits
psammitiques feuilletés (fig. 23).
Age de la formation d’Allahia
Les fossiles font défaut dans la série supérieure d’Allahia , à l’exception de quelques
moules de brachiopodes indéterminables (Destombes, 1971). Hoepffner (1974) a donné à
cette formation l’âge du Caradoc moyen à supérieur parce qu’elle repose sur des couches
Llandeilo supérieur – Caradoc inférieur.
Fig. 23 Quartzites en bancs avec des lits psammitiques feuilletés ; formation d’Allahia
90
2-Lithostratigraphie
Dans la région de Jbel Kharrou, constituée essentiellement par des terrains
ordoviciens, on distingue, du bas vers le haut, les trois formations (fig. 24):
formation de Drioukat ;
formation de Demja ;
formation d’Allahia.
Log
Lithologie
Grès micacés
Caradoc
Formation d'Allahia
Echelle Formation Age
Quartzite massif
massive
Grès micacés à niveaux
quartzitiques
Arenig moyen à Llanvirn
Formation de Demja
25m
Barre quartzitique
Argiles blanches
Barre quartzitique
Schistes altérés
(argiles avec passages férruginisés)
Arenig inférieur
Formati on de Drioukat
Grès quartzitiques
Grès micacés bioturbés
Fig. 24 Log lithostratigraphique synthétique de Jbel Kharrou
91
3-Les argiles ordoviciennes de Jbel Kharrou
La transformation argileuse paraît très importante dans la formation de Demja, bien
visible sur les affleurements. Ces argilites qui datent l’Arening moyen-Llanvin (Hoepffner,
1974), sont sableuses avec un toucher onctueux, la couleur est blanche en surface, mais,
prend une teinte gris noire en profondeur et se charge de plus en plus en sable. Dans
l’ensemble de la région, ces argilites sont affectées par des réseaux de fractures ferrugineuses
de fréquence irrégulière, peu espacées et de direction variable ce qui nécessite une méthode
sélective pour l’exploitation (fig. 20, 21 et 22).
4-Résultats expérimentaux
On note que deux échantillons de couleur blanche B1 (X=287, Y= 211) et B2 (X=
286, Y= 210) prélevés des affleurements, considérés comme les plus représentatifs, ont fait
l’objet d’analyses granulométriques, chimiques, minéralogiques et technologiques pour
l’évaluation de l’aptitude de ces argiles à être utilisées dans les domaines de la céramique (El
Yakoubi & al., 2006)
Ces analyses sont faites au laboratoire Minera Sabater à Teruel, Espagne (fig. 25).
4-1-Analyse granulométrique
Cette analyse a été effectuée sous l’eau et le refus de chaque tamis a été séché et pesé.
Les pourcentages des différentes tranches granulométriques sont donnés dans le tableau 4 et
les figures 26 et 27. De cette analyse, les remarques suivantes s’imposent :
-Le pourcentage des éléments dont le diamètre est supérieur à 50µm est négligeable :
environ 1% pour l’échantillon B1 et 4% pour l’échantillon B2 ;
-Le pourcentage des éléments dont le diamètre est inférieur à 2µm (argiles) est très
élevé : 42,3% pour l’échantillon B1 et 39,1% pour l’échantillon B2.
92
Fig. 25 Laboratoire Minera Sabater, Teruel, Espagne
Du point de vue usage dans l’industrie céramique, la granulométrie des échantillons
étudiés est excellente. Le problème des éléments dont le diamètre est supérieur à 50µm peut
être corrigé par un simple broyage et tamisage.
Pourcentages des
différentes tranches
granulométriques
Taille en µ
>60
60-50
50-20
20-10
10-2
<2
B1
0,3%
0,7%
5,1%
11,9%
39,7%
42,3%
B2
2,8%
1,2%
9,9%
14,6%
32,4%
39,1%
Tableau : 4 Analyse granulométrique des échantillons B1 et B2
93
Distribution de s particule s
Refus à 60µ: 0,3% en poids
100
90
Masse cumulée% .
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,1
1
10
100
Diam ètr e équivale nt (µ)
Fig. 26 Analyse granulométrique de l’échantillon B1
Distribution de s particules
Ref us à 60µ: 2.8% en poids
M asse cumulée% .
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,1
1
10
Diamètre équivalent (µ)
Fig. 27 Analyse granulométrique de l’échantillon B2
94
100
4-2-Analyse chimique
Les analyses chimiques ont porté sur les éléments majeurs, l’ion sulfate (SO4 ) et la
perte au feu. Les résultats sont présentés dans le tableau 5.
On remarque une teneur en TiO2 un peu élevée, celle en Fe 2O3 peut être considérée
comme acceptable pour l’usage en céramique. La teneur en K2 O est élevée, elle est
probablement liée à la présence des micas. Les teneurs enregistrées en SO4 et en CaO
attestent la présence du gypse, et donc, la mise en place dans un milieu favorisant la
précipitation d’évaporites. La teneur en Al 2O3 est faible, celle en SiO2 semble cependant
relativement élevée pour une argile plastique.
Si l’on compare cette argile avec une argile réfractaire dont le taux d’alumine est
supérieur à 45% (AGS, 2002), celui des fondants (alcalins (K2O et Na2O) et des alcalinoterreux (MgO et CaO) inférieur à 4% (Ferd.Leit SA, 2004), on peut dire que l’argile de Jbel
Kharrou est très plastique et cuit blanc puisque le pourcentage en TiO 2 et Fe2 O3 est inférieur à
1,5% (Ikaya, 2004).
Le problème de soufre va être corrigé par l’addition de carbonate de baryum à la pâte,
ce qui formera un sulfate de baryum plus stable.
écht SiO2 Al2 O3 Fe2 O3 TiO 2 CaO MgO K 2O Na2O SO 4
P.F
B1 58,30% 25,65 0,79% 1,02% 0,39% 0,32% 3,69% 1,61% 1,03% 7,20%
B2 66,14% 19,60 0,72% 1,13% 0,32% 0,53% 3,03% 1,25% 0,15% 7,13%
Tableau : 5 Analyse chimique des échantillons B1 et B2
4-3-Analyse minéralogique
La méthode utilisée est celle de la diffraction X, réalisée sur deux échantillons en
poudre B1et B2. La détermination des différentes phases minéralogiques et leurs taux
95
respectifs ont été réalisés grâce à une base de données Power diffraction file compilée (mise
au format spécifique au logiciel XP Software d’exploitation des données de la diffraction des
Rayons X) permettant le dépouillement des diffractogrammes X.
Les résultats obtenus, voir tableau 6, montrent la prédominance des illites qui sont les
porteurs des propriétés céramiques favorables de ces argiles. Les autres constituants argileux
sont en nette minorité et jouent un rôle tout à fait négligeable.
En ce qui concerne la teneur en quartz, elle est très tolérable, d’autant que le quartz
peut être facilement digéré par le flux vitreux pendant la cuisson.
Les analyses minéralogiques étant conformes aux analyses chimiques, on peut en
déduire que les argiles blanches de la formation de Demja sont très plastiques et peuvent
présenter de l’intérêt dans la fabrication des pâtes céramiques, ce qui peut être confirmé par
des essais industriels.
Minéral
illite
quartz
natrolite
jarosite
smectite
kaolinite
plagioclase
B1
56%
28%
8%
3%
0%
3%
2%
B2
52%
32%
5%
2%
3%
0%
2%
Tableau : 6 Analyse minéralogique des échantillons B1 et B2
96
4-4-Rhéologie
4-4-1-Eau de gâchage
L’eau de gâchage (cf. chapitre : méthodes et techniques utilisées au laboratoire) est
21% pour l’échantillon B1 ; et 21, 4% pour l’échantillon B2.
4-4-2-Indice de plastiscité
L’indice de plasticité (cf. chapitre : méthodes et techniques utilisées au laboratoire) est
de 24, 5% pour l’échantillon B1, et de 24, 9% pour l’échantillon B2.
On peut déduire de cette étude que l’indice de plasticité des argiles blanches de la
formation de Demja est relativement élevé si on le compare à celui d’une argile réfractaire
(AGS, 2002), ce qui est conforme aux analyses minéralogiques et chimiques prouvant le
caractère plastique de ces argiles.
4-5-Coulabilité
Les résultats de cette étude sont présentés dans le tableau 7 et la figure 28.
Au cours de cette étude, il a été constaté, qu’à partir de 0,53% du contenu en
défloculant qui est le carbonate de sodium (Na2CO3) la viscosité est minimale et stable. On
peut en déduire que les échantillons d’argiles blanches B1 et B2 présentent une coulabilité
optimale à 0,53% du défloculant.
97
Défloculant
Viscosité
(%)
(Poise=g/cm.s)
0,31
0,37
0,45
0,53
0,61
0,7
0,79
0,91
2 500
1 440
840
675
650
588
613
650
Tableau 7 : Valeurs de la viscosité en fonction du défloculant : échantillons B1 et B2
3 500
3 000
Viscosité (g/cm .s)
2 500
2 000
1 500
1 000
500
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Fig. 28 Courbe de défloculation : échantillons B1 et B2
4-6-Caractéristiques technologiques
La détermination des caractéristiques technologiques a été menée sur des briquettes
confectionnées à partir des pâtes des deux échantillons B1 et B2. Ces briquettes d’essai dont
98
leur face supérieure est marquée par deux traits suivant les diagonales qui servent à mesurer le
retrait dû au séchage et à la cuisson, ces briquettes d’essai ont été séchées à l’étuve à 110°C,
puis cuites à différentes températures.
4-6-1-Dilatomètrie
Les résultats obtenus sont donnés sous forme graphique sur la figure 29.
L’interprétation que l’on peut en faire est la suivante :
-le segment AB de la courbe correspond à une dilatation du matériau étudié qui s’opère de
façon quasi-linéaire entre 200 et 700°C.
- L’intervalle BC indique la fin de la dilatation et l’amorce à partir de 700°C
de la
contraction. Cette dernière évolue de façon linéaire jusqu’à 950°C sous l’effet du frittage qui
renseigne sur l’aptitude des grains à réagir entre eux pour devenir cohésifs et se densifier :
c’est le début de l’apparition de la phase fusible.
- L’intervalle CD : La phase fusible bien développée permet le frittage complet et la
contraction du matériel, c’est le retrait. Au cours de cette phase et vers 1000°C, on peut avoir
la formation de la mullite par la transformation de l’illite de la pâte d’argile (BernacheAssollant, 1993).
- Le segment DE correspond à la phase de refroidissement et d’achèvement de l’opération de
cuisson, il est quasi linéaire.
Entre 950°C et 1040°C, la phase fusible apparaît en grande partie. C’est un intervalle
de température de frittage moyen (90°C), ce qui donne l’occasion aux grains de réagir
correctement entre eux et donner des matériaux qui auront une tenue à la déformation à des
hautes températures, ce qui est un atout favorable pour la production céramique.
99
7
C
B
6
5
4
3
2
A
1
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000 1100 1200
Tem péra ture en °C
-1
dl/l0
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
D
-10
-11
-12
E
-13
Fig. 29 Courbe de dilatomètrie des échantillons B1 et B2
100
La courbe de la dilatomètrie montre que les argiles de la formation de Demja vont être
enfournées jusqu’à une température de 1040°C. Au-dessus de cette limite de température, la
grésification se poursuit, la porosité ouverte devient nulle, la porosité fermée se développe. Ce
qui est néfaste à la densification ultérieure.
4-6-2-Résistance mécanique à la flexion (RMF)
L’essai a été réalisé sur des briquettes cuites à 950°C, à 1000°C, à 1050°C et à
1100°C. Les résultats obtenus sur les deux échantillons étudiés sont consignés dans le tableau
8 et la figure 30.
Comme on pouvait s’y attendre, la résistance mécanique à la flexion augmente avec la
vitrification jusqu’à un certain point où elle est trop élevée, et le matériel devient cassant.
Pour les deux échantillons, la température 1050°C représente cette limite à la
résistance mécanique à la flexion. A des températures supérieures, le développement de la
porosité fermée décroît la densité du matériel, ce qui se traduit qu’au refroidissement, on
obtient des produits ayant une résistance mécanique à la flexion plus faible, différente de celle
d’un matériel compact.
D’après ces résultats, ces argiles sont utilisables dans le domaine de la fabrication des
carreaux sols et les produits sanitaires sans être rompues ou détériorées par les contraintes
locales (Minera Sabater, 2003). Mais il faut toujours comparer avec les valeurs des autres
essais technologiques, en particulier l’essai de dilatomètrie qui détermine la température de
cuisson maximale (1040°C) (même à 1040°C, la résistance mécanique à la flexion est forte).
101
EchantillonB2
RMF à 950°C
320
Echantillon B2
352
Commentaire
Forte
RMF à 1000°C RMF à 1050°C RMF à 1100°C
403
735
Matériel
cassant
422
709.5
Matériel
cassant
Forte
Très forte
Matériel
cassant
RMF (Kg.f/cm2)
Tableau 8 : Résistance mécanique à la flexion des échantillons B1 et B2
800
700
600
500
400
300
200
100
0
900
Echantillon B1
Echantillon B2
950
1000
1050
1100
1150
Temp éra ture °C
Fig. 30 Courbes de résistance mécanique à la flexion des échantillons B1 et B2
4-6-3- Perte en poids à la cuisson
On rappelle qu’à 500°C, les échantillons perdent leur eau de constitution. Entre 700 et
900°C, plusieurs réactions se produisent (chapitre : méthodes et techniques utilisées au
laboratoire).
102
Les pourcentages de la perte en poids à des températures de 950°C, 1000°C et 1050°C
sont fournis dans le tableau 9.
950°C
7
6,9
Perte en poids (%) B1
Perte en poids (%) B2
1000°C
7,2
7,13
1050°C
7,3
7,15
Tableau : 9 Perte en poids des échantillons B1 et B2
On remarque que la perte en poids est à peu près constante (7%) quelle que soit la
température et quel que soit l’échantillon. Ce pourcentage concerne surtout l’eau moléculaire,
l’oxydation de FeO et la décomposition des sulfates. Ces pourcentages sont très tolérables, ce
qui rend le matériau très rentable pour l’exploitation industrielle.
4-6-4-Retrait à la cuisson
Les pourcentages du retrait à la cuisson déterminés à des températures de cuisson de
950°, 1000° et 1050°C, sont données dans le tableau 10.
On a constaté que le retrait augmente avec la vitrification du matériel étudié à des
températures de cuisson élevées. La diminution du volume du matériel est généralement due à
la disparition progressive de la porosité. On dit qu’il y a frittage du produit. L’évolution du
volume apparent dépend de la dilatomètrie qui met en évidence une diminution du volume qui
à son tour entraîne une compaction du matériau par disparition des vides inter-granulaires.
Retrait sur la longueur
B1
Retrait sur la longueur
B2
950°C
9%
1000°C
12%
1050°C
12%
10.9%
11.9%
12.1%
Tableau : 10 Retrait à la cuisson des échantillons B1 et B2
103
Retrait sur la longueur
14%
12%
10%
Retrait sur la
longueur B1
8%
Retrait sur la
longueur B2
6%
4%
2%
0%
950°C
1000°C
1050°C
Tem péra ture
Fig. 31 Courbes de retrait à la cuisson des échantillons B1 et B2
4-6-5–Porosité
Les valeurs de la porosité déterminées à des températures de cuisson de 950°, 1000° et
1050°C, sont figurées dans le tableau 11 et la figure 32.
Porosité B1
Porosité B2
950°C
4,7%
5%
1000°C
0,5%
0,8%
1050°C
0,3%
0,2%
Tableau : 11 Porosité des échantillons B1 et B2
104
1100°C
4%
4,5%
6,00%
Porosité
5,00%
4,00%
B1
3,00%
B2
2,00%
1,00%
0,00%
0
1
2
3
4
5
Tempéra ture
Fig. 32 Courbes de porosité des échantillons B1 et B2
Il est à noté que la porosité d’un matériel céramique est composé par une porosité
ouverte, et une porosité fermée.
A 1050°C, la porosité ouverte est très faible pour les deux échantillons B1 et B2. Cette
évolution de la porosité suit l’évolution de la texture du matériel en fonction de la température
de cuisson. A cette zone de température (1000°C à 1050°C) correspond à la contraction du
matériel après son frittage complet par réduction des espaces inter granulaires. Mais lorsqu’on
dépasse une certaine valeur de température, la réduction des espaces inter granulaires conduit
à de micro alvéoles contenant des gaz empoisonnés. A 1100°C, ces alvéoles formant la
porosité fermée ont tendance à s’agglomérer par coalescence pour se développer en
boursouflant le matériau. Au refroidissement, on obtient des produits ayant des propriétés
différentes que celles des matériaux compacts (Thevenot, 1992).
On déduit que les argiles blanches de la formation de Demja vont être enfournées à
une température qui ne dépasse pas 1050°C, peuvent être utilisées dans la fabrication des
105
carreaux sols (porosité ouverte comprise entre 2 à 5%) et les produits sanitaires (porosité
inférieure à 0.5%) (Ikaya, 2004).
4-6-6-Couleur après cuisson
A 1050°C, les briquettes des deux échantillons B1 et B2 ont une couleur très favorable
(blanc-crème), mais elle devient foncée avec l’augmentation de la température de cuisson
(tableau 12) (fig. 33).
Couleur
avant cuisson
Echantillon B1
blanchâtre
Echantillon B2
blanchâtre
Couleur
à 1050°C
blanc-crème
blanc-crème
Couleur
à 1175°C
crème-grise
crème-grise
Tableau : 12 Variation de la couleur des échantillons B1 et B2 avant et après cuisson
Echantillon B1
Echantillon B2
950°C
1000°C
1050°C
1100°C
1150°C
Fig. 33 Variation de la couleur des échantillons B1 et B2 à 950, 1000, 1050 et 1150°C
106
5-Conclusion
L’anticlinal de Jbel Kharrou constitué des terrains ordoviciens composés de trois
formations :
la formation gréseuse de Drioukat qui est la plus ancienne ;
la formation argileuse de Demja ;
la formation gréseuse d’Allahia qui est la plus récente, son extension est plus de 30
Km2.
La formation de Demja affleure sur plus de 2 kilomètres. Elle est constituée de
couches de pélites argileuses avec des niveaux quartzitiques.
L’analyse minéralogique des échantillons B1 et B2, prélevés de la formation de Demja
à l’affleurement, indique la présence des illites comme minéral prédominant, du quartz et
quelques autres minéraux en traces (natrolite, jarosite, plagioclase…).
L’analyse chimique des échantillons B1 et B2 montre leur faible teneur en Fe2O3 (0,72
et 0,79%).
Les essais technologiques ont démontré des propriétés industrielles convenables de ces
argiles. Avant tout, un intervalle de frittage moyen de 90°C et une température de cuisson de
1040°C. La couleur blanc-crème des briquettes cuites à cette même température, est très
favorable pour un emploi en industrie céramique. La résistance mécanique à la flexion est très
forte à 1050°C, ce qui est un facteur favorable pour l’incorporation de ces argiles dans le
domaine de la fabrication des carreaux de revêtement des sols et des produits sanitaires. La
perte au feu à 1040°C est très tolérable (7%). Le retrait à la cuisson, légèrement élevé (12%),
peut être corrigé par l’ajout d’un dégraissant (sables, verre broyé, chamottes, feldspaths,
pegmatites ou autres substances à caractère non hydraulique).
107
En définitive, les argiles de la formation ordovicienne de Demja faisant partie de
l’anticlinal de Jbel Kharrou, dans le massif des Rehamna, peuvent être considérées comme
des argiles plastiques ou grésantes de très bonne qualité, appellées aussi argiles spéciales
pouvant trouver application dans l’industrie céramique.
B-Sondages
1-Introduction
Nos premières recherches avaient porté sur deux échantillons B1 et B2 les plus
représentatifs, prélevés en surface des argiles blanches de la formation de Demja. Les résultats
probants fournis par ces deux échantillons ont conduit à la réalisation de quatre sondages
carottés pour étudier l’évolution en profondeur de la formation porteuse en ce qui concerne la
détermination de l’épaisseur de la partie altérée et décolorée, la fréquence des fractures
ferruginisées et la variation de la charge sableuse, d’une part. Et procéder à l’évaluation des
potentialités du secteur notamment la puissance de la couche argileuse, d’autre part (fig. 34).
Plusieurs échantillons, prélevés des carottes des sondages, ont été étudiés dans le laboratoire
de Minera Sabater en Espagne pour caractériser leur qualité technologique.
Nous avons programmé une campagne de quatre sondages carottés totalisant 166, 49
mètres (tableau. 13). Ces sondages réalisés sont verticaux, situés approximativement au centre
de notre zone d’étude, on s’est limité à un secteur où affleure la formation de Demja (fig. 35).
Les conditions morphologiques et géologiques sont avantageuses. La détermination de leur
profondeur a été arrêtée pour des raisons techniques dans les argilites noires, sans toucher les
quartzites. On note aussi qu’on a profité de l’existence de quelques tranchées exécutées par
une autre société pour choisir cette zone d’étude.
108
Fig. 34 Réalisation du sondage n°2
N° du sondage
1
2
3
4
Profondeur du
sondage (mètres)
28,1
44,25
23
71
Coordonnée Lambert
(X)
285,80
286,5
284,5
287,15
Coordonnée Lambert
(Y)
209,4
209,25
208,4
211,5
Tableau : 13 Les coordonnées Lambert et la profondeur des sondages réalisés dans la
formation de Demja
109
Fig. 35 Situation des sondages n°1, 2, 3 et 4
110
On rappelle que notre échantillonnage minéralogique géochimique et technologique
(échantillons : B1 et B2) a été effectué dans cette zone où la Société Minera Sabater a réalisé
de nouvelles tranchées (fig. 36).
Fig. 36 Tranchée réalisée par la Société Minera Sabater
2-Apports géologiques des sondages
La réalisation de ces sondages a apporté de bons résultats notamment pour la
connaissance de l’aspect de la couche argileuse (El Yakoubi & Aberkan, 1999). IL s’agit des
argilites noires à aspect schisteux qui représentent la partie de base et la plus puissante de la
formation argileuse; vers le toit, elles passent progressivement aux argilites blanchâtres ou
111
rougeâtres. Enfin elles sont remplacées par des argilites blanchâtres dans la partie la plus
haute de la couche argileuse (fig. 37, 38, 39, et 40).
Quant à la sédimentation argileuse de l’Ordovicien au sein du bassin des Rehamna
orientaux et quant à notre secteur en particulier, on déduit de ces travaux réalisés qu’il y a une
certaine homogénéité latérale de la couche argileuse qui présente toute fois certaines
variations verticales de faible importance.
Dans la partie basale de la couche argileuse ordovicienne, les argiles noires
apparaissent à des niveaux plus au moins variables dans les quatre sondages exécutés. Dans
les sondages 2 et 4 (fig. 35), les argiles noires sont bien développées. Elles se sont formées
dans un bassin relativement peu profond et réducteur. La preuve, c’est la présence de la
matière organique et de la pyrite. Dans le sondage 1, les argiles noires sont peu développées
par rapport aux sondages 2 et 4. Par contre dans le sondage 3, les argiles noires sont
remplacées par des argiles blanches sableuses.
Enfin, on peut conclure, que la profondeur du bassin ordovicien au sein du secteur
étudié était très variable. Le bassin était semblablement moins profond dans la partie sudouest du secteur où les argiles noires sont remplacées par des argiles blanches sableuses. La
répartition de ces faciès marins a été probablement liée à la morphologie du bassin ordovicien.
Les variations verticales de faciès observées dans les sondages (nature et granulométrie des
faciès) semblent être en relation avec des changements morphologiques du bassin qui auraient
été contrôlés par une activité tectonique locale (subsidence) ou régionale. Les fluctuations
climatiques ne sont pas à écarter, ces phénomènes naturels auraient, à leur tour, contrôlé les
variations d’une activité biologique à laquelle on peut attribuer les changements dans la teneur
en matière organique observés dans les carottes des sondages.
112
1,2 m
2,6 m
a
b
3,2 m
c
Légende :
6,8 m
7,7m
d
Argiles rouges
e
Argiles blanches
Argiles rouges à hématites
11m
f
13,5m
,
Argiles gris noires,
noires, sablleuses et compactes
a, b, c, d, e, f, g et h : Situation des échantillons
analysés
17m
g
22,2m
23,6m
24 m
h
26,1m
28,1m
Fig. 37 Log lithostratigraphique du sondage n°1
X=285,80
Y=209,4
113
Fig. 38 Log lithostratigraphique du sondage n°2
X=286,5
Y=209,25
114
a
2, 45m
3m
b
4, 7m
c
7,1m
Légende :
d
Argiles blanches avec des pas sages
ferruginis és entre les fissures
Argiles rouges avec hématites
12, 30m
Argiles blanches, sableuses avec pass ages
ferruginisés et hématites
14,2m
14,5 m
Argiles blanches, sableuses avec de
rares traces de gypses
a, b, c, d et e : Situation d es échantillons analys és
17, 5m
19,5m
e
23m
Fig. 39 Log lithostratigraphique du sondage n°3
X=284,5
Y=208,4
115
Fig. 40 Log lithostratigraphique du sondage n°4
X=287,15
Y=208
116
3-Analyse chimique des échantillons prélevés des sondages 1,2,3 et 4
L’analyse géochimique est basée sur 24 échantillons prélevés à partir des carottés des
sondages (fig. 41). On rappelle que cette analyse a été faite au laboratoire Minera Sabater en
Teruel (Espagne). Les résultats de cette analyse sont résumés dans les tableaux 14, 15, 16, 17
et 18. On en tire les remarques suivantes :
-la moyenne des teneurs en SiO 2 est assez élevée, elle dépasse 59% pour tout type
d’échantillonnage. celle de Al2 O3 va de 20 à 26% dans les quatre sondages à l’exception de
l’échantillon g4 où elle est de 12% ;
-la somme des teneurs en Fe2 O3 et TiO 2 est bien acceptable pour les échantillons blancs, mai,
un peu élevée pour les échantillons rouges. La moyenne des pourcentages en Fe 2O3 et TiO2
est généralement inférieure à 1,529% dans les niveaux supérieurs de la couche argileuse;
-le tableau 14 révèle que l’échantillon g4, de couleur noire, correspondant aux argiles noires,
avec matière organique (présence de P2 O5 ), ces argiles sont formées dans un milieu
relativement profond témoigné par la présence de la pyrite. Ceci se traduit par le taux élevé en
fer (3%) par rapport aux niveaux supérieurs de la couche argileuse. Le taux enregistré en fer
et titane donne des pâtes de couleur foncée après cuisson (argile qui cuit blanc présente une
teneur en fer, titane et manganèse ne dépassant pas 1.5% d’après Ikaya (2004)). La perte au
feu est abondante (22%), elle est due à la présence de la matière organique.
Les teneurs enregistrées en SO4 et CaO, attestent la présence de gypse comme dans le
cas des échantillons B1 et B2.
Les taux des alcalins et des alcalino-terreux va à 7%.
117
éch
a
b
c
d
e
f
g
h
SiO2 Al2 O3 Fe2O 3
K2 O
Na2O CaO MgO TiO2
55.8% 26.8% 2.94% 3.72% 0.98% 0.3% 0.22% 0.3%
64%
23% 0.57%
4%
1.05% 0.2% 0.23% 0.2%
59.3% 21%
1.2% 3.26% 1.56% 0.3% 0.24% 0.3%
63.6% 20.5% 3.23% 3.47% 1.19% 0.4% 0.23% 0.26%
59%
23% 2.53% 3.59% 1.46% 0.22% 0.23% 0.28%
62.4% 21.3% 1.18% 3.56% 1.24% 0.5% 0.25% 0.4%
57.3% 23.5%
2%
3.94% 1.22% 0.1% 0.15% 0.54%
60.5% 22.5% 0.7% 3.73% 1.08% 0.7% 0.22% 0.35%
60.2% 22.7% 1.794% 3.66% 1.223% 0.34% 0.22% 0.32%
Tableau : 14 Analyse chimique des échantillons prélevés du sondage 1
SO 4
0.4%
0.2%
0.2%
0.45%
0.35%
0.3%
0.6%
0.2%
0.33%
P.F
8.54%
6.17%
13.64%
6.67%
9.34%
8.87%
10.65%
10.02%
9.23%
éch
a
b
c
d
SiO2
Al2 O3 Fe 2O3 K2 O
Na2 O CaO MgO TiO2
59.7% 21.7% 2.12% 3.37% 2.19% 0.23% 0.5% 0.1%
64.5% 21%
1.53% 3.46% 1.22% 0.33% 0.3% 0.24%
61.9% 24.3% 1.47% 3.68% 1.25% 0.26% 0.32% 0.54%
64% 22.5% 1.74% 3.46% 1.11% 0.31% 0.35% 0.21%
62.5% 22.38% 1.715% 3.49% 1.443% 0.28% 0.36% 0.27%
Tableau : 15 Analyse chimique des échantillons prélevés du sondage 2
SO4
0.15%
0.14%
0.16%
0.02%
0.11%
P.F
9.94%
7.28%
6.12%
7,01%
7.58%
éch
a
b
c
d
e
SiO2 Al2 O3 Fe2O 3 K2 O Na2 O CaO MgO TiO 2 SO 4
54% 20.7% 1.56% 3.28% 1.27% 0.34% 0.66% 0.12% 0.01%
64% 22.6% 0.85% 3.6% 1.43% 0.23% 0.25% 0.24% 0.12%
61% 23.2% 1.23% 3.66% 1.25% 0.32% 0.26% 0.3% 0.10%
62.7% 20%
2.26% 3.43% 1.51% 0.28% 0.35% 0.41% 0.15%
64% 20.8% 1.42% 3.38% 1.29% 0.10% 0.21% 0.22% 0.28%
61.1% 21.46% 1.464% 3.47% 1.35% 0.25% 0.34% 0.25% 0.13%
Tableau : 16 Analyse chimique des échantillons prélevés du sondage 3
P.F
18.06%
7.16%
8.68%
8.91%
8.3%
10.22%
éch
a
b
c
d
e
f
SiO2
Al2 O3 Fe 2O3 K2 O
Na2 O CaO MgO TiO2
63% 22.3% 0.63% 3.35% 1.23% 0.36% 0.25% 0.18%
62.8% 22%
0.85% 3.4% 1.31% 0.41% 0.26% 0.13%
62.3% 22.5% 0.67% 3.56% 1.21% 0.58% 0.32% 0.23%
54%
26%
1.31% 3.19% 1.83% 0.12% 0.32% 0.10%
62% 21.5% 2.76% 3.31% 1.06% 0.19% 0.56% 0.14%
63%
23%
0.64% 3.52% 1.19% 0.32% 0.41% 0.12%
61.2% 22.88% 1.143% 3.42% 1.305% 0.33% 0.35% 0.15%
Tableau : 17 Analyse chimique des échantillons prélevés du sondage 4
P.F
8.49%
9.03%
8.47%
13,03%
8.36%
7.63%
10,05%
écht
g4
SO4
0.21%
0.17%
0.16%
0.10%
0.12%
0.17%
0.15%
TiO2
Al2 O3 SiO2 Fe2 O3 CaO
K2O MgO Na2 O SO 4 P2O5
P.F
0.66% 11.59% 59.15 2.94% 0.18% 2.40% 0.57% 0.32% 0.41 0.27% 21.5 %
Tableau 18 : Analyse chimique d’échantillon de couleur noire provenant du sondage 4
118
Fig. 41 Carottes des sondages
4-Conclusion
Les résultats géologiques des sondages réalisés au sein du secteur ainsi que les essais
géochimiques nous ont permis de connaître les variations verticales de la formation porteuse
c’est à dire la formation de Demja dans les compositions lithologiques et qualités
géochimiques. Ces dernières nous ont renseigné en gros sur la qualité technologique de ces
argilites de Demja. Nous déduisons :
-la présence d’une morphologie favorable dont résulte une intéressante puissance de la couche
argileuse, elle est de 55 mètres dans le sondage 4. Cette puissance diminue jusqu’à à peu prés
22 mètres dans le sondage 1 en faveur d’argilites noires représentant un faciès de mer peu
profonde à milieu réducteur ;
119
-à partir de ces sondages, on peut affirmer une homogénéité de la couche argileuse en ce qui
concerne sa partie supérieure de couleur blanchâtre ou rougeâtre.
Les analyses géochimiques réalisées au laboratoire Minera Sabater à Teruel (Espagne)
ont démontré la plasticité de ces argiles (le taux des alcalins et des alcalino-terreux est
supérieur à 4%) avec des couleurs très favorables après cuisson des échantillons provenant
des niveaux supérieurs.
L’analyse chimique de l’échantillon g4 considéré comme le plus représentatif des
argilites noires de la couche basale montre que ces argilites noires sont relativement de
mauvaise qualité puisque leur taux d’alumine est très bas. Leur teneur en fer et titane, et leur
perte au feu sont relativement élevées.
120
Chapitre 3 : Secteur de Benhmed
1-Situation géographique et cadre géologique général
1-1-Introduction
L’exploitation d’argiles de Benhmed a commencé depuis les années quarante (1941 à
1946). Il s’agit des petits gisements d’argiles blanchâtres destinées aux pâtes céramiques de
Smaprec. Actuellement, plusieurs carrières d’exploitation de ces argiles sont localisées dans la
région de Souk Ejemaa des Rhyah au Nord Ouest de la ville de Benhmed.
L’exploitation intéresse aussi bien les formations argileuses rouges attribuées au Trias
que les argilites de couleurs variables résultant de l’altération des schistes siluriens et
dévoniens.
Comme pour le secteur des Rehamna orientaux. Cette partie de ce mémoire concerne
le contexte géologique, et la détermination des caractéristiques géochimiques, minéralogiques
et technologiques des argiles rouges triasiques, et des schistes altérés paléozoïques pour
évaluer leur aptitude à être utilisés dans les domaines de la céramique.
1-2-Situation géographique du secteur étudié
Le secteur étudié est situe à 16 km au Nord Ouest de la ville de Benhmed, on y accède
depuis Casablanca d’abord par la route de Berrechid, puis, la route principale n° 13 qui relie
Berrechid à Benhmed jusqu'à l’ancienne maison cantière à 21 km. Les affleurements des
schistes paléozoïques et des argiles du Trias sont à proximité de la route principale. Ils sont
accessibles par des pistes carrossables (Fig. 42).
121
La zone est couverte par la carte topographique au 1 /50 000 de Benhmed. Elle est
située à l’intérieur du rectangle déterminé par les points des coordonnées :
X=314 à 322
Y= 281 à 288
1-3-Géologie des terrains de Benhmed
1-3-1-Limites géologiques
Les terrains de Benhmed ou Chaouia Sud comme définis par H. Termier & G. Termier
(1951), se situent à la limite SE du basin triasique de Berrechid-El Gara-Benslimane (fig. 43).
Ce dernier s’étend parallèlement à la côte atlantique dans le Nord-Ouest de la Meseta
occidentale (Lyazidi, 2003). Les terrains de Benhmed jusqu’à présent, peu étudiés, sont
limités au Sud par le Crétacé affleurant dans le plateau des phosphates. Au Nord et à l’Ouest
par le bassin triasique de Berrechid-El Gara-Benslimane à L’Est par le môle d’El Gara d’âge
paléozoïque.
122
Skhirat
Nord
Bouznika
Ben-Slimane
Mediouna
EL-Gara
Berrchid
Azemmour
Settat
Benhmed
Rou te p r
incipale. 1 3
Khouribga
El-Borouj
Secteur étudié
10km
Oued-Zem
Fkih-Ben-Saleh
Echelle
Fig. 42 Situation géographique du secteur étudié
1-3-2-Travaux antérieurs
Les premières découvertes stratigraphiques dans la région de Benhmed ont été
indiquées dès le début du siècle précédent par Gentil en 1909 (H. Termier & G. Termier,
1951), qui a rencontré le Coblenzien, Douvillé (1910) in H. Termier & G. Termier (1951) a
déterminé des faunules recueillies par Jourdan en 1924. Beaugé (1924) et Rollande (1924) in
H. Termier & G. Termier (1951) rencontraient le Gothlandien, Russo (1924) in H. Termier &
G. Termier (1951) marqua une petite tache de Coblenzien au Nord de Benhmed. En 1948 H.
Termier & G. Termier ont découvert dans la région le Famennien, le Strunien et le Viséen.
123
H. Termier & G. Termier (1951) ont repris l’étude sur le Maroc central, mais cette
fois sur la région de Benhmed, dont ils ont détaillé la stratigraphie, la paléobiologie et la
paléogéographie de ces terrains primaires.
Huvelin (1962) a visité et décrit un indice d’argile à mi-chemin entre Berrechid et
Benhmed (fig. 44). El Khachani (1987) a décrit quelques affleurements argileux dans cette
région avec des échantillonnages et des études au laboratoire (les analyses chimiques et essais
technologiques).
1-3-3-Description des terrains de Benhmed
Une couverture d’âge infracénomanien-Cénomanien recouvre en discordance un socle
paléozoïque très plissé, ou des argiles rouge triasiques. L’ensemble est localement couvert par
des dépôts quaternaires.
1-3-4- Stratigraphie
a-Primaire : le primaire de Benhmed, très plissés, affleurant par endroits, est recouvert par
des terrains post-paléozoïques. Leur subdivision stratigraphique est difficile à établir parce
que les terrains distincts sont assez nombreux et plusieurs entre eux sont peu fossilifères et les
rapports de ces terrains entre eux sont masqués par des formations ultérieures ou par des terres
végétales et les cultures (H. Termier & G. Termier, 1951).
124
290
310
300
i que
t
n
a
l
At
330
320
Nord
Mohammedia
Casablanca
Ou
ed Benslimane
Ne
fifil
340
330
Mediouna
ld
Seu i
a
ou
N
e
r
eu
s
s
Ou
ed
M
el
320
ah
310
El-Gara
Berrechid
Secteur étudié
5 Km
Mô
le
a
-G
l
E
d'
300
ra 290
280
Crétacé et Plio-Quaternaire
Agiles rouges
Série volcano-sédimentaire
Basaltes intercalaires en afleurement
Basaltes intercalaires sous recouvrement
du bassin triasique de
Berrechid-El Gara-Benslimane
Paléozoïque
Failles post-hercyniennes
Fig. 43 Carte géologique simplifiée du bassin de Berrchid-El-Gara-Benslimane et situation du
secteur étudié (Lyazidi, 2003, modifiée)
125
Be
rre
ch
id
M
o
a is
a
nc
è
nti
re
El-Ga ra
Q
Q
Souk el Jemaa
Q
Q
Q
434m
Q
Q
Q
Be
nhm
ed
285.00
315.0 0
310 .00
Q
Q
+435m
Quaternaire
Cécomanien
Nord
1
Schistes du Llandeilo supérieur
Sud
(1= argiles blanches)
Q
Coupe schématique N-S passant par l'indice argileux
Fig. 44 Carrière de Rhyah d’après Huvelin (1962)
H. Termier & G. Termier (1951) ont subdivisé approximativement les terrains de
Benhmed en trois secteurs (Tab. 19):
secteur ouest : compris entre les coordonnées verticales Lambert 312 et 320. L’Ordovicien est
mal représenté, il affleure dans certains endroits : cas de carrière de Rhyah à Souk-Jemaa où
le faciès est schisteux ( Huvelin, 1962) (fig. 44). Ce secteur ouest offre du Gothlandien
schisteux, contenant des graptolites, et probablement plusieurs niveaux du Ludlow au
Siégénien (H. Termier & G. Termier, 1951). Selon ces auteurs, l’absence des autres termes
paléozoïques qui sont présentés plus à l’Est est imputable aux érosions antecrétacées ;
126
secteur médian : compris entre les coordonnées Lambert 320 et 328. Ce secteur montre un
Emsien composé par des calcaires et grauwackes, un mince Eifélien schisteux, un Frasnien
supérieur schisteux, peu développé et un Viséen transgressif. On note la présence de plusieurs
lacunes: celles de Givétien, du Frasnien inferieur, du Famenien et du Tournaisien (H. Termier
& G. Termier, 1951) ;
secteur est : compris entre les coordonnées Lambert 328 et 350, dans ce secteur affleure
l’Emsien comme celui du secteur médian. Un Famennien schisteux très développé (présence
des goniatites) et un Viséen inférieur à puissante série de schistes, calcaires, grauwarckes et
quartzites. On remarque l’absence de l’Eifélien, le Gévitien, le Frasnien, le Strunien et le
Tournaisien.
Le manque des termes stratigraphiques dans ces secteurs les un par rapports aux autres
est dû aux lacunes et aussi aux érosions tournaisiennes (H. Termier & G. Termier, 1951).
b-Secondaire : le Secondaire de Benhmed est composé de deux termes essentiels, les argiles
rouges triasiques et les calcaires blancs (Salvan, 1960). La base de la série mésozoïque du
plateau des phosphates présente parfois des niveaux conglomératiques et argileux à gypse
(Ettazarini, 2002).
Trias : Le Trias dans la région de Benhmed est transgressif sur le Paléozoïque. Au Maroc
central le Trias est localisé dans deux bassins, celui de Berrechid qui est le plus profond (1400
mètres) et le bassin de Médionna (150 mètres). La discontinuité du Trias dans ces deux
127
Viséen
supérieur
Secteur West
Absent
inférieur
Absent
Secteur médian
Absent
Secteur Est
Schistes
à
goniatites
Minces placages Puissante série
de
schistes,
calcaires,
grauwackes
et
quartzites
Lacune (peut être Absent
due à une phase
bretonne)
Schistes
et Absent
calcaires
Lacune ( peut Puissante série
être due à une de schistes à
phase acadienne) goniatites
Schistes
Absent
Lacune (peut être
due à une phase
mésodévonienne)
Schistes
Schistes
Calcaires
et Calcaires
et
grauwackes
grauwackes
Tournaisien
Strunien
Famennien
Frasnien
supérieur
inférieur
Givétien
Eifélien
Emsien
Siegénien
Gédinnien
Gothlandien
Schistes
Schistes
graptolites
à
Tableau : 19 Rapport entre les terrains de Benhmed du Gothlandien au Viséen établi par
Termier & Termier (1951)
bassins est due aux érosions post-triasiques (Michard, 1976). Ces deux bassins sont
considérés comme un seul appelé, bassin triasique de Berrchid-El-Gara-Benslimane, ils sont
séparés par un seuil tectonique important c’est le seuil de Nouasseur-Benslimane (fig. 43). La
série volcano-sédimentaire du bassin de Berrchid-El-Gara-Benslimane est rapportée au Trias
supérieur-Lias inférieur reposant sur le Paléozoïque (Lyazidi, 2003). Elle comporte deux
128
niveaux argilo-salifères séparés par un complexe basaltique médian (Fig. 45). Cette
succession est reconnue dans plusieurs bassins triasiques marocains.
Fig. 45 Succession lithostratigraphique synthétique de la série volcano-sédimentaire du bassin
triasique de Berrechid-El-Gara-BenSliman d’après Lyazidi, (2003)
Colonnes : I. colonne lithostratigraphique ; II. nomenclature lithostratigraphique ; III.
principales séquences ; IV. attributions stratigraphiques ; V. descriptions macroscopiques
En effet, le Trias du Maroc central présente l’association de trois termes reconnus au
Maroc (Michard, 1976) :
un terme inférieur détritique et argilo-salifère à la base, c’est une alternance de grés,
conglomérats, pelites, passant à des argiles rouge salifères. Ce terme est le plus épais de la
série ;
129
un terme médian basaltique ;
un terme supérieur argilo-salifère, c’est une continuité de la série argilo-salifère inférieure.
Au-delà de l’épisode volcanique, les éléments détritiques sont réduits et les argiles dominent.
L’essentiel de cette série semble appartenir au Trias supérieur surtout à l’Infralias,
l’ensemble constitue la première série largement transgressive sur les terrains affectés par
l’orogenèse calédo-hercynienne (Michard, 1976).
Crétacé : le Crétacé est représenté par des calcaires infracénomaniens et cénomaniens (H.
Termier & G. Termier, 1951 et Michard, 1976).
c-Néogène continental :Le Néogène continental est composé de conglomérats comportant de
gros galets (H. Termier & G. Termier, 1951).
d-Quaternaire : on distingue cinq formations dans le Quaternaire de Benhmed (H. Termier &
G. Termier, 1951) :
Les alluvions anciennes ;
Les alluvions récentes ;
Les limons ;
Hamris provenant de remaniement des marnes triasiques ;
La croûte calcaire.
1-3-5-Paléogéographie des terrains primaires de Benhmed
H. Termier & G. Termier (1951) ont invoqué trois ordres de phénomènes en se basant
sur les rapports stratigraphiques des terrains des secteurs ouest, médian et est :
130
premier phénomène : les terrains dévoniens sont déposés par des mers très peu profondes ;
deuxième phénomène : au cours du Dévonien, de faibles mouvements orogéniques locaux et
intermédiaires dans le temps se sont produits entre l’orogenèse calédonienne et hercynienne.
Ce phénomène est montré à titre d’hypothèse dans le tableau par les lacunes dues aux phases
mésodévonienne, acadienne et bretonne ;
troisième phénomène : il s’agit des érosions tournaisiennes.
Les terrains primaires de Benhmed sont généralement considérés comme les plus
mobiles du massif hercynien central pendant la période du Dévonien, c’est une aire
fréquemment émergée ayant probablement subi plusieurs petites phases orogéniques
intermédiaires entre les paroxysmes calédoniens et hercyniens (H. Termier & G. Termeir,
1951).
131
2-Géologie du secteur étudié
2-1-Déscription du secteur étudié
Dans le secteur étudié, les formations paléozoïques, schisteuses sont très plissées et
faillées et affleure par endroits. Leur âge est rapporté au Dévonien et au Silurien. Elles
peuvent représenter des couleurs variables : panachée, grise, verdâtre et violacée. La variation
de la couleur est due aux infiltrations hydriques qui ont traversé le Crétacé (H. Termier & G.
Termier, 1951).
Les argiles rouges du Trias affleurent largement dans la région, notament le long de la
route principale n° 13 : cas de Sidi Nader Cghrir, Sidi Nader Lakbir et Al Keîdar Lazaîziya.
Une
couverture
infracénomanien-cénomaniènne
sub-horizontale
à
caractère
transgressif recouvre en discordance le socle paléozoïque : cas de Koudiat Madensenis. Ou les
argiles rouges triasiques : cas d’Al Keîdar Lazaîziya, Sidi Nader çghir et Sidi Nader Lakbir.
L’ensemble est recouvert par des dépôts quaternaires récents.
132
2-2-Description des affleurements argileux
2-2-1-Koudiat Madensenis
Située dans le secteur ouest des terrains primaires de Benhmed, d’après la subdivision
de H. Termier & G. Termier (1951), à 1,5 kilomètres au Sud de la route principale n° 13. On
distingue deux formations (fig. 46, 47, 48, 49, et 50) :
Fig. 46 Vue panoramique de la colline de Koudiat Madensenis
La formation inférieure : composée de schistes altérés qui datent le Silurien (H. Termier &
G. Termier, 1951). La couleur est variable : panachée, gris-verdâtre et violacée dans le niveau
supérieur qui s’approche des calcaires infracénomanien-cénomaniens. Elle devient grisâtre
dans le niveau inférieur. L’existence de niveaux noduleux et des traces de diaclases de
direction variable N60 à N80 pour les unes et N120 pour les autres. Les schistes sont orientés
133
N30, leur pendage est 85/N. La puissance de cette formation est de 20 mètres. Les schistes
sont altérés jusqu’à une profondeur de 50 mètres (fig. 51, et 52).
Fig. 47 Coupe géologique de Koudiat Madensenis. On observe clairement les deux formations
géologiques : les calcaires infracénomanien-cénomaniens et les schistes siluriens de couleur
variable, allant du grisâtre dans le niveau inférieur au panachée lorsqu’on s’approche des
calcaires. L’ensemble est couvert par un manteau quaternaire et des végétations
La formation supérieure : composée par des calcaires infracénomanien-cénomaniens qui
recouvrent en discordance le socle paléozoïque, cette formation affleure par endroits sous un
manteau quaternaire récent. La puissance de cette formation est de 30 mètres.
134
N
Oulad Bouazza Lahrech
W
E
S
Légende :
Sidi Nadir Lakbir
: alluvions quaternaires
Sidi Nadirçghir
: couverture calcaire
Infracénomanien-Cénomanien
: argiles rouges du Trias
: calcaire gréseux du
Dévonien inférieur-Emsien
: Schistes et calcaires
gréseux Dévonien-Emsien
Al Keîdar
Lazaîzia
: schistes gréseux du
Gothlandien-Dévonien
: schistes à graptolites
et quartzites du Silurien
: quartzites et grés du Caradoc
Oulad Hammou
Bou Ghaidene
Koudiat
Madensenis
: Route principale
1
Fig. 48 Esquisse géologique du secteur étudié
135
0 Km
Sud
Nord
30m
20m
Bh2
Bh3
Bh4
Calcaire infracénomanien-cénomanien
Schistes altérés siluriens
Cénomanien
Calcaire
Silurien
infracénomanien-
Fig. 49 Profil géologique de Koudiat Madensenis
10m
10m
Bh5
Bh1
Schistes altérés
Fig. 50 Log lithostratigraphique de Koudiat Madensenis
136
Fig. 51 Niveau supérieur des schistes altérés
Fig. 52 Variation de la couleur des schistes siluriens du grisâtre dans le niveau inférieur, au
verdâtre, violacée et panachée dans le niveau supérieur en contact avec le calcaire
infracénomanien-cénomanien
137
Echantillonnage
Les échantillons 1, 2, 3, 4 et 5 prélevés sont localisés sur la coupe géologique de
Koudiat Madensenis (fig. 49). Dans le tableau 20, sont inscrits leur localité, leurs coordonnées
Lambert, leurs profondeur et leurs description lithologique.
Le gisement de Koudiat Madensenis est exploité par la Société Grocer pour la
fabrication des carreaux sols et murs (fig. 53).
Echantillons
Localité
dans la
région
étudiée
Coordonnés Lambert
(feuille de Benhmed)
X
Y
1
317.50
282.90
2
318
282,70
318
282.80
4
318
282.50
5
318
282.90
3
Koudiat
Madensenis
Localité de
l’échantillon
Description par rapport
à la surface
du sol
Schistes
10m
altérés
verdâtres
Schistes
10m
altérés
violacés
Schistes
11m
altérés
panachés
Schistes
altérés,
6m
micacés
grisâtres
Schistes
20m
altérés
panachés
Tableau 20 : Les caractéristiques générales des échantillons prélevés de Koudiat Madensenis
138
Fig. 53 L’extraction des schistes altérés par Grocer
2-2-2-Al Keîdar Lazaîziya
Situé dans le secteur médian des terrains de Benhmed, d’après la subdivision de H.
Teremier & G. Termier (1951), à 3,5 kilomètres au Nord de la route principale, on y accède
par des pistes carrossables, on distingue trois formations (fig. 48, 54, 55, et 56) :
La formation inférieure: composée par des schistes altérés dévoniens finement micacés de
couleur grise et noire à patine blanche, riche en matière organique. Ces schistes sont orientés
N130, leur pendage est 50/N avec des plis dejetés. La puissance de cette formation est 20
mètres.
139
La formation médiane : composée d’argiles rouges reposant sur un banc conglomératique de
1.5 mètres d’épaisseur, l’ensemble date le Trias. Ce banc conglomératique n’est visible que
sur quelques dizaines de mètres et de direction NNE.
Fig. 54 Coupe géologique d‘Al keîder Lazaîzia : la formation inférieure schisteuse de couleur
gris noire datant du Dévonien; la formation médiane d’argiles rouges triasiques; la formation
supérieure d’infracénomanien-Cénomanien composée du calcaire et du calcaire marneux.
L’ensemble est recouvert par le Quaternaire et des végétations.
N.B : Le banc conglomératique n’est pas visible dans ce profil, mais, affleure dans d’autres
points du gisement.
140
Les argiles rouges consolidées comportent des tâches blanches et verdâtres. Elles sont
massives et organisées en couches subtabulaires. Leur puissance globale est de 8 mètres. On
note également la présence du gypse dans ces assises argileuses marquant le caractère
évaporitique.
La
formation
supérieure :
composée
par
le
calcaire
et
le
calcaire
marneux
d’infracénomanien-Cénomanien qui recouvrent les argiles rouges triasiques. La puissance de
cette formation est de 20 mètres.
Nord
Sud
20m
8m
10m
1,5m
20m
Calcaire marneux
infracénomanien-Cénom anien
Argiles rouges triasiques
Conglomérats
Schistes noirs dévoniens
Fig. 55 Profil géologique d’Al Keîdar lazaîziya
141
Cénomani en
Trias Infracénomanien-
Argiles rouges avec banc conglomératique à la base
Dévonien
10m
Calcaire marneux
Schistes noirs
Fig. 56 Log lithostratigraphique d’Al Keîdar lazaîziya
Echantillonnage
Nous avons prélevé un échantillon (7) de schiste noir de la surface.
Actuellement ce gisement est occupé par la Société Facemag qui exploite les argiles
rouges triasiques pour la briqueterie.
2-2-3-Sidi Nader çghir
Situé dans le secteur ouest des terrains de Benhmed, d’après la subdivision de H.
Termier & G. Termier (1951), à 5 kilomètres au Nord de la route principale n°13, on y accède
par des pistes carrossables, on distingue deux formations (Fig. 48, 57, 58, 59, et 60 ) :
142
Fig. 57 Vue panoramique des deux collines de Sidi Nader çghrir et Lakbir
Fig. 58 Coupe géologique de Sidi Nader çghrir : la formation inférieure d’argiles rouges
triasiques, très puissante. Ces argiles affleurent largement dans la région en masse. Ces argiles
sont exploitées par la Briqueterie de Berrechid d’une manière pratiquement non sélective; la
formation supérieure du calcaire d’infracénomanien-Cénomanien.
143
La formation inférieure : composée par des argiles rouges triasiques qui affleurent largement
dans la région en masse, elles sont compactes et comportent des petites tâches blanches. La
puissance de cette formation dépasse 80 mètres (fig. 61) ;
La formation supérieure : composée par le calcaire infracénomanien-cénomanien. La
puissance de cette formation est 30 mètres (fig. 62).
Sud
Nord
30m
x échantillon 8
20m
80m
Calcaire infracénomanien-cénomanien
Argiles rouges triasiques
Fig. 59 Profil géologique de Sidi Nader çghir
144
Cénomanie n
Argiles rouges
20m
Trias
Infracénomanien
Calcaire
Fig. 60 Log lithostratigraphique de Sidi Nader çghir
Echantillonnage
Un échantillon (8) a été prélevé des argiles rouges triasiques d’un niveau de 40 mètres
de hauteur par rapport à la base du profil. Le point du prélèvement a pour coordonnées
Lambert : X=318,50 et Y=285,90.
Le gisement de Sidi Nader çghir est exploité par la briqueterie de Berrechid pour la
fabrication des briques. La Société Grocer intègre ces argiles rouges dans des pâtes qui
servent à la fabrication des carreaux sols et murs.
145
Fig. 61 Formation inférieure de Sidi Nader çghrir : argiles rouges triasiques consolidées
Fig. 62 Calcaires infracénomanien-cénomaniens extraits de la formation supérieure de Sidi
Nader çghrir
146
2-2-4-Sidi Nader Lakbir
Situé dans le secteur ouest des terrains de Benhmed, d’après la subdivision de H.
Termier & G. Termier (1951), à 4 kilomètres au Nord de la route principale n°13. On y
distingue trois formations (fig. 48, 57, 63, 64, 65, et 66) :
Fig. 63 Coupe géologique de Sidi Nader Lakbir : la formation inférieure très puissante
composées de schistes siluriens de couleur grise; la formation médiane triasique; la formation
supérieure de calcaire infracénomanien-cénomanien.
La formation inférieure : composée par des schistes siluriens altérés finement micacés de
couleur verdâtre, violacée et panachée, le décapage déjà réalisé dans la région montre que ces
schistes deviennent sombres en profondeur et se chargent de plus en plus en matière
organique. On note la présence des niveaux ferrugineux. Ces couches schisteuses sont
orientées N45, leur pendage est 40/N. La puissance de cette formation dépasse 60 mètres ;
147
La formation médiane : Composée par des argiles rouges triasiques consolidées. La
puissance de cette formation est 6 mètres. Elle est moins importante par rapport à celle
rencontrée à Sidi Nader Cghir ;
Nord
Sud
30m
6m
10m
60m
Calcaires d'infracénomanien-Cénomanien
Argiles rouges triasiques
Schistes siluriens altérés avec des niveuax ferrugineux
Cénomanien
Infracénomanien-
Fig. 64 Profil géologique de Sidi Nader Lakbir
Argiles rouges
Schistes altérés avec des niveaux ferrugineux
10 m
Silurien
Trias
Calcaire
Fig. 65 Log lithostratigraphique de Sidi Nader Lakbir
148
La formation supérieure : Composée par le calcaire infracénomanien-cénomanien.
Les schistes altérés de Sidi Nader Lakbir sont exploités par la Société Gros Cerame
pour la fabrication des carreaux.
Fig. 66 Schistes siluriens extraits de la formation inférieure de Sidi Nader Lakbir
149
3-Résultats expérimentaux
Introduction
L’étude sur le terrain a été complétée par des études expérimentales : composition
minéralogique et chimique, et des essais technologiques. Ces études ont été exécutées sur 7
échantillons considérés comme les plus représentatifs des faciès argileux (El Yakoubi & al.,
2005 et 2006). Leurs caractéristiques sont citées dans le chapitre précédent. Ces échantillons
ont été traités au laboratoire des roches industrielles et géotechnique du Ministère d’Energie et
des Mines à Rabat concernant la réalisation des analyses géochimiques et des essais
technologiques.
Les analyses minéralogiques de ces échantillons ont été faites en Belgique au
laboratoire de l’Université de Louvain-La neuve dans le cadre d’une collaboration avec M.
Ouadia, Faculté des Sciences, Université Chouaïb Doukkali, El Jadida.
3-1-Analyse chimique
La méthodologie adoptée dans cette analyse est citée dans le chapitre concernant les
méthodes et techniques du laboratoire.
Le tableau 21 donne la composition chimique élémentaire des échantillons étudiés.
Les échantillons des schistes altérés montrent un pourcentage assez faible en Al2 O3
compris entre 18 et 23%. Leur teneur en silice est élevée, atteint 59% dans l’échantillon 4. La
somme des taux en TiO2 , Fe2O3 et MnO va jusqu’à 6% dans l’échantillonnage noir
(échantillon 7). Et 5% dans les schistes altérés. Les pourcentages en alcalino-terreux ( CaO et
MgO ) et en alcalins ( K 2 O et Na2O ) sont très élevés et dépassent 15%.
Les argiles rouges triasiques présentent un taux plus faible en alumine par rapport aux
schistes altérés (14%). Leur pourcentage en SiO 2 est assez élevé (55%). Les teneurs en fer,
150
titane et manganèse sont respectivement 5%. Les taux en alcalins et alcalino-terreux sont
relativement élevés (14%).
Le pourcentage en soufre est négligeable pour tous les échantillons.
La teneur en silice est importante dans tous nos échantillonnages, mais, l’existence des
alcalins et des alcalino-terreux en forte quantité, et aussi le faible taux en alumine en
comparaison avec une argile réfractaire dont le taux dépasse 45% (AGS, 2002). Ces résultats
nous ont permis de classer les schistes altérés paléozoïques et les argiles rouges triasiques
comme argiles plastiques ou grésantes qui ne cuisent pas blanc car une argile qui cuit blanc, la
somme de ces pourcentages en TiO2 , Fe2O3 et MnO est toujours inférieure à 1.5 % (Ikaya,
2004).
Echantillons
SiO2 TiO2
%
%
Echt 1 : Schistes 53.89 0.79
altérés verdâtres
Echt 2 : Schistes 56.71 0.83
altérés violacés
Echt 3 : Schistes 47.50 0.72
altérés panachés
Echt 4 : Schistes 59.10 0.88
altérés micacés
grisâtres
Echt 5 :
51.5 0.74
Schistes altérés
panachés
Echt 7 : Schistes 57.21 0.84
altérés noirs
Echt 8 : Argiles 55.16 0.56
rouges
Al2 O3 Fe2O3 CaO MgO MnO K2 O Na2 O SO4 P.F
%
%
%
%
%
%
%
%
%
21.00 4.79 2.80 2.32 0.103 2.16 1.34 0.52 9.69
Total
%
99.40
22.90
3.94
1.12
1.65 0.050 2.64
1.60 0.33 8.27 100.04
18.02
3.94
6.43
4.97 0.103 2.16
1.60 0.40 14.23 100.07
21.84
3.94
1.12
1.66
0.05 2.40
1.34 0.44 6.98
21.02
3.94
3.91
3.30
0.07 2.16
1.06 0.43 12.02 100.15
21.84
5.08
0.84
1.33 0.103 2.40
1.07 0.28 8.27
14.28
3.95
6.16
2.98 0.103 3.60
1.61 0.64 9.97 99.013
Tableau 21 : Analyse chimique des échantillons 1, 2, 3, 4, 5, 7 et 8.
Echt : échantillon
151
99.75
99.26
3-2-Les analyses minéralogiques
L’identification minéralogique a été réalisée par diffraction aux rayons X. Deux
méthodes qui ont été utilisées ( les méthodes sont décrites dans le chapitre : méthodes et
techniques du laboratoire).
a-la méthode des préparations désorientées
La méthode des préparations désorientées nécessitant une poudre broyée. Cette
méthode donne des résultats en ce qui concerne la récupération totale de la roche. La
détermination des différentes phases cristallines est réalisée par le dépouillement des
diagrammes de diffraction (voir annexe).
b-la méthode des préparations orientées
La méthode des préparations orientées qui a pour but, la détermination des espèces
argileuses. La préparation obtenue sera déposée sur des lames qui vont être séchées, et
analysées par DRX en trois états :
état naturel ;
état glycérolé, pour modifier l’espace interfoliaire et distinguer les espèces argileuses
présentées ;
état chauffé, pour caractériser les minéraux sensibles à la chaleur tel que la kaolinite.
On a pu identifier les minéraux argileux à l’aide de dépouillement des
diffractogrammes des trois essais : naturel, glycérolé et chauffé de tous les échantillons
prélevés des différents faciès argileux du secteur de Benhmed. Les spectres de diffraction aux
rayons X des minéraux argileux sont figurés dans l’annexe (planches : 1 à 14).
152
Le tableau 22 résume les différentes phases cristallines et les espèces argileuses
identifiées par DRX des échantillons prélevés des différents faciès argileux dans le secteur de
Benhmed.
Echantillons
1
Préparations désorientées
Quartz, clinochlore, illite, ankerite, et
kaolinite
2
Quartz, clinichlore, illite,
ankerite, kaolinite, et calcite (CaCO3)
3
Quartz, clinochlore, illite,
Ankerite, et kaolinite
4
Quartz, clinichlore, illite,
ankerite, kaolinite, et calcite (CaCO3)
5
Quartz, clinichlore, illite, ankerite, et
kaolinite
7
Quartz, clinochlore, illite, et kaolinite
8
Quartz, clinochlore, illite, kaolinite, et
dolomite (CaMg (CO3)2 )
Préparations orientées
34.64%
Illite
29.92%
Kaolinite
25.19%
Chlorite
10.23%
Montmorillonite
Illite
30.7%
Kaolinite 32.28%
Chlorite et vermiculite 25.9%
Montmorillonite 7.8%
Illite
35.51%
Kaolinite 26.1%
Chlorite 25.7%
Montmorillonite 11.4%
Illite
36.99%
Kaolinite 32.94%
Chlorite 23.69%
Montmorillonite 6.3%
Illite
40.14%
Chlorite 25.54%
Kaolinite 24.8%
Montmorillonite 9.4%
Illite
51.19%
Kaolinite 40.38%
Montmorillonite 7.6%
Illite
79%
Montmorillonite 11%
Kaolinite 10%
Tableau 22 : Les différentes phases cristallines et les pourcentages des espèces argileuses
identifiées par DRX des échantillons 1, 2, 3, 4, 5, 7, et 8
L’identification des phases cristallines montre la présence du quartz, et d’autres
éléments en proportions plus au moins variable tels que les illites, le clinochlore, et la
kaolinite. On note aussi la présence de la calcite CaCO 3 et l’ankerite Ca(Fe2+ , Mg)(CO3)2
dans les échantillons des schistes paléozoïques, et de la dolomite CaMg(CO3 )2 dans
l’échantillon 8 représentant les argiles rouges triasiques. Ce qui implique qu’une bonne partie
153
de la perte en poids pendant la cuisson doit être due à la décomposition de CaCO3 en donnant
CaO+CO 2 (Lefort, 1988).
La diffraction aux rayons X des lames orientées montre une prédominance l’illite et
kaolinite et un pourcentage intéressant en chlorite dans les schistes paléozoïques. L’illite est
le seul minéral majeur identifié dans les argiles rouges triasiques (79%). La montmorillonite
existe en faible quantité dans tous nos échantillonnages.
Malgré la présence de la kaolinite en proportion plus au moins importante dans les
schistes paléozoïques, l’existence des alcalins et des alcalino-terreux, et le fer en forte quantité
prouvée par les analyses chimiques donnent à ces schistes des applications moins appréciables
dans le domaine de la céramique.
D’après ces résultats, on conclut que les schistes paléozoïques et les argiles rouges
triasiques sont des matériaux plastiques, ce qui est conforme aux analyses chimiques.
En gros, on pense que les schistes altérés paléozoïques et les argiles rouges triasiques
peuvent servir à la fabrication de quelques produits céramiques, ce qui va être démontré par
des essais technologiques.
3-3-Rhéologie
3-3-1-Eau de gâchage
Les valeurs d’eau de gâchage des échantillons sont résumées dans le tableau 23.
154
Echantillon
Eau de
gâchage
Indice de
plasticité %
1
24
2
20
3
25
4
27
5
26
7
21
8
23
20
18
21
22
23
18
19
Tableau 23 : Les valeurs d’eau de gâchage et d’indice de plasticité I.P des échantillons
prélevés du secteur de Benhmed
3-3-2 Indice de plasticité
Pour tous les échantillons, l’indice de plasticité est relativement élevé en comparaison
avec celui des argiles réfractaires (AGS, 2002). Cette caractéristique de plasticité a été
confirmée par les analyses chimiques et minéralogiques (tableau 23).
3-4-Les caractéristiques technologiques
La détermination des caractéristiques technologiques a été réalisée à partir des
briquettes confectionnées des pâtes d’argiles provenant des sept faciès. La confection des ces
briquettes a été réalisée de la même manière que celles des échantillons B1 et B2 relative au
gisement de Jbel Kharrou. Ces briquettes d’essais ont été séchées à l’étuve à 110°C, puis
enfournées dans un four programmable qui nous permet de faire des cuissons à 900, 1000,
1100, 1200, et 1300°C.
3-4-1-Resistance mécanique à la flexion (RMF)
L’essai a été réalisé sur des briquettes confectionnées, et cuites à 900, 1000, et
1100°C. Les résultats obtenus sont figurés dans le tableau 24, et les figures 67, 68, et 69.
155
RMF (kg.f/ cm2)
Echantillons
900°C
1000°C
1100°C
1
113
101
126
2
77
82
88
3
85
123
117
4
92
174
117
5
87
209
276
7
30
100
116
8
40
100
139
Tableau 24 : Résistance mécanique à la flexion : échantillons 1, 2, 3, 4, 5, 7, et 8
Rappelons que la résistance mécanique à la flexion augmente avec la vitrification du
matériel après cuisson, jusqu’à un certain point où la phase vitreuse devient très importante, le
matériel est, donc, cassant.
D’après les analyses chimiques, parmi les constituants des échantillons, il y a les
produits fusibles ou les fondants : les alcalins et les alcalino-terreux dont le taux va à 15%, et
celui de fer, titane, et manganèse qui atteint généralement 4, 5% et peut aller à 6 % dans les
schistes noires dévoniens (échantillon 7). Ainsi, ces constituants fondent et vont former une
phase liquide très importante vue leur taux très élevé. Cette phase liquide entre en réaction
avec les phases solides. Au refroidissement, on obtient des produits densifiés dont les
éléments sont liés par une phase de liaison vitreuse plus au moins importante selon le cas.
156
140
RMF(kg.f/ cm2)
120
100
1
80
2
60
3
40
20
0
900°C
1000°C
1100°C
température
Fig. 67 Courbes de RMF des échantillons 1, 2, et 3
300
RMF(kg.f/ cm2)
250
200
4
150
5
100
7
50
0
900°C
1000°C
1100°C
température
Fig. 68 Courbes de RMF des échantillons 4, 5, et 7
160
RMF( kg.f/ cm2)
140
120
100
80
8
60
40
20
0
900°C
1000°C
1100°C
température
Fig. 69 Courbe de RMF de l’échantillon 8
157
Pour les échantillons 3, 4, 5, et 7, la température 1000°C représente cette limite à la
résistance mécanique à la flexion. Quant aux échantillons 1, 2, et 8, même cuits à 1000°C, ils
ne présentent pas une phase vitreuse importante.
3-4-2-Perte en poids
Les pourcentages de la perte en poids à 900, 1000, et 1100°C sont fournis dans le
tableau 25.
Echantillons
Perte en poids %
900°C
1000°C
1100°C
1
8
8
7
2
21
21
21
3
7
7
6
4
8
6
7
5
6
5
6
7
6
6
5
8
8
7
8
Tableau 25 : Perte en poids des échantillons 1, 2, 3, 4, 5, 7, et 8
La perte en poids ne dépasse pas 8% pour tous les échantillons, à l’exception de
l’échantillon 2 dont cette perte en poids est très élevée due probablement à une erreur dans sa
détermination.
158
La perte en poids des différents échantillons concerne l’eau moléculaire, l’oxydation
de fer, et la décomposition des carbonates.
3-4-3-Retrait à la cuisson
Les pourcentages des retraits au séchage et à la cuisson à 900, 1000, 1100°C sont
résumés dans le tableau 26.
Echantillons
Retrait à la cuison %
110°C
900°C
1000°C
1100°C
1
8
9,3
10,6
13
2
9
10
8
17
3
10
10
11
16
4
9
9
10
16
5
10
10
12
13
7
8
8
8
10
8
11
11
12
16
Tableau 26 : Retrait au séchage et à la cuisson des échantillons 1, 2, 3, 4, 5, 7, et 8
Le retrait au séchage à 110°C est dû à l’élimination de l’eau d’humidité ou de gâchage
qui a été constituée pendant le confectionnement des briquettes d’essais (dans les unités de
fabrications, on parle de l’eau constituée au façonnage). Ce retrait au séchage qui varie de 8 à
11% pour tous les échantillons est dû aux trois phases qui peuvent être réalisées
successivement pendant le séchage :
159
-élimination de l’eau libre « faiblement liée » de l’atmosphère diffuse. Le volume de la
briquette diminue ;
-formation des vides, et la briquette continue de se contracter ;
-formation des pores par départ d’eau « fortement liée » de la couche de Helmohltz. Pas de
changement de volume.
Le retrait à la cuisson est dû à la disparition progressive de la porosité par le processus
de frittage conduisant à une consolidation de l’ensemble granulaire avec formation des phases
solides liées par des phases liquides. En somme toutes ces étapes conduisent à la densification
des matériaux élaborés.
3-4-4-absorption
Les valeurs d’absorptions en eau des briquettes cuites à 900, 1000, et 1100°C sont
résumées dans le tableau 27.
Echantillons
Absorption %
900°C
1000°C
1100°C
1
16
13
8
2
30
28
28
3
21
17
8
4
14
10
4
5
0.45
0.45
0
7
15
12
7
8
17
15
14
Tableau 27 : Absorption en eau à la cuisson des échantillons 1, 2, 3, 4, 5, 7, et 8
160
En général, l’absorption décroît avec l’augmentation de la température de cuisson pour
atteindre des valeurs faibles ou nulles à des températures de cuisson élevées. Ce phénomène
est dû à la disparition progressive de la porosité par le processus de frittage.
A 1100°C, les valeurs d’absorption sont relativement faibles pour tous les échantillons
de schistes paléozoïques à l’exception de l’échantillon 2 qui garde des valeurs très élevées
après cuisson. Cela est peut être dû à une erreur dans la détermination. Pour l’échantillon 8
représentatif des argiles rouges triasiques, l’absorption a des valeurs plus élevées que celles
enregistrées dans les échantillons des schistes paléozoïques.
Si on compare ces résultats, on conclut que les schistes paléozoïques sont moins
plastiques que les argiles rougse triasiques. Ce caractère leur donne des applications plus
appréciables.
3-4-5-La couleur
Tous les échantillons prélevés ont une couleur à la cuisson qui varie du saumon clair
au marron (tableau 28).
161
Echantillons
Couleur des briquettes
110°C
900°C
1000°C
1100°C
1
verdâtre
Saumon
Orange
Marron clair
2
violacée
Saumon foncé
Orange clair
Marron orange
3
panachée
Orange
Rouge brique
Marron foncé
4
grisâtre
Orange claire
Rouge brique
Marron foncé
5
panachée
Rouge brique
Rouge brique
Marron foncé
7
Gris-noire
Orange claire
Rouge brique
Marron foncé
8
rouge
Orange
Rouge brique
Marron foncé
Tableau 28 : Variation de la couleur des échantillons 1, 2, 3, 4, 5, 7, et 8 avant et après
cuisson
Conclusion
Dans le secteur de Benhmed, une couverture calcaire d’âge ifracénomanienCénomanien recouvre en discordance :
Soit, un socle paléozoïque schisteux très plissé dont l’âge est attribué au Silurien et
Dévonien. Les schistes altérés présentent des faciès argileux de couleur variable : panachée,
grise, verdâtre et violacée. La partie basale de cette couche argileuse est constituée par des
schistes noirs ;
Soit, des argiles rouges triasiques.
L’ensemble est recouvert par des dépôts quaternaires.
La puissance des schistes altérés peu atteindre 60 mètres (cas de Sidi Nader Lekbir).
Cette puissance diminue jusqu’à 20 mètres environ dans la colline de Koudiat Madensenis.
Cette série argileuse paléozoïque est recouverte par endroits par des argiles rouges triasiques
162
dont la puissance atteint 80 mètres dans la colline de Sidi Nader çghir, mais cette puissance
devient moins importante à l’Al Keîder Lazaîzia et Sidi Nader Lakbir (environ 8 mètres).
Les résultats d’analyses minéralogiques exécutées sur les échantillons les plus
représentatifs des différents faciès argileux indiquent :
la présence des illites, kaolinites, et chlorites comme minéraux principaux composant
les schistes paléozoïques;
la prédominance des illites dans le cortège des minéraux argileux dans les argiles
rouges triasiques.
L’étude géochimique des échantillons des schistes paléozoïques et des argiles rouges
triasiques montre une grande teneur en fer, un taux très élevé en alcalins et alcalino-terreux et
un faible pourcentage en alumine. Ces résultats prouvent le caractère très plastique de ces
argiles, et qu’après cuisson on obtient des matériaux de couleur foncée.
Les essais technologiques réalisés ont démontré que ces argiles ne sont pas d’une
meilleure qualité. La couleur foncée des briquettes cuites à des différentes températures est un
facteur défavorable pour un emploi apprécié de ces argiles dans l’industrie céramique. Les
échantillons testés se manifestent de petite résistance mécanique à la flexion, ainsi des valeurs
relativement élevées d’absorption après cuisson, surtout, pour les argiles rouges triasiques.
Ces propriétés technologiques défavorables peuvent être corrigées partiellement par
l’ajout des dégraissants à la pâte pour diminuer l’absorption, et éventuellement le retrait après
cuisson pour que ces matériaux aient une application dans le domaine de la céramique
(briquettes, carreaux murs, poterie, etc.).
163
En somme, les argiles de Benhmed sont considérées comme argiles grésantes, c’est à
dire non réfractaires, de qualité moyenne, appelées aussi argiles ordinaires.
164
Comparaison succincte
Les principales caractéristiques des argiles des deux secteurs étudiés sont décrites dans
le tableau suivant :
Types de
formations et
âge
Analyses
chimiques
Analyses
minéralogiques
-SiO2 (> 58%)
Secteur de
Jbel
Kharrou
Schistes
altérés
ordoviciens
(argilites)
-Al2O3(<
26%)
minéral
argileux
-Fe2O3
et prédominant
TiO2 (< 2%)
illite
-alcalins
et
alcalinoterreux (< 7%)
Secteur de
Benhmed
Schistes
altérés
illite, chlorite
paléozoïques
et kaolinite
(Silurien et -SiO2 (55%)
Dévonien)
-Al2O3
(<
23%)
-Fe2O3, TiO2
et MnO (> 5%)
Argiles
rouges
triasiques
-alcalins
alcalinoterreux
14%)
minéral
et
argileux
prédominant
(>
illite
Essais
technologiques
°température de
cuisson
ne
dépasse
pas
1040°C
°température de
frittage moyenne
(90°C)
°coulables
à
0,53%
du
défloculant
Na2CO3.
°résistance
mécanique à la
flexion est très
forte à 1050°C.
°perte en poids
reste tolérable
°retrait
à
la
cuisson,
peu
élevé (12%)
°couleur
après
cuisson
blanccrème
°température de
cuisson
est
inférieure
à
1100°C
°retrait
à
la
cuisson et la perte
en poids restent
tolérable
°résistances
mécaniques à la
flexion sont très
faibles à 1100°C
°valeurs
d’absorption sont
relativement
élevées
°couleur
après
cuisson varie du
marron clair au
marron foncé
Conclusion
°argiles spéciales
°argiles
plastiques
ou
grésantes
et
cuisent blanc
°la
qualité
technologique
est très bonne
°pouvant
être
utilisées pour la
fabrication
de
produits
céramiques tels
que carreaux sols
et
murs,
sanitaire, poterie
de service, etc.
°argiles
ordinaires
°argiles
très
plastiques et ne
cuisent pas blanc
°la
qualité
technologique
n’est
pas
meilleure.
°pouvant avoir
application dans
le domaine de la
briqueterie et la
fabrication des
carreaux murs.
Tableau 29 : Comparaison succincte entre les deux secteurs étudiés
165
166
Conclusion générale
167
168
Conclusion générale
Le travail présenté dans le cadre de ce mémoire décrit les potentialités d’utilisation des
gisements d’argiles marocaines dans l’industrie céramique. Deux gisements qui ont été
étudiés : gisement de Jbel Kharrou et gisement de Benhmed. Dans le cadre de cette activité,
nous avons procédé par une étude géologique classique, puis nous avons passé à des études de
caractérisations de ces argiles : études géochimiques, minéralogiques et technologiques pour
évaluer leurs emplois en industrie céramique.
L’anticlinal de Jbel Kharrou constitué de terrains ordoviciens s’étend sur plus de 30
km 2. La formation de Demja est visible sur plus de deux kilomètres, elle est constituée par des
couches de pélites argileuses avec des barres quartzitiques. La réalisation de quatre sondages
carottés dans une zone bien choisie a permis d’affirmer une homogénéité de la couche
argileuse, et de connaître les variations verticales dans les compositions lithologiques. Il s’agit
d’argiles noires riches en matière organique qui présentent la partie basale de la couche
argileuse. Ces argilites noires passent assez brusquement à des argilites altérées de couleur
blanchâtre ou rougeâtre. La couleur rouge est due aux oxydes de fer présents dans les
fractures. La puissance de la couche d’argilites altérées atteint 55 mètres. Les variations
verticales des faciès observés dans les sondages sont dues probablement à la morphologie du
bassin ordovicien qui a été semblablement moins profond dans la partie sud-ouest du secteur
où les argilites noires sont remplacées par des argiles blanches sableuses. Les changements
morphologiques du bassin ordovicien auraient été semblablement contrôlés par une activité
tectonique locale ou régionale. L’influence des fluctuations climatiques sur les variations des
faciès n’est pas à écarter. Ces phénomènes naturels auraient à leur tour contrôlé les variations
169
d’une activité biologique à laquelle on peut attribuer les changements dans la teneur en
matière organique observée dans les carottes des sondages.
Les analyses chimiques des argiles de Jbel Kharrou montrent une teneur en silice
élevée, pouvant atteindre 66%, celle en alumine est relativement faible. La somme des
pourcentages en alcalins et alcalino-terreux atteint 6%. Les taux en fer et en titane ne dépasse
pas 2% pour les échantillons B1 et B2 jugés les plus représentatifs, ainsi que pour les
échantillons prélevés des carottes des sondages.
En somme, les analyses chimiques réalisées dans la formation de Demja prouvent que
ces argiles sont grésantes et cuisent blanc-crème.
L’analyse minéralogique des échantillons B1 et B2 jugés les plus représentatifs
montrent la prédominance des illites qui sont les porteurs des propriétés céramiques
favorables de ces argiles, les autres constituants sont en nette minorité.
Les essais technologiques poussés effectués sur ces échantillons indiquent que ces
argiles, de teinte blanche à l’affleurement, peuvent être considérées comme argiles grésantes,
c’est-à-dire non réfractaires. Leur température de cuisson ne dépasse pas 1040°C. A cette
température, les briquettes d’essais restent plates, de teinte blanc crème et sans déformation
ou défauts. Les argiles testées présentent une plage de température de frittage moyenne
(90°C), ce qui est un atout favorable pour une production de céramique. Les échantillons B1
et B2 sont coulables à 0,53% du défloculant Na2CO3. La résistance mécanique à la flexion est
très forte à 1050°C. La perte en poids reste tolérable et le retrait à la cuisson, peu élevé (12%),
peut être corrigé par l’ajout d’un dégraissant.
170
En gros, ces essais technologiques ont démontré que les argiles ordoviciennes de Jbel
Kharrou sont d’une bonne qualité, et considérées comme argiles grésantes pouvant être
utilisées pour la fabrication de la plupart des produits céramiques à l’exception des
réfractaires. Les couleurs favorables des briquettes cuites (blanc-crème, crème clair)
prédestinent ces argiles à une utilisation plus appréciée dans cette industrie (sanitaire, poterie
de service, etc.).
Le secteur de Benhmed montre une couverture de calcaire infracénomaniencénomanien qui recouvre en discordance :
soit des schistes siluriens et dévoniens. Ces schistes présentent des faciès argileux de couleur
variable : panachée, grise, verdâtre, et violacée. La partie basale de cette couche argileuse est
constituée des schistes de couleur noire. La puissance des schistes siluriens altérés atteint 60
mètres ;
soit des argiles rouges triasiques qui affleurent largement dans le secteur de Benhmed. Leur
puissance passe à 80 mètres dans la colline de Sidi-Nader çghir.
Dans le secteur de Benhmed, les analyses chimiques des schistes altérés paléozoïques
et des argiles rouges triasiques révèlent que la teneur en silice est relativement élevée, celle en
alumine est faible. La somme des taux en fer, titane, et manganèse est très élevée (6% dans
les schistes altérés paléozoïques, et à 5% dans les argiles rouges triasiques), et respectivement
celle en alcalins et alcalino-terreux (atteint 15% dans les schistes paléozoïques, et 14% dans
les argiles rouges triasiques).
Ces résultats prouvent que les schistes altérés paléozoïques et les argiles rouges
triasiques de Benhmed sont des argiles très plastiques et ne cuisent pas blanc.
171
L’analyse minéralogique des schistes altérés paléozoïques montre la prédominance des
illites et des kaolinites, et un pourcentage intéressant en chlorites.
L’illite est le seul minéral argileux prédominant dans les argiles rouges triasiques.
Les essais technologiques réalisés sur les échantillons prélevés dans le secteur de
Benhmed signalent que les schistes altérés paléozoïques, ainsi que les argiles rouges triasiques
de Benhmed sont très plastiques. Le retrait à la cuisson et la perte en poids restent tolérable.
Les briquettes cuites pour les deux types d’échantillons manifestent de petites résistances
mécaniques à la flexion, ainsi des valeurs relativement élevées d’absorption ont été
constatées. La couleur après cuisson varie du marron clair au marron foncé. La température de
cuisson est inférieure à 1100°C.
Ces résultats attestent que les schistes altérés paléozoïques et les argiles rouges
triasiques de Benhmed ne sont pas d’une très bonne qualité. La couleur défavorable des
briquettes après cuisson, et les faibles résistances mécaniques à la flexion sont des facteurs
défavorables pour un emploi apprécié de ces argiles dans l’industrie céramique.
Cependant, les argiles de Benhmed sont considérées comme des argiles plastiques ou
grésantes, qui peuvent avoir application dans le domaine de la briqueterie et peuvent être
incorporées dans des pâtes destinées à la fabrication de quelques produits céramiques.
172
Références bibliographiques
173
174
Références Bibliographies
A.G.S. minéraux (2002) Fiche technique. Clerac, France, 2002. 1 p.
Akodad. M (1994) Les minéraux argileux du Crétacé supérieur de l’Est de la Belgique et des
régions limitrophes (Pays-bas et Allemagne) : Genèse, argilostratigraphie, organisation
séquentielle, implications paléogéographiques et paléoclimatiques. Thèse de Doctorat en
sciences, Université de Liège. 287 p.
Alliprandi. G (1979) Matériaux Réfractaires et Céramiques Techniques-I Eléments de
Céramurgie et de Technologie, Editions Septima Paris. pp. 237-250.
Atterberg. A (1913) Intern. Mitteil. F. Bodenkunde, III. pp. 356-362.
Beaudet. G (1969) Le plateau central marocain et ses bordures, études géomorphologiques.
Thèse Lettres, Paris. 478 p.
Beaugé. A (1924) Le Gothlandien et les couches rouges dans le Maroc central et occidental.
B.S.G.Fr. (41, XXIV. pp. 254-262.
Bernache-Assollant. D (1993) Chimie physique du frittage. Editions Hermès.
Bouabdelli. M (1989) Tectonique et sédimentation dans les bassins orogéniques : le sillon
viséen d’Azrou-Khénifra ( Est du massif hercynien central). Thèse ès Sciences, U.L.P.
Strasbourg. 257 p.
Bouabdelli. M (1994) Tectonique de l’Est du Massif hercynien central (zone d’AzrouKhénifra). Bull. Inst. Sci. , Rabat, N° 18. pp.145-468.
Bouaziz. R & Rollet. A-P ( 1972) L’analyse thermique tome 1 : Les changements de phase.
Editions Gauthier-Villars.
Bouaziz. R & Rollet. A-P ( 1972) L’analyse thermique tome 2 : L’examen des processus
chimiques. Editions Gauthier-Villars.
Bouyahyaoui. F (1996) Etudes géologiques, minéralogiques et technologiques des marnes
miocènes supérieur à Pliocène inférieur de la région de Fès-Meknès et de Rabat-Salé.
Doctorat 3ème cycle, Faculté des Sciences, Rabat. 235 p.
Brindley. G. W & Brown. G (1980) Crystal Structures of Clay Minerals and their X-ray
identification, Mineralogical Society. 5. pp. 411-436.
Cailleux. Y (1994) Le Cambrien et l’Ordovicien du Maroc central méridional. Bull. Inst. Sci.
, Rabat, N° 18. pp. 10-31.
Callière. S, Hénin. S & Ratureau. M (1982) Minéralogie des Argiles, Tomes I et II, 2ème
édition Masson et Cie.
Castelein. O (2000) Influence de la vitesse du traitement thermique sur le comportement d'un
kaolin : application au frittage rapide, Thèse de Doctorat de l-Université de Limoges.
Cornée. J. j (1982) Etude lithostratigraphique et téctono-métamorphique de Rehamna sud
orientaux, plissement et nappes, contribution à la connaissance de la chaîne hercynienne en
Meseta marocaine, DES, Université de Marseille, lab. sc. Terre. 24 p
Cosentino. P (1991) L’encyclopédie de la poterie.
Delon. J. f, Lietard. O, Cases. J. M, Richard. M, Sauret. G & Maume. J. P (1982)
Possibilités d'emploi des kaolins de Charente dans le coulage des papiers et cartons, Bull.
Minéral. 105 p.
Destombes J. & Jeannette A. (1956) Le gisement de terre à faïence de Taghjicht ( Jbel Bani
occidental ). Rapport SEGM, n° 513, Rabat, Maroc (inéd).
Destombes. J (1971) L’Ordovicien du Maroc. Essai de synthèse stratigraphique. In colloque
Ordovicien-Silurien. Mém. Bur. Rech. Géol. Min. n° 73, Maroc. pp. 237-263.
Destombes. J, Guezou. J. C, Hoeppfner. Ch, Jenney. P, Pique. A & Michard. A (1982)
Le primaire du massif des Rehamna, problèmes de stratigraphie des séries métamorphiques.
Notes et Mém. Serv. Géol. n° 303, Maroc. pp. 35-70.
175
Douvillé. G (1910) Fossiles de la Chaouia (Maroc occidental), recueillis par M. Paul Jourdan.
B.S.G. Fr., 4, 10. p 265.
Diot. H (1989) Mise en place des granitoïdes hercyniens de la Meseta marocaine. Etude
structurale des massifs de Sebt Brikiine (Rehamna), de Zaer et d’Oulmès (Massif central) et
d’Aouli Bou-Mia (Haute Moulouya). Implications géodynamiques. Thèse ès-Sciences. Univ.
Paul Sabatier, Toulouse. 174 p.
Driouiche.H (1982) Note préliminaire sur les argiles de Safi. Rapport SRG / MAR / N° 39,
Service régional de la géologie, Marrakech. 7 p.
Driouiche.H (1984) Résultats d’essais technologiques pour briqueterie effectués sur deux
échantillons provenant de la région de Safi. Rapport SRG / MAR /N° 39 bis, Service régional
de la géologie, Marrakech. 4 p.
Driouiche.H (1990) Monographie géologique et minière de la province de Safi. Rapport SRG
/ MAR /N° 60, Service régional de la géologie, Marrakech. pp. 14-15.
Duchaufour. Ph ( 1984) Abrégé de pédologie. Editions Masson, Paris.
El Hassani. A (1990) La bordure nord de la chaîne hercynienne du Maroc. Chaîne
calédonienne des Sehoul et plateforme nord-mésétien. Thèse ès- Sciences, Univ. L. Pasteur,
Strasbourg. 208 p.
El Hassani. A (1994) Stratigraphie et environnement sédimentaire du bloc des Sehoul. Bull.
Inst. Sci. , Rabat, N° 18. pp. 3-9.
El Hassani. A (1994) Tectonique de la Meseta nord occidentale. Bull. Inst. Sci. , Rabat, N°
18. pp. 107-124.
El Khachani A. (1987) Etude des faciès argileux du Paléozoïque et du Trias dans la région de
Benhmed ( Chaouia sud ). Rapport SEGM/ SRI/ n° 1147, Maroc ( inéd ).
El Khachani A. (1996) Etude des argiles céramiques dans les formations paléozoïques de
quelques régions du domaine mesetien. Rapport SEGM/ SRIG/ n° 1210, Service des roches
industrielles, Maroc.
El Wartiti. M (1990) Le Permien du Maroc mésétien: étude géologique et implications
paléogéographiques. Thèse doc. Thèse ès-Sciences, Univ. Mohamed V, Rabat. 501 p.
El Wartiti. M (1994) Le Permien. Bull. Inst. Sci. , Rabat, N° 18, pp. 84-92.
El Yakoubi. N & Aberkan. M (1999) Contribution à l’étude géologique et géotechnique de
la formation argileuse paléozoïque de Jbel Kharrou (Rehamna orientaux, Maroc). 15ème
Colloque des Bassins Sédimentaires Marocain, Oujda, Maroc, le 27/ 28 et 29 avril 1999.
El Yakoubi. N, Aberkan. M & Ouadia. M (2005) Les argiles de Benhmed : caractéristiques
géochimiques minéralogiques et géotechniques. 4ème Colloque international Magmatisme,
Métamorphisme et Minéralisation associée, Agadir, Maroc, le 5/ 6 et 7 mai 2005.
El Yakoubi. N, Aberkan. M & Ouadia. M (2006) Potentialité d’utilisation d’argiles
marocaines de Jbel Kharrou dans l’industrie céramique. C. R. Geoscience  2006 Académie
des Sciences. Paris, France.
El Yakoubi. N, Aberkan. M & Ouadia. M (2006) Potentialité d’utilisation d’argiles
marocaines de Benhmed dans l’industrie céramique. 1 er Congrès international Mines :
Exploration, Exploitation et impact Environnemental (M3E), Bouznika, Maroc, le 20-21 avril
2006.
Ettazarini. S (2002) L’altération des sédiments et sa relation avec les circulations des eaux
souterraines et météoritiques dans la série méso-cénozoïque du bassin phosphatier des Ouled
ABDOU (Maroc). Thèse de Doctorat en sciences, Université Mohamed V, Rabat.
Fadli. D (1990) Evolution sédimentaire et structurale des massifs des Mdakra et du Khatout;
deux segments hercyniens de la Meseta marocaine nord-occidentale. Thèse ès-Sciences,
Rabat. 272p.
Fadli. D (1994) Le Famenno-Tournaisien. Bull. Inst. Sci. , Rabat, N° 18. pp.57-70.
Fadli. D (1994) Le Viséen. Bull. Inst. Sci. , Rabat, N° 18. pp.71-83.
176
Ferd.Leit SA (2004) Guide de la céramique, Les différents produits céramiques, Suisse. 8 p.
Ferd.Leit SA (2004) Guide de la céramique, Normes et caractéristiques techniques, Suisse.
11 p.
Gentil. L (1909) Résultats scientifiques d’une mission en Chaouia (Maroc). C. R. Ac. Sc., l
CXLVIII.
Gentil. L (1918) Sur la constitution géologique du massif des Béni-Snassen (Maroc). C. R.
Acad. Sci. Paris, t. 146, 25. pp. 1344-1346.
Gigout. M (1951) Etudes géologiques sur la Meseta marocaine occidentale. Notes et Mém.
Serv. Géol., Maroc, n° 86. 507 p.
Gigout. M (1952) La terminaison orientale du massif ancien des Rehamna. Notes et Mém.
Serv. Géol. Maroc, 95. p p. 33-34.
Gigout. M (1956) Recherches géologiques à Mechra-Ben-Abbou. Trav. Inst. sci. chér., sér.
géol. géog. phys., pp. 3-67.
Hamoumi. N (1988) La plateforme ordovicienne du Maroc : dynamique des ensembles
sédimentaires. Thèse ès-Sciences, Strasbourg. 239 p.
Hilali.E.A & Jeannette.A (1981) Kaolin et argiles céramiques, Mines, géologie et Energie,
n° 49, 1er trimestre. pp 30-58.
Holtzapffel. T (1985) Les Minéraux argileux: Préparation, analyse diffractiométrique et
détermination, Société Géologique du Nord.
Hoepffner. Ch (1974) Contribution à la géologie structurale des Rehamna (Meseta marocaine
méridionale), le matériel paléozoïque et son évolution hercynienne dans l’Est du massif.
Thèse de 3ème cycle, Université Louis Pasteur, Strasbourg. 92 p.
Huvelin. P (1962) Visite d’un indice d’argile à mi-chemin entre Berrechid et Benhmed.
Rapport SEGM/ N° 720 (inédit).
Ikaya, (2004) Fiche technique. Centre de traitement et usine, Salé, Maroc. pp. 1-4.
Izart. A & Vieslet. J. L (1988) Stratigraphie, Sédimentologie et Micropaléontologie des
sédiments du bassin de Sidi Bettache et ses bordures (Meseta marocaine nord-occidentale) du
Famennien au Viséen supérieur. Notes et Mém. Serv. Géol. Maroc, 334. pp.7-41.
Izart. A (1990) Dynamique des corps sédimentaires clastiques des bassins carbonifères de la
Meseta marocaine. Thèses Sciences, Univ. Dijon. 356 p.
Jenny. P (1974) Contribution à la géologie structurale des Rehamna (Meseta marocaine
méridionale). Le matériel paléozoïque et son évolution hercynienne dans le centre du massif.
Thèse 3 ème cycle, Strasbourg.
Jouenne. CH. A (1975) Phénomènes physico-chimiques au cours de cuisson des produits
céramiques. Edition Septima.
Jouenne. CH. A (1975) Traité des céramiques et matériaux minéraux. Edition Septima.
Kerboul. G & Bossler. F ( 1990) Façonnage des pâtes plastiques. ENSIC, Limoges, France.
12 p.
Kharbouch. F (1994) Le volcanisme dévono-dinantien du Massif central et de la Meseta
orientale. Bull. Inst. Sci. , Rabat, N° 18. pp. 192-200.
Lagarde. J. L (1987) Granites tardi-carbonifères et déformation crustale. L’exemple de la
Meseta marocaine. Mém. Et Doc. Centre armoricain d’Etudes des Socles, Rennes, 26. 342 p.
Lecointre. G (1926) Recherches géologiques dans la Meseta marocaine. Mém. Soc. Sci. Nat.
Maroc, 14. pp. 1-158.
Lecointre. G (1952) Recherche sur le Néogène et le Quaternaire marin dans la côte atlantique
du Maroc. Notes et Mem. Serv.Géol. Maroc, Rabat, n° 99, t.-1( startigraphie), t-2
(paléontologie).
Lefort. P (1988) Analyse élémentaire d’une argile. ENSIC, Limoges, France.
177
Lyazidi, A (2003) Evolution géodynamique du bassin triasique de Berrechid-El GAraBenslimane : Dynamique sédimentaire et géométrie des depots (Méseta nord occidentale,
Maroc). Pongéa, n° 39/40, juin. pp. 23-35.
Maézas J.P. (1962) Gisements d’argiles à faïence dans le Silurien de Taghjicht ( Bani plissé
). Rapport SEGM/ Oua/ n° 2, Marrakech, Maroc (inéd ).
Maézas.J.P. (1967) Carte géotechnique de Safi au 1/20 000. Notes & Mém. Serv. Géol.
Maroc, n° 207 bis. 148 p.
Mahmood. A (1985) Emplacement of the zoned Zaer pluton, Morocco. Geol. Soc. Am. Bull.,
96. pp. 931-939.
Malecha. A & Mortaji. M (1978) Gisement d’argilites kaolino-illitiques siluriennes de
Taghjicht. Note technique SRIG/ SEGM/ N° 145-Rabat.
Malecha. A (1985) Les argiles céramiques siluriennes de Taghjicht (Bani plissé). Rapport
BRPM, DT/ DEM/ AAOPS, Maroc. 47 p.
Margat & Taltasse (1954) Sur la présence d’un Pliocène marin dans la région de FèsMeknès. C.R.Acad.Sci.Géol.France.n° 10. pp. 190-193.
Meunier. A (2003) Argiles. Editions Scientifiques GB.
Michard. A (1967) Plissement concentrique, plissement synschisteux et granitisation dans le
Cambro-Ordovicien des Rehamna occidentaux (Maroc). C.R. somm. Soc. géol. Fr. p. 347349.
Michard. A (1968) Une zone à staurotide et disthène dans les Rehamna (Maroc hercynien).
C.R. Acad. Sci., Paris, 266. p. 1639-1642.
Michard. A (1969) Fractures profondes et décrochements dans les Rehamna (Maroc
hercynien). C.R. somm. Soc. géol. Fr., 3. p. 89-91.
Michard. A (1976) Eléments de Géologie Marocaine. Notes et mémoires, n° 252. 399p.
Michard. A (1982) Le massif paléozoïque des Rehamna (Maroc), Stratigraphie, tectonique et
pétrogenèse d’un segment de la chaîne varisque. Introduction générale. Notes et Mém. Serv.
Géol. Maroc, n° 303. pp. 7-11.
Minera Sabater (2003) Fiche technique. Centre de traitement et laboratoire, Teruel, Espagne,
2003, pp. 1-6.
Njopwouo. D (1988) Minéralogie de la fraction fine des matériaux argileux de Misséllélé et
de Mussaka (Cameroun) utilisables dans le renforcement du caoutchouc naturel, Ann. Fac.
Sci. Chim.1(2).
Pique. A (1972) Contribution à la géologie structurale des Rehamna (Meseta marocaine
méridionale). Le matériel paléozoïque et son évolution hercynienne dans l’Ouest du massif.
Thèse 3 ème cycle, Strasbourg.
Pique. A (1979) Evolution structurale d’un segment de la chaîne hercynienne : la Meseta
nord-occidentale. Thèse d’Etat, Strasbourg et Sci. Géol. Mém. 56. 243 p.
Pique. A (1981) Un segment de chaîne intracontinentale : la Meseta nord-occidentale.
Influence des fractures du socle précambrien sur la sédimentation et la déformation de la
couverture paléozoïque. Bull.Soc. Géol. Fr. , 1. pp. 3-10.
Pique. A (1984) Faciès sédimentaire et évolution du bassin dévono-dinantien de Sidi Bettache
( Maroc nord-occidentale). Bull. Soc.Géol.Fr., 6. pp. 1015-1024.
Pique. A (1994) Introduction historique et structurale ( Le Massif central marocain et la
Meseta orientale). Bull.Inst.Sci., Rabat, 1994, N° 18. pp. 1-2.
Pierre. A. C ( 1994) Les céramiques techniques. Edition Septima.
Robertson. R. H. S (1961) Mineral Use Guide, CLEAVER-Hume Press, London.
Robertson. R. H. S (1972) Silicates industriels, 37. pp. 33-43
Rollande. F. A (1924) Notice géologique sommaire sur la région comprise entre KasbaBenhmed et Settat (Maroc central). B.S.G.Fr., IV vol. XXIV. Pp. 245-253, 3 fig. dont 1 coupe
et 1 esquisse.
178
Russo. Ph (1924) Esquisse cartographique de la région de Settat-Benhmed (inédite).
Salvan. H (1960) Les phosphates de chaux sédimentaires du Maroc. Leurs caractéristiques et
leurs problèmes (essai de synthèse). Notes. Soc. Géogr. Maroc, Rabat, 14 (n° spécial
phosphates). pp. 7-20.
Schaller. K.H, Weltle. D, Schile. R, Weissflog. S, Mayer. P & Valentin. H (1981)
Pilotstudie zur Quantifizierung der Bleieinwirkung in der keramischen und Glas-Industrie.
Vol 31, N° 11.
Stoll J. M, Lucas. J, Millot. G & Wey. R (1964) Contribution à l’étude des méthodes de
pratiques d’examen aux rayons X des minéraux phylliteux. Influence du mode de séchage et
de la saturation par les ions potassium. Bull. Serv. Carte géol. Als.-Lorr., vol. 17, 4. pp. 235246.
Tahiri. A (1991) Le Maroc septentrional : stratigraphie, sédimentologie et tectonique du
Paléozoïque ; un exemple du passage des zones internes aux zones externes de la chaine
hercynienne du Maroc. Thèse ès-Sciences, Univ. de Bretagne occidentale, Brest, 311 p.
Tahiri. A (1994) Tectonique hercynienne de l’anticlinorium de Khouribga-Oulmès et du
synclinorium de Fourhal. Bull. Inst. Sci. , Rabat, N° 18. pp. 125-144.
Tahiri. A & El Hassani. A (1994) L’Ordovicien du Maroc central septentrional. Bull. Inst.
Sci. , Rabat, N° 18.pp. 32-37.
Taltasse (1953) Recherche géologiques et hydrogéologiques dans le bassin lacustre de FèsMeknès. Notes et Mém. Serv. Géol. Maroc, n° 115. 300 p.
Termier. H (1936) Etude géologique du Maroc central et le moyen atlas septentrional. Notes
& Mém. Serv. Géol. Maroc, 33. 1566 p.
Termier. H (1932) Carte géologique provisoire du Maroc central. Notes & Mém. Serv. Géol.
Maroc, n° 22. 64 p.
Termier. H & Termier. G (1948) Caractères paléontologiques des Strunien marocain. C. R.
Somm. S. G. Fr., n° 5. 102 p.
Termier. H & Termier. G (1951) Stratigraphie et paléobiologie des terrains primaires de
Benhmed (Chaouia Sud). Notes. Serv. Géol. Maroc, n° 85, TV. pp. 48-105.
Thevenot. F (1992) Céramiques composites à particules : cas du frittage-réaction, Edition
Spetma.
Tuleff. J (1958) Le comportement des argiles au séchage. B. S. F. C. N° 40.
Yvon. J, Garin. P, Delon.J. F, Cases. J. M (1982) Valorisation des argiles kaolinitiques de
Charente dans le caoutchouc naturel, Bull. Minéral. 105.
Zahraoui. M (1991) La plateforme carbonatée dévonienne du Maroc occidental et sa
dislocation hercynienne. Thèse Sciences, UBO, Brest. 261p.
Zahraoui. M (1994) Le silurien. Bull. Inst. Sci. , Rabat, N° 18. pp. 38-42.
Zahraoui. M (1994) Le Dévonien inférieur et moyen. Bull. Inst. Sci. , Rabat, N° 18. pp. 4356.
www. Ceramic netmork.fr
www.alienor.or
179
180
Listes des figures
181
182
Listes des figures
Fig. 1 Coupe géologique à travers le gisement d’argilites du Borj (Taghjicht)
d’après Mazéas, 1962 in Malecha (1985)…………………………………………………..7
Fig. 2 Coupe schématique dans la falaise de Sidi Bouzid (Safi)
d’après Driouiche (1982)……………………………………………………………………8
Fig. 3 Notion de feuillet, d’interfeuillet et de distance basale d, minéral de type 1/1
(groupe des kaolinites) d’après Castelein (2000)…………………………………………..16
Fig. 4 Mécanisme de fixation de l’eau sur les micelles argileuse
(Kerboul & Bossler, 1990)………………………………………………………………….24
Fig. 5 Représentation de Bourry (1897) (Kerboul & Bossler, 1990)……………………….26
Fig. 6 Illustration de la loi de Bragg d’après Holtzapffel (1985)……………………………43
Fig. 7 Plasticimètre Pfeferkorn utilisé au laboratoire de géomatériaux
au Ministère d’Energie et des Mines…………………………………………………………51
Fig. 8 Etuve (laboratoire de géomatériaux au Ministère d’Energie et des Mines)………….54
Fig. 9 Four de cuisson (laboratoire de géomatériaux au
Ministère d’Energie et des Mines)………………………………………………………….54
Fig. 10 Appareil de NETSZH (laboratoire de géomatériaux au
Ministère d’Energie et des Mines)…………………………………………………………..56
Fig. 11 Briquettes confectionnées, et Pied à coulisse à
l’aide duquel on mesure le retrait des briquettes……………………………………………58
Fig. 12 Carte simplifiée des affleurements paléozoïques du domaine mesétien…………….64
Fig. 13 Unités structurales de la Meseta occidentale……………………………………….66
Fig. 14 Situation géographique du secteur étudié (secteur de Jbel Kharrou)……………….72
Fig. 15 Situation des Rehamna orientaux dans la Meseta marocaine (Hoepffner, 1974)…..74
Fig. 16 Schéma structural des Rehamna orientaux (Hoepffner, 1974)……………………..76
183
Fig. 17 Colonne lithostratigraohique du Cambrien-Ordovicien des
Rehamna orientaux (Hoepffner, 1974)………………………………………………………77
Fig. 18 Carte structurale des Rehamna orientaux (Hoepffner, 1974)………………………..79
Fig. 19 Vue panoramique des formation de Demja et d’Allahia : Jbel Kharrou …………….83
Fig. 20 Les argiles de couleur blanchâtre, affectées par des
réseaux de fractures ferrugineuses; formation de Demja……………………………………..84
Fig. 21 Les argiles blanches; formation de Demja……………...……………………………84
Fig. 22 Un affleurement d’argiles blanchâtres; formation de Demja………………………...85
Fig. 23 Quartzites en bancs avec des lits psamitiques feuilletés ; formation d’Allahia……..86
Fig. 24 Log lithostratigraphique synthétique de Jbel Kharrou………………………………87
Fig. 25 Laboratoire Minera Sabater, Teruel………………………………………………….89
Fig. 26 Analyse granulométrique de l’échantillon B1……………………………………….90
Fig. 27 Analyse granulométrique de l’échantillon B2……………………………………….90
Fig. 28 Courbe de défloculation : échantillons B1 et B2…………………………………….94
Fig. 29 Courbe de dilatomètrie des échantillons B1 et B2…………………………………..96
Fig. 30 Courbes de résistance mécanique à la flexion des échantillons B1 et B2…………..98
Fig. 31 Courbes de retrait à la cuisson des échantillons B1 et B2…………………………..100
Fig. 32 Courbes de porosité des échantillons B1 et B2……………………………………..101
Fig. 33 Variation de la couleur des échantillons B1 et B2 à 950, 1000, 1050 et 1150°C….102
Fig. 34 Réalisation du sondage n°2…………………………………………………………105
Fig. 35 Situation des sondages n°1, 2, 3 et 4…………………..……………………………106
Fig. 36 Tranchée implantée par la Société Minera Sabater…………………………………107
Fig. 37 Log du sondage n°1…………………………………………………………………109
Fig. 38 Log du sondage n°2…………………………………………………………………110
Fig. 39 Log du sondage n°3…………………..…………………………………………….111
Fig. 34 Log u sondage n°4…………………………………………………………………112
184
Fig. 41 Carottes des sondages………………………………………………………………115
Fig. 42 Situation géographique du secteur étudié : secteur de Benhmed…………………...119
Fig.43 Carte géologique simplifiée du bassin de Berrchid-El-Gara-Benslimane
et situation du secteur étudié (Lyazidi, 2003, modifiée)…………………………………….121
Fig. 44 Carrière de Rhyah d’après Huvelin (1962)………………………………………….122
Fig. 45 Succession lithostratigraphique synthétique de la série volcano-sédimentaire
du bassin triasique de Berrechid-El-Gara-BenSliman………………………………………125
Fig. 46 Vue panoramique de la colline de Koudiat Madensenis……………………………129
Fig. 47 Coupe géologique de Koudiat Madensenis…………………………………………130
Fig. 48 Esquisse géologique du secteur étudié : secteur de Benhmed………………………131
Fig. 49 Profil géologique de Koudiat Madensenis………………………………………….132
Fig. 50 Log lithostratigraphique de Koudiat Madensenis………..…………………………132
Fig. 51 Niveau supérieur des schistes altérés …………………………………………..…..133
Fig. 52 Variation de la couleur des schistes siluriens du grisâtre dans le niveau
inférieur, au verdâtre, violacée et panachée dans le niveau supérieur en
contact avec le calcaire infracénomanien-cénomanien ……………………………………133
Fig. 53 L’extraction des schistes altérés par Grocer……………………………………..…135
Fig. 54 Coupe géologique d’Al keîder Lazaîzia ……………………………………………136
Fig. 55 Profil géologique d’Al Keîdar lazaîziya……………………………………………137
Fig. 56 Log lithostratigraphique d’Al Keîdar lazaîziya…………………………………….138
Fig. 57 Vue panoramique des deux collines de Sidi Nader çghrir et Lakbir……………….139
Fig. 58 Coupe géologique de Sidi Nader çghrir ……………………………………………139
Fig. 59 Profil géologique de Sidi Nader çghir………………………………………………140
Fig. 60 Log lithostratigraphique de Sidi Nader çghir……………………………………….141
Fig. 61 Formation inférieure de Sidi Nader çghrir : argiles rouges triasiques consolidées...142
Fig. 62 Calcaires infracénomanien-cénomaniens extraits de la formation supérieure de Sidi
Nader çghrir………………………………………………………………………………....142
185
Fig. 63 Coupe géologique de Sidi Nader Lakbir………...…………………………………143
Fig. 64 Profil géologique de Sidi Nader Lakbir……………………………………………144
Fig. 65 Log lithostratigraphique de Sidi Nader Lakbir…………………………………….144
Fig. 66 Schistes siluriens extraits de la formation inférieure de Sidi Nader Lakbir………..145
Fig. 67 Courbes de RMF des échantillons 1, 2, et 3……………………………………….153
Fig. 68 Courbes de RMF des échantillons 4, 5, et 7……………………………………….153
Fig. 69 Courbe de RMF de l’échantillon 8…………………………………………………153
186
Listes des tableaux
187
188
Listes des tableaux
Tableau 1 : Les grandes familles des minéraux argileux
d’après Callière, Hénin & Ratureau (1982)……………………………………………..…18
Tableau 2 : Les minéraux inter-stratifiés naturels les plus courants (Castelein, 2000)……..20
Tableau 3 : Les modes de façonnages d’après Schaller, & al. (1981)………………….…..23
Tableau 4 : Analyse granulométrique des échantillons B1 et B2…………………….……..89
Tableau 5 : Analyse chimique des échantillons B1 et B2…………………………………..91
Tableau 6 : Analyse minéralogique des échantillons B1 et B2…………………………….92
Tableau 7 : Valeurs de la viscosité en fonction du défloculant : échantillons B1 et B2…....94
Tableau 8 : Résistance mécanique à la flexion des échantillons B1 et B2……………...…..98
Tableau 9 : Perte en poids des échantillons B1 et B2………………………………..……...99
Tableau 10 : Retrait à la cuisson des échantillons B1 et B2…………………..…………….99
Tableau 11 : Porosité des échantillons B1 et B2…………………………………….……..100
Tableau 12 : Variation de la couleur des échantillons B1 et B2 avant et après cuisson……102
Tableau 13 : Les coordonnées Lambert et la profondeur des
sondages réalisés dans la formation de Demja…………………………………..………….105
Tableau 14 : Analyse chimique des échantillons prélevés du sondage 1…………………...114
Tableau 15 : Analyse chimique des échantillons prélevés du sondage 2……………………114
Tableau 16 : Analyse chimique des échantillons prélevés du sondage 3……………………114
Tableau 17 : Analyse chimique des échantillons prélevés du sondage 4……………………114
Tableau 18 : Analyse chimique d’échantillon de couleur noire provenant du sondage 4…. .114
Tableau 19 : Rapport entre les terrains de Benhmed du Gothlandien au Viséen……………124
établi par Termier & Termier (1951)
Tableau 20 : Les caractéristiques générales des échantillons prélevés
de Koudiat Madensenis………………………………………………..……………………134
Tableau 21 : Analyse chimique des échantillons 1, 2, 3, 4, 5, 7 et 8…………….…………147
189
Tableau 22 : Les différentes phases cristallines et les pourcentages des espèces
argileuses identifiées par DRX des échantillons 1, 2, 3, 4, 5, 7, et 8………………………149
Tableau 23 : Les valeurs d’eau de gâchage et d’indice de plasticité I.P
des échantillons prélevés du secteur de Benhmed…………………………………………..151
Tableau 24 : Résistance mécanique à la flexion : échantillons 1, 2, 3, 4, 5, 7, et 8………....152
Tableau 25 : Perte en poids des échantillons 1, 2, 3, 4, 5, 7, et 8…………………………...154
Tableau 26 : Retrait au séchage et à la cuisson des échantillons 1, 2, 3, 4, 5, 7, et 8……....155
Tableau 27 : Absorption en eau à la cuisson des échantillons 1, 2, 3, 4, 5, 7, et 8………….156
Tableau 28 : Variation de la couleur des échantillons 1, 2, 3, 4, 5, 7, et 8
avant et après cuisson……………………………………………………………………….158
Tableau 29 : Comparaison succincte entre les deux secteurs étudiés……………………….161
190
Table de matières
191
192
Table des matières
Introduction générale ……………………………………………..………………...1
Première partie : Généralité
Chapitre 1 : Minéralogie des argiles……………………………………..…….15
Introduction…………………………………………………………………………………..15
1-Definition des argiles………………………………………………………………………15
2- La structure des minéraux argileux………………………………………………………15
3-Les types des minéraux argileux…………………………………………………………..17
4-Les espèces des minéraux argileux………………………………………………………..19
C hapitre 2 : Procédés de fabrication des produits céramiques ……...21
Introduction…………………………………………………………………………………..21
1-Lavage et pétrissage……………………………………………………………………….22
2-Façonnage …………………………………………………………………………………22
2-1-Tournage…………………………………………………………………………22
2-2-Coulage…………………………………………………………………………..22
2-3-Pressage ………………………………………………………………………….20
3-Séchage …………………………………………………………………………………….23
3-1-Mecanisme de fixation de l’eau par les micelles argileuses……………………23
3-2-Représentation de Bourry (1897)………………………………………………..25
3-3-Rôle des substances non plastiques dans le comportement
de la pâte au séchage…………………………………………………………….…..26
4-Cuisson …………………………………………………………………………………….26
4-1-Généralité sur la cuisson des matières premières céramiques………………….27
a-Cycle thermique…………………………………………………………….27
b-Paramètres conditionnant la cuisson……………………………………...27
4-2-Le frittage………………………………………………………………………...28
4-3-Phenomènes physico-chimiques qui peuvent se produire lors de la cuisson…..28
a-phénomènes physiques…………………………………………………….28
b-phénomènes chimiques……………………………………………………29
4-4-Texture des produits céramiques et leur évolution en cours de cuisson……….32
Chapitre 3 : Applications des pâtes céramiques ……………………………33
Introduction………………………………………………………………………………….33
1-Domaine médical ………………………………………………………………………….34
2-Domaine de l’aéronautique et spatial…………………………………………………….34
3- Domaine de l’industrie papetière…………………………………………………………34
193
4-Domaine de l’industrie du caoutchouc……………………………………………………35
5-Domaine de l’environnement……………………………………………………………...35
6-Domaine de la métallurgie………………………………………………………………...35
7-Domaine de Design et d’habitat …………………………………………………………..36
8-Domaine de l’énergie………………………………………………………………………36
Chapitre 4 : Classifications des produits céramiques …………………..37
Introduction………………………………………………………………………………….37
1-Classification de Brongniart (1970-1847)………………………………………………...37
1-1-Poterie à pâte tendre argileuse, rayable ………………………………………...38
1-2-Poterie à pâte dure non translucide……………………………………………..38
1-3-Poterie à pâte dure translucide………………………………………………….38
2-Classification des historirnes d’arts……………………………………………………….38
2-1-Poterie recouverte d'une glaçure………………………………………………..38
2-2-Faïences………………………………………………………………………….38
2-3-Grès………………………………………………………………………………39
2-4-Porcelaine ……………………………………………………………………….39
3-Classification des techniciens et des industriels ………………………………………….39
3-1-Produits de terre crue …………………………………………………………...39
3-2-Faïences …………………………………………………………………………39
3-3-Porcelaine ……………………………………………………………………….40
3-4-Produits grésés …………………………………………………………………..40
3-5-Céramique sanitaire ……………………………………………………………..40
3-6- Produits réfractaires ……………………………………………………………40
Chapitre 5 : Méthodes et techniques utilisées au laboratoire ….….…41
1-Introduction………………………………………………………………………………..41
2-Analyse granulométrique………………………………………………………………….41
3-L’analyse minéralogique par diffraction aux Rayons X…………………………………41
3-1-Considerations générales………………………………………………………...41
3-2-Application de la DRX à l’étude des minéraux argileux ……………………….43
3-2-1-Préparations désorientées……………………………………………...43
3-2-2-Préparations orientées…………………………………………………45
a-La suspension des argiles……………………………………….….45
b- La détermination des minéraux argileux par DRX…………….…46
4-Analyse chimique…………………………………………………………………………..47
4-1- Absorption atomique…………………………………………………………….47
4-2-Chimie classique…………………………………………………………………48
5-Rhéologie…………………………………………………………………………………..48
5-1-Eau de gâchage…………………………………………………………………..49
5-2-Indice de plastiscité………………………………………………………………52
6- Coulabilité…………………………………………………………………………………53
7-Caractéristiques technologiques…………………………………………………………...53
7-1-Dilatomètrie………………………………………………………………………55
7-2-Résistance mécanique à la flexion (RMF)……………………………………...56
7-3-Perte en poids à la cuisson………………………………………………………57
7-4-Retrait à la cuisson………………………………………………………………58
7-5-Absorption……………………………………………………………………….59
194
7-6 – Porosité…………………………………………………………………………59
7-7-Couleur après cuisson…………………………………………………………...59
Deuxième partie
Chapitre 1 : Les unités structurales de la Meseta marocaine……....63
1-Introduction…………………………………………………………………………..…....63
2-Le massif central …………………………………………………………………..…...….65
3-Le massif des Rehamna …………………………………………………………………...68
Chapitre 2 : Secteur de Jbel Kharrou ….. ……………………………….……71
1-Situation géographique et cadre géologique générale ………………………….71
1-1-Introduction……………………………………………………………………………...71
1-2-Situation géographique du secteur étudié ………………………………………….…..72
1-3-Géologie des Rehamna orientaux…………………….…..……….……………………73
1-3-1-Limites géologiques…………………………………………………………...73
1-3-2-Travaux antérieurs …………………………………………………………...73
1-3-3-Déscription des terrains des Rehamna orientaux ………………………...…75
1-3-4-Stratigraphie…………………………………………………………………..75
1-3-5-Tectonique des terrains de Rehamna orientaux…………………………….78
2-Géologie du secteur étudié et résultats expérimentaux……………………...…81
A-Coupes géologiques …………………………………………………………………..81
1-déscriptions des formations géologiques………………………………………………….81
a-Formation de Drioukat ………………………………………………………..…81
b-Formation de Demja ……………………………………………………………...81
c-Formation d’Allahia……………………………………………………………….85
2-Lithostratigraphie………………………………………………………………………….87
3-Les argiles ordoviciennes de Jbel Kharrou……………………………………………….88
4-Résultats expérimentaux ………………………………………………………………….88
4-1-Analyse granulométrique……………………………………………………….88
4-2-Analyse chimique …………………………………………………………….…91
4-3-Analyse minéralogique……………………………………………………….….91
4-4-Rhéologie………………………………………………………………………...93
4-4-1-Eau de gâchage……………………………………………………..…93
4-4-2-Indice de plastiscité ………………………………………………..….93
4-5-Coulabilité…………………………………………………………………….…93
4-6-Caractéristiques technologiques………………………………………………...94
4-6-1-Dilatomètrie……………………………………………………………95
4-6-2-Résistance mécanique à la flexion (RMF)……………………………97
4-6-3- Perte en poids à la cuisson……………………………………………98
4-6-4-Retrait à la cuisson…………………………………………………….99
195
4-6-5–Porosité …………………………………………………………...….100
4-6-6-Couleur après cuisson………………………………………..………102
5-Conclusion………………………………………………………………………………..103
B-Sondages ………………………………………………………………………………104
1-Introduction ……………………………………………………………………………...104
2-Apports géologiques des sondages ………………………………………………………107
3-Analyse chimique des échantillons prélevés des sondages 1,2,3 et 4 …………………..113
4-Conclusion ………………………………………………………………………………115
Chapitre 3 : Secteur de Benhmed………………………………………………117
1-Situation géographique et cadre géologique générale ……………………...…117
1-1-Introduction…………………………………………………………………….………117
1-2-Situation géographique du secteur étudié……………………………………………..117
1-3-Géologie des terrains de Benhmed………………………………………………….….118
1-3-1-Limites géologiques…………………………………………………………..118
1-3-2-Travaux antérieurs …………………………………………………….…….119
1-3-3-Description des terrains de Benhmed…………………………….………….120
1-3-4- Stratigraphie…………………………………………………….…………...120
a-Primaire……………………………………………………………….…..120
b-Secondaire………………………………………………………………...123
Trias ………………………………………………………………....123
Crétacé…………………………………………………………….…126
c-Néogène continental………………………………………………………126
d-Quaternaire ……………………………………………………………….126
1-3-5-Paléogéographie des terrains primaires de Benhmed………………………126
2-Géologie du secteur étudié……………………………………….………………….128
2-1-Déscription du secteurétudié………………………………………………….……..…128
2-2-Description des affleurements argileux……………………………………………….129
2-2-1-Koudiat Madensenis……………………………………….…………………129
La formation inférieure……………………………………………………..129
La formation supérieure …………………………………………….…...…130
Echantillonnage……………………………………………………………..134
2-2-2-Al Keîdar Lazaîziya………………………………………………………..…135
La formation inférieure…………………………………………………….135
La formation médiane ……………………………………………………...136
La formation supérieure …………………………………………………...137
Echantillonnage…………………………………………………………….138
2-2-3-Sidi Nader çghir………………………………………………………….…..138
La formation inférieure ……………………………………………………140
La formation supérieure ……………………………………………………140
Echantillonnage…………………………………………………………….141
2-2-4-Sidi Nader Lakbir………………………………………………………….…143
La formation inférieure…………………………………………………….143
La formation médiane ……………………………………………………...144
La formation supérieure ………………………………………….………...145
196
3-Résultats expérimentaux……………………………………………………………146
Introduction………………………………………………………………………………...146
3-1-Analyse chimique……………………………………………………………………....146
3-2-Les analyses minéralogiques………………………………………………………..…148
a-la méthode des préparations désorientées………………………………….……148
b-la méthode des préparations orientées……………………………..…………….148
3-3-Rhéologie………………………………………………………………………………150
3-3-1-Eau de gâchage………………………………………………………………150
3-3-2 Indice de plasticité……………………………………………………………151
3-4-Les caractéristiques technologiques…………………………………………………...151
3-4-1-Resistence mécanique à la flexion (RMF)……… ……………………...…..151
3-4-2-Perte en poids…………………………………………………...……………154
3-4-3-Retrait à la cuisson…………………………………….………………….….155
3-4-4-absorption…………………………………………………………………….156
3-4-5-La couleur……………………………………………………………………157
Conclusion………………………………………………………………………………….158
Comparaison succincte ……………………………………………….…………...161
Conclusion générale ……………………………………………………………….165
Références bibliographiques…………………………………………………….171
Listes des figures…………………………………………………………………..…179
Listes des tableaux ………………………………………………………………..…185
Table de matières ………………………………………………………….…….….189
Annexe …………………………………………………………………………………..195
197
Annexe
198
Planche 1
199
Planche 2
200
Planche 3
201
Planche 4
202
Planche 5
203
Planche 6
Planche 5
204
Planche 7
205
Planche 8
206
Planche 9
207
Planche 10
208
Planche 11
209
Planche 12
210
Planche 13
211
Planche 14
212