Chapitre 1

Chapitre 1 : Les granulats du béton 1
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D. SOW, Cours de Matériaux.
Chapitre 1. LES GRANULATS DU BETON
1.1. DEFINITIONS
Les granulats sont définis par la norme XP P 18-540 comme un ensemble de grains minéraux,
de dimensions comprises entre 0 et 125 mm.
Les granulats sont dits :
- naturels lorsqu’ils sont issus de roches massives ou meubles et qu’ils ne subissent
aucun traitement autre que mécanique ;
- artificiels lorsqu’ils proviennent de la transformation à la fois thermique et mécanique
de roches ou de minerais ;
- recyclés lorsqu’ils proviennent de la démolition d’ouvrages ou lorsqu’ils sont
réutilisés.
Les granulats utilisés dans les travaux de génie civil doivent répondre à des impératifs de
qualité et des caractéristiques propres à chaque usage. Pour vérifier ces caractéristiques, il faut
que l'échantillon utilisé au laboratoire soit représentatif de l'ensemble.
L’opération d’échantillonnage en laboratoire est généralement difficile, prend du temps et,
parfois coûteuse, mais elle est essentielle. Souvent, les essais effectués sont sans valeur car, ils
ne sont pas représentatifs.
Les granulats doivent être composés de particules qui ont une bonne résistance mécanique,
qui peuvent supporter les agents atmosphériques et qui ne contiennent pas de matériaux
pouvant avoir des effets nuisibles.
1.2. ROLE DES GRANULATS POUR BETON
Les granulats constituent le squelette du béton et ils représentent, dans les cas usuels, 60 à 80
pour cent du poids total du béton. Ils s’opposent à la propagation des microfissures et jouent
le rôle de produit de remplissage.
Les granulats sont nécessaires pour la fabrication des bétons :
- du point de vue économique, car ils permettent de diminuer la quantité de liant qui est
plus cher ;
- du point de vue technique, car ils augmentent la stabilité dimensionnelle (retrait,
fluage) et ils sont plus résistants que la pâte de ciment.
1.3. CARACTERISTIQUES DES ROCHES POUR GRANULATS
Les granulats naturels sont issus de roches meubles ou massives, caractérisées par leur
composition minéralogique, leur texture, leur état d’altération, leur porosité. De ces
caractéristiques dépendront les propriétés des granulats (résistance mécanique, absorption
d’eau ou porosité, homogénéité, gélivité, altérabilité, réactivité aux alcalins).
1.3.1. LES ROCHES MASSIVES
1.3.1.1. LES ROCHES MAGMATIQUES
Elles viennent des profondeurs de l’écorce terrestre où la matière, qualifiée de magma, est
soumise à de hautes pressions et à des températures élevées.
Elles appartiennent à deux familles :
- à texture grenue (à grains millimétriques), si le magma est refroidi lentement ; ce sont
les roches plutoniques (ou intrusives) ;

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- à petits cristaux non visibles à l’œil nu (texture microlitique ou microgrenue) avec
subsistance d’une phase vitreuse et de gros cristaux (structure porphyrique), si le
magma s’est refroidi rapidement en s’épanchant à la surface de l’écorce terrestre ; ce
sont les roches volcaniques (ou effusives).
1.3.1.2. LES ROCHES SEDIMENTAIRES
Elles forment une importante famille dont nous retiendrons :
- les grès et grès quartzites (roches détritiques) ;
- les roches carbonatées (roches d’origine chimique et biogène) ;
- les cherts et silex (roches d’origine chimique et biogène).
Les grès et grès quartzites proviennent de la cimentation de sables (quartz dans les quartzites)
par de la silice. Leur résistance est essentiellement fonction du degré de remplissage de vides
entre les grains (porosité).
Les calcaires sédimentaires sont des dépôts organochimiques, de calcite et dolomite, pouvant
renfermer d’autres minéraux inclus comme du quartz, de la silice diffuse ou des argiles.
Comme pour les grès, leurs caractéristiques mécaniques sont essentiellement liées à leur
porosité et à leur texture.
Les silex constitués de silice crypto-ou microcritalline, ainsi que les cherts renfermant
essentiellement de la calcédoine (silice fibreuse) se forment, en général, en nodules ou en
couches dans les calcaires.
1.3.1.3. LES ROCHES METAMORPHIQUES
Elles résultent de la transformation de roches magmatiques et/ou sédimentaires sous l’action
de la température et de la pression subies pendant leur enfouissement ou au contact de corps
chauds.
Suivant l’intensité du métamorphisme et l’origine des roches mères, il existe une grande
variété de roches. On citera :
- les gneiss (origine : granites, porphyres, diorites, etc., roches sédimentaires
schisteuses) ;
- les micaschistes (origine : pélites ou argiles) ;
- les quartzites (origine : grès quartzite) ;
- les amphibolites ;
- les cornéennes.
Leurs propriétés dépendent de la nature de la roche mère, du type et du degré de
métamorphisme qu’elles ont subis. Souvent, elles présentent un caractère anisotrope (structure
orientée, litée, schisteuse).
1.3.2. LES ROCHES MEUBLES
Ce sont des dépôts anciens ou actuels résultant d’un processus d’érosion, d’altération et de
sédimentation de roches massives.
Ces dépôts se présentent sous forme :
- d’alluvions de rivières ou de fleuves ou fluvo-glaciaires déposées dans des basses
vallées ou terrasses anciennes qui, d’ailleurs, peuvent avoir été submergées par la mer
(sables et graviers marins) ;
- de plage et dunes, actuelles ou anciennes, submergées ;
- de gisements appartenant à un horizon stratigraphique défini (sables siliceux
provenant de rivages anciens) ;
- de formations autres, telles que les conglomérats.

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1.3.3. LES PRINCIPALES FAMILLES DE MINERAUX RENCONTRES
Les granulats naturels, qu’ils proviennent de roches massives ou de roches meubles, sont
essentiellement constitués de silice, de silicates (ces deux familles de minéraux constituent 90
pour cent de l’écorce terrestre) et de carbonates.
1.3.3.1. LA SILICE
Le quartz en est le représentant le plus fréquent ; on le trouve dans les roches massives
(granites, gneiss, grés) et dans les alluvions. La calcédoine, l’opale (silice amorphe) se
rencontrent dans des roches sédimentaires comme les silex, les cherts ainsi que dans certaines
roches métamorphiques.
Toutes les formes de silice sont dotées d’une grande dureté, facteur de bon comportement à
l’attrition des granulats.
1.3.3.2. LES SILICATES
On distinguera essentiellement :
- les feldspaths (silicates d’alumine cristallisés) se présentant sous forme de tablettes
que l’on rencontre dans les roches magmatiques et métamorphiques ;
- les silicates en feuillets comme les micas et les argiles ;
- les autres silicates, pour l’essentiel ferromagnésiens, tels qu’amphiboles, pyroxènes,
olivines que l’on rencontre dans les roches magmatiques pauvre en silice telles que
diorites, gabbros, basaltes.
Les silicates sont moins durs, beaucoup moins abrasifs que le quartz. Ils peuvent être altérés,
ce qui leur confère une perte de résistance, de la porosité, l’apparition de certaines espèces
hydrophiles (argile) et, dans certains cas, la faculté de libérer des ions alcalins en milieu
calcique du béton.
1.3.3.3. LES CARBONATES
Ce sont essentiellement :
- la calcite CaCO3 ;
- la dolomite CaMg(CO3)2 que l’on retrouve dans certaines roches sédimentaires et
métamorphiques ;
1.4. PRELEVEMENT EN LABORATOIRE (échantillonnage en laboratoire)
Lorsqu’un matériau granulaire est mis en stock, les gros éléments ont tendance à rouler en bas
du tas tandis que le haut est plus riche en éléments de très faibles diamètres. On prélèvera
donc les matériaux en haut, en bas, au milieu et à l’intérieur du tas de granulats, afin d’avoir
un échantillon aussi représentatif que possible de l’ensemble. Ces diverses fractions seront
mélangées avec soin.
Les essais effectués en laboratoire portent nécessairement sur des quantités réduites de
matériaux. Le passage de l'échantillon total prélevé sur le tas à l'échantillon réduit, nécessaire
à l'essai, peut se faire par quartage ou à l'aide d'un échantillonneur.
1.4.1. QUARTAGE
L’échantillon est divisé en quatre parties dont on ne retient que la moitié en réunissant deux
quarts opposés (figure 1.1). Cette sélection est homogénéisée et un nouveau quartage est

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effectué, l’opération pouvant se répéter trois ou quatre fois. On obtient ainsi un échantillon
représentatif du matériau initial.
Figure 1.1. Opération de quartage
1.4.2. ECHANTILLONNEUR
Cet appareil de laboratoire, figure 1.2, permet de diviser facilement en deux parties
représentant la totalité d'un échantillon initial, chaque moitié étant recueillie dans un bac de
manière séparée. La répétition en cascade de cette opération, en retenant à chaque opération le
contenu de l'un des bacs, permet d'obtenir l'échantillon nécessaire, après trois ou quatre
opérations identiques.
Figure 1.2. Echantillonneur
Ces deux procédés peuvent être utilisés séparément ou conjointement, en fonction de la
quantité nécessaires à l’essai et de la grosseur maximale des grains. Si l’échantillon de départ
est d’un volume très important, une ou deux opérations de quartage permettent de diminuer
rapidement le volume de matériaux traités ensuite à l’aide de l’échantillonneur. Celui-ci sera
choisi de telle manière que son ouverture soit de dimension compatible avec celle des plus
gros grains du matériau traité.
N.B. : Les granulats doivent être manutentionnés et entreposés de façon à minimiser les
risques de ségrégation et à éviter toute contamination par des substances nuisibles. Les piles
de granulats doivent être construites en couches uniformes d’un mètre d’épaisseur.

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1.5. CARACTERISTIQUES DES GRANULATS
1.5.1. CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES
1.5.1.1. GRANULOMETRIE
La granulométrie est une caractérisation fondamentale d'un produit pulvérulent. Elle est en
rapport direct avec toutes les opérations unitaires de broyage, séparation, mélange et
transferts.
L’analyse granulométrique consiste à classer les différents grains constituant l'échantillon en
utilisant une série de tamis, emboîtés les uns sur les autres, dont les dimensions des ouvertures
sont décroissantes du haut vers le bas.
La dimension nominale des tamis est donnée par l’ouverture de la maille, c’est-à-dire par la
grandeur de l’ouverture carrée. Ces dimensions sont telles qu’elles se suivent dans une
progression géométrique de raison
1010
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La quantité de l’échantillon à utiliser doit répondre à différents impératifs qui sont
contradictoires :
- il faut une quantité assez grande pour que l’échantillon soit représentatif ;
- il faut une quantité assez faible pour que la durée de l’essai soit acceptable et que les
tamis ne soient pas saturés et donc inopérants.
Dans la pratique, la masse utilisée sera telle que : M ≥ 0,2D. Avec M, masse de l’échantillon
en Kg et D diamètre du plus gros granulat exprimé en mm.
Figure 1.3. Colonne de tamis Figure 1.4. Tamiseuse électrique
Le matériau étudié est placé en partie supérieure des tamis et le classement des grains
s'obtient par vibration de la colonne de tamis.
On considère que le tamisage est terminé lorsque le refus ne varie pas de plus de 1 % entre
deux séquences de vibration de la tamiseuse.
La somme des refus cumulés mesurés sur les différents tamis et du tamisat sur le fond doit
coïncider avec le poids de l'échantillon introduit en tête de colonne.
La perte éventuelle de matériaux pendant l'opération de tamisage ne doit pas excéder plus de
2 % du poids total de l'échantillon de départ.
On trace la courbe granulométrique sur un graphique comportant en ordonnée le pourcentage
des tamisats sous les tamis et en abscisse les mailles D des tamis selon une graduation
logarithmique (figure 1.5).