Les familles de granulats et leurs caractéristiques

Les gisements et les techniques de production permettent d’assurer la gamme des granulats répondant aux besoins des différentes filières.

Hors prix et disponibilité, le critère de choix d’un type de granulat est sa qualité en référence aux exigences essentielles des ouvrages – stabilité, résistance mécanique, sécurité, durabilité. Désormais s’ajoutent des critères environnementaux que les enjeux de la transition écologique sont en train de prioriser : poids carbone, empreinte eau, biodiversité, origine, …

Suivant la norme, les granulats sont des grains minéraux de dimensions comprises entre 0 et 125 mm, de provenance naturelle ou artificielle (issus de l’industrie). Ils sont classés en fonction de leur granularité (distribution dimensionnelle des grains) déterminée par analyse granulométrique. Elle s’exprime par le couple d/D avec « d » correspondant à la dimension inférieure et « D » à sa dimension supérieure. Ainsi, on distingue :

• Les fillers dont la plupart des éléments passe à travers un tamis de 125 µm
• Les sables 0/D avec D < ou = à 6,3 mm
• Deux groupes de gravillons celui des 2 à 31,5 mm, celui des 20 à 80 mm
• Plusieurs types de graves 0/D avec D = 10, 20, 31,5, 40, 63, 80 mm
• Les tout-venants 0/D avec D pouvant aller au-delà des 125 mm de la norme en fonction des besoins des chantiers.

Aux familles de granulats sensu stricto, s’ajoutent :

• les enrochements > à 125 mm mais de masse inférieure ou égale à 15 t
• les terres de découverte ou issues des chantiers, plus ou moins chargées en argiles et limons et dont la fraction granulaire peut être l’objet de valorisation.

Il y a de multiples façons de catégoriser les granulats par famille (nature, origine, forme, couleur, utilisation) :

• Une première, se base sur le gisement :
  • Les granulats de roches meubles qui regroupent les sables et graviers terrestres et marins, et autres dépôts non consolidés ;
  • Les granulats de roches massives comprenant les calcaires et les éruptifs ;
  • Les granulats issus du recyclage des déchets inertes de la déconstruction et des industries (bétons recyclés, laitiers de hauts fourneaux, mâchefers, …).
• Une seconde, se base sur la forme :
  • Les « roulés » issus de roches meubles car les grains ont été arrondis par l’érosion au cours des phases de transport par l’eau, le vent, les glaciers, … ; les granulats roulés sont donc liés à l’origine du gisement.
  • Les « concassés » issus d’étapes de concassage présentant des grains anguleux ; ils sont davantage liés au processus de fabrication qu’au gisement ; si toutes les carrières de roches massives produisent des concassés, un gisement de galets (roche meuble) peut lui aussi produire des concassés.

Les granulats sont des ressources minérales :

• dites primaires lorsqu’elles extraites pour la première fois de gisements terrestres ou marins ;
• dites secondaires lorsqu’elles proviennent des déchets inertes de déconstruction, des terres et sédiments excavés et des déchets des industries.

Les gisements primaires sont exploités, à terre dans des carrières à ciel ouvert ou souterraines, en mer au sein de concessions.

Pour les exploitations terrestres, le terme « carrière », sens juridique du code de l’environnement est également celui de la réalité des travaux.

En mer, le régime juridique est différent – celui du code minier – et les travaux d’extraction réalisés par les dragues créent un approfondissement appelé souille (ou encore fouille).

L’exploitation des gisements secondaires passe par des plateformes urbaines ou péri-urbaines, situées à des nœuds logistiques afin d’optimiser les flux. Ces installations – stockage, traitement – suivent la réglementation des ICPE du code de l’environnement.

A terre, les carrières permettent de révéler la diversité géologique du sous-sol français :

• Roches sédimentaires : désignent l’ensemble des sédiments qui se forment à la surface de la terre par accumulation après érosion des reliefs. On les rencontre :
  • sous forme de dépôts meubles telles que les sables, les galets, les alluvions, les moraines siliceuses, silico-calcaires ou calcaires ;
  • sous forme de roches indurées (ou consolidées) comme les calcaires, les dolomies, les conglomérats, les grès, …
• Roches magmatiques (éruptives) : proviennent d’un magma préalablement fondu dont les modalités de refroidissement permettent de distinguer :
  • Les roches plutoniques dont le processus de mise en place est long favorisant la cristallisation complète, avec des roches comme les granites, diorites, syénites, gabbros…
  • Les roches volcaniques provenant d’une solidification plus rapide en surface sont formées, elles, de microcristaux dans un verre volcanique telles les basaltes, andésites, rhyolites ;
• Roches métamorphiques : proviennent de la transformation physico-chimique des roches éruptives ou sédimentaires sous l’action de contraintes terrestres (tectonique des plaques). En fonction des gradients de température, pression, teneur en eau et autres fluides, les roches vont se déformer et enregistrer des transformations minérales menant à de nouvelles roches comme les schistes, micaschistes, gneiss, quartzites, marbres…

En mer, les dépôts du plateau continental exploités au large des côtes françaises appartiennent aux mêmes formations sédimentaires que celles exploitées à terre dans les terrasses des vallées fluviales. Globalement, il s’agit d’anciennes alluvions quaternaires charriées par les fleuves et immergées depuis quelques milliers d’années par suite de la remontée du niveau marin après la dernière glaciation.

Particularité liée à l’action des courants marins, l’accumulation de sables coquillers est exploitée pour des usages agricoles, comme amendement calcaire correcteur d’acidité.

Ils sont constitués de matériaux d’une grande diversité :

• déchets des chantiers routiers, de génie civil, de bâtiments
• déchets inertes de certaines industries comme les rebus de béton du BPE et de la préfabrication
• sous-produits industriels : laitiers de hauts fourneaux ou d’aciéries (lorsque leur composition ne permet pas d’en faire un liant hydraulique), mâchefers d’incinération d’ordures ménagères, cendres volantes, schistes houillers des anciennes exploitations minières; on parle aussi pour ces sous-produits de granulats artificiels.

Dans tous les cas, le caractère inerte doit être contrôlé par rapport aux critères de l’arrêté du 12 décembre 2014 (liste positive et en cas de doute test de lixiviation suivant la norme NF EN 12457-2).

Hormis les sous-produits bien identifiés d’industries, les gisements secondaires sont composés des matières suivantes :

• Terres, pierres et cailloux en provenance des fouilles, excavations nécessaires aux chantiers dont la composition varie en fonction de la localisation et de la profondeur
• Bétons (avec et sans armatures)
• Briques, tuiles et céramiques
• Verres (non recyclables)
• Mélanges bitumineux (ne contenant pas de goudrons)

Leur valorisation dépend étroitement de la manière dont les travaux génèrent ces déchets, en particulier vis à vis des mélanges.

Les granulats sont mis en œuvre :

• directement, sans liant pour les solidariser, avec des modalités (régalage, compactage …) propres aux applications suivantes : assises de chaussées, de plateformes, couches drainantes, ballasts des voies ferrées, remblais, digues, …
• en les solidarisant avec un liant, comme du ciment, pour produire des bétons et des mortiers, comme de la chaux pour consolider des graves, comme du bitume pour fabriquer des enrobés, et encore de l’argile pour fabriquer des constructions en terre.

Comme tous les produits entrant dans la constitution d’ouvrages à hautes performances, les granulats doivent répondre à des critères de qualité fonction de la roche (résistance aux chocs et à l’usure, caractéristiques physico-chimiques, …) et de leur fabrication (dimension, forme, propreté, …).

Le niveau européen du système qualité, dénommé “Marquage CE” exige que tout producteur établisse une Déclaration des Performances (DdP) précisant le niveau de maîtrise de sa production par rapport aux normes harmonisées.

En France, la profession a mis en place un dispositif plus exigeant : la certification volontaire. Créée dès 1992 à l’initiative de l’UNPG, l’Association technique pour la certification des granulats (ATCG) gère la marque NF Granulats NF P 18-545 sous l’égide de l’AFNOR et sa reconnaissance. Cette certification nécessite de mettre en œuvre, sur chaque site de production, un système de contrôle tout au long de l’élaboration des granulats. Ce contrôle veille à l’application des normes d’essais et des normes produits et comporte, entre autres, des tests sur les granulats (dureté, propreté, granulométrie, …) permettant d’assurer la conformité de la totalité de la production, et pas seulement du lot contrôlé.

Devenue indispensable pour répondre aux enjeux de la transition écologique, l’évaluation environnementale des produits prend différentes formes suivant les méthodologies employées. Pour les granulats, plusieurs formes existent ou sont en cours de mise en place :

• L’approche monocritère de l’empreinte carbone : depuis 2010, les adhérents disposent d’un outil d’évaluation du poids CO2 eq, pour toute tonne de granulat produite et transportée chez l’utilisateur. La méthode permet également d’estimer l’empreinte annuelle d’un site, de plusieurs sites et de les assembler dans une évaluation carbone d’entreprise. Avec les actualisations, des fonctionnalités ont été développées comme celle d’une évaluation des changements liés aux sols. Une mise en ligne de cet outil spécifique – CAR-E-CO2- est prévue à l’automne 2023.
• L’approche multicritère pour alimenter une Analyse du Cycle de Vie (ACV) d’un produit ou d’un ouvrage contenant des granulats. Les informations génériques pour les trois grandes familles de granulats produits en France – roches meubles, massives et recyclées- et pour les déchets de déconstruction ont été rassemblées et sont tenues à disposition des entreprises sous forme de MIE (modules d’information environnementale). Ces informations alimentent les outils ACV de production de Fiches de Déclaration Environnementale et Sanitaire (FDES) comme BETIe pour les produits en béton, SEVE pour les ouvrages routiers et DIOGENE pour le génie civil. Une nouvelle mise à jour des MIE est prévue pour 2024.
• L’approche qualités et caractéristiques environnementales (Q&C) introduite par loi relative à la lutte contre le gaspillage et à l’économie circulaire du 10 février 2020 (AGEC). Ainsi, pour les matériaux de construction, est en train de se mettre en place un affichage portant sur deux nouveaux critères, recyclabilité et présence de substances dangereuses.
• L’approche empreinte biodiversité s’est amorcée en 2006 avec le programme ROSELIERE qui est un outil – type score d’état – développé au départ pour les carrières. Il permet le suivi de l’évolution des espèces et des habitats d’un site sur la base de protocoles standardisés. Pour communiquer de façon synthétique au sujet de l’impact de leurs produits ou plus globalement de leurs activités sur la nature, les entreprises ont besoin d’autres outils. Une nouvelle étape est franchie en 2023 par la réalisation d’un guide sectoriel et d’un arbre de décision pour aider dans ces choix.