Utilisation de matériaux calcaires en provenance de Orkadjéri comme support de chaussée

INSTITUT DES SCIENCES DE UFR SCIENCES DE

LA TERRE L'INGENIEUR

Faculté des Sciences et Techniques Collège Universitaire des Ingénieurs

Université Cheikh Anta DIOP de Dakar Université de Thiès

N° d'ordre : 220/ 2011 / IST

Mémoire de fin d'études pour l'obtention du Grade
d'Ingénieur Géologue de Conception

sur

UTILISATION DE MATERIAUX CALCAIRES EN
PROVENANCE D'ORKADJERI COMME SUPPORT
DE CHAUSSEE

Présenté par Ibrahima SOW

devant la commission d'examen composée de

M. Bassir DIOP Meissa FALL Mababa DIAGNE A. Aziz NDIAYE Bocar Malick MBOW Babacar SENGHOR

Président Directeur de l'IST

Rapporteur Directeur de l'UFR SI

Examinateur IST

Examinateur IST

Examinateur AGEROUTE

Examinateur AGEROUTE

Dédicaces

Je dédie ce travail à :

V' ma tante Aminata TOURE (paix à son âme),

V' mes grands parents Ibrahima TOURE et Amady SOW,

V' Papa et maman

V' Mes frères et soeurs (Coumba, Mamy, Mata, Peul, Ndeye, Oumar, Alassane, Idrissa),

V' Pa Arthur et maman Néné et leurs enfants (Tété ;Mamy ;Sonia ;Néné ;Riane ;Ndiack),

V' particulièrement Francis

V' Big boss, Laye, Babacar, Ouléye, Ndéye Fatou

V' mes amis d'enfance: Francis ; Abdou ; Lamine ;Mouhamed, Papis ; Babacar,

V' toute la famille Da-sylva et leurs enfants,

V' maman Mbéne et ses enfants,

V' Pa Salif et sa famille,

V' Tata Jo

V' Tata Awa Diagne et ses enfants (Maréme, Fari, Saliou, Palamine, Bamba),

V' Tonton Dogo et sa famille,

V' Lamine et Mamy Samba

V' Cef, Tété, Diokel, Jule, Thiam, Makhou, Omar, Ndeuf, Mame Arame, Louise, Mame

Fatou, Ndeye Aby, Oumy Kalsoum, Laba, Siga, Adama, Moussa, Kader, Ass Diagne,

Pape Diagne

V' à l'ASC CNRA de Bambey,

V' tous mes camarades de promotion,

V' Cherif, Paye, Bira, Loum, Dieye

V' mes amis à l'école : Ousmane Niane, Saliou Samb, Do, Mahfou, Aymerou, Awa,

Aminata, Anthia, Mame Bousso, Zahra, Kamby, Abdoulaye Diop.

Résumé

Au Sénégal la plupart des matériaux ne répondent pas souvent aux exigences techniques pour leur utilisation comme support de chaussée. Ainsi il devient urgent de trouver de nouveaux matériaux adéquats et performants.

Des matériaux calcaires, produits secondaires dans l'exploitation du gisement de phosphates de Matam sont étudiés et leurs caractéristiques déterminées. Dans ce cadre, un compactage multi cyclique est mis en oeuvre dans la procédure expérimentale pour suivre les performances des matériaux étudiés. Ce compactage multi cyclique permet de mettre en évidence trois faits essentiels :

V' Une génération de fines particules,

V' Une évolution notoire de la portance CBR ;

V' Une variation importante du paramètre essentiel dans dimensionnement routier, notamment le module de rigidité des matériaux.

Ces résultats vont permettre :

1. d'une part, d'aboutir à un dimensionnement de type « rationnel »,

2. et d'autre part, de mettre en relation le trafic routier et l'énergie de compactage.

Remerciements

Mes remerciements les plus sincères vont à :

V' Monsieur M Bassir DIOP, Enseignant Chercheur, Directeur de l'IST pour vos qualités et

vos engagements au poste d'Educateur, pour l'honneur que vous me faites en présidant ce

jury. Vous avez cru à nos capacités et vous nous avez inculqué le savoir des Sciences de la

terre ;

V' Monsieur Meissa FALL, Directeur de l'UFR-SI pour diverses raisons :

- de m'avoir accueillir à l'Université de Thiès, au sein de l'UFR Sciences de l'Ingénieur,

- de m'avoir encadré ;

- pour sa constante disponibilité malgré ses charges et pour sa grande qualité humaine.

V' Monsieur Mababa DIAGNE, enseignant chercheur à l'IST, pour sa disponibilité, sa

générosité danse ses enseignements et d'avoir accepté d'examiner ce travail.

V' Monsieur Aziz NDIAYE, enseignant chercheur à l'IST, je vous remercie de votre

disponibilité et de l'écoute que vous m'accordez à chaque fois que je sollicite vos services. A

travers vous, je remercie l'ensemble du corps enseignant de l'IST pour la qualité de

l'enseignement délivré tout au long de notre cursus.

V' Monsieur Bocar Malick MBOW Ingénieur Géologue pour avoir accepté de siéger dans le

jury.

V' Monsieur Babacar SENGHOR Ingénieur Géologue pour avoir accepté de siéger dans le

jury.

V' tous les enseignants de l'UFR-SI pour leurs conseils et suggestions.

V' Aux PATS de m'avoir facilité la cohabitation au sein de l'institution.

V' l'équipe du labo (Samsdine, FALL et Amadou)

V' toutes les personnes qui, de près ou de loin ont contribué à l'élaboration de ce mémoire.

V' Mme. DIOP, secrétaire de l'IST pour son affection en ma personne.

V' mes parents de m'avoir éduqué et de leur bien vaillance.

V' Pa Arthur et maman Néné de m'avoir trouvé une place dans leur coeur.

V' maman Mbéne pour toute son assistance durant tout mon cursus.

V' toute ma famille et à tous ceux qui me portent leur affection et amour.

Liste des abréviations

E : Module d'Young

E_c : Energie de compactage

Et : Energie du trafic

ha : Hectare

I_p : Indice de plasticité

MCA : Millenium Challenge Account

OPM : Optimum Proctor Modifié

PASMI : Programme d'Appui au Secteur Minier

RN 2 : Route Nationale numéro deux

TJM : Trafic Journalier Moyen

W : Teneur en eau

Wl : Limite de liquidité

ózadm : Contrainte admissible

å : Déformation

ãd : Poids volumique sec

ãdmax : Poids volumique sec à l'Optimum Proctor

ãh : Poids volumique humide

Sommaire

Introduction générale 1

Chapitre 1. - Contexte géologique et généralités sur les matériaux calcaires 2

1.1. - Généralité sur les calcaires 2

1.1.1. - Historique et Définition 2

1.1.2. - Formation des calcaires 2

1.1.3. - Caractéristiques physiques et chimique 3

1.1.3.1. - Caractéristiques physiques 3

1.1.3.2. - Caractéristiques chimiques 3

1.1.4. - Composition minéralogique 3

1.1.5. - Classification des calcaires 4

1.1.5.1. - Classification de Folk 4

1.1.5.2.- Classification de Dunham 4

1.2. - Aperçu sur la géologie du Sénégal 5

1.2.1. - Litho stratigraphie 5

1.2.1.1. - Socle Précambrien 6

1.2.1.2. - Couverture sédimentaire 6

1.2.1.2.1. - La série Secondaire 7

1.2.1.2.2. - La série tertiaire 7

1.2.1.2.3. - La série quaternaire 7

1.2.2. - Les mouvements tectoniques 10

1.3. - Les calcaires au Sénégal 11

1.3.1. - Les principaux gisements et exploitations 11

1.3.2. - Les calcaires au niveau de Matam 11

1.3.2.1. - Situation géographique 11

1.3.2.2. - Situation géomorphologique 12

1.3.2.3. - Contexte géologique 13

1.4. - Conclusion partielle 13

Chapitre 2. - Caractérisation physique et mécanique des matériaux de l'étude 16

2.1. - Echantillonnage 16

2.2. - Programme expérimental 16

2.3. - Essai d'identification 17

2.3.1. - Analyse granulométrique 17

2.3.2. - Limites d'Atterberg 18

2.3.3. - Essai Proctor modifié 20

2.3.4. - Essai CBR 22

2.3.5. - Détermination du module de Young 23

2.4. - Analyse des données 24

2.4.1. - Analyse 24

2.4.2. - Interprétation 24

Chapitre 3. - Calcul du dimensionnement par la méthode dite «rationnelle» 25

3.1. - Méthode de dimensionnement 25

3.1.1. - Théorie de dimensionnement des structures de chaussées 25

3.1.2. - Les méthodes rationnelles 25

3.1.2.1. - Le trafic 26

3.1.2.2. - Les sols plateformes 27

3.1.2.3. - Le climat et l'hydrologie 28

3.1.2.4. - Calcul des limites admissibles 28

3.1.3. - Présentation des résultats 29

3.1.4. - Corrélation entre le trafic et l'énergie de compactage 29

3.1.4.1 - L'énergie de compactage 29

3.1.4.2 - L'énergie du trafic 30

Conclusion générale et recommandation 33

1

INTRODUCTION

Un bon réseau routier avec de bonnes infrastructures est incontournable pour créer un environnement adéquat aux progrès du plus grand nombre. Au Sénégal, certaines zones stratégiques pour l'économie sont encore enclavées du fait du mauvais état des routes.

Ainsi l'état du Sénégal lance un programme pour conquérir le Nord du pays par le biais du projet MCA (Millenium Challenge Account) qui, prend en charge la réhabilitation de l'axe Matam - Saint-Louis.

La région Nord constitue un pole de développement pour le Sénégal car, en plus des activités économiques, elle abrite un gisement de phosphate.

Pour la réalisation des travaux routiers la latérite a longtemps occupé la première place. Cependant la zone ne dispose pas de carrière de graveleux latéritiques. Il est donc nécessaire de trouver des matériaux de substitution pour répondre au besoin du projet de façon efficace.

C'est dans ce cadre que la politique de valorisation des matériaux locaux est lancée par l'état du Sénégal.

On peut bien citer les recherches déjà envisagées sur les matériaux de la région de Bakel (grès, quartzites, etc.)

Des recherches sont menés sur les matériaux calcaires de la zone, qui jusque là constituent des déchets pour l'industrie de phosphate, pour cibler les gisements potentiellement aptes à produire du granulat.

Pour répondre aux objectifs de cette étude nous ferons:

- d'abord une synthèse bibliographique sur les calcaires,

- ensuite une identification géotechnique des calcaires étudiés ;

- enfin une tentative de dimensionnement par la méthode dite «rationnelle».

2

Chapitre 1. - Contexte géologique et généralités sur les matériaux calcaires

1.1. - Généralités sur les calcaires

1.1.1. - Historique et Définition

Les calcaires sont des roches sédimentaires, troisièmes plus abondantes après les schistes et les grés, composées surtout de carbonate de calcium (CaCO₃), mais également de carbonate de magnésium. Quand le calcaire comporte une proportion non négligeable d'argile, on parle plutôt de marne. Les calcaires se forment par accumulation de restes d'animaux marins à tests calcaires. Le calcaire est reconnaissable par sa teinte blanche et le plus souvent la présence de fossiles. Il est à la base de nombreux matériaux. La craie est une roche calcaire constituée par une accumulation de tests de Coccolitophoridés (protozoaires à tests calcaires) dans la zone de suintement pélagique. La calcite est le polymorphe d'origine secondairement géologique du carbonate de calcium. Le polymorphe d'origine primairement biogénique est l'aragonite.

Les terrains calcaires sont le plus souvent karstifiés (modelés par la dissolution et l'érosion dues aux eaux de ruissellement et d'infiltration). Ces formes d'évolution se manifestent par des grottes, gouffres, cavons, lapiaz et autres formes dites karstiques

1.1.2. - Formation des calcaires

Les calcaires se forment par précipitation de carbonate de calcium à partir du bicarbonate ((CO3)2CaH2) dissous dans l'eau; cette précipitation est favorisée par certains facteurs physico-chimiques : augmentation de la température de l'eau ou baisse de la teneur en dioxyde de carbone, chute de la pression, etc. Ainsi, les dépôts marins calcaires ne s'effectuent actuellement que dans les régions chaudes et jusqu'à une profondeur limite au-dessous de laquelle la calcite est remise en solution.

Cette précipitation suit la réaction :

Cette précipitation est facilitée par les organismes à coquille ou carapace (mollusques, oursins, coraux, algues planctoniques, etc.), par la respiration des êtres vivants, ou par le brusque dégazage des eaux. Les calcaires issus directement de la précipitation du carbonate de calcium sont relativement rares: ce sont les stalactites, les travertins, les calcaires oolithiques formés de globules millimétriques de calcite précipitée autour d'un noyau en mouvement. Le plus souvent, les calcaires proviennent de l'accumulation, sur place ou après transport, de débris d'organismes calcaires noyés dans un ciment calcaire.

Il existe plusieurs modes de formation des roches calcaires :

3

y' La lente sédimentation et/ou l'accumulation des éléments microscopiques obtenus par précipitation et leur consolidation par la diagenèse, aboutit à la formation de la roche calcaire. Ces calcaires sont fréquemment fossilifères.

y' Le brusque dégazage d'une eau souterraine arrivant à l'air libre ou soumise au prélèvement par des végétaux du CO2, peut provoquer une précipitation produisant, selon les circonstances, des travertins ou des stalactites et stalagmites. Ces calcaires constitués en milieu continental sont rarement fossilifères.

y' Par action des êtres vivants (calcaires biogènes). Ils peuvent résulter d'une forte accumulation de coquilles ou de carapaces calcaires (intacte ou en débris), par exemple la craie, ou les êtres bio fabriqués (calcaire récifal). Ils sont toujours fossilifères.

y' Par érosion (calcaire détritique) : les brèches calcaires ou ophicalcite.

1.1.3. - Caractéristiques physiques et chimiques

1.1.3.1. - Caractéristiques physiques

Du fait des usages dans le bâtiment et les travaux publics, les caractéristiques mécaniques des calcaires sont importances, d'autant que très variables. Les calcaires peuvent être soit particulièrement adaptés, soi inutilisables, dans les divers usages auxquels ils sont destinés (il n'y aucune commune mesure entre un marbre et une craie). On les soumet à divers essais : la résistance à l'usure par frottement mesurée par l'essai Micro Deval en présence d'eau et l'essai de résistance aux chocs (aptitude à se casser) par l'essai Los Angeles.

1.1.3.2. - Caractéristiques chimiques

Le calcaire peut êtres identifié car il peut être dissous par les acides tel que l'acide chlorhydrique en solution, l'acide éthanoïque ou acétique contenu dans le vinaigre ou encore par l'acide tartrique (il forme alors du tartrate de calcium et du CO2). Le chauffage, à peu près de 900 °C, produit de l'oxyde de calcium ou de la chaux vive avec du dégagement de CO2. Cette chaux vive réagit vigoureusement avec l'eau pour produire la chaux éteinte ou hydroxyde de calcium. Des suspensions de chaux dans l'eau (eau de chaux) rependues sur les murs (chaulage) réabsorbent le CO2 de l'air et les couvrent d'une couche de carbonate de calcium.

1.1.4. - Composition minéralogique

Il se compose d'au moins 70 % de calcite et peut contenir de la silice, de l'argile et de la matière organique mais aussi d'autres minéraux dont les plus courants sont la dolomite,

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l'aragonite et la sidérite, qui influent sur sa couleur. Généralement blanc, le calcaire existe aussi dans des teintes de jaune, gris, brun ou même noir.

1.1.5. - Classification des calcaires

Une classification rigoureuse des roches calcaires est difficile à établir en raison du nombre des facteurs qui interviennent dans leur genèse. On peut les classer d'après le milieu de sédimentation (marin, lacustre, dunaire), l'origine du carbonate de chaux (organique, détritique, chimique), les minéraux autres que CaCO3 qu'elles renferment (calcaires, gréseux dolomitiques, marneux, glauconieux, phosphatés), la structure (compacte, concrétionnée, bréchique, granuleuse). Dans ce dernier cas, suivant la grosseur croissante des éléments, on aura les calcilutites (jusqu'à 0,05 mm), les calcarénites (de 0,05 à 2 mm) ou sables calcaires, les calcirudites (au-dessus de 2 mm); le ciment (ou matrice) est constitué soit par la boue calcaire consolidée (micrite), soit par de la calcite cristallisée (sparite). La boue microcristalline micritique peut constituer à elle seule une roche, la micrite. Les cristaux de carbonate de calcium ou de dolomite mesurent de 1 à 4 micromètres.

1.1.5.1. - Classification de Folk

La classification de Folk (Folk., 1959) concerne les roches carbonatées (ou calcaires), il essaie de nommer ces roches en observant différentes caractéristiques. Et ainsi on a :

· Les allochems qui sont soit :

y' les intraclastes (ce sont des fragments de roches (gros fragments anguleux)),

y' les ooïdes (ce sont des structures sphériques avec des oolithes et/ou pisolithes) ;

y' Les bioclastes correspondent aux fossiles et le reste des fossiles ;

y' Les pelloïdes sont des structures ovoïdes (déjection animale, pellote alguaire, ooïdes

micritisés).

· Les orthochems où la phase de liaison reliant les grains entre eux est : y' très fine et microcristalline (ce sont les micrites) y' cristallisée (ce sont les sparites)

1.1.5.1.- Classification de Dunham (1962)

La classification de Dunham présente l'avantage de mettre l'accent sur des propriétés structurales particulièrement significatives pour l'interprétation des environnements de dépôts. La nomenclature est simple et descriptive.

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Les divisions de textures les plus utiles dans les roches carbonatées sont basées sur l'abondance des éléments figurés (grains) et la présence d'une matrice ou d'un ciment. Dunham reconnait cinq classes :

Mudstone : Calcaire essentiellement constitué de micrite et contenant 10% d'éléments figurés.

Wackestone : Calcaire dont 10% au moins est d'éléments figurés généralement non jointifs, baignant dans une matrice de micrite.

Packstone : Roche calcaire dont les éléments figurés sont tous jointifs, avec toutefois un peu de matrice micritique intergranulaire.

Grainstone : Roche calcaire dont les éléments figurés sont jointifs, reposant les uns sur les autres. Le ciment intergranulaire, peu abondant est spathique.

Boundstone : Roche dont les composants originaux ont été liés entre eux au moment du dépôt et demeurent en position de vie.

1.2 - Aperçu sur la géologie du Sénégal

1.2.1 - Lithostratigraphie

Le Sénégal est caractérisé par deux grands ensembles géologiques et structuraux :

· Le bassin sédimentaire sénégalo-mauritanien constitué de couches d'épaisseur variable de sables, argiles et calcaires qui s'étendent sur 1400 km depuis la Mauritanie jusqu'en Guinée Bissau.

· Le socle ancien, représentant moins de 1/5 du territoire, est constitué de formations plutoniques, volcaniques, métamorphiques et volcanosédimentaires dans la partie orientale du Sénégal.

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Fig. 1. - Carte géologique du Sénégal (BRGM, 1976) repris par le PASMI (Programme d'Appui au Secteur Minier)

1.2.1.1. - Le Socle Précambrien

Les formations du socle Précambrien sont constituées à l'Ouest par la Chaine des Mauritanides bordant la partie orientale du bassin sédimentaire et à l'Est par les séquences volcano-sédimentaires du Paléo-protérozoïque de la boutonnière de Kédougou-Kéniéba. Les formations de la Chaine des Mauritanides sont d'âge hercynien et constituent une des zones mobiles du craton Ouest Africain (Bassot., 1966). Elles sont connues pour leurs nombreuses occurrences en cuivre et en chrome qui, en Mauritanie ont donné les importants gisements de cuivre de la région d'Akjout. Les séquences volcano-sédimentaires du Paléo-protérozoïque, plus connues sous le nom de formations Birimiennes ont une très grande importance métallogénique dans la mesure où elles renferment la majorité des gisements découverts dans la région. La boutonnière est limitée à l'Ouest par la chaîne des Mauritanides, et sur tous les autres côtés par les sédiments d'âge Protérozoïque supérieur-Cambrien du Bassin de Taoudenni. La boutonnière de Kédougou-Kéniéba est interprétée comme une accrétion de roches volcaniques Birimiennes d'orientation globale Nord-Est. Elle est marquée par deux structures géologiques majeures auxquelles sont associées notamment les minéralisations aurifères : la faille Sénégalo-Malienne et la `Main Transcurrent Zone (la zone de la faille Transcurrente) (Sougy., 1972).

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1.2.1.2. - La couverture sédimentaire

La couverture sédimentaire est formée d'assises mésozoïques et cénozoïques transgressives dont l'épaisseur, réduite à quelques centaines de mètres à l'Est, augmente très rapidement vers l'Ouest à partir de Colobane (région de Kaolack) où elle atteint 3 000 mètres (Michel., 1973).

1.2.1.2.1. - La série du secondaire

La série sédimentaire la plus ancienne connue débute dans le bassin du Sénégal par des roches salifères (gypse, anhydrite et sel) auxquelles sont associées des argiles vertes et noires à pyrite, soufre, des cristaux de sidérose et du rare quartz pyramidé. Ensuite viennent des calcaires oolithiques et dolomitiques du Jurassique moyen et supérieur, recoupés à l'Ouest du Sénégal par les forages de Dias (DS.l) et de Dakar Marine 2 (DK.M2). Les faciès indiquent des milieux de dépôt peu profonds néritiques à littoraux dans l'ensemble parfois subrécifaux. Ces calcaires sont surmontés par des arénites, des argiles et des calcaires datés du Néocomien. La présence de chofatelles dans les calcaires de base de Mbour (Br.l) a permis d'attribuer avec certitude le sommet de ce complexe au Barrémien et à l'Aptien (Michaud, 1984). Aux calcaires à chofatelles succèdent les formations argilo gréseuses, calcaréo-dolomitiques, puis argileuses ou argilo-sableuses de l'Albien et du Cénomanien Inférieur traversées par les forages de Tiénaba (T1.1) et d'autres situés dans la partie occidentale du bassin. Le Cénomanien supérieur et le Turonien sont représentés par des niveaux essentiellement composés de bancs alternés de grès fins, calcaires et argiles finement feuilletées, noires parfois bitumeuses. Avec ses faciès homogènes, le Turonien constitue un excellent repère lithologique.

Le Sénonien Inférieur et le Campanien sont très argileux dans l'Ouest du pays. Ils présentent de plus en plus d'intercalations gréseuses et calcaires lorsqu'on se déplace vers l'Est ; les sables dominent lorsqu'on arrive à Colobane et Ndoffane, situés dans la région de Kaolack.

La série du secondaire se termine par une puissante formation à dominante sableuse d'âge Maastrichtien qui renferme le principal aquifère du Sénégal dit nappe profonde.

La fin du Crétacé est marquée par la poursuite de la surrection du horst de Dias qui émerge alors partiellement (manifestation locale d'une phase tectonique mieux marquée dans La série Cénozoïque (Louvrier, 1976).

1.2.1.2.2. - La série du tertiaire

Elle est essentiellement composée de formations sédimentaires à dominante biochimique.

· 8

Le Paléocène

Il correspond à la fin d'un épisode sédimentaire et au début d'une phase chimique. Il est présent dans la quasi-totalité du bassin et est affleurant ou sub-affleurant en quelques endroits dans la partie Ouest (Cap-Vert). Le paléocène se présente sous un ensemble varié de faciès composé de:

V' Roches détritiques,

V' Roches argilo-marneuses souvent grises ou noires ;

V' Roches calcaires.

Les marnes, les marno-calcaires et les calcaires sont les faciès les plus représentatifs de la lithologie du Paléocène. Le Paléocène, daté par les microfaunes (Globorotalia trintdensis BOLLI et G. unctnata BOLLI), prend fin avec la disparition brutale des microfaunes (Operculines et Nummulites) parallèlement à l'apparition de faciès généralement abiotiques. Du fait d'un manque de démarcation nette dans le type de sédimentation de l'Eocène et du Paléocène, la limite supérieure de ce dernier est quelque peu difficile à définir ; mais il semble quand même que la présence de niveaux siliceux à silex soit un marqueur de la fin du Paléocène

· L'Eocène

Au Sénégal, il a été divisé en niveau inférieur, moyen et supérieur. Les niveaux inférieur et moyen sont marqués par une sédimentation plutôt chimique tandis qu'à l'Eocène supérieur, la sédimentation devient détritique d'origine marine.

· 1'Eocène inférieur ou Yprésien

A l'Eocène inférieur, la mer s'est étendue sur l'ensemble du bassin. Les dépôts marneux ou argileux dominent nettement, sauf à l'extrême base et au sommet de la série.

Surmontant le Paléocène, on trouve tout d'abord des horizons marno-calcaires ou sableux, peu épais à silex, phosphate (Elouard, 1968).

Au-dessus, viennent les argiles papyracées (attapulgites) et des marnes particulièrement épaisses dans la région de Rufisque-Retba (environ 500 m au forage Retba):

· Des marno-calcaires et des calcaires dans la partie ouest du bassin (horizon de N'Gazobil, calcaires de Palo).

· Des calcaires à l'Est de Thiès (formation de Khombole et de Touba). On trouve très souvent de la dolomie dans les niveaux calcaires et calcaires marneux de l'Yprésien.

· 9

Eocène moyen à Lutétien

Durant l'Eocène moyen, la mer a dû recouvrir l'ensemble du bassin sénégalais, parfois de façon temporaire (Horst de Dias). Toutefois, il semble que le maximum de transgression se situe à l'Eocène inférieur (Monciardini, 1966). Comme à l'Yprésien, les faciès principaux sont marneux et calcaires mais se distinguent par leur couleur généralement jaune :

· Les roches argilo-marneuses constituent un des faciès majeurs de cet âge ; elles sont Jaunes ; mais parfois grisâtres ou verdâtres.

· Les roches calcaires forment le deuxième niveau caractéristique du Lutétien.

Dans les marnes, on ne retrouve plus la dolomie comme c'était le cas à l'Yprésien. Une série condensée originale très riche en phosphate, s'observe dans la région de Tivaouane. Elle est exploitée à Taïba et constitue une des grandes ressources minérales du Sénégal.

On y distingue les horizons suivants :

V' Les marnes de Lam-Lam,

V' Les phosphates de chaux ;

V' Les argiles bariolées et sables gris à silex.

Le Lutétien atteint son maximum (200 m) en Basse Casamance et dans la région du Cap-Vert (Retba 1). Le Lutétien marque dans certaines régions la fin de l'Eocène et donc la fin d'une sédimentation chimique au profit d'une sédimentation détritique, ou peut être continentale.

· L'Eocène supérieur

II s'agit d'un étage marqué par une sédimentation essentiellement marine ; les dépôts sont surtout argileux, argilo marneux, mais parfois argilo-sableux ou calcaires (Ziguinchor). La limite inférieure de cet étage correspond à la disparition des calcaires à Nummulites, tandis que la limite supérieure coïncide avec l'apparition des niveaux sableux de l'Oligo-miocène et du Continental Terminal. L'extension de l'Eocène supérieur, en dehors de la basse Casamance, est peu connue. Son épaisseur est très souvent inférieure à 20 mètres, elle est maximale au sud-ouest.

· L'Oligo-Miocène

L'extension des faciès marins de l'Oligo-miocène est sensiblement voisine de celle de l'Eocène supérieur, le golfe casamançais étant toutefois plus limité, L'Oligo-miocène est constitué de formations qui se sont déposées dans un golfe post-Lutétien qui s'étend suivant

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une direction SW-NE à partir de la Casamance. Il est composé d'une alternance de niveaux d'argile et de sable fin. Les niveaux de sédimentation les plus profonds sont localisés dans la dépression principale du sud, tandis que les niveaux supérieurs ont recouvert les marno-calcaires plus au nord sous le Ferlo. Il constitue un aquifère sableux multicouches.

· Le Continental Terminal

Discordant sur les termes inférieurs, il se présente sous forme de grès argileux et argiles sableuses rouges, d'argiles bariolées rouges, «Ile-de-vin», blanches avec une cuirasse ferrugineuse qui se développe à son sommet. Il s'agit en fait d'une formation d'origine marine, "continentalisée" c'est-à-dire altérée tardivement après sa mise en place (P Michel., 1973). Le continental Terminal couvre pratiquement tout le bassin sédimentaire sauf la zone Nord-Ouest. Sa puissance qui, en moyenne est de 130 m, diminue du sud-ouest (basse Casamance). Vers l'intérieur du bassin, mais surtout du nord de Tambacounda vers le littoral nord où il n'existe plus. (Faure et al., 1970).

1.2.1.2.3. - La série du Quaternaire

L'ère quaternaire a été marquée sur le bassin par des changements climatiques qui se sont traduits par des variations de niveau de la mer. Ces différents changements ont eu des répercussions sur l'hydrogéologie des nappes superficielles : baisse du niveau piézométrique (Dieng, 1987). Des alternances de transgressions et de régressions marines se sont répercutées sur les côtes et dans les basses vallées des fleuves ; elles se sont concrétisées par l'accumulation de sédiments (Inchtrien Nouakchotien) ou par des phases d'érosion et de surcreusement des vallées (Ogolten) (Le Priol, 1985).

La série se présente sous forme de :

V' dunes fixes sur la partie nord occidentale,

V' alluvions marines et fluviatiles sur les deltas tout au long des fleuves Sénégal, Gambie, Casamance et Saloum ;

V' dunes blanches vives sur l'extrême littoral nord-ouest ;

V' cuirasses latéritiques.

1.2.2. - Les mouvements tectoniques

A l'échelle continentale, la plate-forme ouest africaine et sa couverture ont subi des mouvements tectoniques de différentes ampleurs pendant le Primaire. Puis des déformations plus récentes consistant en un soulèvement général du socle, ont affecté le bassin sénégalais.

11

Ces structures tectoniques seraient liées au paroxysme du plissement alpin. Cette tectonique s'est traduite par un mouvement de bascule dans l'Ouest de la Guinée donnant un réseau de fractures similaires au quadrillage hercynien. Ces fractures profondes affectant aussi bien le socle que sa couverture (formations du Continental terminal et du quaternaire) ont dû rejouer en profondeur jusqu'à une époque récente (Michel, 1973).

Selon Michel (1973), les principales déformations du Nord-Ouest du bassin sénégalais coïncideraient avec la régression de la mer Aïoujienne (145 000-125 000 ans bp) ; ce qui serait à l'origine de la déviation du cours inférieur du fleuve Sénégal de sa trajectoire initiale du Nord-Ouest, vers l'Ouest, en aval de Bogué.

Pendant que la presqu'île de Dakar est affectée par des manifestations volcaniques basiques le long des failles, dans le Ferlo, la surface fini-oligocène enregistre un style de déformation souple; l'axe anticlinal Dahra-Dagana se soulève tandis que les parties centrale et méridionale du Ferlo s'affaissent à nouveau.

On distingue au total deux types de déformations néotectoniques dans le bassin sénégalais selon Trénous et Michel (197O) :

· les déformations souples à grand rayon de courbure,

· les déformations fragiles en fractures vulcanisées ou non.

1.3. - Les calcaires au Sénégal

1.3.1. - Les principaux gisements et exploitations

· La partie centre Ouest du bassin sédimentaire recèle d'importantes ressources en calcaires et marno-calcaires. Les marno-calcaires éocènes qui affleurent dans le plateau de Bargny à 30 km de Dakar, sont à l'origine de la première cimenterie d'Afrique de l'Ouest en activité depuis 1948.

· Il existe d'importants gisements de calcaires paléocènes situés entre Mbour au Sud et Pout au Nord. Une deuxième usine de ciment y a été ouverte à Kirène au cours de l'année 2002.

· Les calcaires paléocènes de Bandia, Thiès et Pout, hautement titrés dans leur horizon supérieur (+95 % CaCO3), sont très adaptés à la production de chaux. Des opportunités sont à saisir pour la satisfaction de la demande nationale, et sous régionale en pleine expansion tirée par le développement de l'industrie minière aurifère.

1.3.2. - Les calcaires de Matam 1.3.2.1. - Situation géographique

·

12

Localisation du gisement phosphaté

La ville de Matam se situe à 740 km de Dakar. Le gisement se situe entre les latitudes N 15°16' à N 15°22' ; les longitudes W 13°5'et W 12°56'. Il s'étend sur une superficie de 920 ha. Ce gîte Phosphaté, s'inscrit dans un quadrilatère délimité par les villages de Vendou Bosséabé, Orkadjéri, de Wali-Diala, de Polel Aoulabé et Ndiendouri et occupe une position favorable par rapport aux périmètres d'aménagement hydro-agricole de la vallée du fleuve Sénégal.

· Le village d'Orkadjéri

Fig. 2. - Carte de localisation du village d'Orkadjéri (modifié par le PASMI 2010)

Orkadjéri se situe dans la région de Matam. Il est limité à l'Ouest, au Nord Est et au Sud par la route nationale 2 (RN 2), à l'Est par Balél, Waoundé, Goumal, Barkatou qui sont riverains au fleuve Sénégal, au Nord par Bosséabé qui se trouve dans la partie Sud du gisement de phosphate.

1.3.2.2. - Situation géomorphologie

Les gisements phosphatés de Matam s'étendent sur la surface plate du Diéri, entre le Walo inondable et les buttes témoins et collines qui marquent le rebord oriental du plateau du Ferlo. L'altitude moyenne est de 35 m. L'érosion Quaternaire qui a donné à la vallée son modèle actuel a balayé la majeure partie des formations géologiques qui recouvraient antérieurement la série phosphatée. Cette dernière est de ce fait peu profonde.

13

1.3.2.3. - Contexte géologique

V' La Tectonique

Les structures observées dans la partie orientale du fleuve Sénégal sont rares et souvent peu prononcées. Elles affectent en premier lieu les dépôts éocènes qui, localement, apparaissent légèrement plissés sous les grès du Continental Terminal. (Pascal, 1967) note que la Formation jaune présente dans ce secteur, jusqu'à Civé, une surface en tôle ondulée sur laquelle repose, en discordance, le Continental Terminal.

V' L'âge des Formations

En l'absence de microfaune significative, la macrofaune (mollusques, échinides, gastéropodes, lamellibranches) déterminée par Elouard (1962) a permis d'attribuer les âges Lutétien et Yprésien les bancs calcaires. Pour Monciardini (1966), ce résultat est compatible avec le contexte paléogéographique général. Flicoteaux (1973) propose un âge Lutétien inférieur pour ces formations. Ces résultats concernant une zone épicontinentale à condensation de série, sont en accord avec les âges proposés pour les formations surincombantes. Les phosphates de la vallée du Fleuve Sénégal se sont donc déposés il y a 50 à 55 millions d'années et correspondraient pour ces auteurs à l'Yprésien.

1.4. - Conclusion

La stratigraphie du bassin Sénégalo-mauritanien est très complexe et variée. Dans la zone de Matam, les bancs de calcaires s'intercalent entre les niveaux phosphatés, et l'exploitation de ces phosphates nécessite d'abord à l'abattage des couches calcaires. Delà, ces matériaux, très abondant à l'Yprésien et au Lutétien, peuvent constituer une importante ressource de granulats pour le Sénégal.

14

Fig. 3. - Carte géologique du Sénégal à 1/200 000 (Reproduction de la planche Matam/Semmé)

41- Log stratigraphique

Surface tOpOcJraphique

Is

Paléosu rface die rçsion

....... ,

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·

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		É0
						AC^-1
Formation de fvlatarn

·

·

I

Ensemble argilo-calcaire supérieur

41
· 1¹

Lumachelle

OS !r i ii I:i tara

0)

41,1 via

Ensemble clét ri tique interm4çïdire

Cherts

Chapitre 2. - Caractérisation physique et mécanique des matériaux de

l'étude

2.1. - Echantillonnage de matériaux calcaires

Des échantillons de matériaux calcaires ont été mis à notre disposition pour les besoins de cette étude. La dimension réceptionnée est du 0-40 mm. Après écrêtage (0-31,5 mm), l'essai de quartage a été effectué pour homogénéiser les échantillons.

2.2. - Programme expérimental

Le programme expérimental prévu est conforme aux besoins de l'étude. Il consistait essentiellement à caractériser complètement l'essentiel des matériaux disponibles et issus de la mission d'échantillonnage effectuée. Après avoir complètement identifié les échantillons de matériau calcaires (Granulométrie, sédimentomètrie, limites d'Atterberg, bleu de méthylène, etc.), les sols sont compactés et soumis à des essais mécaniques à l'Optimum Proctor modifié (OPM). Ces essais mécaniques sont essentiellement des essais CBR, de compression uni axiale, Los Angeles, etc. A l'issue du 1^er cycle, le reste des matériaux est utilisé pour refaire exactement les mêmes types d'essais lors des cycles suivants (2^ème, 3^ème, ..., 10^ème cycle).

Le but de ces essais est de comparer les évolutions des caractéristiques essentielles (telles la granulométrie, le CBR, les modules d'Young, etc.) en fonction des cycles de compactage.

Une procédure expérimentale spéciale a permis d'arriver à vérifier l'évolution des matériaux calcaires avec le nombre de cycle de compactage. La procédure est la suivante :

1. Pour chaque cycle, un poids adéquat de matériau est pris pour chaque point de compactage constituant une teneur en eau de moulage. Par exemple, à la teneur en eau de moulage de 4 %, le poids est pris de telle sorte qu'au prochain cycle, la quantité d'échantillon soit suffisante pour passer au cycle suivant. On remarque bien cette diminution du nombre de courbes Proctor mais aussi du nombre de points de compactage pendant que le nombre de cycles augmente.

2. Après chaque cycle, les matériaux issus de chaque points de moulage sont mélangés (car ayant subis pour le même cycle la même énergie de compactage). Le matériau est ensuite mis à l'étuve pour être préparé pour le cycle suivant.

3. A l'issue de chaque cycle, on prend sur le mélange, les quantités nécessaires pour la caractérisation physique complète (granulométrie, sédimentomètrie, limites d'Atterberg, bleu de méthylène, etc.) et pour les caractéristiques mécaniques (essais de compression simple, etc.).

16

2.3. - Les essais d'identification

2.3.1. - Analyse granulométrique

Il s'agit de classer les grains selon les dimensions des tamis normalisées. Pour la réalisation de l'essai, l'échantillon est trempé dans l'eau pendant 24 heures puis lavé à l'aide du tamis de 80 um pour éliminer les particules fines, ensuite étuvé à 105 °C pendant 24 heures afin qu'il puisse sécher puis, mis dans la colonne de tamis dont les mailles sont décroissantes de 31,5 mm à 0,08 mm Les poids des refus sont rapportés au poids du matériau lavé puis nous calculons les proportions des passants ; les résultats obtenus donnent ces courbes granulométriques ci-dessous :

Pourcentages passants

100

40

20

90

70

60

30

80

50

10

0

Diamétre des tamis (mm)

10

1

0,1 0,01

1èr cycle 2èm cycle 3èm cycle 4èm cycle 5èm cycle 6èm cycle 7èm cycle 8èm cycle 9èm cycle 10èm cycle

Fig. 5. - Courbes granulométriques selon les différents cycles de compactage

2.3.2. - Limites d'Atterberg

Les limites d'Atterberg sont déterminées uniquement pour les éléments fins des matériaux (fraction passant au tamis de 0,4 mm), car ce sont les seuls éléments sur lesquels l'eau agit en modifiant la consistance du sol. L'essai consiste donc à faire varier la teneur en eau de cette fraction de sol et en observer sa plasticité.

Selon la teneur en eau, le sol se comportera comme un solide, un matériau plastique ou un liquide. On détermine particulière les valeurs suivantes :

y' la limite de liquidité

y' la limite de plasticité

17

Les matériels utilises pour la réalisation de l'essai sont (voir photo.1)

Coupelle

Spatule

Langue de
chat

Plaque en verre

Récipient de pesage

Rainure

Appareil de Casagrande

Photo 1. - Appareillage pour l'essai des limites d'Atterberg

Les courbes des teneurs en eau en fonction des coups sont tracées pour déterminer les limites de liquidé (obtenues à 25 coups).

Fig. 6. - Courbes des teneurs en eau en fonction du nombre de coups (dix cycles)

Ainsi, à vingt cinq coups, les valeurs de _Wl(25) sont déterminées. Aux cycles inférieurs Wl(25) croit de façon considérable puis connait une chute au delà du quatrième cycle.

18

Wl (%)	34	52	55	58	50	40	38	36	30	29
Cycles	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10

Tableau 1. - Valeurs des Wl(25) pour les dix cycles

Les données du tableau 1 permettent de voir l'évolution des limites de liquidé Wl en fonction du degré de compactage.

Limites de liquidé (%)

40

20

70

60

30

50

10

0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Nombre de cycles de compactage

Fig. 7. - Evolution de Wl en fonction du nombre de cycles de compactage

Ces calcaires présentent des propriétés physicochimiques qui rendent presque impossible la détermination de la limite de plasticité. L'indice de plasticité n'est jamais nul mais peut être non mesurable. Un ordre de grandeur de cet indice est donné par la relation de Casagrande: I_p= aWL - b où a = 0,7 et b = 9

La connaissance de ces limites permet de présumer le comportement d'un sol donné (en fonction de la nature et de la quantité d'argiles qu'il contient) lorsqu'il est soumis à différentes sollicitations.

Les valeurs obtenues des indices de plasticité en fonction des cycles de compactage sont représentées par la courbe ci-dessous :

19

Indices de plasticité (%)

25

20

35

30

15

10

0

5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Nombre de cycles de compactage

Fig. 8. - Evolution de l'indice de plasticité en fonction du nombre cycles de compactage.

2.3.3.- Essai Proctor modifié

L'essai a pour but de déterminer la teneur en eau optimale pour un matériau donné et des conditions de compactage fixées, qui conduit au meilleur compactage possible ou encore compacité portante maximale.

Il consiste à compacter dans un moule CBR, à l'aide d'une dame Proctor modifié, selon un processus bien défini, l'échantillon de matériau à étudier et à mesurer son poids volumique humide et son poids volumique sec.

m

Y h = V_m

Y _h

et Y d =

1+W

Yh est le poids volumique humide

Yd le poids volumique sec

m la masse de l'échantillon mouillé et compacté et W la teneur en eau de mouillage.

On trace alors la courbe du poids volumique sec en fonction de la teneur en eau appelée courbe Proctor.

20

20

19

18

17

16

15

Wopt.

Id max

9 10 11 12 13 14 15

Teneurs en eau (%)

Poids (kN/m3)

volumiques s ecs

Fig. 9. - Courbe de compactage pour une énergie donnée.

Le Id _max. ou le poids volumique à l'optimum Proctor a évolué au cours du compactage puis connait une chute au septième cycle. Cette évolution est représentée par la courbe Id _max. en fonction des cycles.

Poids volumiques secs (kN/m3)

22,4

22,2

21,8

21,6

21,4

21,2

20,8

20,6

20,4

22

21

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Nombre de cycles de compactage

Fig. 10. - Evolution du Id _max. en fonction du nombre de cycles de compactage.

21

2.3.4. - Essai CBR

L'essai CBR est un essai de portance (aptitude des matériaux à supporter les charges) des remblais et des couches de formes compactées des ouvrages routiers. Il s'agit de déterminer expérimentalement l'indices portants CBR) qui permettent :

- d'établir une classification des sols

- d'évaluer la traficabilité des engins de terrassement

- déterminer l'épaisseur des chaussées (CBR augmente épaisseur diminue)

La charge apportée par l'essieu sur la chaussée poinçonne le sol de fondation. On peut reproduire ce phénomène en compactant le matériau dans les conditions de l'essai Proctor dans un moule CBR puis en mesurant les forces à appliquer sur un poinçon cylindrique pour le faire pénétrer à vitesse constante dans une éprouvette de ce matériau. On applique ensuite une charge voisine de ce que sera la charge de service et on poinçonne le matériau dans des conditions déterminées (vitesse constante et déterminée) tout en mesurant les efforts (F) et les déplacements (?h) en résultant: On obtient la courbe d'essai.

Les valeurs de CBR à 100? et à 95? obtenues sont représentées en fonction des cycles (Cf figure 11).

Fig. 11. - Evolution du CBR en fonction du nombre cycles de compactage

2.3.5 - Détermination du module d'Young (module de rigidité des matériaux) Les dimensions choisies sont 75 mm pour le diamètre et 180 mm pour la hauteur.

22

Le compactage est effectué à l'aide de la dame Proctor modifié et le nombre de coups nécessaire pour arriver à l'OPM est déterminé.

Contraintes (MPa)

10

4

7

2

0

9

6

5

3

8

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Déformations (%)

1èr cycle 2èm cycle 3èm cycle 4èm cycle 5èm cycle 6èm cycle 7èm cycle 8èm cycle 9èm cycle 10èm cycle

Fig. 12. - Courbes Contraintes - Déformations, Essais de compression simple

Le module E est donné par la pente de la partie linéaire de la courbe. Les valeurs de E obtenues aux différents cycles ont permis de tracer la figure 13.

Modules de rigidité (MPa)

400

200

700

600

300

800

500

100

0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Nombre de cycles de compactage

Fig. 13. - Evolution de E en fonction du nombre de cycles de compactage

23

2.4. - Analyse et interprétation des résultats

2.4.1. - Analyse des résultats

Les résultats obtenus sont récapitulés dans le tableau suivant :

Cycles(N)/	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
% de fines	0,66	8,96	14,98	19,32	19,98	21,92	22,32	27,8	33,98	34,12
ãd max ( kN/m^3)	21,2	21,53	21,6	21,7	21,9	22,15	21,6	21,29	20,75	20,65
Wl (%)	32	52	55	58	50	39	37	34	28	25
Ip (%)	13,4	27,4	29,5	31,6	26	20,4	16,9	14.8	10,6	8,5
CBR à 100%	68	95	145	120	99	88	42	40	39	37
CBR à 95%	40	56	140	100	82	76	32	30	26	25
E (MPa)	461,5	518	758	600	585,4	445,8	380,5	290	254,9	252,6

Tableau 2. - Récapitulatif des données obtenues suite au compactage multi-cyclique

2.4.2. - Interprétation

La génération de fine, qui augmente avec le degré de compactage, donne une bonne cohésion aux interfaces des grains jusqu'au troisième cycle. Mais au delà de ce cycle le matériau devient pulvérulent; ce qui explique la décroissance de la cohésion.

Les valeurs des I_p, moyennement faibles, mesurent l'étendu du domaine plastique du matériau. Plus l'indice de plasticité est grand plus le sol présente des risques de gonflement par humidification (ou de retrait par dessiccation).

Selon les données du tableau 2 CBR et le module d' Young connaissent la même évolution et présentent leurs meilleures valeurs au troisième cycle.

2.4.3. - Conclusion partielle

Les essais effectués ont permis de mettre en évidence les caractéristiques géotechniques des matériaux calcaires en provenance d'Orkadjéri.

En effet le compactage multi-cyclique mis en oeuvre dans la procédure expérimentale donne une appréciation sur le comportement du matériau lorsqu'il est soumis à des sollicitations. Les valeurs de CBR et de E obtenues nous conduisent au calcul du dimensionnement routier par la méthode dite «rationnelle».

24

Chapitre 3. - Calcul du dimensionnement routier par la méthode dite

«rationnelle»

3.1 - Méthodes de dimensionnement

3.1.1 - Théorie de dimensionnement des structures de chaussées

Le principe du dimensionnement est de limiter la charge transmise par la roue au sol support, de minimiser ses déformations et d'éviter de l'amener à la rupture. Ce dimensionnement passe par la détermination sous l'effet du trafic des contraintes et déformations à travers les corps de chaussée, sur le sol support et la comparaison de ses contraintes et déformations avec celles admissibles.

Il existe plusieurs approches et nous en citons trois :

· L'approche empirique qui établit des relations entre la durée de vie et les propriétés mécaniques des matériaux, y' la méthode du CBR; y' La méthode du CEBTP;

· L'approche théorique ou rationnelle qui établit un modèle représentant le mieux possible le comportement mécanique du corps de chaussée basée sur la rhéologie du matériau. Cette approche dite «rationnelle» ne l'est qu'en partie car la comparaison des déflexions ainsi que celle des rapports de contraintes n'est faite que par l'intermédiaire de relations empiriques, souvent établies dans des contextes locaux.

· L'approche mécanistique, qui est la plus complète. Dans ce cas, les épaisseurs de chaussée sont déjà établies, de même que les profondeurs d'orniérages et enfin les durées de vie. Le comportement mécanique des matériaux est compris par l'intermédiaire de lois se basant sur les caractéristiques mécaniques des sols mis en oeuvre (le déviateur des contraintes, ad, la moyenne des contraintes, O, les contraintes octaédriques, _ôoct., etc.). Le module réversible (MR), dans ce cas traduit toute la trajectoire des contraintes et des déformations (Fall, 2006 et 2008).

3.1.2 - Les méthodes rationnelles

Le dimensionnement par la méthode dite «rationnelle» passe par la détermination des contraintes admissibles. Les sollicitations subies par les matériaux seront ensuite calculées et comparées aux sollicitations admissibles.

a_{z ~~est} donné donnée par la formule de Kerkoven :

25

0,3 X CBR

ó_~ = 1 + 0,7logN

Le développement de l'outil informatique a fait que les méthodes de dimensionnement sont devenues plus accessibles. Avec la facilité de résolution des équations multiples à dérivées partielles, des logiciels comme Ecoroute et Alizé ont été développés.

Ce sont des logiciels qui modélisent les structures multicouches et calculent les contraintes transversales et radiales ainsi que les déformations à travers les couches de chaussées.

Les paramètres du dimensionnement:

Pour dimensionner une chaussée, il faut définir les paramètres suivants:

· Le type de poids lourd et la charge standard (le trafic),

· Les caractéristiques pour chaque matériau composant la chaussée : le module d'Young et le coefficient de Poisson (y).

3.1.2.1 - Le trafic :

Pour la détermination des paramètres du trafic, il est nécessaire de connaître la classe de trafic TCi qui est fonction du nombre de poids lourds en millions qu'aura à supporter la chaussée durant sa durée de vie.

Classe Tci	TC0	TC1	T	TC3	TC4	TC5	TC6	TC7		TC8	Valeurs limites
0,01	0,1	0,2 à	0,5 à	1,5 à	2,5 à	6,5 à	17,5 à	>43,		TC
à	à	0,5	1,5	2,5	6,5	17,5	43,5	5		en PL 6 10
0,1	0,2

Tableau 3. - Détermination de la classe de trafic TCi d'après le Catalogue des structures
types de chaussées neuves du LCPC et du SETRA (2003)

Le trafic cumulé poids lourds N (en nombre d'essieux standard) donné par : N = 365 x t x A x n (1 - i )ⁿ , avec C = n (1-i )ⁿ facteur de cumul

T : Trafic Journalier Moyen (TJM) en poids lourd de l'année en cours : c'est le débit total d'une période donnée en jour (de plus d'un jour et de moins d'une année) divisé par le nombre de jour de cette période.

A : coefficient d'agressivité qui est fonction de la composition ou du spectre d'essieux du trafic

26

i : taux de croissance annuel du trafic en pourcentage. n : La durée de vie escomptée.

· Le trafic journalier moyen TJM

Il est obtenu après comptage des poids lourds par sens de circulation et des traitements statistiques; ou encore par des méthodes indirectes (tonnage transporté en trafic, estimation du trafic "drainé" par la nouvelle route à partir des itinéraires qu'elle déleste),

· Le taux de croissance i

est déterminé à partir des résultats des comptages actuels et passés. Si ces résultats ne sont pas disponibles, pour nos pays en voie de développement, il faudra prendre un taux de 7%;

· La charge à l'essieu est celui de 13 tonnes:

Les véhicules circulant sur la chaussée ont une charge plus ou moins supérieure à cette dernière, il faut donc appliquer un coefficient d'équivalence qui prendra en compte cet écart entre le poids standard et celui circulant sur la chaussée: c'est le coefficient d'agressivité A.

· La durée de vie:

C'est la période qui se sera écoulée depuis sa date de mise en service jusqu'à l'apparition des dommages nécessitant un entretien.

Et pour le choix des couches de surface, les classes de trafic Ti déterminée à partir de la Moyenne Journalière Annuelle en PL à la mise en service (MJA) sont données par le tableau suivant:

MJA PL/sens	0-25	25-50	50-85	85-150	150-300	300-750	750-2000	200-5000	>5000
Classe	T5	T4	T3	T3	T2	T1	T0	TS	Texp

Tableau 4. - Détermination de la classe de trafic Ti du LCPC-SETRA (2003)

3.1.2.2 - Les sols de plate-forme :

La plate-forme, couche du mètre supérieure des terrassements doit pouvoir supporter les charges transmises par les autres couches de la chaussée sans subir de dommages. Le Sénégal est couvert à 70 % par des sables limoneux avec un CBR variant de 10 à 35. Ce qui correspond aux plates-formes de type PF3 et plus. Cependant il existe dans certaines parties des sols de CBR très faibles. Ce sont en général des plates-formes constituées de limons, de limons sableux et argileux, de tourbes ou situées en zones marécageuses.

27

Par ailleurs, notre approche de dimensionnement sera basée sur la classification des plateformes support de chaussée en fonction du module du sol support comme présentée dans le tableau ci dessous.

Module (MPa)	20-50	50-120	120-200	>200
Classe de plate forme	PF1	PF2	PF3	PF4

Tableau 5. - Définition des classes de Plateformes (GTRR, juillet 2000)

A coté des paramètres de trafic et des caractéristiques des sols de plateforme, les conditions climatiques sont aussi à prendre en compte.

3.1.2.3 - Le climat et l'hydrologie:

Les effets du climat sont surtout notables sur le comportement des matériaux bitumineux et ceux traités au ciment. A des températures élevées, les matériaux bitumineux perdent leur résistance et fluent très rapidement. Les variations de température sont plus accentuées vers l'Est du Sénégal dans le Sénégal oriental et sur la bande du littoral nord, avec des températures pouvant aller jusqu'à 45°C vers l'est et des différences de température avoisinant 15 à 20°C. La pluviométrie influe sur la teneur en eau naturelle et sur le CBR qui est tributaire des états hydriques de la plate-forme. Les hauteurs de pluies sont importantes dans la zone sud et la teneur en eau naturelle peut dépasser la teneur en eau optimale de compactage sur une période de quatre à huit mois de l'année. La teneur en eau naturelle peut être très faible dans la zone nord, le Ferlo et dans une partie du Saloum.

Néanmoins la teneur en eau naturelle peut être supérieure à la teneur en eau optimale de compactage en période humide.

La durée de vie d'une route peut beaucoup être affectée par des défauts d'assainissement. Si la collecte et l'évacuation des eaux pluviales et souterraines hors de l'emprise des chaussées n'est pas bien faite, l'eau étant "l'ennemi numéro un" de la route, il peut s'en suivre des pertes de portance des matériaux de chaussée et de la plate-forme et une dégradation prématurée de la chaussée et même des ruptures de plate-forme.

Le comportement de la plateforme et des couches de chaussées sous charges est mis en évidence par la comparaison des limites admissibles aux contraintes et déformations dans les couches.

28

3.1.2.4 - Calcul des limites admissibles:

Les limites admissibles correspondent soit à une contrainte soit à une déformation selon l'assise considérée.

Pour les chaussées souples, à assise granulaire, on vérifiera la déformation verticale å_z à la

surface des couches non liées et du sol support ainsi que l'élongation transversale et à la, base

des couches bitumineuses. On vérifiera néanmoins la contrainte verticale oz à la surface de la couche et la déflexion W du sol support.

3.1.3. - Présentation des résultats

Cycles	E(bar) ; H2(cm)	ozadm ^*(bars)	oz
1	E=4615; H2=18	0,548	0,544
2	E=5180; H2=11	0,930	0,924
3	E=7580; H2=4	1,371	1,360
4	E=6000; H2=8	0,991	0,970
5	E=5854; H2=11	0,799	0,787
6	E=4458; H2=13	0,780	0,739
7	E=3805; H2=20	0,520	0,311
8	E=2900; H2=20	0,574	0,292
9	E=2549; H2=20	0,600	0,253
10	E=2526; H2=20	0,602	0,243

Tableau 6. - Résultats de dimensionnement par Alizé 3

Remarque :

- _ozadm> o_z la plateforme supporte la chaussée

- Nous remarquons que l'épaisseur de la couche H2 diminue quand le module de rigidité

augmente (la couche se rigidifie à une faible épaisseur quand E augmente).

3.1.4. - Corrélation entre l'énergie de compactage et le trafic 3.1.4.1. - L'énergie de compactage

Elle est donnée par la relation :

E_c =

N × m × g × h

V_m

N est le nombre de coups

29

m la masse de la dame

g la pesanteur

h la hauteur de chute

et Vm le volume du moule.

Cycles	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
N	275	550	825	1100	1375	1650	1925	2200	2475	2750
En(KJ)	2634,843	5275,751	7904	10539	13174	15809	18443	21078	23713	26348
p	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10

Tableau 7. - Récapitulation des paramètres permettant de tracer la courbe E_c

3.1.4.2 - L'énergie du trafic

La première description quantitative de la pesanteur a été donnée par la loi universelle de la gravitation de Newton. La pesanteur à la distance R du centre d'un astre sphérique isolé formé de couches homogènes, et de masse totale M est dirigée vers le centre de l'astre et vaut :

g = G R^2

M

D'après Newton, il existe une force instantanée à distance entre deux masses m et M, valant :

mM

G =
	R^2

avec G= 6,674.10^-11 m³.kg^-1ou N.m².kg^-2

Par analogie avec l'énergie de compactage on peut écrire pour l'énergie du trafic :

E_t =

V

O X TIM X g X h

Q est la charge de l'essieu standard converti en kg

g (N/kg) la pesanteur

h (m) est la hauteur de la chaussée

et V = h X ðr² le volume (m³)

La nouvelle formule de l'énergie du trafic devient

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Q X TJM X g

E_t = ðR2

Le rapport des unités est alors :

kg X N = m^2X kg

N m^2

Dans la formule de Et la seule variable est le TJM : donc les énergies du trafic sont déterminées pour TC0, TC1, TC2, TC3, TC4, TC5.

Classes TCi	TC0	TC1	TC2	TC3	TC4	TC5
TJM en PL	2	14	27	68	164	342
Et(kJ)	51907,837	363353,900	700753,950	1764861,800	4256431,400	8876216,700
Facteur de progression	1	7	13,7	34	82	171

Tableau 8. - Récapitulation des paramètres permettant de tracer la courbe Et

Energies (kJ)

10000000

1000000

100000

10000

1000

0 50 100 150 200

Progressions

Et Ec

Fig. 14. - Courbes des énergies du trafic et l'énergie de compactage en fonction de leur

progression

31

Pour une valeur de y et de x on peut directement calculer le TMJ par la formule:

ylogx × S

TJM =

Q × g

et l'énergie de compactage correspondant par :

ylogx × S'

E_c =

Vm

Pour quatre valeurs de x (x1=2, x2=5, x3=8, x4=10) on identifie les valeurs des ordonnées correspondantes pour les deux énergies (Et et E_c).

En appliquant les formules nous obtenons les valeurs de TJM et de Ec données par le tableau ci-dessous.

kt et k_c sont calculés ; l'objectif est de les mettre en relation afin d'aboutir à la corrélation.

TJM	10	54	126	192
kt	1	5,4	12,6	19,2
Ec (kJ)	8761,471	203435,055	438073,548	639587,531
kc	1	23	50	73

Tableau 9. - Progression du nombre de poids lourds et de l'énergie de compactage

k est le facteur de progression.

Les valeurs kt=k_c=1 et E_c=8761,471 sont faibles et correspondent à la partie inférieure de la

courbe.

Soient :

- kt(1)=5,4; kt(2)=12,6 ^et _kt(3)=19,2 des facteurs de progression de Et,

- kc(1)=23 ;kc(2)=50 ;kc(3)=66 des facteurs de progression de l'énergie de compactage

Ces rapports sont calculés :

kc(1) kt(1) ,Soient - TJM0=10 et TJMi (i=1, 2, 3 n) - E0=8761,471 Nous pouvons écrire :				=	kc(2) kt(2)	=	kc(3) kt(3)	= 4
Ec(i) Eo	= kc = 4kt = 4	TJMi TJMo

D'où

32

Ec(i) =	4Eo	X TJMi
	TJMo

E_c (i)est exprimée en kJ.

-

La formule traduit une progression géométrique de raison q = E_o

./

Ce résultat permet à un projecteur de fixer avec précision le trafic souhaité et d'en déduire l'énergie de compactage correspondante.

33

Conclusion générale et recommandations

Les calcaires occupent une place très importante dans notre sous sol. Dans la région de Matam, la valorisation de ces réserves pourrait permettre de répondre aux besoins du projet MCA (Millenium Challenge Account).

Les résultats obtenus permettraient à un projecteur de prévoir les variations probables de la durée de vie de la chaussée lorsqu'elle est soumise à une surcharge. Il s'agit pour cela de faire la corrélation entre le trafic et l'énergie de compactage afin de bien fixer les paramètres de modélisation.

Ce principe de compactage multicyclique est une technique qu'il faudrait utiliser pour la caractérisation des carrières de production de granulats calcaires et de latérite.

Une étude des performances de ces calcaires en béton hydraulique permettrait de compléter sa fiche d'identification géotechnique.

Ce matériau peut être une importante ressource de granulats pour le Sénégal. Et la valorisation de son gisement, pour des raisons économiques et stratégiques, serait bénéfique pour les travaux de réhabilitation de l'axe Matam-St Louis.

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Références bibliographiques:

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Makhaly BA (2008) Identification géotechnique de matériaux concassés-types en corps de chaussées et évaluation de leur qualité. DEA

R. Dupain, R. Lanchon, J.C.Saint Arroman 2004. Granulats, sols, ciments et bétons caractérisation des matériaux de génie civil par les essais de laboratoire 3ème édition actualisée.

Revue bimestrielle Cimbéton Septembre 2004-n°89.

LCPC: (2003).Service d'Etude Technique des Routes et Autoroutes.-Catalogue des structures types de chaussées neuves du LCPC et du SETRA.

Maïmouna SIDIBE (1995). Etude de l'utilisation des granulats de type silexite en géotechnique routière (notamment en couche de Base et revêtement des chaussées). Projet de fin d'étude

Bassot, J.P., et Caen-Vachette, M., 1983. Données nouvelles sur l'âge du massif de granitoïde du Niokolo-Koba ( Sénégal oriental ; implication sur l'âge du stade précoce de la chaine des Mauritanides . J. Afric. Earth Sci.,1, N° 2

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Guide technique du LCPC-SETRA (1994)-Conception et dimensionnement des structures de chaussée (utilisé dans le calcul des contraintes admissibles en particulier pour les paramètres)

Pascal (1967). Carte géologique au 1/200000 : coupures KAEDI, Matam et SELIBABY

et leurs notices explicatives. Direction des mines et de la géologie-Dakar.

Chino (1963) Note complémentaire à l'étude de la série stratigraphique du Sénégal

Chino (1963) Quelques précisions sur la série stratigraphique tertiaire du bassin Sénégalais.

Monciardini (1962). La sédimentation éocène au Sénégal ; Mém. BRGM

Baud (1938).Rapport inédit sur les calcaires de la région de Matam et de Kanel (Mission d'études du fleuve Sénégal).