Grès (géologie)

Une distinction s'opère entre grès suivant le ciment qui unit les grains[9].

Selon la qualité de la cimentation, le grès est plus ou moins dur et poreux. Les carriers définissent la qualité d’un grès par le son que produit le marteau sur la roche. Un grès « PIF » (son aigu) est de bonne qualité, bien cimenté et idéal pour l’utilisation. Un grès « POUF » (son creux, évoquant l’effondrement du matériau sous le marteau) a un ciment poreux et perméable. Ce grès plus friable n'est pas utilisé en construction mais pouvait fournir des pierres à filtrer[10]. Plus récemment les couches géologiques constituées de tels grès peuvent former de bons réservoirs d'eau, de pétrole ou de gaz. Un grès « PAF », intermédiaire, présente quelques risques de fissures mais est moins perméable qu’un grès « POUF », pouvant être utilisé en pavage[11].

Grès constitué de grains de quartz, en lumières polarisée et polarisée-analysée.

Grès à ciment d'opale, de calcédonite, de quartz (grès quartzitique).

• Grès quartzite, dont le grès de Fontainebleau, qui servit à paver les rues de Paris avant qu'il ne soit supplanté par le granite breton.
• Un grès quartzeux est composé uniquement de quartz.
• Un quartzite est un grès très siliceux à ciment siliceux, provient de la diagenèse ou du métamorphisme de sable quartzeux.

Dans l’ouest de la France, la roche connue sous l’appellation de grès armoricain est un sable marin littoral cimenté, généralement à granulométrie très fine, de teinte blanchâtre, souvent très pure, fréquemment recristallisé (recristallisation secondaire des vides situés entre les grains de sable), passant alors à de la quartzite, formant une des roches les plus résistantes du Massif armoricain[12]. Ce grès correspond en Bretagne à la première transgression marine qui a suivi l'érosion des chaînes de montagne cadomiennes (lesquelles devaient culminer à environ 4 000 m avant d'être fortement pénéplanées[13]) et s'est prolongée durant toute la période ordovicienne. Il constitue les hautes falaises déchiquetées de la presqu'île de Crozon, la ligne de crête des montagnes Noires, les lourdes croupes des monts d'Arrée (Ménez-Hom, Ménez Kador)[14], les rochers d'escalade de Plougastel, les escarpements de Pont-Réan à l'entrée de la cluse de la Vilaine, les hautes falaises de certaines côtes (cap de la Chèvre, des pointes de Dinan, du Grand Grouin, du Toulinguet), les flancs des synclinaux (synclinorium de Laval, synclinaux au sud de Rennes, synclinal de la forêt de Quénécan), armant les crêtes appalachiennes de Bretagne[15]. Dépôts de mers peu profondes, les grès armoricains conservent encore parfois des surfaces à ripple-marks, ainsi qu'une grande diversité de traces fossiles ou ichnofaciès[16]. Ils présentent une épaisseur très variable[17] de quelques dizaines à plusieurs centaines de mètres, pouvant même atteindre 800 m environ dans la partie Sud de la presqu’île de Crozon. À leur partie supérieure, ils admettent des lits rouge sombre, très riches en rutile et zircon, qui représentent des placers littoraux fossiles, déposés sur les hauts de plages de la mer ordovicienne[18].
Par suite de leur dureté et de leur ténacité, ces grès se façonnent difficilement. Ils ont été et sont encore aujourd’hui recherchés comme matériau d’empierrement, granulats et enrochements, et comme pierre de bâti, conférant aux constructions une pérennité exceptionnelle et une blancheur qui évoque celle de certains calcaires[19].

Les grès à ciment calcaire se forment par cimentation des grains qui le composent. Les grains sont de la taille d'un sable (0,063 mm à 2 mm). Ils sont issus de l'érosion de roches, siliceuses sédimentaires (par exemple des sables, antérieurement déposés et remaniés (transportés de nouveau), volcaniques, métamorphiques et de tous matériaux susceptibles de former un grain. Le milieu, initial, de formation peut être reconnu par l'étude des figures sédimentaires : litages* (obliques, courbes, entrecroisés, en arêtes de poisson, planes C (rides de courant, de vague, de tempêtes (rides en mamelons, accumulations de coquilles plus ou moins brisées, etc.), d'empreintes de gouttes de pluie, de dessiccation, d'éléments déplacés dans des chenaux (galets mous), Autant d'éléments qui indiquent une profondeur variant de zéro mètre d'altitude (plage), au-dessus du niveau de la mer (dunes) où à plusieurs dizaines de mètres, dans la zone de traction des vagues selon leur force (tempêtes, ouragans, raz-de-marée, par exemple). La cimentation intervient relativement tôt dans l'histoire du passage d'un sédiment meuble, peu cohérent par apport de calcaire dissous à partir de divers coquillages et ou de circulation de fluides, saturés en carbonate de calcium.

Un site, tout à fait remarquable, pour observer d'énormes boules de grès (diamètre supérieur à 1 m, est situé dans les Hauts de France, entre les communes de Audresselles et de Audinghen. Les lieux-dits sont : Cran aux œufs, plage de la sirène dans l'anse formée par le cap Gris-Nez. (photos). Les boules de grès tombent sur la plage et jalonnent ainsi le recul de la falaise. C'est un paysage de "chaos" spectaculaire. Une étude de l'intensité de l'érosion du trait de côte, dans ce secteur du littoral démontre que cette accumulation constitue un rempart naturel efficace contre ce phénomène (Structure et évolution des falaises gréseuses et argileuses du Cap Gris-Nez (Boulonnais, France)[20].

Les grès à ciment dolomitique sont beaucoup plus rares que les grès à ciment calcaire.

En France, ils ne sont connus que par les concrétions dolomitiques que l'on observe dans des dolomies du Dévonien à Roquebrun (Hérault), des calcaires dolomitiques du Jurassique à Mourèze (Hérault), dans des sables éocènes du bassin parisien[21].

Le nom de macigno est un terme italien qui sert à désigner des grès à grains très mal classés, à ciment calcaréo-argileux avec feldspaths et micas abondant.

Ces grès ont été déposés par des courants de turbidité, se produisant par éboulement de matériaux détritiques sur le bord du talus continental. Ces courants denses étalent au fond de la mer, d'une manière uniforme, des matériaux détritiques assez grossiers qui normalement ne devraient pas se rencontrer à pareille profondeur.

C'est par exemple le cas des grès du crétacé de Bryce Canyon dans l'Utah (États-Unis), issus des sédiments de rivières faits de silice, et d'argile s'écoulant dans une mer peu profonde, où ils se sont enrichis de calcaire.[21]

Ils sont limités à certaines formations continentales d'un type particulier, comme les formations de grès houiller. Le ciment d'argile est, dans ce cas, formé de kaolinite avec leverriérite groupement épitaxique de muscovite et de kaolinite. Les minéraux argileux peuvent présenter une allure concrétionnée.

Ces grès peuvent être de plus ferrugineux, le fer intervenant pour colorer le grès en rouge[21].

Bloc de grès ferrugineux de la formation Breathitt (en), aux États-Unis.

Ils sont de couleur orange/ocre, due à l'oxydation du fer dans l'eau.

Ils peuvent avoir un ciment de sidérite, de chlorite, d'hématite brune ou rouge, de goethite ou de pyrite[21]. On trouve des grès ferrugineux du Permien dans les sols à proximité du lac du Salagou (Hérault).

Un autre exemple est le grès de Potsdam, qui est une formation géologique datant du milieu à la fin du Cambrien située au nord des États des États-Unis de New York et du Vermont ainsi qu'au sud du Québec. Découvert au XIX^e siècle, il est formé par cémentation de grains de quartz. Souvent de couleur rouge et ocre avec pigments rouges, il est utilisé dans la construction, les réfractaires et les garnitures de fours pour la fusion des métaux[22].

Grès de Potsdam affleurant le long de la rivière Raquette (New York).

Une autre tradition veut qu'on ignore le ciment pour désigner le grès. Dans ce cas, le grès est défini par l'élément singulier qui le compose[9].

Une psammite est un grès micacé.

Une arkose est un grès grossier, feldspathique, à peine lité, souvent issu de l'induration d’une arène granitique.

Surface d'un bloc de grauwacke.

Une grauwacke est un grès gris-sombre, brun… très dur, contenant en plus des grains de quartz d'autres éléments de roches diverses.

Certains blocs de grès de l'église Saint-Gilles d'Étampes sont teintés de jaune ou de fauve selon le degré d'altération et la composition minéralogique de la roche (tonalité due aux oxydes de fer libérés par l'altération des minéraux ferro-magnésiens qui imprègnent les grains de quartz ou le ciment ferrugineux)[25].

Les grès sont souvent d'excellentes pierres de construction, le plus souvent non gélives. Mais le « grès » étant un terme général qui désigne des roches de formations et de textures très différentes, les différents grès ont des consistances et des duretés très variables et leurs propriétés techniques sont incomparables. Certains grès poreux et peu cimentés sont relativement légers et sont aussi faciles à travailler et à scier que du calcaire tendre, tandis que d'autres sont plus durs et lourds que le granite (comme le grès silicifié ou quartzite). Cela détermine fortement l'utilisation que l'on peut en faire. Il doit être choisi soigneusement en rejetant les pierres fissurées, non homogènes, contenant des trous ou des inclusions de galets. Selon sa provenance, la roche peut être colorée dans une infinité de nuances : ocre, rose, jaune, orangé, brun, gris, blanc, violacé… et veinée ou marbrée. Dans certains gisements massifs et homogènes on peut trouver des blocs de grès bruts de très grandes dimensions, tandis que dans d'autres gisements ils ne forment que de fines strates hétérogènes qui déterminent les utilisations possibles.

Les grès ferrugineux, appelés localement roussards, sont parfois assez indurés pour pouvoir être utilisés dans les constructions (abbatiale de Saint-Gildas-des-Bois).

Les applications dans le bâtiment sont très nombreuses :

• les grès durs et étanches sont souvent utilisés comme appuis de fenêtres, seuils de portes, encadrements de fenêtres, linteaux, acrotères, marches d'escaliers, margelles de puits, éviers en pierre, caniveaux, bordures de trottoirs, fondations et soubassements des bâtiments (pour l'étanchéité), colonnes, murs solides et fortifications, etc.
• les grès plus légers et tendres sont plus souvent utilisés en architecture et sculpture comme pierre de taille courante pour l'élévation des bâtiments ; ils permettent tous types de fantaisies, à la manière des pierres calcaires.
• certains grès sont trop tendres ou fissurés pour pouvoir servir directement en architecture, on peut cependant les réduire en sable et gravats pour remplir mortiers, bétons, briques ou torchis.

• Quelques exemples d'utilisation du grès
• 
  Mégalithes du site de Stonehenge.
• 
  Stèle égyptienne d'Amon (~700 avant notre ère).
• 
  Cité antique de Pétra, taillée directement dans les falaises de grès.
• 
  Sculpture chinoise en grès (dynastie Wei du Nord).
• 
  Bas-relief au temple de Banteay Srei (Cambodge).
• 
  Remparts de la Cité de Carcassonne.
• 
  Parlement du Canada.
• 
  Gros plan sur un monument funéraire en grès (cimetière de Bercy, Paris).

Déjà au temps des Romains, les rues de Paris étaient pavées en grès de Fontainebleau[26]. On l'a par la suite remplacé par des granites bretons, moins glissants. Une partie des pavés de Paris sous Haussmann a aussi été extraite de carrières d'Orsay ; c'est une des raisons du prolongement de la ligne de Sceaux jusqu'à Orsay - (elle fut même prolongée jusqu'à Limours à d'autres fins).

Dans l'entre-deux-guerres, la carrière de grès de Courzieu était utilisée pour la voirie de Lyon.

Le grès se débite par sciage en plaques de dimensions importantes permettant de réaliser des dallages très résistants et décoratifs.

• François Michel, Roches et paysages, reflets de l’histoire de la Terre, Paris, Belin, Orléans, brgm éditions, 2005 (ISBN 2-7011-4081-1), p. 208-213.
• A. Foucaut & J.-F. Raoult, Dictionnaire de Géologie, Masson, coll. « Guides géologiques régionaux », Paris, 1980, 231 p., broché, 13 × 23 cm (ISBN 2-225-65461-1).

• Notices d'autorité :

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• Exploitation du grès de Fontainebleau