Nous avons rendu compte dans Le Mausolée de mars 1998 (p. 46-51) des travaux de Giorgio C., ingénieur conseil de la société Pometon (producteur de grenailles pour le sciage des roches siliceuses), sur la sciabilité des granits.

Depuis cette date, Giorgio C. a exposé, au long de cinq articles parus dans l'Informatore del Marmista (n° 425-426-428-429 et 430) les résultats de mesures de résistance à l'abrasion effectuées sur des roches ornementales.

Son but était de trouver une relation entre la résistance à l'abrasion et la résistance à la compression ou à la flexion, dans la perspective ultérieure de corréler avec la sciabilité.

1 -Provenance des roches

Les mesures ont été relevées sur divers catalogues internationaux de roches, au total environ 582 roches de types divers; le plus important catalogue est celui édité à Taiwan en 1996, qui décrit 178 roches provenant de toutes les parties du monde.

Les principaux pays représentés sont l'Espagne (210 roches), l'Italie (80), la Chine (74), la Grèce, le Brésil, l'Inde, l'Uruguay, le Canada, la Norvège, l'Afrique du Sud, le Portugal...

Malheureusement, il se trouve que la résistance à l'abrasion a été mesurée selon des normes différentes, et que l'on ne connaît pas de facteur de conversion entre  ces mesures. La situation est comparable à celle du Moyen-Age, lors de la construction des cathédrales gothiques : chaque province employait sa propre unité de longueur, sans que les équivalences soient connues.

2 - Méthodes de mesure

A - En Italie on emploie le tribomètre d'Amsler, selon les normes RD2232 et RD2234, datant de 1939, qui s'appliquent respectivement aux pierres de taille et aux revêtements de sol. Il s'agit d'un disque de fonte, de 52 cm de diamètre, tournant dans un plan horizontal. Deux échantillons de 50 cm², tournant selon leur axe, sont appliqués sur le disque avec une pression d'environ 0,3 kg/cm²; l'un des échantillons est celui à mesurer, l'autre est un échantillon de référence (granite San Fedelino, à l'Est de Lugano). L'abrasif est du carborundum mélangé à de l'huile selon la norme RD2232, du sable siliceux selon la RD2234. Le parcours total est de 500 m. Les résultats sont exprimés :

- soit en mm / km (usure absolue) : 1,98 à 3,9 mm / km pour les granites italiens,

- soit en coefficient relatif (ou usure relative), par comparaison avec l'usure du granite de San Fedelino. Ce coefficient est le rapport de l'usure du San Fedelino sur l'usure de l'échantillon, il indique donc une résistance à l'abrasion. Les résultats s'étendent de 0,92 à 1,17 pour des granites italiens.

Giorgio C. émet quelques critiques sur cette méthode : difficulté d'obtenir des échantillons du granite témoin, résultats dépendant de l'usure du plateau, mais surtout variabilité du granite témoin dont l'usure peut varier de 2,88 à 4,18 mm / km.

B - Aux Etats Unis la norme ASTM C241-90 utilise un mécanisme similaire; l'abrasif est de l'alundum, la surface des échantillons de 25,8 cm² , la pression de 0,085 kg/cm² , le parcours de 143 m.

La dureté Ha, ou résistance à l'abrasion, variant en sens inverse de l'usure, est donnée par la formule

                   Ha = 10 G (2000 + Ws) / 2000. Wa

dans laquelle G est la densité de l'échantillon, Ws son poids moyen  et Wa son usure.

Selon l'auteur, la méthode italienne (valeurs absolues de 1,98 à 3,9 mm/km) est 25 fois plus sévère que la méthode ASTM, du fait du parcours plus long et de la pression plus élevée ; la figure 1 du numéro 426 de l'Informatore del Marmista montre une relation calculée de la forme Ha = 88/usure Amsler en mm/km. Une variante (ASTM D1242-56) est employée en Norvège, avec une rotation rapide à 2000 t/mn.

C - En Allemagne la norme DIN 52108, fait appel à l'appareil de Böhme : l'abrasif est du corindon à grain beaucoup plus gros que dans les autres essais, la surface de l'échantillon est de 50 cm², la pression de 0,6 kg/cm², le parcours de 486 m.  Au lieu d'une rotation continue sur lui-même, l'échantillon est tourné manuellement par pas de 90°. Les résultats donnent une valeur environ deux fois moindre que la méthode italienne (en valeur absolue).

D - En Inde les mesures sont données selon la norme ISI 1237-80, qui est épuisée et que l'auteur n'a pu se procurer

E - En Espagne, l'Annuaire 1996 fournit les données d'usure en mm, sans qu'on sache quelles méthodes ont été employées.

F - La norme européenne EN 102 (méthode Capon) concerne en fait les carreaux de céramique non émaillée, mais des tentatives ont été faites en Italie pour l'appliquer aux roches ornementales, avec encore peu de résultats. Elle diffère nettement des autres, car elle utilise un disque d'acier de 200 mm de diamètre et de 10 mm d'épaisseur, tournant à 75 t/mn autour d'un axe horizontal et appliqué contre un échantillon par un contrepoids. L'abrasif est de l'alumine de grain 80, qui s'écoule à sec, le parcours est de 94,2 m. Le disque creuse une empreinte cylindrique, dont on mesure la corde. Le contrepoids est réglé de telle sorte que l'empreinte soit de 32 mm pour un granite de référence, provenant d'Autriche.

On obtient des empreintes de 42 à 56 mm dans des marbres et calcaires, de 24,5 à 29 mm dans des granites divers. Nous noterons comme avantages de cette méthode le fait que l'abrasif est renouvelé continuellement, et qu'il est forcé entre le disque et l'échantillon ; mais la pression varie au cours du creusement de l'empreinte.

3 - Recherche de corrélations

Giorgio C. a effectué de nombreux essais de corrélations, présentés sous forme graphique, à partir de valeurs relevées dans les catalogues. Vu la diversité des méthodes employées, il a tenté d'abord de calculer des équivalences entre méthodes, puis de corréler avec les mesures de résistance en compression et en flexion.

A - Corrélations entre méthodes de mesure

La figure 1 montre une comparaison entre méthode italienne (coefficient relatif) et résistance à l'abrasion ASTM (établie d'après les valeurs de la figure 2 de l'Informatore del Marmista n° 429) ; elle est basée sur 13 roches seulement, et montre une relation apparemment linéaire sauf pour les serpentinites, le marbre de Carrare et le tuf Peperino. Il faudrait naturellement que beaucoup plus de roches soient mesurées selon les deux normes pour obtenir des résultats significatifs.

Comparant la méthode italienne et norme DIN, la figure 2, basée sur 9 roches, indique une pente de l'ordre de 2, là encore les mesures sont trop peu nombreuses.

Fig. 1 - Comparaison entre résistance à l'abrasion ASTM et italienne

Fig. 2 - Comparaison entre usure irtalienne et usure DIN pour des roches de la région de Trieste

B - Corrélations entre mesures d'usure et résistance à la rupture

L'usure a été comparée à la résistance à la compression  pour 38 marbres de Grèce, 24 marbres du Portugal et 30 roches diverses d'Uruguay : pour les marbres grecs il n'existe pas de corrélation, une relation linéaire est possible pour les marbres du Portugal, ainsi que pour les roches d'Uruguay (fig. 3).

Par contre, la résistance à la flexion ne montre aucune corrélation avec l'usure pour de nombreuses roches provenant de Norvège, Finlande, Canada, Brésil, Inde et Chine. A titre d'exemple, la figure 4 montre des résultats pour des roches de provenance diverse.

Fig. 3 - Comparaison entre résistance à l'abrasion ASTM et résistance à la compression pour des roches d'Uruguay

Fig. 4 - Comparaison entre résistance à l'abrasion ASTM et résistance à la flexion pour des roches diverses

4 - Conclusion

Les méthodes de mesure de résistance à l'abrasion sont beaucoup trop nombreuses, avec des paramètres trop variables : surface de l'échantillon, rotation de l'échantillon, pression d'application, vitesse du plateau, porosité du plateau (la fonte peut retenir les grains d'abrasif), nature, granulométrie et angularité de l'abrasif (sable, carborundum, alumine, diamant), renouvellement de l'abrasif, entraînement de l'abrasif par de l'eau, de l'huile ou bien à sec.

Pour trouver une formule de conversion entre ces méthodes, au moins entre les principales, il faudrait tester une large série de roches diverses. On peut se demander comment les professionnels ont pu s'y retrouver jusqu'ici pour comparer la résistance à l'abrasion des roches de diverses origines.

Les tentatives de corrélation entre usure et résistance à la rupture donnent des résultats faibles à nuls,  il n'y a pas d'espoir d'évaluer la résistance à l'abrasion par l'utilisation de ces mesures facilement disponibles.

Notre suggestion est de distinguer trois méthodes pratiques d'évaluation de la résistance à l'abrasion :

- résistance à l'usure pour les dallages, employant du sable siliceux (plus fréquent sous les semelles des piétons que le carborundum ou l'alumine).

Une norme européenne s'appliquant aux dallages intérieurs doit être prochainement publiée : elle propose d'appliquer l' échantillon avec une force de 14 kgf contre un disque d'acier de 200 mm de diamètre et de 70 mm d'épaisseur, effectuant 75 tours en une minute (parcours de 47,12 m) ; l'abrasif est de l'alumine de grain 80, s'écoulant à sec entre l'échantillon et le disque. On mesure la corde de l'empreinte en mm. Cette méthode est donc similaire à la méthode Capon. Les préconisations, c'est à dire les limites acceptables pour les différents emplois, ne sont pas encore fixées.

- résistance au meulage, par meules diamantées, pour mesurer l'aptitude de la roche à subir les premières phases de polissage sur les chaînes,

- résistance au sciage, inverse de la sciabilité, évaluant la difficulté de sciage au disque diamanté et à la grenaille.