Grès (géologie)
roche sédimentaire détritique issue de l’agrégation de grains majoritairement de la taille des grains de sables
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Le grès est une roche sédimentaire détritique issue de l’agrégation de grains de taille majoritairement sableuse (0,063 mm à 2 mm) et consolidé lors de la diagenèse. Les grains qui constituent le grès sont généralement issus de l'érosion de roches préexistantes, qui déterminent en grande partie sa composition, principalement constituée de quartz et feldspath. Selon le degré de cimentation et sa composition, il peut former une roche très friable ou cohérente[1]. Le grès se rencontre dans une grande variété de milieux de dépôt, depuis le domaine continental (rivière, plage) jusqu'au domaine marin (turbidites). Son équivalent non consolidé est généralement appelé sable.
| Catégorie | Roche sédimentaire |
|---|---|
| Sous-catégorie | Roche détritique terrigène |
| Composition chimique |
variable |
| Texture | Sable consolidé |
| Couleur | variable (rouge, ocre, rose, vert, gris, blanc, jaune, marron, violet, doré ou argenté) |
| Utilisation |
|
| Dureté | roche très friable à cohérente |
Étymologie
Le mot grès dériverait du bas latin gressius, gresum, ou du haut allemand griez, grioz, ou de l'ancien bas francique greot, ou encore de l'allemand moderne gries, mots qui signifient « sable, gravier »[2].
Définition
La définition du grès repose sur une combinaison de critères texturaux et compositionnels. On le considère communément comme une roche sédimentaire, dont les grains ont majoritairement une granulométrie comprise entre 0,063 et 2 mm, soit la granulométrie des sables, et une nature détritique terrigène et non carbonatée, c'est-à-dire qu'ils proviennent de la décomposition d'une roche préexistante. Cette définition contraste avec celle de l'arénite, qui est un terme strictement textural, indépendamment de la composition et de l'origine des grains qui le constituent[3].
Cette définition a fait l'objet de débats au milieu du XXe siècle au sein de la communauté internationale. Certains auteurs privilégiaient une approche strictement texturale[4], indépendamment de sa composition et de l'origine des grains. Cela permettait de considérer comme du grès toute roche calcaire présentant une granulométrie adéquate, par exemple un calcaire oolitique ou à texture grainstone. Il est depuis accepté de décrire une roche carbonatée dont les grains ont une granulométrie sableuse, comme une calcarénite. Mais cette définition est limitée aux roches calcaires constituées majoritairement par des grains carbonatés intrabasinaux, c'est-à-dire formés au sein même du bassin sédimentaire. Lorsque la roche comporte des grains carbonatés extrabasinaux (fragments de roches carbonatés préexistantes démantelées et transportées dans le bassin sédimentaire), on parle plutôt d'arénite hybride[5].
Composition
Composition minéralogique
La composition des grès est extrêmement variable car elle est fonction de la source des sédiments, des conditions de préservation des différents grains durant le cycle sédimentaire, du milieu de dépôt et des processus en cours durant la diagenèse. On distingue les grains issus du démantèlement de roches ou de sédiments préexistants, qui constituent la fraction détritique ou extrabasinale, des grains non-détritiques formés dans le bassin sédimentaire où se dépose le sédiment (bioclastes, etc) qui constituent les grains intrabasinaux, et ceux précipités durant la diagenèse (grains néoformés). Les espaces interstitielles sont, selon les cas, comblés soit par une cimentation (carbonatée ou non), une matrice (généralement argileuse) ou bien laissés vacant et contribuent alors à la porosité de la roche.
Grains détritiques
Les grains détritiques représentent par définition plus de 50 % de la composition d'un grès. Quartz, feldspaths et fragments rocheux constituent la majeure partie de la composition d'un grès. Leur distribution relative définit la nomenclature des grès (cf. section Classification).
Grâce à leur dureté et à leur résistance à l'abrasion mécanique et l'altération chimique, les grains de quartz sont les grains les plus fréquents dans les grès. Ils peuvent être remaniés dans une succession de cycle d'érosion-sédimentation conduisant à la génération de grains polycycliques. Les quartz sont associés à des feldspaths, plus sensibles aux altérations. Ces grains proviennent initialement de roches magmatiques et des roches métamorphiques associées.
Les fragments rocheux décrivent tout assemblage polycristallin hérité d'une roche préexistante. Ils sont d'importants indicateurs de la source du matériel détritique car ils permettent d'identifier des assemblages minéralogiques. On distingue les assemblages constitués de grains d'une taille inférieure à la gamme des sables et qui peuvent par conséquent se démanteler en des fragments identiques mais de granulométrie toujours plus petite (siltite, argilite), des assemblages constitués majoritairement de grains de taille au moins sableuse et dont leur démantèlement conduit à la dispersion de grains individualisés participant à la composition sableuse du grès. Selon les nomenclatures, les premiers sont parfois décrits comme des fragments rocheux par opposition aux seconds décrits comme des lithoclastes.
Les autres grains participant à la fraction détritique sont des minéraux secondaires. Ils incluent les micas et les minéraux lourds. Leur proportion est généralement faible (quelques pourcents) en raison de leur faible proportion initiale dans les roches sources et, selon les cas, de leur moindre résistance durant le processus sédimentaire. Malgré leur faible concentration, l'analyse de ces grains (géochronologie, thermochronologie, géochimie) permet d'affiner la description des sources détritiques. Cependant, les processus de transport peuvent parfois favoriser leur concentration sous la forme de placers.
Grains non-détritiques
Les grains non-détritiques incluent l'ensemble des grains précipités dans le milieu de dépôt des sédiments. Leur proportion est généralement secondaire et ne participe pas directement à la nomenclature des grès mais ils servent à décrire l'environnement dans lequel s'est déposé le sédiment à l'origine du grès. Selon le contexte sédimentaire, ils peuvent aussi être décrits comme des grains intrabasinaux par opposition aux grains extrabasinaux que sont les grains détritiques[5].
Ils comprennent notamment les grains d'origine biogéniques comme les bioclastes. Ce sont de bons indicateurs paléoenvironnementaux lorsqu'ils forment dans le milieu de dépôt mais peuvent aussi être remaniés lors du transport des sédiments. Certains d'entre eux sont utilisés comme marqueur biostratigraphique (foraminifères, etc.) pour dater les dépôts mais à la condition de ne pas être remaniés.
Des phases minérales peuvent aussi précipiter selon les conditions physico-chimiques du milieu comme des oxydes et hydroxydes de fer, des phosphates ou de la glauconie. Ils peuvent aussi faire l'objet de remaniement.
Grains néoformés
Durant la diagenèse et jusqu'à la phase d'exhumation (télogenèse), la composition du grès peut être soumise à des modifications résultant d'une part de la compaction du sédiment et d'autre part de la circulation de fluides interstitielles. La compaction des sédiments exerce une pression mécanique sur les grains qui peut se manifester par la fragmentation voire le broyage des grains les plus fragiles. Ce démantèlement des grains peut ensuite favoriser une dissolution de certains d'entre eux par circulation de fluides sous-saturés entrainant leur disparition (fantôme) voire leur remplacement par une autre phase minérale. Ces néoformations concernent notamment les feldspaths qui peuvent se voir progressivement remplacés par des minéraux argileux (kaoloninisation), des micas (séricitisation) ou de la calcite (calcitisation). Des minéraux carbonatés peuvent aussi être remplacés par des phases carbonatées de chimie différente par exemple.
Composante interstitielle
Le dépôt d'un sédiment composé de grains de taille et de morphologie variable conduit systématiquement à la formation de vide entre les grains ou interstices qui composent la porosité interstitielle (ou intergranulaire). À cette dernière se rajoute une porosité intragranulaire qui correspond à des cavités internes de grains comme les bioclastes. L'ensemble de cette porosité originelle est aussi décrite comme une porosité primaire. Elle peut être complétée ou remplacée par une porosité secondaire résultant de la dissolution de grains préexistants ou de la réorganisation de la fabrique lors de la diagenèse. Lorsque cette porosité est préservée durant la diagenèse, elles confère à la roche des propriétés de réservoir lorsque ces pores présentent une forte interconnexion (porosité effective). Cependant, la préservation de la porosité limite la consolidation de la roche la rendant plus friable.
Inversement, le remplissage des interstices par précipitation d'un ciment (généralement carbonaté), ou par la présence d'une matrice favorise l'induration de la roche. La cimentation peut s'effectuer précocement au moment du dépôt sédimentaire mais elle se produit plus généralement lors de la diagenèse par circulation de fluides sur-saturés dans les interstices préservés. La précipitation du ciment est facilitée par la présence de grains de composition similaire servant alors de matrice à partir de laquelle le ciment se développera. Le ciment carbonaté est le plus fréquent (généralement calcitique, plus rarement dolomitique). Il précipite par circulation de fluides sursaturés en carbonate, provenant de la dissolution partielle ou totale de grains carbonatés préexistants (bioclastes, oolites, etc.). On peut trouver des cimentations siliceuses qui peuvent être constituées d'opale, calcédoine ou de silice amorphe. Elles proviennent généralement de la dissolution partielle de quartz par contact entre grains sous l'effet de la compaction et se rencontrent plutôt dans des grès riches en quartz. Elles peuvent aussi provenir de la dissolution de tests (échinoderme) ou spicules (éponge) siliceux. Enfin, on peut trouver des ciments à base de composés ferreux/ferrique comme de la sidérite, des oxydes de fer (hématite, goethite) voire de la pyrite. Ils sont particulièrement représentés dans les séries du Paléozoïque. La cimentation d'un grès peut s'effectuer en plusieurs phases au cours desquelles les précédentes phases de cimentation peuvent soit être dissoutes et remplacées par un nouveau ciment ou bien s'ajouter à la cimentation préexistante, contribuant à diminuer davantage la porosité.
La matrice est généralement composée de minéraux argileux accompagnés parfois de micas. Elle est le produit de l'altération de certains grains comme les feldspaths, les minéraux ferro-magnésiens ou les fragments de roches volcaniques. Elle peut se former in-situ dans le cadre de la diagenèse ou avoir une origine détritique (coulées de boue). En raison de sa granulométrie fine, la limite supérieure est défini à partir du moment où les grains ne sont plus aisément identifiables au microscope. Mais comme cette limite peut être contournée en changeant le grossissement, Robert H. Dott[6] définit par convention que la granulométrie maximale de la matrice correspond à l'épaisseur d'une lame mince standard, soit 30 µm.
La préservation de la porosité peut aussi être contrariée par la compaction qui entraine une disparition des interstices et une interpénétration des grains, qui, associée à des phases de dissolution-recristallisation, permettra de consolider la roche.
Composition chimique
Éléments majeurs
Éléments traces
Couleur
Le ciment et les éléments accessoires donnent à la roche sa couleur : la teinte jaune, orange, brun, rouge est fonction de la présence d'oxyde de fer (limonite, hématite) ; la teinte verdâtre tient à la présence de chlorite, la teinte noire à des oxydes de manganèse ou à de la matière organique, la teinte grise provient de débris de roches sombres[7],[8].
Classification
La classification des grès est construite sur la composition modale, auquel se sont rajoutés des critères texturaux (présence ou non d'une matrice). Elle peut être obtenue par comptage des grains ou par analyse des éléments majeurs. La classification des grès s'est depuis élargie à l'identification du contexte tectonique où se sont formés les sédiments dans le cadre d'analyse de provenance. Des modèles[9] de nomenclature des grès plus poussés incluant la granulométrie, la composition minéralogique et le degré de maturité ont aussi été proposés sans succès.
Nomenclature
Plusieurs termes sont régulièrement employés pour décrire la composition des grès indépendamment des classifications employées bien qu'il n'existe pas de consensus sur leur définition exacte[10] :
- Quartzarénite : grès à composition quasi exclusivement quartzeuse (supérieure à 95 %) aussi décrite comme un quartzite, plus spécifiquement un orthoquartzite et à ne pas confondre avec les quartzites métamorphiques (métaquartzite). La formation d'une telle roche nécessite un processus d'altération suffisamment important pour éliminer le reste de la fraction détritique, notamment les feldspaths. Ces conditions ont été particulièrement réunies au Paléozoïque où l'absence de végétation a permis une remobilisation continue des sédiments et leur abrasion par le vent[11]. Les quartzarénites se caractérisent aussi par des grains généralement arrondis en raison de leur héritage polycyclique.
- Arkose (Brogniart, 1826[12]) : grès caractérisé par sa teneur en feldspaths prédominante sur les quartz. Il est plus rarement remplacé par le terme de feldsparénite qui permet d’harmoniser les appellations en reprenant le suffixe -arénite.
- Litharénite : équivalent à l'arkose mais où la teneur en fragments rocheux prédomine sur les feldspaths et les quartz. Son occurrence est généralement associée à un faible transport des matériaux ce qui explique sa forte teneur en fragments rocheux. Un transport plus prononcé conduit généralement à la désagrégation de ces derniers et à la formation d'une arkose.
- Grauwacke ou graywacke (Jameson, 1808[13]) : grès argileux. Certaines définitions rajoutent une teneur significative en lithoclastes et une teinte sombre à verdâtre en raison de la présence de chlorite. L'absence de critères de composition et sa description avant tout texturale tendent plutôt à considérer le terme grauwacke comme un faciès.
D'autres termes peuvent aussi être employés en reprenant le suffixe -arénite et permettent d'affiner la description du grès : sédarénite (litharénite à forte composante sédimentaire, volcarénite (idem mais à forte composante volcanique), phyallarénite (idem mais à forte composante métamorphique), etc. Dans une approche similaire, une calcarénite décrit une roche calcaire composée majoritairement de grains de taille sableuse.
Histoire
L'avènement des premiers travaux naturalistes s'accompagne de l'apparition de nombreux travaux destinés décrivant des roches à la texture ou composition particulière à l'image des graywackes. Les premières classifications des grès apparaissent entre le XIXe siècle et le début du XXe siècle. Il s'agit alors de classifications rudimentaires strictement descriptives et généralement illustrées sous la forme d'un tableau à double entrée. L'absence de critères précis et reconnus collectivement décrivant chaque variété de grès conduit à des approches personnalisées de leur définition par les auteurs. La situation est telle que plusieurs géologues[14],[10],[15] alertent sur l'absence de consensus sur la classification des grès. En marge de tentatives infructueuses[10] pour réformer la nomenclature générale des roches sédimentaires, il s'en suit une multiplication des diagrammes ternaires (plus d'une vingtaine) entre les années 1950 et les années 1970[16] dans le cadre d'une démarche plus quantitative.
Diagrammes ternaires
Composition minéralogique
Les diagrammes ternaires s'organisent autour des quatre principaux paramètres de composition des grès :
- Quartz (Q) : il représente le pôle de la plus grande stabilité minéralogique. Selon les modèles ils incluent parfois les quartzites (quartz polycristallin), le silex et ses dérivés ;
- Feldspaths (F) : Il décrit le grains monocristallin instable le plus abondant dans les grès ;
- Fragments rocheux (R) ou lithiques (L) : c'est la somme des grains instables polycristallins auxquels sont soustraient les grains comptés dans le pôle quartz (quartzite, silex) selon les modèles ;
- Matrice (M) : elle incorpore tous les grains dont la granulométrie est inférieure à 62,5 µm[18] ou 30 µm[6] selon les modèles.
La composition des grès dans un diagramme ternaire peut aussi s'exprimer sous la forme d'une formule minéralogique : QxFyRz où x, y et z représente la proportion relative des trois pôles dans le diagramme. La différence entre les notions de fragments rocheux et fragments lithiques repose sur la définition que l'on donne au grain. Dans le premier cas (fragments rocheux), tout grain polycristallin est considéré comme un grain à part entière, indépendamment de la granulométrie des minéraux le constituant, tandis que dans le second cas (fragments lithiques), les minéraux constituants les lithoclastes sont comptés individuellement lorsqu'ils sont de la granulométrie sableuse et seuls les lithoclastes dont les constituants ont une granulométrie inférieure à celle des sables sont considérés comme des fragments lithiques (silex, argilite, siltite, verre volcanique, etc.)[18],[19],[note 1]. Les diagrammes à pôle R permettent ainsi d'obtenir une description texturale du grès tandis que ceux à pôle L visent à restreindre l'influence de la granulométrie sur la composition. En effet, le démantèlement progressif des lithoclastes non carbonatés (roches magmatiques et métamorphiques par exemple) dans un sédiment conduit à diminuer déplacer sa distribution granulométrique vers les fractions fines mais entraine parallèlement une augmentation de la teneur en quartz et feldspath par l'ajout des grains initialement inclus dans les fragments rocheux.
L'absence de consensus sur la nomenclature des sous-variétés des grès entraina une multiplicité des schémas avec plus d'une vingtaine de diagrammes différents. Aujourd'hui les diagrammes de Robert L. Folk[17],[20] et de Robert H. Dott[6] sont les plus fréquemment employés. Ce dernier offrant par ailleurs l'opportunité d'inclure la proportion de matrice (-wacke) pour affiner la nomenclature des roches. Tous les diagrammes sont orientés avec le quartz au sommet, traduisant une prévalence d'un enrichissement en quartz dans les grès. Dans la majeure partie des diagrammes, un pôle quartzeux est même régulièrement défini en référence aux nombreuses séries de quartzite identifiés dans le Paléozoïque et une ligne médiane différencie les populations à dominante feldspathique et lithique.
Contexte tectonique
Tétraèdres et prismes
Les diagrammes sous forme de tétraèdres ou de prisme triangulaire sont une forme dérivée des diagrammes ternaires avec une approche tridimensionnelle. Les tétraèdres sont constitués par la réunion de quatre diagrammes ternaires (tétraèdres à base triangulaire) grâce à l'ajout une variable supplémentaire. Les diagrammes prismatiques consistent dans la répétition du diagramme ternaire en faisant varier une variable non incluse dans le diagramme ternaire.
Pettijohn est l'un des premiers à proposer un diagramme tétraédrique en rajoutant un pôle silt et argile au diagramme QFR[21]. Cette disposition lui permet de visualiser le champ des graywackes et des mudstones granuleuses sous la forme d'un enrichissement en silt et argile.
Un second tétraèdre est proposé par Zuffa[5]. Il vise à proposer une classification des grès en considérant la présence d'arénites hybrides, dépôts détritiques riches en matériel carbonaté et qui servent de continuum entre les grès et les calcarénites. Cette classification repose sur l'identification de quatre groupes de composants selon leur origine (extrabasinale E et intrabasinale I) et leur nature (carbonatée C et non-carbonatée NC). On obtient ainsi quatre groupes (NCE, NCI, CE, CI) qui peuvent être employés indépendamment.
Le diagramme ternaire de Dott[6] est aussi proposé sous forme étendu en faisant varier la teneur en matrice argileuse. Il en découle une gradation de la nomenclature depuis des grès dépourvu de matrice (arénites, 0-10 %) vers leur équivalent à forte teneur argileuse (wackes, 10-75 %) puis des mudstones au-delà de 75 % de matrice. Cette gradation des arénites vers les mudstones est alors interprété par l'auteur comme le reflet d'une maturation des sédiments.
Diagrammes binaires
Une autre approche pour définir la composition des grès repose sur la composition des éléments majeurs sous forme d'oxyde. Cette approche offre plusieurs avantages : elle réduit les incertitudes inhérentes à la définition de matrice et de lithoclastes qui peuvent biaiser les résultats[22], et minimise l'influence de l'altération des grains sur la composition (dans l'hypothèse où la roche se comporte comme un système fermé).
Gerard V. Middleton est le premier à établir en 1960 une corrélation entre la géochimie et la composition minéralogique des grès[23] au travers des ratios SiO2/Al2O3, Na2O/K2O et (Na2O+CaO)/K2O. Un premier modèle est établi en 1971 par Garrels et Mackenzie[24] et reprend la majeure partie des termes employés dans les diagrammes ternaires. Il repose sur des ratios molaires des principaux éléments présents dans le grès (Si, Al, Na, Ca et K) et incluent aussi les champs calcaire et mudstone qui se définissent par une concentration en aluminium supérieure à celle du silicium. Francis J. Pettijohn et al. proposent un second modèle[16] l'année suivante. Bien qu'utilisant des modes de calcul différents, les deux diagrammes comparent d'un côté un ratio reposant sur les proportions relatives de SiO2 (quartz) et d'Al2O3 (minéraux argileux) et de l'autre un rapport des principaux éléments alcalins (Na et K, plus le calcium) censé permettre de distinguer les feldspaths des lithoclastes. Si le ratio SiO2/Al2O3 est aussi employé comme indicateur de maturité minéralogique de la roche[16], le second axe demeure perfectible car il conduit à placer les roches riches en albite (feldspath sodique) dans le champ des litharénites et non des arkoses[22]. Michael M. Herron propose en conséquence un troisième modèle[22], où à la différence des deux précédents, le ratio SiO2/Al2O3 sera opposé à un ratio Fe2O3/K2O. Les feldspaths et micas se distinguent par une forte concentration en potassium et une déplétion en fer qui contrastent avec d'autres minéraux moins stables et plus riche en fer mais fréquents dans les lithoclastes à l'image de nombreux minéraux lourds. Enfin des champs shale et shale-Fe permettent de faire la distinction entre les grès et les roches à dominante argileuse.
Érosion et altération
Diagenèse
Les grès se forment dans une multitude d'environnements sédimentaires. Ils résultent d'une combinaison de facteurs, qui incluent notamment la compaction des sédiments par enfouissement, puis leur cimentation par précipitation de sels dissous dans les eaux interstitielles transitant à travers le sédiment. Une partie des grains qui constituent le sédiment peut aussi contribuer à la formation d'un ciment par dissolution préférentielle (grains carbonatés) ou par altération (calcitisation des plagioclases).
Géomorphologie
Certains grès peuvent subir une altération rapide. Cette altération dépend de :
- La propension à absorber l’eau et à sécher, la circulation de l’eau dans les pores, le gel.
- La composition du ciment : les grains dans un ciment calcaire se déchaussent plus rapidement, à la suite d'une dissolution plus rapide de ce ciment. Certaines constructions sont dans ce cas et nécessitent de fréquentes restaurations.
- La présence d’une matrice argileuse (plutôt que d'un ciment).
En s'altérant, le grès peut redevenir du sable et recommencer un cycle de sédimentation.
- Stratifications et modelés dus à l'érosion dans du grès
Les buttes de grès de Monument Valley.
Les Navajo Twin Rocks, une formation rocheuse située à Bluff (Utah).
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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)[27].
Métamorphisme
Applications en géologie
Sédimentologie
Analyse de provenance
Modèle de Dickinson
Modèle de Garzanti
Étude des minéraux lourds
Analyse variétale
Géochronologie
Utilisation
Les grès sont utilisés dans les travaux publics (empierrements, granulats, centrales à béton, enrochements littoraux), le bâti, la sculpture, la fabrication de meules naturelles et de pavés ou de dallages. À ces emplois majeurs s’ajoutaient dans le passé quelques utilisations particulières (pierres à aiguiser, pierres réfractaires), érection des mégalithes.
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[28]. 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[29].
Maçonnerie et sculpture
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 (certains grès quartzites). 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 applications dans le bâtiment sont très nombreuses :
- les grès durs, lourds et étanches, généralement quartzifiés à des degrés divers, 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. Ces grès peuvent être utilisés comme pierres de taille, généralement assez grossières, mais ils sont peu utilisés en sculpture (certaines gargouilles sont faites avec cette pierre, du fait de la solidité et de l'étanchéité recherchée). Certains quartzites à texture fine et régulière, bien que très durs, se prêtent mieux à la sculpture, comme ceux utilisés par les égyptiens anciens (statues, stèles, sarcophages).
- les grès plus tendres et plus faciles à travailler, sont plus souvent utilisés en architecture et sculpture comme pierre de taille courante pour l'élévation des bâtiments. Ces grès sont le plus souvent constitués de sable de silice (quartz majoritairement) mais sont peu ou pas quartzifiés (cimentation modérée et non silicieuse), par exemple le grès bigarré qu'on rencontre dans de nombreuses régions d'Europe centrale, comme celui des Vosges. Ils permettent fréquemment des sculptures de qualité et de nombreuses fantaisies architecturales, à la manière des pierres calcaires. Mais on trouve aussi des grès calcaires, constituées soit de sable calcaire, soit de sable siliceux avec cimentation calcaire, ce qui en fait des pierres chimiquement très différents. Les molasses, quant à elles, ont des compositions et des textures très variées et certaines constituent de belles pierres à bâtir, particulièrement en Suisse (par exemple, le grès de Berne (de)), mais ce type de grès est moins résistant aux intempéries. Des grès ferrugineux sont aussi utilisés en construction et sont résistants, mais leurs textures leur confèrent souvent des aptitudes médiocres pour la sculpture.
- 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.
Sarcophage de la reine Hatchepsout, sculpté dans un grès quartzifié dur et fin.
Salle hypostyle du temple d'Amon de Karnak, Égypte. Grès non quartzifié, nettement plus tendre.
Cité antique de Pétra, taillée directement dans les falaises de grès.
Sculpture chinoise en grès (dynastie Wei du Nord).
Remparts de la Cité de Carcassonne en grès molassique.
Coloration très variable du grès vosgien de la collégiale Saint-Martin de Colmar.
La cathédrale de Bruxelles, en pierre de Gobertange, un grès calcaire en strates de faible épaisseur du Cénozoïque.
L'abbatiale de Saint-Gildas-des-Bois, Loire-Atlantique, en grès ferrugineux, localement appelé « roussard ».
Gros plan sur un monument funéraire, cimetière de Bercy, Paris. Grès ordinaire non quartzifié (type grès vosgien), dont on perçoit bien la texture sableuse.
Le parlement du Canada, principalement en grès quartzite dur de Neapen (Kanata). Certains éléments sculptés sont en pierres plus tendres.
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Meules
Pavage
Les grès quartzifiés du Cénozoïque du bassin Parisien et du bassin de Flandre ont été beaucoup utilisés pour paver les rues des villes ainsi que les routes. Déjà au temps des Romains, les rues de Paris étaient pavées en grès de Fontainebleau[31]. Une partie des pavés de grès installés à Paris sous Haussmann a 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). On l'a par la suite remplacé par des granites bretons et vosgiens, moins glissants.
De même, les routes pavées du Nord, comme celles empruntées par la course cycliste du Paris-Roubaix, sont originellement en grès de la région, un grès quartzite extrait dans les buttes témoins cénozoïques du Cambraisis et du Douaisis. Cependant là aussi, les rénovations ont utilisé des roches granitoïdes importées, notamment le porphyre du Hainaut belge et divers granites (bretons et vosgiens), transformant souvent ces routes en patchwork de roches diverses, parmi lesquelles une partie des grès originaux subsistent, se reconnaissant à leur surface souvent très polie et arrondie et leur couleur uniforme gris ou jaunâtre.
Dans l'entre-deux-guerres, la carrière de grès de Courzieu était utilisée pour la voirie de Lyon.
Les techniques plus modernes permettent de débiter les grès par sciage, en plaques de dimensions importantes permettant de réaliser des dallages très résistants et décoratifs.
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Réservoir
Dans la culture populaire
- Dans le calendrier républicain, le Grès était le nom attribué au 14e jour du mois de nivôse[32].
