Connus en Belgique sous le nom de Bruxelliens, c’est sur cette roche meuble que Bruxelles est partiellement bâtie, les sables du plateau brabançon se sont déposés à l’époque éocène, il y a 50 millions d’années, dans la zone littorale d’une mer tropicale, peut-être un delta d’un fleuve.

Les fossiles témoignent de cette origine marine : débris végétaux flottés tels que fruits de palmiers, nombreuses dents de requins et même, à Maransart, un crocodile entier.

Cependant, d’une manière générale, ces sables sont peu fossilifères. La formation présente diverses variétés de sables dont l’épaisseur totale varie généralement de 10 à 50 mètres voire 67 mètres dans un sondage à Groenendael. La taille du grain moyen augmente graduellement vers le sud-est et sud-ouest.

Comme la plupart des autres roches sédimentaires de l’ère tertiaire déposées au nord du sillon Sambre et Meuse, les bancs de sable ont conservé l’allure plane originelle de leur dépôt et sont faiblement inclinées vers le Nord. Cette inclinaison s’explique par le léger soulèvement du socle rocheux sous-jacent et le retrait progressif vers le Nord de la mer qui avait envahi la région. Les sables sont souvent recouverts par une couche de limons dont l’épaisseur varie de façon imprévisible.

L’origine de ces limons est éolienne, plus précisément nivéo-éolienne. Ils se sont mis en place au cours de la dernière glaciation de l’ère quaternaire voici environ 20.000 ans. A cette époque, suite à la baisse générale du niveau marin consécutive à l’englacement de grandes quantités d’eau, la mer du Nord s’est asséchée, découvrant ainsi de vastes étendues de sédiments meubles.

Les violentes tempêtes de neige soufflant du nord-est et de l’ouest ont emporté ceux-ci vers le continent. Des sables plus lourds se sont d’abord déposés dans le Nord du pays. Les limons sont arrivés jusqu’aux bas plateaux où ils ont recouvert différentes roches existantes, essentiellement des argiles en Hainaut, des craies en Hesbaye et du sable en Brabant.

Par convention, en raison de sa grande étendue, cette couche superficielle n’est pas représentée sur les cartes géologiques. Dès lors, dans le Brabant, entre la Senne et la Gette, c’est le Bruxellien qui est représenté de façon presque continue. Seules quelques zones d’interfluves portent encore une quinzaine de mètres d’autres sables plus récents.   

Vers l’est, la formation se réduit progressivement jusqu’à faire défaut sur le méridien de Perwez, soit qu’elle ne se soit pas déposée, soit qu’elle ait été érodée avant les dépôts postérieurs. De ce point de vue, il n’y a pas de transition nette avec la Hesbaye.

Vers l’Ouest par contre, la limite est curieusement marquée dans le paysage. Le dépôt des sables bruxelliens se termine par un abrupt d’environ 25 à 40 mètres de haut et de 47 kilomètres de long dont l’origine et le caractère rectiligne sont encore mal expliqués. Il domine les argiles du plateau hennuyer qui se sont mises en place à la même époque.

Au cours de l’ère quaternaire, l’érosion différentielle entre les deux types de roches a exhumé l’abrupt, correspondant peut-être à la régularisation du front du delta par un courant marin et qui avait été enfoui après sa constitution. Les argiles, imperméables, ont été vigoureusement affouillées par un ruissellement intense tandis que le massif sableux était relativement protégé par  sa perméabilité. Les cours d’eau s’y enfonçaient dans des vallées.

Entre Schaerbeek et Tubize, l’abrupt coïncide avec les versants droits de la vallée de la Senne. Au sud, on observe quelques collines sableuses isolées à l’arrière desquelles une nouvelle rupture de pente est bien perceptible.  Les butes, comme celle de la Houssière, témoignent en fait de l’ancienne extension du Bruxellien qui, ici peu épais et de grain fin, a vraisemblablement été déblayé par le réseau hydrographique extrêmement dense du bassin de la Sennette. 

De nombreuses observations ponctuelles ont mis en évidence différents caractères des sables bruxelliens qui résultent surtout des conditions prévalant lors de leur sédimentation. Au sein du gisement, deux faciès primitifs sont couramment opposés : les sables de composition calcaire assez fins et les sables siliceux plus ou moins grossiers. Ce sont ces derniers qui sont exploités intensivement dans les sablières du Brabant Wallon.

Localement, la consolidation du sable en grès, par diagénèse au par altération superficielle (concrétionnement de surface sous climat tropical) a pu être importante. A la Houssière, par exemple, dans l’ancien site du Marouset, l’exploitation devait avancer à la dynamite car on trouvait environ 1 tonne de grès pour 5 tonnes de sable.

Un autre cas extrême bien connu est celui de la pierre de Gobertange, bancs de grès calcaire pouvant atteindre 10 mètres d’épaisseur en alternance avec les sables de l’Est du Brabant wallon et qui a servi à la construction de monuments comme la cathédrale Saint Michel à Bruxelles.