Essai SPT : battage, valeur N et corrélations

Un mouton de 63,5 kilos tombe de 76 centimètres, frappe, enfonce un tube creux au fond d'un forage. On compte les coups: c'est l'essai SPT, ou Standard Penetration Test. Le plus répandu au monde, il reste rare en France. On voit ici ce que mesure sa valeur N, comment on la corrige et ce qu'elle dit du terrain.

L'essai SPT mesure le sol en comptant des coups

L'essai SPT se réalise au fond d'un forage déjà creusé. On y descend un tube en acier, le carottier fendu, puis on le bat avec une masse, le mouton, lâchée d'une hauteur fixe. À chaque chute, le carottier s'enfonce un peu. On note le nombre de coups par tranche de profondeur.

Sa particularité tient au carottier. Une fois remonté, ce tube s'ouvre dans la longueur et livre un échantillon de terrain. L'essai donne donc deux choses à la fois: un chiffre de résistance et un morceau de sol que l'on regarde à l'oeil, sable, argile ou limon. C'est l'une des reconnaissances menées directement dans le terrain, aux côtés du pressiomètre et des autres méthodes de sondage réalisées sur place.

La valeur N traduit la résistance du sol

La valeur N, c'est le nombre de coups nécessaires pour enfoncer le carottier des 30 derniers centimètres. C'est la donnée brute du terrain, lue sur place, sans calcul. Plus le sol est dur, plus N grimpe.

Sur un sable lâche, quelques coups suffisent et N reste bas. Sur un gravier dense ou une argile dure, le compteur s'envole. Le géotechnicien classe alors le sol à partir de cette valeur, avec une correspondance signée Terzaghi et Peck, deux pionniers de la mécanique des sols. Les bornes diffèrent selon le type de terrain.

Le sable se classe par compacité

L'argile se classe par consistance

Ces classements restent fiables sur les sols sableux. Sur les argiles, la lecture demande plus de prudence, car la valeur N y dépend de la teneur en eau et de l'historique des contraintes.

Le N60 corrige l'énergie du battage

Un coup de mouton ne transmet jamais toute son énergie au train de tiges. Une partie se perd dans le matériel et le geste. Un marteau ancien à corde et poulie délivre moins qu'un marteau automatique. Résultat: deux appareils peuvent donner deux valeurs N sur le même sol.

Pour rendre les sondages comparables, on ramène la valeur brute à un rendement de référence de 60 % de l'énergie théorique de chute libre. C'est le N60. Cette correction d'énergie est la plus importante des corrections appliquées à l'essai.

Passer de la valeur N aux paramètres du sol

La valeur N reste une mesure indirecte. Pour la transformer en paramètres de calcul, l'ingénieur s'appuie sur des corrélations empiriques, établies type de sol par type de sol. Elles servent au pré-dimensionnement, pas au calcul final des fondations.

• Angle de frottement: pour les sables, des abaques connus, comme ceux de Peck, Hanson et Thornburn ou de Meyerhof, relient la valeur N corrigée à l'angle de frottement interne. Plus N monte, plus l'angle augmente.
• Cohésion non drainée: pour les argiles, des correspondances relient N à la cohésion non drainée Cu. Elles donnent un ordre de grandeur, moins sûr que sur les sables.
• Résistance de pointe statique: le rapport entre la résistance au cône qc du pénétromètre statique et la valeur N varie selon la grosseur des grains du sol.

Le SPT se distingue du pénétromètre dynamique

Les deux essais reposent sur le même geste, le battage d'une masse. Mais ils ne donnent pas la même chose. Le SPT travaille au fond d'un forage et remonte un échantillon. Le pénétromètre dynamique enfonce une pointe pleine en continu, sans forage et sans prélèvement.

L'atout du SPT, c'est l'échantillon: il dit la nature du sol, pas seulement sa dureté. Le pénétromètre dynamique va plus vite et coûte moins, mais reste muet sur la matière traversée. Les deux se complètent dans une campagne de reconnaissance.

Le SPT reste rare en France

À l'international, le SPT est l'essai roi. En Amérique du Nord surtout, la plupart des reconnaissances passent par lui, et la majorité des corrélations publiées s'appuient sur sa valeur N. En France, la pratique a pris un autre chemin.

La raison tient à un appareil né dans l'Hexagone. Le pressiomètre Ménard, mis au point par Louis Ménard dans les années 1950 et adopté par le Laboratoire central des ponts et chaussées, est devenu l'outil de référence pour dimensionner les fondations françaises. Les règles de calcul nationales se sont construites autour de lui.

Pour une maison individuelle, le pénétromètre dynamique vient compléter le tableau: rapide et bon marché, il reconnaît vite le terrain. Le SPT, lui, garde sa place dans certains contextes, sur de grands projets ou des forages profonds, et dans les études comparées avec des pratiques étrangères. Une étude de la Revue Française de Géotechnique a d'ailleurs comparé valeurs SPT et mesures au pressiomètre sur des terrains du Bassin parisien.

La norme qui encadre l'essai SPT

L'essai ne s'improvise pas. Un texte fixe le matériel, le déroulement et le contenu du compte rendu. C'est ce qui permet de comparer un sondage à un autre.

La norme NF EN ISO 22476-3 encadre l'essai de pénétration au carottier. Elle décrit l'appareillage, le mode opératoire et le procès-verbal, pour des reconnaissances surtout adaptées aux sols sans cohésion. Cet essai s'inscrit dans l'Eurocode 7, sa partie reconnaissance et essais géotechniques, publiée sous la référence NF EN 1997-2. Vous pouvez consulter la fiche officielle de la norme NF EN ISO 22476-3 sur le site de l'AFNOR.

Questions fréquentes