Une argile molle peut afficher une résistance dix fois plus faible qu'une argile ferme. Pour la mesurer directement dans le sol, sans remonter d'échantillon, on utilise le scissomètre de chantier, aussi appelé vane test. C'est l'outil qui donne la cohésion non drainée Cu d'une vase ou d'une argile molle, là où le pénétromètre et le pressiomètre sont mal adaptés. Voici à quoi sert cet essai, comment tourne la palette dans le sol, ce que vaut la valeur lue et pourquoi on la corrige avant de l'utiliser.
Sommaire
- À quoi sert le scissomètre et quand le sortir
- La palette tourne, le sol se cisaille
- La cohésion non drainée Cu, ce que dit le chiffre
- Pourquoi on corrige la valeur avec Bjerrum
- Les sols qui conviennent et ceux qui bloquent l'essai
- La norme qui encadre l'essai
- Le scissomètre en un tableau
- Questions fréquentes
À quoi sert le scissomètre et quand le sortir
Le scissomètre mesure la résistance d'un sol mou au cisaillement, juste après la charge, avant que l'eau n'ait le temps de partir. Cette résistance porte un nom, la cohésion non drainée, notée Cu. Elle sert à savoir si une argile molle tiendra sous un remblai, sous une dalle ou sous une fondation peu profonde.
Il intervient sur des terrains précis. Fonds de vallée, anciens marais, bords d'étang, zones portuaires, sols de remblai gorgés d'eau. Partout où l'on rencontre des vases ou des argiles trop molles pour qu'un autre essai donne une lecture fiable.
Trois situations le font sortir de la camionnette du géotechnicien.
- Un remblai sur sol compressible. Avant de monter une route ou une plateforme sur une argile molle, on vérifie que le sol porte la charge sans glisser.
- La stabilité d'une pente ou d'une berge dans un sol fin saturé, où une rupture se produit le long d'une surface bien définie.
- Une fondation légère sur sol mou, pour mesurer si l'argile supporte la maison ou s'il faut descendre les appuis plus bas.
Quand la cohésion mesurée reste trop faible, le rapport oriente vers une autre solution : descendre les appuis plus bas, passer à des fondations profondes qui vont chercher une couche résistante, ou renforcer le sol avant de construire.
Qui réalise cet essai : un bureau d'études géotechnique, équipé du matériel de scissométrie. Il intervient le plus souvent dans le cadre d'une mission de conception (étude G2) quand le terrain présente des sols mous. Le particulier ne commande pas un scissomètre seul. Il commande une étude de sol, et le géotechnicien choisit les essais adaptés au terrain.
La palette tourne, le sol se cisaille
Le principe tient en un geste. On enfonce une petite croix métallique dans le sol, on la fait tourner, et on mesure la force qu'il faut pour vaincre la résistance du terrain. Cette croix à quatre pales s'appelle un moulinet.
On fonce le moulinet dans le sol
Les quatre pales en acier sont poussées dans le terrain, le plus souvent sans forage préalable dans les sols mous, par l'intermédiaire d'un train de tubes. Pendant la descente, une gaine protège les pales du frottement.
On laisse le sol se reposer
À la profondeur voulue, le moulinet est sorti de sa gaine et reste immobile quelques minutes. Ce court repos limite le remaniement provoqué par l'enfoncement.
On applique le couple de torsion
Depuis la surface, des tiges entraînent le moulinet en rotation lente. Le sol cède le long d'un cylindre qui enveloppe les pales. Un couplemètre enregistre la force de torsion en continu.
On lit le pic et le palier
La courbe monte jusqu'à un maximum, le moment où le sol rompt, puis retombe sur une valeur plus basse. Le pic donne la résistance du sol intact, le palier celle du sol remanié après plusieurs tours.
Un coefficient propre à l'appareil convertit ensuite le couple maximal en contrainte de cisaillement. Cette contrainte, dans une argile saturée chargée vite, correspond à la cohésion non drainée Cu.
Bon à savoir : le rapport entre la résistance du sol intact et celle du sol remanié s'appelle la sensibilité. Plus ce rapport est élevé, plus l'argile perd de sa tenue dès qu'on la dérange. Une argile fortement sensible peut presque se liquéfier au moindre terrassement, ce qui change tout pour un chantier.
La cohésion non drainée Cu, ce que dit le chiffre
La cohésion non drainée Cu s'exprime en kilopascals (kPa). Plus elle est élevée, plus le sol résiste. L'essai au scissomètre la mesure sur place, ce qui évite le remaniement subi par un échantillon transporté au laboratoire.
Le terme « non drainé » a un sens précis. La rotation va assez vite pour que l'eau coincée entre les grains d'argile n'ait pas le temps de s'échapper. On mesure donc la résistance du sol dans la pire situation pour une argile molle : chargée brutalement, eau bloquée à l'intérieur.
Pour situer une valeur, voici les ordres de grandeur retenus par les références géotechniques classiques.
| Consistance de l'argile | Cohésion Cu indicative | Ce que ça veut dire sur le terrain |
|---|---|---|
| Très molle | moins de 12 kPa | Le sol s'enfonce sous le pied, presque fluide par endroits |
| Molle | 12 à 25 kPa | On y laisse une empreinte profonde, le sol se déforme à la main |
| Moyenne | 25 à 50 kPa | Le sol se marque encore, mais résiste davantage sous la main |
| Ferme | 50 à 100 kPa | Le sol tient bien, on le marque avec effort. Limite haute du scissomètre |
| Très ferme à dure | plus de 100 kPa | Trop résistant pour le moulinet, on passe à un autre essai |
Ordres de grandeur issus des corrélations géotechniques de référence. Les valeurs réelles dépendent de la nature exacte du sol et de son état de consolidation.
La définition complète de cette grandeur et son rôle dans le calcul des fondations sont détaillés dans la fiche du lexique consacrée à la cohésion non drainée Cu. Pour le scissomètre, retenez simplement qu'une valeur basse signale un sol qui demande de la prudence.
Pourquoi on corrige la valeur avec Bjerrum
La valeur lue sur le chantier n'est pas utilisée telle quelle dans les calculs. Le scissomètre surestime souvent la résistance réelle du sol, surtout dans les argiles plastiques. La raison tient à la vitesse de l'essai et au comportement de l'eau dans les pores.
Pour corriger ce biais, on multiplie la valeur mesurée par un facteur réducteur. C'est la correction de Bjerrum, du nom de l'ingénieur norvégien qui l'a proposée en 1973 après l'analyse de nombreuses ruptures de remblais.
Important : ce facteur correcteur dépend de la plasticité du sol, mesurée par l'indice de plasticité et la limite de liquidité. Plus l'argile est plastique, plus la correction est forte. Le géotechnicien lit ce facteur sur un abaque normalisé, il ne l'invente pas. Une cohésion utilisée sans cette correction peut conduire à surévaluer la tenue d'un remblai.
Concrètement, la chaîne se déroule ainsi.
- Le scissomètre donne une cohésion brute, lue sur le terrain.
- Le laboratoire mesure la plasticité de l'argile sur un échantillon.
- Le facteur de Bjerrum, fonction de cette plasticité, réduit la valeur brute.
- La cohésion corrigée entre ensuite dans les calculs de stabilité et de tassement.
Cette correction explique pourquoi le scissomètre ne se suffit jamais à lui-même. Il a besoin d'essais d'identification en laboratoire pour livrer une valeur exploitable. Le couplage entre les deux donne un résultat fiable.
Les sols qui conviennent et ceux qui bloquent l'essai
Le scissomètre a un cadre d'emploi étroit. Il fonctionne dans les sols fins, saturés en eau, et assez mous pour qu'on y enfonce le moulinet. En dehors de ce cadre, l'essai n'est pas réalisable ou donne des chiffres faux.
Les sols où il donne le meilleur résultat
Ce sont les terrains que les autres essais ont du mal à caractériser.
- Les argiles molles à très molles, typiques des fonds de vallée et des plaines alluviales.
- Les vases, ces sols organiques gorgés d'eau des zones portuaires, estuaires et anciens marais.
- Les limons saturés de faible consistance.
Dans ces matériaux mous et gorgés d'eau, on peut enfoncer le moulinet directement, sans forage, parfois jusqu'à une quinzaine de mètres.
À l'inverse, certains terrains rendent l'essai impossible ou trompeur. Mieux vaut les connaître avant de commander une campagne.
Les sols qui empêchent la mesure
Dès que le terrain devient résistant ou hétérogène, le scissomètre cède la place à d'autres méthodes de reconnaissance.
Les cas où le scissomètre n'est pas le bon outil
- Sol trop dur. Au-delà d'une certaine résistance, les pales ne pénètrent plus et le moulinet plie. La limite pratique se situe autour de 100 kPa de cohésion.
- Présence de graviers ou de cailloux. Une pierre coincée contre les pales fausse complètement la lecture du couple.
- Sols sableux ou perméables. L'eau s'évacue trop vite pendant l'essai, la condition non drainée n'est plus respectée.
- Couches dures intercalées dans l'argile, par lentilles ou par bancs, qui faussent la mesure ponctuelle.
Dans ces cas, on se tourne vers le pénétromètre statique, qui enfonce une pointe en continu, ou vers le pressiomètre, mieux adaptés aux sols raides. Le choix de l'essai fait partie du programme de reconnaissance défini en amont, comme le rappelle la page consacrée à la reconnaissance du terrain par essais en place.
La norme qui encadre l'essai
L'essai au scissomètre suit un cadre normatif précis, qui fixe la forme du moulinet, la vitesse de rotation et la façon de présenter les résultats.
La norme française historique est la NF P 94-112, parue en 1991, intitulée « Sols, reconnaissance et essais, essai scissométrique en place ». Elle a été remplacée par la norme européenne NF EN ISO 22476-9, publiée en 2020, qui décrit deux variantes de l'essai et s'inscrit dans le cadre de l'Eurocode 7.
À noter : la norme fixe aussi deux règles d'espacement. Le premier essai se fait au minimum à 50 cm sous le terrain naturel, et deux essais successifs dans un même sondage doivent garder au moins 50 cm d'écart. Ces distances évitent que la zone déjà cisaillée par un essai ne perturbe le suivant.
L'essai s'intègre dans une mission géotechnique normalisée et s'inscrit dans le cadre de calcul de l'Eurocode 7. Pour le contexte général des essais en place et leur place dans une reconnaissance de sol, le Cerema publie des guides techniques sur les sols compressibles et les remblais.
Le scissomètre en un tableau
Voici les repères à retenir, rassemblés sur une seule vue.
| Critère | Le scissomètre en pratique |
|---|---|
| Ce qu'il mesure | La cohésion non drainée Cu, directement dans le sol |
| Sols visés | Argiles molles, vases, limons saturés de faible consistance |
| Outil | Moulinet à quatre pales entraîné en rotation par des tiges |
| Profondeur | Dès 50 cm, jusqu'à une quinzaine de mètres dans les sols mous |
| Correction | Facteur de Bjerrum, fonction de la plasticité de l'argile |
| Limite | Inadapté aux sols durs, graveleux ou perméables |
| Norme | NF EN ISO 22476-9 (2020), ex NF P 94-112 |
Avant de commander une reconnaissance qui inclut cet essai, ces quelques points méritent vérification.
Avant un essai au scissomètre
Questions fréquentes
Qu'est-ce qu'un scissomètre
Comment fonctionne le scissomètre de chantier
Que mesure le scissomètre
Qu'est-ce que la cohésion non drainée Cu
Qu'est-ce que la correction de Bjerrum
Pourquoi faut-il corriger la valeur Cu mesurée
Dans quels sols utilise-t-on le scissomètre
Quelle différence entre scissomètre de chantier et de laboratoire
Qu'est-ce qu'une argile molle ou une vase
Quelles sont les limites de l'essai au scissomètre
À quelle profondeur réalise-t-on un essai scissométrique
Quelle norme encadre le scissomètre
À retenir
- Le scissomètre mesure la cohésion non drainée Cu d'un sol mou, directement dans le terrain, sans remonter d'échantillon.
- Un moulinet à quatre pales tourne dans le sol, le couple maximal donne la résistance au cisaillement.
- Il vise les argiles molles, vases et limons saturés. Un sol dur, graveleux ou perméable le rend inutilisable.
- La valeur lue est corrigée par le facteur de Bjerrum, qui dépend de la plasticité de l'argile mesurée en laboratoire.
- La norme de référence est la NF EN ISO 22476-9 de 2020, qui a remplacé la NF P 94-112.
