Quatre mesures de laboratoire identifient la plupart des sols : la taille des grains, la plasticité des argiles, l'argilosité et la teneur en eau. Réunies, elles donnent la classe du sol, le point de départ de tout dimensionnement de fondation ou de remblai.
Vous avez un rapport entre les mains, ou un terrain à caractériser, et ces sigles ne vous parlent pas. On détaille ce que mesure chaque essai, comment il se déroule sur la paillasse, et comment les résultats se lisent ensemble pour ranger le sol dans une classe.
Sommaire
- Ce que révèlent les essais d'identification
- L'analyse granulométrique trie les grains par taille
- Les limites d'Atterberg mesurent la plasticité
- L'essai au bleu de méthylène mesure l'argilosité
- La teneur en eau situe l'état hydrique du sol
- Les essais se combinent pour donner la classe du sol
- Ce que coûte une identification et le temps qu'elle demande
- L'identification d'un sol en bref
- Questions fréquentes
Ce que révèlent les essais d'identification
Avant de calculer une fondation, un terrassement ou un remblai, il faut savoir à quoi on a affaire. Identifier un sol, c'est mesurer ses propriétés physiques pour le ranger dans une classe et anticiper son comportement une fois chargé ou remanié.
Ces analyses se pratiquent sur un échantillon prélevé au sondage, dans le cadre des analyses réalisées en laboratoire sur les sols, aux côtés des essais mécaniques comme le triaxial ou l'œdomètre. L'identification vient en premier. Elle classe le matériau, les essais mécaniques chiffrent ensuite sa résistance.
Quatre essais reviennent dans presque toute identification de sol.
| Essai | Ce qu'il mesure | Sur quelle partie du sol |
|---|---|---|
| Analyse granulométrique | La taille des grains et leur répartition | Du gravier jusqu'aux fines, sous 80 micromètres |
| Limites d'Atterberg | La plasticité et la sensibilité à l'eau des argiles | La fraction fine passée au tamis de 0,4 mm |
| Essai au bleu de méthylène | La quantité et l'activité de l'argile | La fraction fine du sol |
| Teneur en eau | L'eau contenue au moment du prélèvement | L'échantillon entier |
Chaque essai éclaire une facette du sol. Pris isolément, aucun ne suffit. C'est leur croisement qui donne la classe et oriente le projet vers le bon type de fondation ou le bon traitement de remblai.
L'analyse granulométrique trie les grains par taille
L'analyse granulométrique répond à une question simple : de quoi le sol est-il fait, des gros cailloux, du sable, ou surtout des fines ? On sépare les grains par taille et on pèse chaque classe. Le résultat se lit sur une courbe, la courbe granulométrique, qui montre le pourcentage de matériau plus fin qu'un diamètre donné.
La frontière des 80 micromètres partage le travail en deux techniques. Au-dessus, le tamisage. En dessous, la sédimentométrie.
Le tamisage pour les grains visibles
Le tamisage à sec après lavage relève de la norme NF P 94-056, aujourd'hui doublée par la norme européenne NF EN ISO 17892-4. Le principe tient en quatre gestes.
On sèche et on pèse l'échantillon
Le sol passe à l'étuve, puis sur la balance. Cette masse sèche de départ sert de référence à tous les pourcentages calculés ensuite.
On lave sur le tamis de 80 micromètres
L'eau entraîne les particules les plus fines à travers la maille. Ce qui reste sur le tamis, le refus, contient les sables et les graviers.
On tamise le refus séché
Le refus repart à l'étuve, puis dans une colonne de tamis, de la plus large maille à la plus fine. On pèse ce qui reste bloqué sur chacun.
On trace la courbe granulométrique
Le pourcentage de passant cumulé se reporte en fonction du diamètre, sur une échelle semi-logarithmique. Une courbe à gauche signale un sol fin, une courbe à droite un sol grossier.
La sédimentométrie pour les particules les plus fines
Sous 80 micromètres, les grains de limon et d'argile traversent tous les tamis. Le tamisage ne sert plus à rien. La sédimentométrie prend le relais, selon la norme NF P 94-057.
On met les fines en suspension dans une éprouvette d'eau, puis on laisse les particules retomber. Les plus grosses tombent vite, les plus fines lentement. Un densimètre plongé dans la colonne mesure la densité du liquide à intervalles réguliers. La vitesse de chute trahit la taille des grains et sépare la part de limon de la part d'argile.
Bon à savoir : la part de fines change tout pour un projet de remblai ou de plateforme. Au-delà de 35 % de passant à 80 micromètres, le sol se comporte comme sa fraction fine, donc comme une argile ou un limon sensible à l'eau, même s'il contient du sable.
Les limites d'Atterberg mesurent la plasticité
Un sol argileux change d'état avec l'eau. Gorgé d'eau, il coule. Asséché, il devient dur et cassant. Entre les deux, il reste malléable comme de la pâte à modeler. Les limites d'Atterberg repèrent les teneurs en eau qui marquent ces passages d'un état à l'autre.
L'essai se mène sur la fraction fine, le passant au tamis de 0,4 mm, selon la norme NF P 94-051 (méthode de référence française) ou la norme européenne NF EN ISO 17892-12. Deux mesures comptent.
La limite de liquidité à la coupelle
On étale la pâte de sol dans une coupelle normalisée, dite coupelle de Casagrande, et on y trace une rainure. Des chocs répétés referment peu à peu la rainure. La limite de liquidité correspond à la teneur en eau pour laquelle la rainure se ferme sur un centimètre après vingt-cinq chocs. Une seconde méthode, le cône de pénétration, mesure l'enfoncement d'un cône dans la pâte sous son propre poids (norme NF P 94-052-1).
La limite de plasticité au rouleau
On roule un peu de pâte en un boudin de plus en plus mince. À trois millimètres de diamètre, le boudin commence à se fissurer puis se casse. La teneur en eau à cet instant donne la limite de plasticité. L'écart entre les deux limites, la limite de liquidité moins la limite de plasticité, porte un nom que vous croiserez souvent dans un rapport : l'indice de plasticité. Plus il est grand, plus le sol est argileux et plastique.
Comptez du temps pour cet essai. Le séchage progressif de la pâte demande deux jours, parfois davantage sur une argile bien grasse.
L'essai au bleu de méthylène mesure l'argilosité
Les limites d'Atterberg disent si un sol est plastique. L'essai au bleu de méthylène va plus loin : il dit combien d'argile le sol contient, et surtout quelle argile. La norme NF P 94-068 encadre cet essai, dit essai à la tache.
On met la fraction fine du sol en suspension dans l'eau, puis on verse du bleu de méthylène par petites doses. Les particules d'argile fixent le colorant. Après chaque ajout, on dépose une goutte sur un papier filtre. Tant que l'argile absorbe tout, la tache reste nette. Quand une auréole bleu clair persiste autour de la tache, l'argile est saturée, l'essai s'arrête. La valeur au bleu correspond à la quantité de colorant fixée, exprimée en grammes pour 100 grammes de sol.
Toutes les argiles ne fixent pas le bleu de la même façon, parce que toutes ne gonflent pas autant au contact de l'eau.
- La kaolinite fixe peu de bleu. C'est une argile stable, peu sensible à l'eau.
- L'illite se situe au milieu, avec une valeur intermédiaire.
- La montmorillonite fixe beaucoup de bleu. C'est l'argile gonflante par excellence, celle qui se rétracte en été et gonfle après la pluie.
Cette dernière propriété intéresse directement un projet de maison. Un sol argileux est fortement sensible aux variations de teneur en eau, et c'est ce mécanisme qui se cache derrière le retrait-gonflement des argiles et les fissures de façade. Une valeur au bleu élevée annonce un terrain à surveiller. La valeur au bleu garde une page dédiée dans notre lexique, l'essai en lui-même est le sujet de cette analyse.
La teneur en eau situe l'état hydrique du sol
La teneur en eau mesure l'eau que le sol contient au moment du prélèvement. C'est l'essai le plus simple de la série, encadré par la norme NF P 94-050.
On pèse l'échantillon humide. On le place à l'étuve à 105 degrés jusqu'à ce que sa masse ne bouge plus, signe qu'il ne reste plus d'eau. On le repèse. La différence, rapportée à la masse sèche, donne la teneur en eau en pourcentage.
À noter : ce chiffre dépend de la saison et de la météo des jours précédant le sondage. Un même sol mesuré en août sec ou en mars pluvieux ne donnera pas la même valeur. C'est pour cela qu'un échantillon mal protégé, qui sèche pendant le transport, fausse la mesure et ne représente plus le terrain.
L'étuvage prend du temps : 24 heures en général, jusqu'à 72 heures pour un matériau sensible à la chaleur. Cette valeur, combinée à la plasticité, situe l'état hydrique du sol, sec, moyen ou humide, une donnée qui pèse lourd pour le compactage d'un remblai.
Les essais se combinent pour donner la classe du sol
Pris ensemble, ces résultats rangent le sol dans une classe. La classification dite GTR, définie par la norme NF P 11-300, sert de référence pour les terrassements et les plateformes. Les seuils ci-dessous sont ceux du guide GTR édité par le Cerema, repris dans la plupart des rapports. Une norme européenne, la NF EN 16907-2, fait converger ces règles vers un référentiel commun, avec quelques valeurs seuils et un tamis de tri différents.
La logique se suit pas à pas. La granulométrie sépare d'abord les sols grossiers des sols fins. Un sol qui passe à plus de 35 % au tamis de 80 micromètres est un sol fin, rangé en classe A. Vient ensuite la mesure de l'argilosité, par l'indice de plasticité ou par la valeur au bleu, qui précise la sous-classe.
| Sous-classe des sols fins | Indice de plasticité | Valeur au bleu | Nature courante |
|---|---|---|---|
| A1 | Inférieur ou égal à 12 | Jusqu'à 2,5 | Limons peu plastiques, sables fins peu argileux |
| A2 | De 12 à 25 | De 2,5 à 6 | Limons argileux, marnes peu plastiques |
| A3 | De 25 à 40 | De 6 à 8 | Argiles et limons très plastiques |
| A4 | Supérieur à 40 | Supérieure à 8 | Argiles franches très plastiques |
Les sols grossiers suivent une autre logique. La classe B regroupe les sables et graviers contenant des fines, la classe C les sols mêlant fines et gros blocs, la classe D les matériaux insensibles à l'eau comme les sables propres. La teneur en eau ajoute enfin un état, sec, moyen ou humide, qui complète l'étiquette. La classification GTR détaillée fait l'objet d'une page de notre lexique.
Les pièges d'une identification mal cadrée
- Un seul prélèvement sur un terrain qui change d'une couche à l'autre donne une classe fausse pour le reste de la parcelle.
- Un échantillon mal fermé sèche pendant le transport, et la teneur en eau mesurée ne reflète plus l'état réel du sol.
- Confondre la valeur au bleu et l'indice de plasticité : deux façons de mesurer l'argilosité, sur des fractions de sol différentes.
- Commander une identification sans préciser l'usage prévu, fondation, remblai ou plateforme, alors que l'usage oriente le choix des essais.
Ce que coûte une identification et le temps qu'elle demande
Le délai vient surtout du séchage. La teneur en eau réclame son passage à l'étuve, les limites d'Atterberg un séchage progressif sur deux jours ou plus, la sédimentométrie de longues heures de décantation. Une identification complète demande donc le plus souvent une à deux semaines selon le plan de charge du laboratoire.
Côté prix, ces essais ne se vendent pas à l'unité comme un produit en rayon. Ils font partie d'une campagne de laboratoire, elle-même intégrée à une étude de sol.
| Votre situation | Comment l'identification est facturée |
|---|---|
| Vous construisez une maison | Les essais font partie de la phase laboratoire de l'étude de sol, souvent une mission de conception de type G2. Vous ne payez pas chaque essai séparément. |
| Vous êtes un professionnel | Pour un terrassement ou un aménagement, le laboratoire facture à l'essai ou par lot, sur devis, selon le nombre d'échantillons. |
| Identification complète d'un échantillon | Granulométrie, limites d'Atterberg, valeur au bleu et teneur en eau sont regroupées et chiffrées en un lot. |
Ce qui fait monter la note reste le nombre d'échantillons à traiter, le nombre d'essais par échantillon et l'urgence demandée. Décrire l'usage du sol et le nombre de prélèvements souhaités permet de comparer des devis sur la même base. Ces essais sont réalisés par un laboratoire de géotechnique, le plus souvent rattaché au bureau d'études qui pilote l'étude de sol. Pour départager deux laboratoires, vous pouvez regarder s'ils sont accrédités par le COFRAC, l'instance nationale qui contrôle la fiabilité des laboratoires d'essais en France, et demander la portée de l'accréditation, car elle couvre des essais précis et pas toujours la totalité.
L'identification d'un sol en bref
Les repères à garder en tête, rassemblés sur une vue.
| En bref | L'identification d'un sol |
|---|---|
| But | Classer le sol avant tout calcul de fondation ou de remblai |
| Les quatre essais | Granulométrie, limites d'Atterberg, valeur au bleu, teneur en eau |
| Taille des grains | Tamisage au-dessus de 80 micromètres, sédimentométrie en dessous |
| Argilosité | Indice de plasticité et valeur au bleu, plus ils montent plus le sol est argileux |
| Résultat | Une classe GTR, du sol fin et argileux au sol grossier insensible à l'eau |
| Délai | Une à deux semaines, le séchage à l'étuve commande le rythme |
Avant de lancer l'analyse, quelques réflexes évitent une classe mal posée.
Avant de commander une identification de sol
Questions fréquentes
Qu'est-ce qu'un essai d'identification des sols
Quels essais permettent de classer un sol en laboratoire
Comment se déroule une analyse granulométrique
Quelle différence entre le tamisage et la sédimentométrie
Comment lit-on une courbe granulométrique
Comment se déroulent les limites d'Atterberg
À quoi sert l'essai au bleu de méthylène
Pourquoi mesurer la teneur en eau d'un sol
Comment ces essais donnent-ils la classe du sol
Combien de temps faut-il pour identifier un sol
Combien coûtent les essais d'identification
Quelles normes encadrent les essais d'identification
À retenir
- Identifier un sol, c'est mesurer la taille de ses grains, sa plasticité, son argilosité et sa teneur en eau pour le ranger dans une classe.
- La granulométrie se partage entre le tamisage au-dessus de 80 micromètres et la sédimentométrie en dessous.
- Les limites d'Atterberg et la valeur au bleu chiffrent l'argilosité, le moteur de la sensibilité du sol à l'eau.
- Le croisement des résultats donne la classe GTR, du sol fin et argileux au sol grossier insensible à l'eau.
- Comptez une à deux semaines, le séchage à l'étuve commande le délai, et préférez plusieurs prélèvements à un seul.
Pour aller plus loin
L'essai triaxial, qui mesure la résistance au cisaillement du sol sous charge L'essai à l'œdomètre, pour estimer les tassements d'un sol comprimé Le cisaillement direct à la boîte, autre voie vers les paramètres de résistance Les essais Proctor et CBR, côté compactage et portance des remblais