Essais in-situ : reconnaître le sol sur le terrain

Pressiomètre, pénétromètre, essai Porchet : un rapport de sol aligne des noms d'essais sans toujours dire ce qu'ils mesurent. Chacun répond à une question concrète : à quelle profondeur le sol devient porteur, comment il se déforme sous une charge, ou à quelle vitesse l'eau s'y infiltre. On passe en revue chaque essai de terrain, ce qu'il mesure et comment le repérer dans votre étude.

L'essai in-situ mesure le sol là où il se trouve

Un essai in-situ se fait directement sur le terrain, dans le sol en place. C'est sa différence avec un essai de laboratoire, qui demande de prélever un échantillon, de le transporter et de le tester sur une paillasse. Le terrain garde sa structure, son humidité et sa compacité réelles pendant la mesure.

Cette mesure sur place sert à trois choses concrètes :

• Connaître la résistance du sol à chaque profondeur, pour savoir à quelle profondeur poser les fondations.
• Repérer les couches traversées : une argile molle au-dessus d'un sable dur, un remblai en surface, une poche d'eau.
• Mesurer la perméabilité, soit la vitesse à laquelle l'eau s'infiltre, pour un assainissement ou un drainage.

Avant même de sortir le matériel, le bureau d'études regarde ce que le sous-sol a déjà révélé ailleurs. La Banque du Sous-Sol du BRGM met en ligne plus de 700 000 ouvrages souterrains avec leurs coupes, consultables gratuitement sur le portail InfoTerre. Croisée avec la carte géologique du secteur, cette base oriente le choix des essais et le nombre de points à sonder. Tous ces essais s'insèrent dans la démarche complète d'une étude géotechnique, du repérage documentaire jusqu'au rapport remis au client.

Le pressiomètre et le pénétromètre, les deux familles dominantes

Sur une maison ou un petit bâtiment, la quasi-totalité des sondages reposent sur deux principes. Le pressiomètre gonfle une sonde dans un forage pour mesurer comment le sol se déforme. Le pénétromètre enfonce une pointe et mesure la force qu'il faut pour avancer. Deux logiques, deux résultats, souvent combinés sur un même terrain.

Le pressiomètre Ménard dimensionne les fondations

C'est l'essai de référence en France. On place une sonde cylindrique au fond d'un forage soigneusement calibré, puis on la met sous pression par paliers successifs. Le terrain se déforme autour de la sonde, et l'appareil relève deux grandeurs : la pression limite Pl, qui traduit la résistance du sol, et le module pressiométrique EM, qui traduit sa souplesse. L'essai suit la norme NF P 94-110-1.

Ces deux paramètres alimentent directement le calcul des fondations dans les normes françaises d'application de l'Eurocode 7. C'est pour cette raison que le pressiomètre Ménard reste l'essai retenu pour dimensionner semelles et pieux. Sa contrainte : il demande deux passages, le forage d'abord, l'essai ensuite.

Le pénétromètre statique CPT lit le sol en continu

Le CPT enfonce un cône dans le sol à vitesse constante, autour de 20 mm par seconde, sans forage préalable. Pendant la descente, deux capteurs mesurent la résistance de pointe qc et le frottement latéral fs, avec un relevé tous les 2 centimètres. Le résultat est un profil détaillé, couche par couche. La norme applicable est la NF EN ISO 22476-1, qui a remplacé l'ancienne NF P 94-113.

Une variante, le piézocône (CPTu), ajoute la mesure de la pression de l'eau dans le sol. Le pénétromètre statique CPT excelle dans les sols fins et mous, sables lâches, limons, argiles. Il bute en revanche sur les graves et les bancs rocheux.

Le pénétromètre dynamique repère vite les couches dures

Ici, pas de gonflage ni de capteur fin. Une masse calibrée, le mouton, tombe d'une hauteur fixe et enfonce une pointe par battage. Pour chaque tranche de terrain franchie, on relève combien de chocs ont été nécessaires. Plus le sol résiste, plus le nombre grimpe. Rapide et économique, l'essai sert surtout à la reconnaissance et au repérage du bon sol. Il suit la norme NF EN ISO 22476-2.

Il existe en plusieurs poids, du léger (DPL) à l'ultra-lourd (DPSH). Le pénétromètre dynamique s'arrête au refus, c'est-à-dire dès qu'il ne progresse plus. Il ne ramène aucun échantillon : il dit où est le sol dur, pas de quoi il est fait.

Le choix dépend du sol et de l'objectif. Un terrain argileux pour une maison appelle souvent un pénétromètre pour la reconnaissance, puis un pressiomètre pour le calcul. Pour confronter plusieurs programmes d'investigation chiffrés, comparez des bureaux d'études.

Le SPT et le scissomètre complètent la panoplie

À côté des deux familles dominantes, deux essais répondent à des besoins précis. L'un mesure une résistance par battage et ramène un échantillon, l'autre cible la tenue des argiles molles.

L'essai SPT donne la valeur N par battage

Le SPT enfonce un carottier normalisé dans le sol par battage et compte le nombre de coups pour descendre de 30 centimètres : c'est la valeur N. L'opération remonte au passage un échantillon remanié, utile pour identifier la nature du sol. La norme applicable est la NF EN ISO 22476-3.

L'essai est largement répandu dans le monde anglo-saxon. En France, le pressiomètre lui est préféré pour le dimensionnement, et la valeur N du SPT sert surtout de repère comparatif ou pour les projets à l'international.

Le scissomètre mesure la cohésion des argiles molles

Le scissomètre descend un moulinet à pales dans le sol, puis le fait tourner. La force nécessaire pour cisailler le terrain donne la cohésion non drainée, notée Cu. L'essai suit la norme NF EN ISO 22476-9.

Son terrain de prédilection : les argiles et les vases molles saturées, là où une pointe pénétrométrique donne peu d'informations fiables. Sur un sol portant d'un lotissement classique, le scissomètre se justifie rarement. Il devient utile en bord de marais, en zone alluviale ou sur des remblais hydrauliques.

L'essai de plaque contrôle la portance d'une plateforme

Cet essai ne sert pas à étudier le sol avant construction, mais à contrôler une surface déjà préparée : une plateforme de voirie, un fond de forme avant dallage, un remblai compacté. Une plaque rigide de 60 centimètres est chargée en deux cycles, et l'appareil mesure son enfoncement. On en tire le module sous chargement statique EV2, exprimé en mégapascals. La norme applicable est la NF P 94-117-1, et la valeur maximale mesurable est de 250 MPa.

Une version dynamique, la dynaplaque, mesure un module sous choc et suit la norme NF P 94-117-2. L'essai de plaque EV2 vérifie qu'une plateforme tiendra la charge d'une route ou d'un bâtiment avant la suite des travaux.

Avant d'engager des travaux de terrassement ou de fondation, faites établir un programme adapté à votre sol par des professionnels.

Mesurer la perméabilité avant un assainissement ou un drainage

Quand le projet touche aux eaux, usées ou pluviales, la question change. On ne mesure plus la résistance du sol, mais sa capacité à laisser passer l'eau. C'est le coefficient de perméabilité, noté K, exprimé en millimètres par heure ou en mètres par seconde. Trois essais répondent à ce besoin selon la profondeur visée et l'homogénéité du terrain.

L'essai Porchet pour l'infiltration de surface

L'essai Porchet se réalise dans une fouille peu profonde, entre 30 centimètres et 1,5 mètre, souvent autour de 70 centimètres pour un assainissement. On remplit le trou d'eau et on chronomètre la vitesse à laquelle le niveau baisse, ce qui donne le coefficient K. C'est l'essai recommandé par la norme NF DTU 64.1 pour choisir une filière d'assainissement non collectif.

Le service public d'assainissement non collectif, le SPANC, exige ce rapport avant de valider une installation. Le portail interministériel détaille le rôle de l'étude de sol dans le choix de la filière. En pratique, l'essai Porchet se réalise en au moins deux ou trois points sur la parcelle, car la perméabilité varie d'un endroit à l'autre.

Lefranc et Matsuo pour aller plus profond ou sur sol hétérogène

Quand l'eau doit être mesurée en profondeur, sous la nappe, on passe à l'essai Lefranc. Il se fait dans un forage, en injectant ou en extrayant de l'eau, dans les sols meubles saturés comme les sables, les limons ou les alluvions. L'essai Lefranc donne une perméabilité ponctuelle au niveau de la cavité testée.

Sur un terrain irrégulier, où la couche d'infiltration change d'un mètre à l'autre, l'essai Matsuo mobilise une surface d'infiltration plus large et travaille à niveau variable. Il complète le Porchet quand un seul point ne suffit pas à juger le sol. Pour le détail de chaque méthode, voyez comment se mesure la perméabilité d'un sol sur le terrain. Ces mesures alimentent ensuite l'étude de sol pour un assainissement autonome.

L'essai de pompage caractérise la nappe sous le terrain

Pour les projets plus lourds, sous-sol enterré dans la nappe, rabattement d'eau pendant un chantier, parking en infrastructure, le bureau d'études passe à l'essai de pompage. On pompe l'eau d'un puits à débit constant et on suit la baisse du niveau d'eau, le rabattement, dans des piézomètres placés autour.

L'analyse de ce rabattement donne la transmissivité de l'aquifère, sa perméabilité horizontale et le rayon d'action du pompage. Cet essai a longtemps suivi la norme NF P 94-130, remplacée par la NF EN ISO 22282-4. L'essai de pompage renseigne sur le comportement de la nappe face à un prélèvement, donnée utile avant de creuser sous le niveau de l'eau.

Pour situer votre terrain, le niveau des nappes est suivi en continu par un réseau national de piézomètres, dont les chroniques sont publiées sur la plateforme Hub'Eau de l'État.

Un seul formulaire suffit pour décrire votre projet et recevoir des chiffrages détaillés.

Repérer chaque essai dans votre rapport de sol

Une fois le rapport entre les mains, chaque essai apparaît sous son nom, avec ses valeurs et sa profondeur. Le tableau ci-dessous récapitule ce que chacun mesure, jusqu'où il descend et la norme qui l'encadre. De quoi relire votre étude sans buter sur le vocabulaire.

Au-delà de ces essais de terrain, un rapport solide s'appuie aussi sur des mesures faites sur échantillon, qui relèvent des essais de laboratoire pour caractériser les sols. Avant de valider le programme avec votre bureau d'études, vérifiez quelques points simples.

Voir ces essais dans de vrais rapports de sol

Rien ne vaut un rapport réel pour comprendre à quoi ressemblent ces essais une fois mis bout à bout. Voici trois études géotechniques publiques, déposées sur des portails de l'État lors d'enquêtes ou d'autorisations. Elles montrent les sondages, les courbes et les valeurs Pl, EM ou qc telles qu'elles apparaissent dans un vrai document.

Questions fréquentes