La machine est la même que pour mesurer un tassement, un œdomètre. Le mouvement, lui, est inversé : au lieu de charger la carotte d'argile pour voir de combien elle s'écrase, on la décharge et on l'inonde pour voir de combien elle pousse. Le résultat, en kilopascals, s'appelle la pression de gonflement. Votre rapport en affiche une, et on explique d'où elle sort, comment la comparer au poids des terres, et pourquoi elle ne tient pas toujours debout.
Sommaire
Ce que mesure l'essai de gonflement et à quoi il sert
La pression de gonflement, c'est la charge verticale qu'il faut poser sur une argile pour l'empêcher de gonfler quand on la met en présence d'eau. Elle s'exprime en kilopascals. Plus elle est élevée, plus l'argile pousse fort sur ce qui la surmonte, un radier de parking enterré ou le fond d'un tunnel.
Un rapport ne se lit pas en regardant ce chiffre tout seul. On le compare toujours au poids effectif des terres au point de prélèvement, noté σ'v0. Et une règle simple tranche la plupart des cas.
Attention : cette borne vaut pour les argiles saturées en profondeur, celles des radiers, tunnels et pieux. Si le terrain n'a pas bougé depuis des décennies et qu'aucun soulèvement n'est observé avant travaux, le Comité français de mécanique des sols considère la pression de gonflement bornée à σ'v0. Une valeur au-dessus n'est pas retenue pour le calcul. Deux explications, une éprouvette abîmée ou une courbe extrapolée hors de la plage mesurée. Les pentes, elles, restent utilisables.
Deux échantillons du même sondage l'illustrent bien. Sur une marne d'Argenteuil prélevée vers 17 mètres, avec un poids des terres estimé à 310 kPa, l'essai de bonne qualité donne 285 kPa. Sur le second, prélevé un mètre plus bas, la courbe doit être extrapolée et sort 600 kPa, presque le double de la contrainte en place. Cette valeur est écartée.
Voici les grandeurs que vous trouverez sur la feuille d'essai et ce que chacune raconte.
| Grandeur | Ce qu'elle mesure | Comment la lire |
|---|---|---|
| Pression de gonflement σ'g | La contrainte qui arrête le gonflement, en kPa | À comparer au poids des terres en place. Jamais au-dessus |
| Pente C*g | Le déchargement en présence d'eau, sans unité | Grande valeur, le sol gonfle beaucoup dès qu'on le décharge et qu'il trouve de l'eau |
| Pente C*su | Le déchargement à teneur en eau constante | Dans un sol gonflant, C*g vaut environ 10 fois C*su |
| Facteur K*g | La différence C*g moins C*su | La part du mouvement due à la seule arrivée d'eau |
| Rapport Rg | Le rapport de gonflement de la norme française | Même contenu que K*g, notation différente |
Cet essai fait partie des essais réalisés en laboratoire sur les prélèvements rapportés du forage. Un exemple chiffré rend la chose concrète. Sur une argile plastique de l'Yprésien carottée vers 44 mètres en région parisienne, les quatre éprouvettes donnent C*su = 0,0081 et C*g = 0,045, soit un facteur K*g de 0,037 et une pression de gonflement de 535 kPa pour un poids des terres de 700 kPa. Le rapport tient.
Bon à savoir : deux notions portent le mot gonflement et se confondent souvent dans les rapports. L'indice de gonflement Cs sort de la branche de déchargement de l'essai de compressibilité classique et sert au calcul des tassements. La pression de gonflement, elle, sort d'un essai dédié avec mise en eau. Le Comité français de mécanique des sols demande d'ailleurs d'ignorer la pression de gonflement affichée par l'essai de compressibilité standard pour tout dimensionnement.
La qualité de la carotte décide de la valeur mesurée
Une argile gonflante réagit à la moindre variation de teneur en eau. Laissée à l'air libre une heure, l'éprouvette se rétracte, puis exagère son gonflement au remouillage. Le laboratoire mesure alors un défaut de manipulation, pas le comportement du terrain.
Ce que le foreur doit ramener
Les recommandations professionnelles demandent un prélèvement de catégorie A donnant des échantillons de classe de qualité 1, au sens de la norme de prélèvement NF EN ISO 22475-1. En pratique :
- Un carottier triple d'environ 100 mm de diamètre, avec un tube intérieur dépassant, pour des carottes d'un mètre.
- Ou des blocs de 200 à 300 mm de côté, soit 10 à 15 litres de terrain.
- Des extrémités obturées tout de suite, un film souple, une toile inextensible et un enrobage complet de cire ou de paraffine.
- Un calage en caisse rigide, un transport vertical, sans vibration ni choc.
- Un stockage en armoire à température et hygrométrie contrôlées, l'ouverture du tube au laboratoire le plus tard possible.
Le découpage des éprouvettes suit immédiatement l'ouverture. Aucun délai supplémentaire.
Comment le laboratoire repère une carotte abîmée
Trois contrôles chiffrés séparent une éprouvette exploitable d'une éprouvette remaniée. Le premier est visuel, sur les carottes. Les deux autres tombent pendant l'essai.
Les signes d'un échantillon remanié
- Un degré de saturation sous 95 %. Le laboratoire doit vérifier si l'échantillon a séché en route. Un chiffre juste en dessous vient parfois de l'incertitude sur la mesure du volume, pas du sol lui-même.
- Une carotte qui débite en rondelles ou en plaquettes. La décompression a fissuré le terrain, l'eau va s'y engouffrer.
- Une déformation trop forte au premier chargement. Si la pente du premier chargement dépasse nettement celle du cycle de décharge et recharge, l'argile a perdu la mémoire de son histoire mécanique.
- Une pression de préconsolidation sous le poids des terres en place. Le remaniement a effacé la contrainte que le sol avait déjà subie.
- Une pression de gonflement au-dessus du poids des terres. La valeur sort du cadre et ne sert pas au calcul.
Ces contrôles expliquent pourquoi le cycle préalable de chargement et déchargement, mené à teneur en eau naturelle avant toute mise en eau, est recommandé sur chacune des éprouvettes. Il rattrape les jeux de la cellule et sert de test de qualité.
Reste à savoir comment l'éprouvette est chargée, car deux écoles coexistent dans les laboratoires français.
Deux protocoles d'essai, deux façons de lire le résultat
La norme française XP P94-091, publiée en décembre 1995, décrit les essais en parallèle. Sa fiche AFNOR la donne toujours en vigueur, ce qui surprend pour un texte de trente ans. L'explication tient en une ligne : la série européenne NF EN ISO 17892 n'offre aucune méthode dédiée à l'essai de gonflement, alors qu'elle a fait annuler la norme voisine de compressibilité XP P94-090-1 de 1997.
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1
Découpe de quatre éprouvettes
Au moins quatre éprouvettes sont taillées à la trousse dans un même échantillon homogène, puis posées dans des cellules œdométriques sur pierres poreuses sèches.
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2
Cycle préalable à teneur en eau naturelle
Chaque éprouvette monte jusqu'au poids des terres en place, redescend, puis remonte à la charge d'imbibition. Paliers de deux heures pour limiter les échanges avec l'air ambiant.
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3
Chargement sous quatre contraintes différentes
Les quatre cellules travaillent sous des charges croissantes, par exemple 20, 75, 280 et 840 kPa sur une argile de l'Yprésien.
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4
Mise en eau et suivi du gonflement
On inonde les pierres poreuses et on suit la hauteur. Le palier s'arrête quand la déformation passe sous 2,5 × 10⁻⁴ en 8 heures, sans dépasser 72 heures.
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5
Tracé et lecture de la pression
Les points sont reportés en déformation face au logarithme de la contrainte. L'intersection des deux droites, celle du chargement à sec et celle du gonflement, donne la pression de gonflement.
L'autre voie consiste à travailler sur une seule éprouvette, chargée jusqu'au poids des terres, imbibée, puis déchargée par paliers successifs. Chaque palier tient 72 heures et l'essai complet occupe une cellule pendant environ un mois.
| Protocole | Ce qui se passe | Ce que vaut le résultat |
|---|---|---|
| Essais en parallèle | 4 éprouvettes, 4 charges différentes, imbibition sous charge constante. Norme XP P94-091 | Pentes fiables avec le cycle préalable. Sans ce cycle, seul C*g reste utilisable |
| Paliers successifs | 1 éprouvette, imbibition puis déchargement par paliers de 72 heures | Pentes directement utilisables dans les calculs. Environ un mois d'essai |
| Œdomètre standard | Chargement par paliers avec blocage du gonflement. Norme NF EN ISO 17892-5 | La pression affichée n'est pas à retenir pour dimensionner un gonflement |
| Gonflement libre | Imbibition sous charge quasi nulle, puis recompression | Écarté par les recommandations professionnelles |
| Volume constant | Le piston est bloqué sur un bâti spécial extrêmement rigide, on mesure la force | Aucune norme française. Pratiqué au cas par cas |
Un point mérite votre attention avant de valider un rapport. Le détail des méthodes et les cas chiffrés figurent dans les recommandations du Comité français de mécanique des sols sur les terrains argileux gonflants, publiées en 2024. Le groupe de travail est né des divergences d'interprétation apparues entre acteurs sur le projet du Grand Paris Express.
À noter : la pression de gonflement dépend de la méthode qui l'a produite. Deux laboratoires, deux protocoles, deux valeurs sur la même argile. Le procès-verbal doit donc nommer la procédure suivie, la date du prélèvement, la date de l'essai, les charges appliquées et la durée de chaque palier. Sans ces lignes, le chiffre n'est pas exploitable.
La valeur au bleu classe le terrain, elle ne chiffre pas la poussée
Beaucoup de rapports s'arrêtent à la valeur au bleu de méthylène et à l'indice de plasticité. Ces deux mesures viennent des essais d'identification, coûtent une fraction du prix d'un essai de gonflement, et servent effectivement à repérer une formation sensible. Le barème du BRGM, repris en annexe de la norme de calcul des écrans de soutènement NF P94-282, les traduit en notes.
| Indice de plasticité | Valeur au bleu | Susceptibilité au gonflement | Note |
|---|---|---|---|
| Moins de 12 | Moins de 2,5 | Faible | 1 |
| 12 à 25 | 2,5 à 6,0 | Moyenne | 2 |
| 25 à 40 | 6,0 à 8,0 | Forte | 3 |
| 40 et plus | Plus de 8,0 | Très forte | 4 |
Cette note géotechnique se moyenne avec deux autres, une pour la nature du terrain et une pour sa minéralogie. La moyenne des trois donne la susceptibilité de la formation : faible jusqu'à 2, moyenne entre 2 et 3, forte au-delà de 3.
Mais ce barème s'arrête là. Trois choses qu'il ne donne pas :
- Aucun kilopascal. Une argile notée « très forte » ne dit pas si elle pousse à 200 ou à 500 kPa sous votre radier.
- Aucune pente de déchargement. Sans C*g, pas de calcul de soulèvement.
- Aucune information sur votre parcelle. Le barème hiérarchise une formation géologique entière, à l'échelle des cartes au 1/50 000.
Le diagramme de plasticité de Casagrande sert au même usage, avec la même limite. Un sol est considéré comme susceptible de gonfler quand sa limite de liquidité dépasse 50 % ou son indice de plasticité 25 %. C'est un feu orange, pas une valeur de calcul. Pour comprendre le mécanisme derrière ces classements, voyez ce que sont les argiles gonflantes et pourquoi certains minéraux réagissent quand d'autres restent stables.
Important : une mesure d'indice de plasticité ne concerne qu'une tranche fine de la couche. Le Comité français de mécanique des sols demande de multiplier les prises à des profondeurs différentes avant de conclure sur la susceptibilité d'une formation. Un seul point d'analyse à 4 mètres ne dit rien de ce qui se trouve à 12.
Une question revient alors : qui commande cet essai, et dans quel cadre.
Quelle étude géotechnique commande cet essai
L'essai de gonflement apparaît dans la phase laboratoire des études de conception et de suivi, pour des ouvrages enterrés dans des argiles saturées en profondeur. Trois familles reviennent : les radiers de fond de fouille, les tunnels et les groupes de pieux.
Les écrans de soutènement font exception. Aucune pathologie n'a été relevée sur les parois de grande hauteur dans les argiles saturées du Bassin parisien, des Flandres ou de la région marseillaise, et la norme de calcul des écrans ne demande d'étudier une action de gonflement que si deux conditions se rejoignent : une couche épaisse fortement gonflante et la présence d'eau. La réserve vaut pour les terrains saturés. Sur un sol sec ou non saturé qui reçoit de l'eau, une fuite de canalisation ou une remontée de nappe, la littérature rapporte au contraire de fortes majorations de poussée.
Combien d'essais commander. Le choix reste celui de l'ingénieur géotechnicien, selon la complexité de l'ouvrage et l'hétérogénéité du terrain. Le tableau ci-dessous donne les minimums proposés par le Comité français de mécanique des sols, à titre de repère.
| Ouvrage | Couche gonflante | Essais d'identification | Essais de gonflement |
|---|---|---|---|
| Radier de moins de 500 m² | Moins de 5 m | 3 | 2 |
| Radier de plus de 500 m² | Plus de 5 m | 7 | 6 |
| Moins de 50 pieux | Moins de 5 m | 3 | 2 |
| Tunnel de moins de 500 m | Plus de 5 m | 5 | 2 par 100 m |
| Écran de soutènement | Toute épaisseur | Pas d'essai de gonflement | |
Un ouvrage en interaction avec un terrain gonflant relève de la catégorie géotechnique 3, la plus exigeante de l'Eurocode 7. La poussée de l'argile compte comme une action permanente. Le Comité français de mécanique des sols recommande de multiplier par 1,35 les sollicitations qui en résultent dans le cas courant où le gonflement déstabilise la structure, et de ne jamais compter sur son effet stabilisant, trop variable dans le temps.
À vérifier sur un procès-verbal d'essai de gonflement
Pour une maison individuelle, le raisonnement change complètement. Le dispositif issu de la loi Élan ne demande pas d'essai de gonflement à l'œdomètre. Il repose sur l'identification du sol, puis sur des techniques de construction fixées par l'arrêté du 22 juillet 2020 : fondations descendues à 0,80 mètre au minimum en zone d'exposition moyenne, 1,20 mètre en zone forte, structure rigidifiée par chaînages, eaux de pluie éloignées.
La différence tient à la profondeur. Sous une maison, l'argile n'est pas saturée et la sécheresse descend dans les premiers mètres, au rythme des saisons. Onze sites suivis par le Cerema donnent une pénétration de l'ordre de 3 mètres, parfois 5 mètres. Sous un radier à 38 mètres, l'argile est saturée en permanence et gonfle parce qu'on l'a déchargée de plusieurs dizaines de mètres de terrain. Deux phénomènes, deux boîtes à outils. Le dossier de Géorisques sur le retrait-gonflement des argiles détaille le cas des constructions de surface, désormais concernées sur 55 % du territoire hexagonal contre 48 % avec l'ancien zonage.
Trois documents publics vont plus loin sur la conduite de l'essai et sur la lecture des courbes. Ils sont téléchargeables librement.
Le document compare les trois montages possibles côte à côte : œdomètre standard, chargement par paliers, gonflement en parallèle. Chaque montage donne une pression de gonflement, mais toutes ne se valent pas. Les courbes sont reproduites avec les points de lecture repérés dessus.
À retenir de ce document : pourquoi la décompression de la carotte atteint parfois 5 à 10 % de sa hauteur, et pourquoi la pression affichée par l'œdomètre standard ne sert pas au calcul.
Télécharger le PDFL'article qui a posé la méthode française des éprouvettes testées en parallèle, avant sa reprise dans la norme. Il explique le tracé du gonflement en fonction du logarithme de la charge et la lecture de la pression à l'intersection avec l'axe. Deux essais réels sur argile de Provins servent d'exemple, à 110 et 240 kilopascals.
À retenir de ce document : la pression de gonflement dépend de l'état d'humidité de l'argile au moment de l'essai, ce n'est pas une valeur figée du terrain.
Télécharger le PDFOnze sites instrumentés sur le territoire pour mesurer jusqu'où la sécheresse descend dans le sol. Le document couvre l'autre bout du sujet, celui des argiles de surface sous les maisons, et donne les chiffres de pénétration relevés sur le terrain.
À retenir de ce document : une maison construite dans les règles de l'art résiste bien aux sollicitations du retrait-gonflement, le facteur déterminant reste le contexte géologique.
Télécharger le PDFQuestions fréquentes
Qu'est-ce que la pression de gonflement d'une argile
En quoi consiste l'essai de gonflement à l'œdomètre
Quelle norme encadre l'essai de gonflement en France
Combien d'éprouvettes faut-il pour un essai de gonflement
Combien de temps dure un essai de gonflement
Que signifie une pression de gonflement de 300 kPa
Une pression de gonflement peut-elle dépasser la contrainte du terrain en place
Quelle différence entre gonflement libre et gonflement à volume constant
Pourquoi la valeur au bleu ne remplace-t-elle pas cet essai
Comment sait-on qu'une carotte a été remaniée
Quelle mission géotechnique commande un essai de gonflement
Cet essai est-il demandé pour une maison individuelle en zone argileuse
À retenir
- La pression de gonflement est la charge verticale qui empêche une argile de gonfler en présence d'eau, exprimée en kilopascals.
- Sur une argile saturée en profondeur, elle se lit face au poids effectif des terres au point de prélèvement et ne le dépasse pas. Une valeur au-dessus n'entre pas dans le calcul.
- La norme française XP P94-091 de décembre 1995 reste en vigueur, faute de partie européenne consacrée au gonflement.
- La pression de gonflement affichée par un essai de compressibilité classique ne sert pas à dimensionner un gonflement.
- Un degré de saturation sous 95 % ou une carotte débitée en rondelles imposent un examen critique de la mesure.
- La valeur au bleu et l'indice de plasticité classent une formation. Ils ne remplacent pas l'essai et ne donnent aucun kilopascal.
- L'essai concerne les radiers de fond de fouille, les tunnels et les pieux, pas les maisons individuelles en zone argileuse.
Pour aller plus loin
Les essais d'identification, ceux qui donnent la valeur au bleu et les limites d'Atterberg L'essai triaxial et les paramètres de résistance au cisaillementSources
BRGM, actualisation de la carte nationale d'exposition au retrait-gonflement des argiles Cerema, phénomène de retrait-gonflement des sols argileux, définitions et impactsNormes citées sans lien commercial : XP P94-091 (décembre 1995), NF EN ISO 17892-5, NF EN ISO 22475-1, NF P94-282, NF EN ISO 14688-2.
