Entre un gravier propre et une argile compacte, l'eau circule des millions de fois plus vite d'un côté à l'autre. Le coefficient de perméabilité K met un chiffre sur cette vitesse. Vous le croisez dans un rapport de sol, sur un projet de drainage, de fouille ou d'assainissement, et vous voulez savoir ce qu'il décrit. On voit ici sa définition, la loi de Darcy qui l'encadre, son unité et ses valeurs d'un sol à l'autre.
Sommaire
Définition du coefficient de perméabilité K
Le coefficient de perméabilité, noté K, mesure l'aptitude d'un sol à laisser circuler l'eau. On l'appelle aussi conductivité hydraulique. Plus K est élevé, plus l'eau traverse le sol facilement. C'est une propriété du matériau, fixée par la taille des vides entre les grains et par leur connexion.
Versez le même volume d'eau sur deux terrains et le résultat diffère du tout au tout. Le gravier laisse filer l'eau entre ses gros vides. L'argile la retient dans des pores minuscules et mal reliés. K traduit cet écart en un seul chiffre.
- Un K élevé signale un sol qui laisse passer l'eau vite, comme un gravier ou un sable.
- Un K faible signale un sol qui retient l'eau, comme une argile ou un limon serré.
- Le symbole varie selon les auteurs, on lit aussi k minuscule pour le même coefficient.
Ce paramètre figure parmi les autres définitions du lexique géotechnique, dans la famille des grandeurs liées à l'eau dans le sol.
En bref : K mesure la vitesse de circulation de l'eau dans un sol. C'est une propriété du terrain, commandée par la taille de ses vides et leur connexion, pas par la quantité d'eau présente.
La loi de Darcy, le cadre de l'écoulement
La loi de Darcy décrit comment l'eau circule dans un sol. Henry Darcy l'a énoncée en 1856, à Dijon, en faisant passer de l'eau à travers des colonnes de sable. Son résultat sert encore de base à toute l'hydraulique des sols.
Elle relie la vitesse de filtration de l'eau au coefficient de perméabilité et au gradient hydraulique, c'est-à-dire à la pente de la charge d'eau entre deux points. Le coefficient K est le facteur de proportionnalité de cette relation. Plus K est grand, plus l'eau file vite pour une même pente.
- La vitesse de filtration s'exprime en mètres par seconde.
- Le coefficient K s'exprime lui aussi en mètres par seconde.
- Le gradient hydraulique est un rapport sans unité, la perte de charge divisée par la distance.
Bon à savoir : la loi de Darcy tient en une phrase. La vitesse de l'eau dans le sol égale le coefficient de perméabilité K multiplié par le gradient hydraulique. Multiplier K par dix multiplie le débit par dix, à pente d'eau égale. Elle vaut pour un écoulement lent et régulier dans un sol saturé.
L'unité de K et son échelle de valeurs
Le coefficient de perméabilité a la dimension d'une vitesse. Il s'exprime en mètres par seconde, m/s. C'est logique, puisqu'il relie une vitesse de filtration à un gradient sans unité.
Ses valeurs couvrent une plage immense. On les écrit en puissances de dix. Un gravier propre conduit l'eau autour de 10⁻² m/s, une argile compacte sous 10⁻⁹ m/s. Entre les deux, l'écart dépasse le million.
| Famille de sol | Comportement vis-à-vis de l'eau | K indicatif (m/s) |
|---|---|---|
| Gravier propre, sable grossier | Forte perméabilité, l'eau file vite | 10⁻² et plus |
| Sable | Perméabilité moyenne | 10⁻² à 10⁻⁵ |
| Limon, sable fin | Faible perméabilité | 10⁻⁵ à 10⁻⁹ |
| Argile compacte | Perméabilité négligeable | sous 10⁻⁹ |
Sous 10⁻⁹ m/s, on parle d'un sol quasi imperméable. C'est le repère retenu pour les barrières étanches, comme le noyau argileux d'une digue. Ces ordres de grandeur restent indicatifs, la valeur réelle dépend du terrain en place.
- Une fissure ou un passage sableux fait grimper K localement, bien au-dessus de la famille de sol.
- Un sol compacté ou colmaté voit sa perméabilité chuter.
- Le chiffre d'un projet vient toujours d'un essai sur le terrain, pas d'un tableau général.
La nature géologique d'un terrain donne déjà une première idée de sa perméabilité. Les cartes géologiques et les données sur les eaux souterraines se consultent sur le portail Infoterre du BRGM, utile pour situer un sol avant tout essai sur place.
Comment on mesure la perméabilité d'un sol
Deux familles d'essais existent. En laboratoire, sur un échantillon prélevé. Sur le terrain, sur le sol en place. Le choix dépend de la perméabilité attendue et de l'usage du résultat.
Au laboratoire, la mesure se fait au perméamètre, suivant la norme NF EN ISO 17892-11. On fait passer l'eau à travers l'éprouvette et on lit le débit. L'essai à charge constante convient aux sols perméables, sable et gravier. L'essai à charge variable convient aux sols peu perméables, limon et argile, où l'eau passe trop lentement pour une mesure directe.
| Essai | Où | Pour quels sols |
|---|---|---|
| Perméamètre à charge constante | Laboratoire | Sable, gravier, perméabilité élevée |
| Perméamètre à charge variable | Laboratoire | Limon, argile, perméabilité faible |
| Essai Lefranc | Forage, sous la nappe | Sols en place saturés |
| Essai d'infiltration | Fosse ou surface | Aptitude à infiltrer, assainissement |
Sur le terrain, les essais de perméabilité en place donnent une valeur dans les conditions du sol réel. L'essai Lefranc en forage mesure la perméabilité sous la nappe, par injection ou pompage d'eau dans un tube. Pour l'assainissement non collectif, l'essai d'infiltration de type Porchet teste la capacité du sol à absorber l'eau d'une fosse.
La valeur de K obtenue oriente ensuite tous les choix liés à l'eau sur le chantier.
Perméabilité, fouilles et drainage
La perméabilité commande ce qui touche à l'eau dans le sol. Elle décide de la quantité d'eau qui arrive dans une fouille, de la rapidité d'un drainage, de l'aptitude d'un terrain à infiltrer la pluie.
- Creuser sous la nappe : plus K est élevé, plus l'eau afflue dans l'excavation, plus le rabattement et le pompage deviennent lourds.
- Drainer un terrain : un sol perméable évacue de lui-même, un sol argileux garde l'eau au pied des fondations.
- Infiltrer les eaux de pluie : il faut un sol assez perméable pour absorber, sinon l'eau stagne et déborde.
Sur un sable, une fouille se vide par simple pompage. Sur une argile, l'eau reste piégée, l'excavation tourne à la boue, et les parois se déstabilisent. Le niveau de la nappe phréatique pèse autant que la perméabilité du sol dans ce calcul.
À vérifier avant un projet de drainage ou d'infiltration
Pour les projets d'infiltration des eaux pluviales, le guide du Cerema sur les études d'infiltrabilité des sols rappelle qu'une étude géotechnique avec essais de perméabilité en place conditionne tout le dimensionnement.
Attention : un sol peu perméable n'évacue pas l'eau. Sans drainage adapté, l'eau s'accumule contre les fondations, gonfle l'argile et fait travailler la structure. Une cave humide ou un mur de soutènement saturé vient souvent d'une perméabilité ignorée au départ.
Cette lenteur de circulation explique aussi un comportement bien connu des sols fins.
Pourquoi une argile se consolide lentement
La perméabilité éclaire un point clé des argiles. Chargez une argile saturée, par exemple sous le poids d'un bâtiment. L'eau coincée dans ses pores doit d'abord sortir pour laisser le sol se tasser. Comme l'argile laisse à peine passer l'eau, ce drainage prend des mois, parfois des années.
Un sable chargé se tasse en quelques jours, l'eau part vite par ses gros vides. Une argile molle continue de tasser longtemps après la fin du chantier, au rythme lent de l'eau qui s'évacue.
- Sable : tassement quasi immédiat, l'eau s'évacue sans retard.
- Argile : tassement étalé sur des mois à des années.
- Cause : la faible perméabilité freine la sortie de l'eau des pores.
Cette vitesse de tassement se chiffre par le coefficient de consolidation, qui dépend directement de la perméabilité du sol. Une argile peu perméable donne une consolidation lente, donc des tassements à surveiller longtemps.
Questions fréquentes
Qu'est-ce que le coefficient de perméabilité
Que signifie K en hydrogéologie
Quelle est l'unité du coefficient de perméabilité
Qu'est-ce que la loi de Darcy
Comment mesure-t-on la perméabilité d'un sol
Quelle perméabilité pour une argile
Quelle perméabilité pour un sable ou un gravier
Pourquoi la perméabilité varie-t-elle autant selon le sol
Quel lien entre perméabilité et drainage
Comment la perméabilité influence-t-elle une fouille
Qu'est-ce que la conductivité hydraulique
Que veut dire la lettre K en perméabilité
À retenir
- K, le coefficient de perméabilité, mesure la vitesse à laquelle l'eau circule dans un sol. C'est une propriété du terrain, liée à la taille de ses vides.
- La loi de Darcy l'encadre, la vitesse de filtration est proportionnelle à K et au gradient hydraulique.
- Son unité est le mètre par seconde, ses valeurs s'écrivent en puissances de dix, d'environ 10⁻² m/s pour un gravier à moins de 10⁻⁹ m/s pour une argile.
- On le mesure au perméamètre en laboratoire, à charge constante ou variable, ou en place par essai Lefranc et essais d'infiltration.
- Il commande le drainage, le rabattement d'une fouille, l'infiltration, et explique la lenteur de tassement des argiles.
