Une même argile tient debout sous la pelle en plein été, puis colle aux bottes et coule entre les doigts après un hiver pluvieux. Ce qui change, c'est sa teneur en eau, notée w, le rapport entre la masse d'eau et la masse de sol sec. C'est le paramètre d'état le plus simple à mesurer et l'un des plus lus sur un rapport de sol. On voit ici ce qu'il représente, comment on l'obtient à l'étuve, et ce qu'il dit du comportement du terrain.
Sommaire
Ce que représente la teneur en eau
La teneur en eau, notée w, est le rapport entre la masse d'eau contenue dans un échantillon de sol et la masse de ce même sol une fois sec. Elle décrit la quantité d'eau présente, rapportée à la matière solide, rien de plus.
C'est un paramètre d'état. Il ne dit pas de quoi le sol est fait, il dit dans quel état hydrique il se trouve au moment du prélèvement. Une argile reste la même argile en hiver et en été, mais sa teneur en eau grimpe sous la pluie et chute en période sèche.
- Une teneur en eau faible signale un sol plutôt sec, souvent plus ferme et plus résistant.
- Une teneur en eau élevée signale un sol gorgé d'eau, plus mou, qui se déforme sous la charge.
- La notation française est w, parfois écrite Wn pour la teneur en eau naturelle, celle du sol en place.
Sur un rapport de sol, w accompagne presque toujours les autres mesures d'identification. Vous le retrouverez aux côtés des paramètres décrits dans les autres définitions du lexique, car il sert de repère pour lire la plupart des essais.
En clair : la teneur en eau mesure l'eau d'un sol par rapport à sa masse sèche. Ce n'est pas une propriété fixe du terrain, sa valeur bouge avec la saison, la nappe et le drainage.
Le calcul et l'unité en pourcentage
Le calcul tient en une division. On prend la masse d'eau évaporée, on la divise par la masse de sol sec, et on exprime le résultat en pourcentage de la masse sèche.
Une teneur en eau de 20 pour cent veut dire 20 grammes d'eau pour 100 grammes de sol sec. C'est l'unité usuelle en géotechnique, simple à lire et à comparer d'un échantillon à l'autre.
Bon à savoir : la teneur en eau dépasse parfois 100 pour cent dans les sols gorgés d'eau comme les tourbes et certaines vases. Cent grammes de matière sèche y retiennent plus de cent grammes d'eau, ce qui surprend, mais reste cohérent puisque le rapport se fait sur la masse sèche.
Attention à ne pas confondre cette grandeur avec le degré de saturation, qui compare l'eau au volume des vides du sol. La teneur en eau, elle, rapporte une masse d'eau à une masse de matière solide.
La mesure par étuvage en laboratoire
La méthode de référence s'appelle l'étuvage. Le principe est concret, on pèse le sol humide, on le sèche jusqu'à ce qu'il ne perde plus de masse, puis on le repèse. La masse partie correspond à l'eau évaporée.
Pesée de l'échantillon humide
On pèse une tare propre et sèche, on y place le sol prélevé, et on note la masse de l'ensemble avant tout séchage.
Séchage à l'étuve jusqu'à masse constante
L'échantillon passe à l'étuve à 105 degrés Celsius pour les sols courants, le temps que sa masse cesse de diminuer. Le séchage dure de quelques heures à un jour selon la nature du sol.
Seconde pesée et calcul
On repèse le sol sec. La différence entre les deux pesées donne l'eau évaporée, dont on tire la teneur en eau, en pourcentage de la masse sèche.
L'essai suit la norme NF EN ISO 17892-1, qui a pris la suite de l'ancienne norme française NF P94-050. La mesure de teneur en eau fait partie des opérations courantes décrites parmi les essais d'identification en laboratoire.
Attention : certains sols se sèchent à 50 degrés Celsius et non à 105. Au-dessus, le gypse perd son eau de cristallisation et la matière organique des tourbes se dégrade, ce qui fausse le résultat. Le laboratoire abaisse alors la température pour ces sols sensibles.
Situer un sol entre ses bornes de consistance
La teneur en eau prend tout son sens quand on la compare aux bornes de consistance d'un sol fin. Ces bornes sont elles-mêmes des teneurs en eau, mesurées en laboratoire sur le même matériau remanié.
En dessous de la limite de plasticité, le sol est plutôt solide et friable. Entre cette limite basse et la limite de liquidité, il devient malléable, c'est l'intervalle plastique. Quand la teneur en eau approche la limite haute, le sol perd sa tenue et tend vers l'état liquide.
| Position de la teneur en eau | État du sol fin | Comportement observé |
|---|---|---|
| Sous la limite basse | Solide à friable | Se casse en mottes, ne se modèle pas |
| Entre les deux limites | Plastique | Se modèle sans se fissurer ni couler |
| Vers la limite haute | Mou, proche du liquide | S'étale, colle, perd sa portance |
Les géotechniciens chiffrent cet écart par l'indice de consistance. Plus la teneur en eau du sol est proche de sa limite basse, plus le sol est ferme. Plus elle approche la limite haute, plus il est mou. Une seule mesure de w, replacée entre les deux limites, renseigne déjà sur la résistance attendue.
La teneur en eau qui commande le compactage
Sur un chantier de terrassement, la teneur en eau décide de la réussite du compactage. Un sol trop sec ne se serre pas, un sol trop humide se déforme sous le compacteur et met l'eau en pression.
Il existe une teneur en eau pour laquelle un sol atteint sa densité la plus forte sous un compactage donné. On l'appelle l'optimum Proctor. De part et d'autre de cet optimum, le résultat se dégrade.
- Trop sec, les grains ne glissent pas les uns sur les autres et restent mal serrés.
- À l'optimum, l'eau lubrifie le serrage et la densité sèche atteint son maximum.
- Trop humide, l'eau remplit les vides et empêche la mise en place, la portance chute.
Le réflexe de chantier consiste à comparer la teneur en eau naturelle du sol à sa teneur en eau optimale. Ce rapport situe le matériau sur une échelle hydrique à cinq niveaux, du plus sec au plus humide, retenue par le guide des terrassements pour fixer les conditions de réemploi et de compactage. Cette grandeur est détaillée dans l'essai Proctor et le compactage.
Valeurs courantes selon le type de sol
La teneur en eau monte des sols qui retiennent peu l'eau vers ceux qui la gardent. Les sables s'égouttent vite, les argiles la retiennent, les sols organiques en sont gorgés. Le tableau ci-dessous donne le sens de variation, sans chiffre fixe, car la valeur réelle dépend de l'état du sol au prélèvement.
| Famille de sol | Comportement vis-à-vis de l'eau | Teneur en eau attendue |
|---|---|---|
| Sable, grave | L'eau s'égoutte vite, peu retenue | Plutôt faible |
| Limon | Retient l'eau de façon modérée | Modérée |
| Argile | Retient fortement l'eau | Plus élevée, forte si le sol est gorgé |
| Tourbe, vase, sol organique | Structure spongieuse, saturée d'eau | La plus forte, parfois au-delà de 100 pour cent |
Un même chiffre ne dit pas la même chose d'un sol à l'autre. Une teneur en eau de 12 pour cent correspond à un sable presque saturé, gorgé d'eau, alors que la même valeur sur une argile signale un sol plutôt sec. Un résultat de teneur en eau se lit donc toujours au regard de la nature du sol, jamais isolé.
La teneur en eau d'un terrain réel se mesure au laboratoire, sur des prélèvements datés. Un même sol affiche des valeurs différentes en saison sèche et après de fortes pluies, ce qui explique l'importance de la date du prélèvement.
Comment lire une teneur en eau sur un rapport de sol
Questions fréquentes
Qu'est-ce que la teneur en eau d'un sol
Que signifie le w en géotechnique
Comment calcule-t-on la teneur en eau
Quelle est l'unité de la teneur en eau
Comment mesure-t-on la teneur en eau d'un sol
Qu'est-ce que l'étuvage
La teneur en eau dépasse-t-elle parfois 100 pour cent
Quelle différence entre teneur en eau et limites de consistance
Qu'est-ce que la teneur en eau optimale
Comment la teneur en eau change-t-elle la consistance d'un sol
Quelles valeurs de teneur en eau selon le type de sol
Pourquoi sécher certains sols à 50 degrés et non à 105
À retenir
- La teneur en eau w est le rapport entre la masse d'eau et la masse de sol sec, exprimé en pourcentage de la masse sèche.
- C'est un paramètre d'état, sa valeur bouge avec la saison, la nappe et le drainage, ce n'est pas une propriété fixe du sol.
- Elle se mesure par étuvage à 105 degrés Celsius, ou autour de 50 degrés pour les sols organiques et gypseux, selon la norme NF EN ISO 17892-1.
- Comparée aux limites de consistance, elle situe un sol fin entre les états solide, plastique et liquide.
- Comparée à l'optimum Proctor, elle commande la réussite du compactage en remblai et en couche de forme.
