Classification des sols USCS et GTR : symboles et classes

Les classifications USCS et GTR sont les deux grilles qui donnent un code à chaque sol : CL, SW ou Pt pour la première, A2, B5 ou F2 pour la seconde. L'USCS décrit la nature du sol, le GTR juge s'il se réemploie en remblai. Ce guide détaille les 15 groupes USCS, l'ancienne et la nouvelle grille GTR, les seuils et les essais qui rangent un sol dans sa case.

USCS et GTR : définition et différence

L'USCS et le GTR sont deux systèmes de classification des sols. L'USCS (Unified Soil Classification System), d'origine américaine, range un sol selon sa nature, gravier, sable, limon ou argile, et lui donne un code à deux lettres comme CL ou SW. Le GTR (Guide des terrassements des remblais et des couches de forme), français, classe un sol selon son aptitude à être réutilisé en terrassement et lui attribue une lettre suivie d'un chiffre comme A2 ou F2.

La différence tient en une phrase. L'USCS dit ce qu'est un sol, le GTR dit comment le réemployer sur un chantier.

L'USCS regarde la nature mécanique du sol. Il vient des travaux d'Arthur Casagrande pendant la Seconde Guerre mondiale et a été adopté en 1952 par des agences fédérales américaines. Le GTR, lui, raisonne chantier. Publié en 1992 et révisé en 2000, ce guide a été mis à jour en 2023 puis réédité en 2024 par le Cerema, avec une classification alignée sur la norme européenne de terrassement NF EN 16907-2, comme l'indique la présentation du guide sur le site du Cerema. Les autres sigles du métier sont détaillés dans les autres définitions du lexique géotechnique.

Retenez la logique avant les détails. L'USCS décrit la nature du sol. Le GTR juge son comportement une fois déplacé et compacté. Un sol garde la même nature mais change de comportement selon son humidité du jour, et c'est pour ça que le GTR ajoute un paramètre que l'USCS ignore, l'état hydrique.

Comment lire un symbole USCS

Un symbole USCS tient en deux lettres. La première dit la nature dominante du sol, la seconde précise le tri des grains ou la plasticité.

Ce que disent les deux lettres

Première lettre, la famille du sol :

• G pour gravier (gravel)
• S pour sable (sand)
• M pour limon (silt)
• C pour argile (clay)
• O pour sol organique
• Pt pour la tourbe (peat)

Seconde lettre, la précision :

• W bien gradué, des grains de toutes tailles (well graded)
• P mal gradué, des grains de taille trop homogène (poorly graded)
• M ou C derrière un G ou un S, pour des fines limoneuses ou argileuses
• L faible plasticité, limite de liquidité sous 50 (low)
• H forte plasticité, limite de liquidité égale ou supérieure à 50 (high)

Le parcours du laboratoire, du tamis au symbole

Le symbole sort d'une suite de tris, toujours dans le même ordre. Chaque étape élimine des cases.

Les quinze groupes de l'USCS

L'ASTM D2487 range les sols en trois grands ensembles, sols grossiers, sols fins et sols fortement organiques, soit quinze groupes au total. Le tableau donne pour chacun le critère qui le classe et ce qu'il annonce sur un chantier.

Ces tendances restent qualitatives : la norme ASTM elle-même réserve le dimensionnement aux essais chiffrés. Les fiches suivent le même ordre que le tableau, des graviers aux sols organiques. Chacune résume la composition du sol, sa position dans la classification et son comportement sous une construction.

Touchez une fiche pour l'afficher en grand.

Un exemple concret. Une argile de chantier qui colle aux bottes, dont la limite de liquidité reste sous 50, se lit CL. La même argile mais beaucoup plus gonflante, avec une limite de liquidité au-dessus de 50, se lit CH. Le passage de L à H change tout pour la fondation, parce qu'une argile CH gonfle et se rétracte davantage avec l'eau.

Les classes du GTR, ancienne et nouvelle grille

Deux grilles GTR circulent aujourd'hui. La grille de 1992, rangée de A à F, reste la plus lue sur les rapports et les bordereaux. La grille de l'édition 2023, reprise en 2024, suit la norme européenne et change les lettres comme les seuils.

La grille de 1992, toujours lue sur les rapports

L'ancienne grille, fixée par la norme NF P11-300 de 1992, range les matériaux en six grandes classes. Chacune regroupe des sols qui se comportent de la même façon une fois mis en remblai.

Chaque classe se découpe en sous-classes. La classe A va de A1 à A4 selon l'argilosité, mesurée par l'indice de plasticité ou, quand il se mesure mal, par la valeur de bleu :

• A1 : indice de plasticité jusqu'à 12 ou valeur de bleu jusqu'à 2,5, limons peu plastiques
• A2 : indice de 12 à 25 ou valeur de bleu de 2,5 à 6
• A3 : indice de 25 à 40 ou valeur de bleu de 6 à 8, argiles franches
• A4 : indice au-delà de 40 ou valeur de bleu au-delà de 8, argiles de forte plasticité

Le seuil qui revient le plus souvent dans cette grille est la dimension des plus gros éléments, fixée à 50 mm. Pour les sols meubles, un Dmax de 50 mm au plus oriente vers A, B ou D. Au-delà, le sol passe en général en C s'il contient des fines, ou en D3 s'il est propre et insensible à l'eau. La part de fines et la valeur de bleu complètent toujours ce premier tri. La norme NF P11-300 de 1992 est aujourd'hui annulée, remplacée en janvier 2025 par une NF P11-300 de classification complémentaire.

La grille 2023 alignée sur la norme européenne

La nouvelle grille du guide sépare les sols au tamis de 63 µm au lieu de 80 µm, et fixe la limite des gros éléments à 63 mm au lieu de 50 mm. Les lettres changent aussi, comme le montre le fascicule 2 du guide des terrassements, édition 2024 (PDF Cerema).

Ce tableau résume le premier niveau de tri. La classe définitive se lit dans les tableaux du fascicule 2, qui ajoutent pour chaque famille des paramètres de nature et de comportement.

Les sols fins F se découpent ensuite selon l'indice de plasticité ou la valeur de bleu. Les seuils ressemblent à ceux de la classe A, sans être identiques :

Pourquoi le GTR regarde l'état hydrique

Le même limon n'a pas le même comportement en plein été et après trois semaines de pluie. Le GTR le sait, et il accole à la classe un état hydrique, sur une échelle de cinq niveaux : très humide (th), humide (h), moyen (m), sec (s) et très sec (ts). Les deux grilles gardent cette échelle.

Un sol A2 en état hydrique moyen se compacte en général sans difficulté. Le même A2 trempé devient une pâte qui refuse le compactage et qu'il faut souvent traiter à la chaux avant de l'employer. Cette mémoire de l'eau n'existe pas dans l'USCS, qui décrit le sol indépendamment de sa météo du moment.

Les paramètres qui décident de la classe

Les deux systèmes s'appuient sur les mêmes mesures de base, mais ils n'en tirent pas les mêmes conclusions. Ces quelques paramètres font basculer un sol d'une catégorie à l'autre.

La taille des grains

La granulométrie répartit les grains par taille. Trois repères suffisent à comprendre un classement :

• le passant à 0,075 mm (tamis n°200), qui sépare les sols grossiers des sols fins dans l'USCS
• le passant à 80 µm dans la grille GTR de 1992, et à 63 µm dans celle de 2023
• la dimension maximale des plus gros éléments (Dmax), avec un seuil de 50 mm en 1992 et de 63 mm en 2023

Pour les sols propres de l'USCS, deux coefficients lus sur la courbe granulométrique précisent le tri. Ce sont eux qui décident entre un W bien gradué et un P mal gradué.

D10, D30 et D60 sont les diamètres sous lesquels passent 10, 30 et 60 % des grains. Exemple chiffré sur un gravier propre : D10 de 0,5 mm, D30 de 3 mm, D60 de 10 mm. Cu vaut 10 divisé par 0,5, soit 20. Cc vaut 9 divisé par 5, soit 1,8. Les deux conditions sont remplies, le gravier est classé GW. Une seule condition manquée, et il passe en GP.

L'argilosité et l'eau

Côté argile, deux mesures dominent. L'indice de plasticité, calculé à partir des limites d'Atterberg, et la valeur de bleu de méthylène.

La valeur de bleu, ou VBS, mesure la quantité de bleu de méthylène adsorbée par la fraction fine. Elle renseigne sur la surface des particules, donc sur la quantité et l'activité de l'argile. Plus elle est haute, plus le sol est sensible à l'eau, sans chiffrer à elle seule son gonflement. C'est un paramètre central du GTR, détaillé dans la fiche dédiée à la valeur de bleu. L'USCS, de son côté, place le sol fin sur l'abaque de Casagrande grâce à sa limite de liquidité et à son indice de plasticité. La ligne A de cet abaque suit l'équation indice de plasticité égale 0,73 fois la limite de liquidité moins 20.

La dernière ligne demande une précision. L'ASTM D2487 classe un sol fin en organique quand sa limite de liquidité, mesurée après séchage à l'étuve, tombe sous 75 % de sa valeur à l'état naturel. La matière organique perd sa capacité à retenir l'eau en séchant, d'où cette chute.

Les essais de laboratoire derrière la classification

Chaque paramètre vient d'un essai précis en laboratoire. Classer un sol, c'est enchaîner ces essais sur un échantillon prélevé en sondage.

Pour les matériaux rocheux, deux essais s'ajoutent, le Los Angeles et le Micro-Deval, qui mesurent la résistance des roches au choc et à l'usure. Le détail de ces protocoles figure dans les essais qui identifient un sol.

Un même sol, deux étiquettes

C'est le point qui surprend le plus. Un sol unique porte un symbole USCS et une classe GTR en même temps, parce que chaque système le regarde sous un angle différent.

Prenez une argile peu plastique. L'USCS la nomme CL. Le GTR de 1992, lui, la range plutôt en A1 ou A2 selon son argilosité. Même matériau, deux noms, deux usages.

Le gravier propre bien gradué montre bien ce double visage. Idéal pour le drainage côté USCS, il devient un matériau D recherché pour les remblais côté GTR.

À quoi sert chaque système sur un chantier

Selon votre projet, vous croiserez l'un, l'autre, ou les deux. Sur le terrain, chacun se reconnaît vite et sert un usage précis.

Quand vous lisez un rapport de sol

Dans un rapport géotechnique réalisé en France, les couches sont décrites selon les normes NF EN ISO 14688-1 et 14688-2, et le laboratoire ajoute souvent une classe GTR. Le symbole USCS apparaît dans les rapports qui suivent la nomenclature internationale, et il aide à lire en deux lettres la nature d'une couche. La portance et les fondations se calculent ensuite à partir des essais, pas du seul symbole.

Trois symboles appellent une vérification attentive dans le rapport :

• CH : une argile de forte plasticité, souvent sensible au retrait-gonflement des argiles, dont le potentiel réel se mesure par des essais complémentaires. La carte d'exposition de votre commune se consulte dans le dossier Géorisques sur le retrait-gonflement.
• Pt ou OH : un terrain en général compressible et peu porteur, dont le tassement sous charge dure des années.
• SP sous la nappe en zone sismique : s'il est lâche, ce sable demande une évaluation du risque de liquéfaction lors des secousses.

Quand vous gérez un terrassement

Sur un chantier de remblai, de plateforme ou de voirie, c'est le GTR qui parle. La question ne se limite plus à la portance, elle porte sur le réemploi : les déblais extraits servent-ils de remblai, ou faut-il les évacuer et importer des matériaux.

Un sol D propre se réemploie presque toujours. Un sol A trop humide demande un traitement à la chaux avant compactage, ou une mise en attente le temps qu'il sèche. Un sol organique part en général à la décharge. Cette lecture évite de payer l'évacuation de terres parfaitement réutilisables, ou à l'inverse de remblayer avec un sol qui se révélera instable.

Des exemples concrets de lecture

• Un rapport de sol indique CL. C'est une argile peu plastique. Elle se travaille, mais en secteur argileux elle reste sensible au retrait-gonflement et impose de soigner les fondations.
• Un rapport indique CH, ou un bordereau classe le sol en A4. C'est une argile de forte plasticité, à surveiller pour le gonflement. Selon l'étude, les fondations descendent plus bas ou s'appuient sur un dispositif adapté pour passer sous la zone qui travaille avec l'eau.
• Un bordereau indique A2h. Lisez A2 pour un sol fin moyennement argileux, h pour un état humide. Trop mouillé pour être compacté tel quel dans la plupart des cas, il se traite à la chaux ou sèche avant de retourner en remblai, selon les prescriptions du chantier.
• Une fiche de laboratoire récente indique F2m. C'est la grille 2023 : un sol fin de la deuxième sous-classe, en état hydrique moyen, en général favorable au compactage. Les conditions exactes d'emploi restent fixées par le guide et le chantier.

Questions fréquentes