GÉOTECHNIQUE

Identification et propriétés des sols

Sous l'humus, le sol est constitué de grains minéraux. Cent grammes de sable fin (c'est-à-dire de l'ordre d'une molécule-gramme) contiennent près de 10⁷ grains. Cent grammes d'argile peuvent en contenir 10¹¹. On est certes encore loin du nombre d'Avogadro (6,02 . 10²³) mais le nombre de constituants est tel que le concept de continuité peut le plus souvent être conservé. Si les grains sont convexes, on démontre que le nombre moyen de contacts par grain est compris entre 6 pour les textures le plus lâches et 12 pour les textures le plus compactes. Ainsi, dans un enrochement bien compacté par des engins, par exemple pour un barrage, on trouve couramment entre 8 et 10 contacts. Entre les grains existent des vides remplis d'un fluide, liquide ou gaz, eau ou air. À la déformation du sol sont associés un changement de position des grains (eux-mêmes très peu déformables) et une déformation de l'architecture des vides accompagnée le plus généralement d'une variation du volume des vides. Si la déformation est suffisamment rapide pour que le fluide interstitiel n'ait pas le temps de s'échapper, il y a apparition d'une pression interstitielle qui diminue les forces de contact entre les grains et engendre des mouvements hydrodynamiques dans le fluide interstitiel. Aussi, bien que le sol puisse être décrit dans un cadre continu, son comportement est régi par l'aspect particulaire et par les forces de contact entre les grains, frottement physique pour les grains les plus gros (c'est-à-dire supérieurs à 0,1 mm), forces capillaires et adhésion pour les grains les plus fins, par mise en commun des réseaux cristallins des premières couches d'eau adsorbées par les particules argileuses.

Pour identifier les sols, au-delà de l'analyse immédiate – odeur, couleur, saveur – et de l'analyse minéralogique, les géotechniciens ont été amenés à réaliser des essais où l'on mesure des grandeurs dont la définition n'a pas une aussi grande rigueur que celles des grandeurs physiques classiques mais dont les résultats sont suffisamment fidèles lorsque les essais sont effectués en suivant des normes rigoureuses. Le but de l'identification des sols est de pouvoir comparer des matériaux de compositions minérales différentes sur lesquels des constructions analogues ont été placées, ou encore de comparer des états différents d'un même matériau. Il faut citer :

– l'analyse granulométrique, véritable fiche d'identité d'un sol, puisqu'elle donne la répartition des dimensions des grains qui le composent ; elle se fait par tamisage pour les grains supérieurs à 80 micromètres et par sédimentation pour les plus fins ; la difficulté réside dans la séparation des grains, qui doit être parfaite mais sans être trop brutale, de peur de briser les particules ;

– la teneur en eau naturelle w, rapport du poids de l'eau au poids des éléments solides du matériau, exprimée en pourcentage ; la difficulté de la mesure réside dans le fait qu'on s'intéresse essentiellement à l'eau libre et non aux eaux plus ou moins bien fixées dans la structure cristalline de certains constituants (le gypse par exemple) ;

– les limites d'Atterberg (du nom d'un pédologue suédois) ; ce sont des teneurs en eau limites qui définissent des changements d'état physique des sols ; la limite de liquidité w_l est la teneur en eau au-dessus de laquelle le sol se comporte comme un semi-liquide et s'écoule sous son propre poids ; la limite de plasticité w_p est la teneur en eau au-dessous de laquelle le sol perd sa plasticité et devient friable ; la différence w_l − w_p = I_p, ou indice de plasticité, est d'autant plus grande que l'activité colloïdale des particules fines est grande ;[...]