L'essai Lefranc : la perméabilité d'une couche, mesurée en forage

L’essai Lefranc mesure la perméabilité d’une couche de sol à une profondeur donnée, au fond d’un forage. C’est une mesure ponctuelle : elle renseigne une couche, en un point. M. Cassan, directeur technique honoraire de Fondasol, le rappelle dans la Revue française de géotechnique (2004) : la perméabilité des sols se détermine in situ soit par des essais ponctuels, essais Lefranc en tête, soit par des essais de pompage suivis dans des piézomètres voisins, et c’est autour de ces derniers que se fait l’unanimité.

Les essais proches de la surface, Porchet en trou de tarière ou Matsuo en fosse, sont présentés dans l’article sur Porchet et Lefranc et dans le guide de l’essai Matsuo.

Le principe

M. Cassan le résume ainsi : on provoque la percolation de l’eau à travers la paroi d’une cavité aménagée dans un terrain aquifère, en y créant une charge hydraulique différente de la charge initiale de la nappe, et l’on mesure l’évolution de cette charge dans le temps. La différence de charge s’obtient en injectant ou en prélevant un débit constant.

Deux paramètres conditionnent tout :

• la cavité, dont dépendent, écrit-il, la qualité et la représentativité de l’essai ; sa longueur et son diamètre entrent dans le calcul, par un coefficient de forme ;
• le niveau de la nappe au repos, qui sert de référence à la charge.

Le résultat est un coefficient de perméabilité k, exprimé en m/s. Pour le comparer à une valeur en mm/h, il faut savoir que 1 mm/h vaut environ 2,8 × 10⁻⁷ m/s.

La norme

La NF P 94-132 d’octobre 2000, « essai d’eau Lefranc », qui décrivait notamment la réalisation de la cavité, est annulée. Elle est remplacée par la NF EN ISO 22282-2, « essai de perméabilité à l’eau dans un forage en tube ouvert », publiée en juin 2012. D’après son résumé, cette norme fixe les exigences pour mesurer la perméabilité locale des sols et des roches, au-dessus comme au-dessous de la nappe, dans un trou ouvert, dans le cadre des reconnaissances géotechniques de l’Eurocode 7.

La fiche n° 6 du ministère et du Cerema sur les études de sols pour les eaux pluviales (2014) rattache à la même norme l’essai d’eau en forage de type Nasberg, pratiqué au-dessus de la nappe.

Injection ou pompage

Le choix entre les deux est, selon M. Cassan, le cœur de la controverse autour de l’essai. Chacun a son défaut :

Il juge les colmatages beaucoup plus dangereux que les décolmatages, mais refuse d’interdire l’injection : les méthodes d’interprétation récentes, qui ajustent une courbe théorique sur les points mesurés, permettent selon lui d’apprécier la représentativité de chaque essai. Sur deux grands chantiers, il a trouvé une bonne concordance entre les essais par injection et par pompage, et entre les essais Lefranc et des essais de pompage classiques dans un puits équipé de piézomètres.

Charge constante, charge variable

On parle souvent d’essai Lefranc « à charge constante » ou « à charge variable ». M. Cassan invite à bannir cette dichotomie, issue d’une ancienne pratique qu’il dit avoir lui-même abandonnée.

• L’essai suivi après l’arrêt de l’injection ou du pompage, sous débit nul, est souvent appelé essai à charge variable. Ce n’est, selon lui, qu’un cas particulier de l’essai Lefranc, utilisé dans les terrains peu perméables, lorsque le débit que le sol peut absorber est trop faible.
• D’autres essais en forage dits à charge variable, en forage ouvert ou fermé, ressemblent à l’essai Lefranc sans en être : ils relèvent d’autres normes et ne s’appliquent qu’aux sols de très faible perméabilité.

La fiche n° 6 note de son côté, à propos de l’essai en forage de type Nasberg, qu’un essai à charge variable permet de mesurer des perméabilités plus faibles que l’injection à débit constant. En pratique, le rapport doit dire comment l’essai a été conduit, pas seulement comment il s’appelle.

À quoi il sert : la nappe plus que l’infiltration

Dans une étude de nappe

L’essai Lefranc renseigne la perméabilité des couches qu’une fouille, un sous-sol ou un rabattement de nappe vont solliciter. M. Cassan en donne un exemple publié : le palais de justice de Lyon, dont le parking en sous-sol descend à environ 21 m de profondeur, 18,80 m sous la nappe. Pour un radier drainant avec pompage permanent, il fallait estimer le débit d’épuisement ; onze essais Lefranc dans la molasse ont donné des perméabilités de 2,5 × 10⁻⁵ à 10 × 10⁻⁵ m/s, cohérentes entre injection et pompage.

Pour une valeur d’ensemble, l’essai de pompage reste la référence, et le niveau de la nappe se suit dans le temps par un piézomètre. Ces mesures s’organisent dans une étude hydrogéologique, avant de dessiner un sous-sol : voir aussi le guide de la nappe phréatique.

Pour un ouvrage d’infiltration

Le guide d’Oasis du Cerema (2021) est net : les essais en nappe de type Lefranc doivent être considérés comme peu adaptés à l’étude de la capacité d’infiltration du sol. Pour les dispositifs de gestion des eaux pluviales, il recommande de privilégier les essais de surface ou en forage superficiel, dans des formations situées au-dessus de la nappe. Pour un puits d’infiltration, la fiche n° 6 juge l’essai en forage de type Nasberg plus représentatif.

Un essai Lefranc ne remplace donc pas l’essai fait au niveau où l’eau s’infiltrera. Les ouvrages et leurs essais sont présentés dans le guide des eaux pluviales et sur la page du test de perméabilité.

Lire un résultat

Un essai Lefranc donne une valeur pour une couche et une profondeur. Le rapport doit permettre de vérifier :

• la profondeur et les dimensions de la cavité, et la couche testée ;
• le niveau de la nappe au repos au moment de l’essai ;
• la méthode, injection ou pompage, et la durée de l’essai ;
• les mesures elles-mêmes et la courbe d’interprétation, qui révèle un colmatage ou un entraînement de fines.

Plusieurs essais, à plusieurs profondeurs et en plusieurs points, sont nécessaires pour décrire un terrain hétérogène. Le prix d’un essai en forage est sur la page du test de perméabilité.