Limites d'Atterberg : ce qu'elles disent d'une argile

Un sol fin change de consistance avec sa teneur en eau : très mouillé, il coule ; un peu moins, il se modèle ; sec, il durcit et se fissure. Les limites d’Atterberg sont les teneurs en eau qui séparent ces états. Le BRGM les présente comme les essais qui mettent en évidence l’influence de la teneur en eau sur la consistance du matériau fin.

Ce guide explique ce qu’elles mesurent et comment les lire. Le classement des sols pour les terrassements, qui s’en sert, est dans le guide de la classification GTR.

Trois teneurs en eau, un indice

• La limite de liquidité (wL) est, selon le résumé de la norme, la teneur en eau à laquelle un sol passe de l’état liquide à l’état plastique.
• La limite de plasticité (wP) marque la borne inférieure du domaine plastique : plus sec, le sol ne se modèle plus.
• L’indice de plasticité (IP) est la différence entre les deux, wL moins wP. Il représente l’étendue du domaine plastique et donne, d’après le BRGM, une indication sur l’aptitude du matériau argileux à acquérir de l’eau.

Les deux limites se mesurent sur un sol remanié, naturel ou débarrassé de la fraction retenue au tamis de 0,4 mm environ : ce sont des propriétés du matériau, pas de son état dans le terrain.

Les normes ont changé en 2018

La NF EN ISO 17892-12 de juillet 2018 encadre aujourd’hui la mesure. Elle remplace la NF P 94-051 de 1993, qui fixait la limite de liquidité à la coupelle et la limite de plasticité au rouleau, et la NF P 94-052-1 de 1995. Deux amendements l’ont modifiée, en septembre 2021 et en mars 2022.

La norme décrit deux méthodes pour la limite de liquidité : le cône tombant et l’appareil de Casagrande. Les recommandations publiées en novembre 2024 par Syntec-Ingénierie et l’Union syndicale géotechnique (USG) relèvent un changement qui compte pour la lecture : avec le cône de 80 g et 30°, la profondeur de pénétration qui définit la limite de liquidité passe à 20 mm, contre 17 mm dans la pratique de l’ancienne NF P 94-052-1. Les mêmes recommandations conseillent la détermination en quatre points plutôt qu’en un seul, et demandent que le rapport précise le type de cône utilisé.

Pour comparer un rapport récent à un rapport ancien sur le même terrain, il faut donc regarder la norme et la méthode citées avant les chiffres.

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L’état du sol en place

La teneur en eau naturelle, mesurée sur le prélèvement, se compare aux limites. Le BRGM l’explique : cette comparaison dit dans quel état de consistance se trouve le matériau dans le terrain, solide avec ou sans retrait, plastique ou liquide. Le BRGM y voit un outil pour les experts qui diagnostiquent un sinistre, avec une réserve : la teneur en eau varie d’un sondage à l’autre et dans le temps, et ne vaut que pour le point et le jour du prélèvement. Un profil de teneur en eau se lit donc avec la date et la profondeur de chaque mesure, comme dans un diagnostic G5.

La nature du sol

Pour les terrassements, le guide des remblais et des couches de forme (GTR, édition 2023) range les sols fins selon leur indice de plasticité ou leur valeur au bleu : F1 jusqu’à un IP de 12, F2 de 12 à 22, F3 de 22 à 40, F4 de 40 à 55. Il note que l’IP devient le critère le mieux adapté dès qu’il atteint 12, et que pour les sols fins peu plastiques il est souvent préférable d’utiliser la valeur au bleu, compte tenu de l’imprécision de la mesure de l’IP. La classification GTR détaille ces classes.

Le lien avec le retrait-gonflement

Pour cartographier l’aléa retrait-gonflement par département (ici dans son rapport sur la Loire-Atlantique, 2009), le BRGM a hiérarchisé les formations argileuses selon trois critères : leur lithologie, la proportion de minéraux gonflants de leur phase argileuse, et leur comportement géotechnique. Ce dernier repose sur la valeur au bleu, le retrait linéaire et l’indice de plasticité, les deux premiers étant jugés les plus représentatifs de l’aptitude d’un sol au retrait-gonflement.

Le barème de l’indice de plasticité repris par le BRGM (Chassagneux et al., 1995) :

Ce barème sert à comparer des formations à l’échelle d’un département. Il ne fixe pas à lui seul une profondeur de fondation : pour une maison, c’est l’étude de sol qui la donne, avec le projet, comme l’explique le guide des argiles. Les fondations qui conviennent sont présentées dans le guide du sol argileux.

La limite de retrait

Quand un sol saturé sèche, son volume diminue, puis cesse de diminuer : les grains sont en contact, et l’eau qui part ne fait plus que désaturer le sol. Le BRGM appelle limite de retrait la teneur en eau de ce palier, et précise que plus elle est faible, plus la variation de volume peut être importante, et plus le tassement induit par une dessiccation sera grand.

Le même rapport rappelle que, sous un climat tempéré, les argiles proches de la surface sont souvent loin de leur limite de retrait : elles peuvent donc se rétracter si leur teneur en eau baisse nettement, lors d’une sécheresse intense ou prolongée.

La mesure suit la norme expérimentale XP P 94-060-1 de décembre 1997, toujours en vigueur : un essai de dessiccation qui détermine de façon conventionnelle la limite de retrait sur le passant à 400 µm du matériau.

Ce que les limites ne disent pas

Les limites d’Atterberg identifient un sol. Elles ne mesurent pas sa compressibilité, qui se mesure à l’œdomètre : la NF EN ISO 17892-5 de mars 2017 encadre l’essai de chargement par paliers, et les recommandations de Syntec-Ingénierie et de l’USG indiquent qu’un essai complet comprend 13 à 20 paliers, chacun maintenu en principe 24 heures. C’est donc un essai bien plus long que la mesure des limites.

Le BRGM cite aussi, parmi les essais pratiqués dans les expertises, le coefficient de gonflement et l’analyse granulométrique, qui donne le passant à 80 µm.

Dans une étude de sol

Les essais se font sur les prélèvements des sondages, couche par couche. Chez Solintek, ils sont confiés, quand la mission le demande, à des laboratoires partenaires. Leur prix est sur la page des essais de laboratoire, et l’ensemble des essais d’identification est présenté dans l’article sur les essais de laboratoire.

Avant de construire sur argile, c’est l’étude G2 AVP qui exploite ces résultats pour proposer le niveau d’assise et les dispositions constructives.