Lernzettel: Introduction à la géotechnique et gestion des sols

📋 Plan du Cours

1. Sol, biodiversité et fonctions
2. Menaces sur les sols et réglementation
3. Granulométrie et classification des sols
4. Risques géotechniques en construction
5. Chaussées et matériaux routiers
6. Cycle de l’eau et urbanisation
7. Gestion des eaux pluviales
8. Géologie, sondages et fondations

📖 1. Sol, biodiversité et fonctions

🔑 Notions clés & Définitions

• Sol multi-phasique : Le sol est un milieu constitué de grains solides, d’air et d’eau, en interaction avec les autres milieux et l’activité humaine.
• Terre végétale : La terre végétale correspond aux 2 à 3 premiers centimètres, riches en matières organiques et racines, où se concentrent beaucoup d’organismes.
• Biodiversité du sol : La biodiversité du sol regroupe des organismes de tailles variées, depuis la microfaune (bactéries, champignons) jusqu’aux vers et insectes.
• Fonctions du sol : Les fonctions du sol décrivent ses rôles physiques, biologiques, chimiques, agronomiques, sociaux et économiques pour les écosystèmes et l’activité humaine.

📝 Points essentiels

• La formation des sols superficiels vient de l’altération du substratum par des agressions physico-chimiques et mécaniques, tandis qu’en profondeur on se rapproche de la roche mère.
• Le sol est un milieu vivant, avec environ 1 500 000 espèces, surtout dans les 2 à 3 premiers cm de sol.
• Les fonctions physiques incluent le support mécanique, le support végétal pour l’enracinement et la redistribution/régulation de l’eau.
• Les fonctions environnementales comprennent le maintien de la biodiversité, la libération des nutriments, le pouvoir tampon et la filtration/décontamination via la dégradation de matières organiques.
• Les fonctions agronomiques produisent aliments/biomasse/nutriments, et les fonctions sociales et économiques incluent cadre de vie, patrimoine, loisirs et valeur foncière.
• L’UE identifie en 2002 huit menaces majeures et estime que 2/3 des sols sont endommagés, avec notamment érosion, imperméabilisation, perte de matière organique, tassement et contamination.

💡 Astuce mémo

P-F-E-S-E : Physique-Fertilité, Environnement, Social, Économie. (Support + eau + nutriments + biodiversité + usages + valeur)

📖 2. Menaces sur les sols et réglementation

🔑 Notions clés & Définitions

• Artificialisation des sols : L’artificialisation correspond au changement d’usage qui réduit ou supprime l’infiltration et la filtration de l’eau, en modifiant les écoulements et en favorisant des îlots de chaleur.
• Tassement des sols : Le tassement est la compression du sol par une pression mécanique qui diminue l’espace entre particules et réduit stockage de l’eau et fertilité.
• Salinisation des sols : La salinisation provient de l’apport de sels au sol, par exemple via une irrigation salée ou le salage des routes en hiver.
• Pollueur-payeur : Le principe du pollueur-payeur vise à faire porter la charge de la protection des sols à l’auteur de la pollution, dans la stratégie européenne envisagée en 2006.

📝 Points essentiels

• Le sol est une ressource non renouvelable car sa formation est très lente alors que la dégradation peut être rapide.
• En 2002, la Commission européenne identifie 8 menaces majeures sur les sols : érosion, artificialisation/imperméabilisation, baisse de matière organique, tassement, salinisation, glissements/coulées/inondations, contamination, et appauvrissement de la biodiversité.
• L’UE estime que 2/3 des sols sont endommagés.
• La réglementation progresse avec la Charte des sols (Conseil de l’Europe, 1972), puis le concept de développement durable au Sommet de Rio (1992) et la convention ONU contre la désertification (1994).
• En 2006, un projet de directive européenne sur la protection des sols (stratégie commune, principe pollueur-payeur) est bloqué.
• En France, des inventaires des sols contaminés sont mis en place via Basias et Basol, puis GEORISQUES et INFOTERRE.

💡 Astuce mémo

E-A-M-T-S-G-C-A : Érosion, Artificialisation, Matière organique, Tassement, Salinisation, Glissements/Inondations, Contamination, Appauvrissement biodiversité.

📖 3. Granulométrie et classification des sols

🔑 Notions clés & Définitions

• Sol : Le sol est un milieu formé de grains solides, d’air et d’eau.
• Sol grenus ou pulvérulent : Un sol grenus ou pulvérulent est dominé par des particules de taille relativement grossière, peu liées entre elles.
• Sol cohérent : Un sol cohérent regroupe surtout des particules fines qui se tiennent davantage et influencent fortement le comportement mécanique.
• Classification granulométrique : La classification granulométrique regroupe les sols par taille de grains du plus gros au plus fin.

📝 Points essentiels

• La granulométrie classe notamment roche et cailloux (200 mm à 20 mm), graves (20 à 2 mm), gros sables (2 à 0,2 mm), sable fin (0,2 à 0,02 mm), limon (0,02 à 0,002 mm) et argile (inférieur).
• Le test de granulométrie, aussi appelé test du tamis, sert à déterminer la taille des grains à partir des fractions massiques et des % de sables, limons et argiles.
• La composition permet de caractériser des sols du type argile-calcaire ou calcaire, selon les constituants dominants.

💡 Astuce mémo

200–20–2–0,2–0,02–0,002 → roche/cailloux, graves, gros sable, sable fin, limon, argile.

📖 4. Risques géotechniques en construction

🔑 Notions clés & Définitions

• Sols naturels : Les sols naturels sont les terrains existants sous l’ouvrage (comme argiles, sables ou terre végétale) qui conditionnent la stabilité et la portance de la construction.
• Portance : La portance est la capacité d’un matériau ou d’un sol à résister aux pressions transmises par les charges, sans déformation excessive.
• Squelette granulaire : Le squelette granulaire désigne l’ossature de cailloux dans un sol, qui forme une structure portante composée de grains.

📝 Points essentiels

• Les routes sont construites sur des sols naturels (argiles, sables, terre végétale) dont la portance gouverne la résistance aux charges.
• Le trafic (notamment les poids lourds), la météo (pluviométrie, température) et les malfaçons d’exécution/entretien sollicitent et dégradent la chaussée.
• Les interactions pneumatique et chaussée créent du frottement qui use la structure dans le temps.
• Dans les zones à risque PPRM, un ancien espace minier ou un terrain trop argileux fait considérer un risque géotechnique avant tout projet.
• La déformation des matériaux de chaussée (y compris matériaux très rigides) devient un risque lorsqu’ils subissent des déformations trop importantes sous les charges.

💡 Astuce mémo

P comme Portance : c’est la « résistance aux pressions » du terrain ou du matériau.

📖 5. Chaussées et matériaux routiers

🔑 Notions clés & Définitions

• Revêtements semi-perméables : Type de surface routière qui laisse passer une partie de l’eau, réduisant le ruissellement par rapport aux surfaces totalement imperméables.
• Béton drainant : Revêtement conçu pour évacuer l’eau vers le sous-sol grâce à sa porosité, avec un coefficient de ruissellement donné pour les usages de chaussée.
• Enrobé drainant : Revêtement bitumineux poreux destiné au drainage des eaux de pluie, utilisé notamment sur voies de service et stationnements VL.

📝 Points essentiels

• Pour une pluie de 10 ans, des matériaux comme graviers, copeaux de bois et sable peuvent donner un coefficient de ruissellement comparable à la pleine terre (0,3).
• Pavés enherbés à joint étroit : coefficient de ruissellement 0,7, tandis que pavés enherbés à joint large : coefficient 0,5 pour les cheminements/voies/ stationnements indiqués.
• Béton poreux et enrobé drainant : coefficient de ruissellement 0,3, avec des usages typiques (PMR ou voies de service selon la configuration).
• Le stockage d’eaux pluviales sous chaussée se fait avec des graves (20/80 pour PL, 40/120 pour VL) et un vide d’environ 30 à 35% selon le dimensionnement.

💡 Astuce mémo

Drainants = “0,3” : béton drainant et enrobé drainant roulent avec moins de ruissellement (pluie de 10 ans).

📖 6. Cycle de l’eau et urbanisation

🔑 Notions clés & Définitions

• Lit majeur : Le lit majeur est la zone naturellement inondable lors des crues, souvent remblayée ou aménagée qui accroît les impacts quand le risque est mal anticipé.
• Lit mineur : Le lit mineur désigne le cours d’eau en temps courant, par opposition au lit majeur qui se mobilise surtout pendant les crues.
• Gestion intégrée des eaux pluviales : La gestion intégrée des eaux pluviales vise à recréer le cycle naturel en traitant la pluie au plus près de la chute, en combinant infiltration, stockage et usages.
• Dossier Loi sur l’Eau (DLE) : Le DLE est une procédure déposée en mairie pour évaluer l’impact d’un projet sur l’eau, la conformité de la gestion des eaux et le calendrier lié au chantier.

📝 Points essentiels

• Les digues réduisent le risque à moyen terme, mais deviennent dangereuses si la crue dépasse les capacités, avec risque de submersion ou de rupture de digue.
• La gestion par infiltration doit être faisable : elle repose sur des tests de perméabilité et sur l’absence de pollution susceptible de contaminer la nappe.
• La pluie courante doit être gérée à la parcelle pour environ 80% des événements annuels, définis ici par une hauteur entre 4 mm et 16 mm sur 24 h.
• La logique de projet vise un rejet nul au réseau pour les pluies courantes et, pour les pluies exceptionnelles, soit une gestion sans rejet, soit un débit régulé pour ne pas saturer l’assainissement.
• Pour les pluies fortes, le dimensionnement doit inclure le temps de vidange, souvent inférieur à 48 h, et une hauteur de stockage limitée autour de 40 cm pour des raisons de sécurité.

💡 Astuce mémo

80/20 : 80% de la pluie (4–16 mm en 24 h) à la parcelle en infiltration, 20% en gestion spécifique (stockage/traitement) sans saturer les réseaux.

📖 7. Gestion des eaux pluviales

🔑 Notions clés & Définitions

• Réseaux d’eaux pluviales : Réseaux d’assainissement dédiés à la collecte et au traitement des eaux de pluie, conçus pour favoriser l’infiltration et limiter le rejet au réseau.
• Noues larges et peu profondes : Ouvrages paysagers peu profonds où les eaux ruissellent puis s’infiltrent, avec des pentes douces et une absorption renforcée par la végétation.
• DLE dossier loi sur l’eau : Dossier à déposer en mairie pour vérifier la conformité d’un projet lié à l’eau, incluant une étude d’impact pour les projets dépassant 1 hectare dans certains cas.
• OPR opération préalable à la réception : Étape administrative à l’issue du chantier qui vérifie la mise au point et conditionne la réception des travaux, liée au suivi réglementaire de l’eau.
• Coefficient de ruissellement : Pourcentage de pluie qui ruisselle vers l’aval au lieu d’être infiltré, utilisé dans le calcul du volume ruisselé selon le type de surface.

📝 Points essentiels

• La logique de conception vise à gérer la pluie à la parcelle avec infiltration maximale et ZÉRO rejet au réseau pour la gestion par infiltration.
• Les pluies courantes correspondent à une précipitation entre 4 mm et 16 mm en 24 h à gérer en 24 h à la parcelle.
• Pour 80% du volume annuel (événements de l’année), l’objectif est l’abattement par désimperméabilisation et infiltration, puis 20% gérés différemment en gestion intégrée.
• Le coefficient de ruissellement vaut 20% pour les espaces verts, 70% pour les sols semi-perméables/toitures végétalisées, 90% pour les sols imperméabilisés.
• Le stockage en ouvrage paysager est souvent limité à une hauteur d’environ 40 cm, au-delà une protection (garde-corps) devient nécessaire.
• Le volume ruisselé se calcule par surface x coefficient de ruissellement x hauteur de pluie, avec une hauteur de pluie de 48 mm (10 ans) ou 96 mm (100 ans).

💡 Astuce mémo

Zéro rejet + 80/20 : 80% par infiltration à la parcelle (4–16 mm/24 h) et le reste traité en gestion intégrée, puis calcul avec C=20/70/90.

📖 8. Géologie, sondages et fondations

🔑 Notions clés & Définitions

• Nappe captive : Une nappe captive est une nappe hydrogéologique enfoncée et protégée par des couches peu perméables, pouvant exister entre plusieurs formations géologiques.
• Pressiomètre : Un pressiomètre est un essai in situ qui mesure la résistance du terrain et la déformation associée après introduction d’une cellule au droit du forage.
• Pénétromètre : Un pénétromètre est un essai in situ qui mesure la résistance à l’extrémité de l’appareil pour multiplier rapidement les points d’évaluation.
• Fondation superficielle : Une fondation superficielle est une fondation dont l’enfoncement dans le sol reste limité, transmettant les charges aux couches proches du sol support.
• Pieu foré simple : Un pieu foré simple est un pieu exécuté par forage puis armature, avec injection de béton en commençant par le bas lors de la remontée.

📝 Points essentiels

• Dans les Hauts-de-France, la nature des sols peut alterner entre sables, calcaires, limons, argiles et alluvions, avec empilements variables à l’échelle du site.
• On distingue trois familles de sondages : destructifs, prélèvements remaniés, et prélèvements intacts (carottage) pour évaluer le niveau de tassement ou la stabilité du sol.
• Le pressiomètre dimensionne des fondations en fournissant des résistances (pression de fluage et pression limite) et la déformation mesurée au cours de l’essai.
• Le pénétromètre permet d’évaluer rapidement l’homogénéité d’un terrain en répétant des mesures de résistance uniquement sur la pointe.
• Pour les fondations superficielles, la profondeur d’encastrement vérifie une règle de dimensionnement : hauteur d’encastrement < 5× largeur de la fondation.
• En sinistres avec fondations superficielles, les causes citées incluent : mauvaises reconnaissances de sols (35%), erreurs de calcul (30%), venues d’eau en terrain argileux (20%) et mauvais compactage des remblais (25%).

💡 Astuce mémo

Pressiomètre = côtés + déformation (garde le “mécanisme” du terrain), Pénétromètre = pointe seulement (mesure vite l’homogénéité).

📅 Repères chronologiques

📊 Tableaux de synthèse

Fonctions du sol (catégories)

Infiltration et ruissellement : espaces naturels vs urbanisés

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre sol et sous-sol : le sol correspond surtout aux 2–3 premiers cm (terre végétale), riches en matière organique et biodiversité.
2. Croire que les fonctions du sol sont uniquement agronomiques : le cours insiste aussi sur les fonctions physiques, environnementales, sociales et économiques.
3. Mélanger artificialisation et imperméabilisation : l’artificialisation correspond au changement d’usage réduisant/supprimant infiltration et filtration.
4. Inverser les coeffs de ruissellement : les sols imperméabilisés sont à 90% tandis que les espaces verts sont à 20% (sur l’approche du cours).
5. Penser que l’infiltration est toujours possible : elle doit être faisable (perméabilité) et sans pollution risquant de contaminer la nappe.
6. Confondre réseaux unitaires et séparatifs : unitaire collecte eaux pluviales + usées dans un seul réseau, alors que la séparation distingue les deux flux.
7. Oublier le dimensionnement de la vidange et la sécurité du stockage : le cours mentionne un temps de vidange souvent inférieur à 48 h et une hauteur de stockage limitée (autour de 40 cm).

✅ Checklist Examen

1. Définir le sol multi-phasique (grains solides + air + eau) et expliquer pourquoi la formation superficielle dépend d’altérations du substratum et pourquoi la roche mère se rapproche en profondeur.
2. Citer la biodiversité du sol (ordre de grandeur 1 500 000 d’espèces) et préciser la concentration dans les 2–3 premiers cm (« terre végétale »).
3. Rattacher les fonctions du sol à leurs catégories et exemples : support mécanique/végétal/eau, maintien biodiversité + pouvoir tampon + filtration/décontamination, production agronomique, rôle social et valeur économique.
4. Expliquer pourquoi le sol est une ressource non renouvelable et distinguer la formation lente vs dégradation rapide.
5. Lister les 8 menaces majeures de 2002 (érosion, artificialisation/imperméabilisation, baisse matière organique, tassement, salinisation, glissements/coulées/inondations, contamination, appauvrissement biodiversité).
6. Définir artificialisation, tassement et salinisation, et relier artificialisation à la réduction de l’infiltration/filtration et à la modification des écoulements (îlots de chaleur).
7. Donner la gamme de granulométrie du plus gros au plus fin (roche/cailloux 200–20 mm, graves 20–2 mm, gros sable 2–0,2 mm, sable fin 0,2–0,02 mm, limon 0,02–0,002 mm, argile inférieur) et le rôle du test de granulométrie (= test du tamis).
8. Décrire les risques géotechniques liés à la construction (ex. glissement/orniérage par tassement, fissures et poinçonnement, effondrements) et citer l’idée d’études/investigations et comportement des sols.
9. Expliquer la logique de gestion des eaux pluviales en ville : grand cycle/petit cycle, réseaux unitaires vs séparatifs, objectifs de « ville-éponge »/zéro rejet hors parcelle et critères liés (pluies courantes 4–16 mm/24 h).
10. Calculer un volume de pluie à gérer selon le cours : volume = surface × coefficient de ruissellement × hauteur de pluie (pluie 10 ans = 48 mm, pluie 100 ans = 96 mm) et rappeler les coefficients C (20/70/90 selon espaces verts / semi-perméables-toitures végétalisées / imperméabilisés).
11. Décrire la condition d’accès à l’infiltration (test de perméabilité + absence de pollution) et l’alternative en cas de non-faisabilité (rejet au réseau ou débit régulé pour pluies exceptionnelles).