LE PRESSIOMÈTRE, OUTIL NATIONAL ET INTERNATIONAL LES NORMES ÉVOLUENT, L'USAGE SE DIVERSIFIE

En même temps, un grand nombre de chercheurs dans le monde, passionnés par le caractère géomécanique fondamental de l’expansion de la cavité cylindrique d’un forage, cherchent sans
relâche à extraire de l’essai pressiométrique beaucoup plus que le module pressiométrique et la pression limite, deux notions de base que Louis Ménard a imposées de longue date. Les normes
ISO pour le Pressiomètre ont contribué à la diffusion internationale qui manquait à cette invention française ; en collaboration avec les représentants de nombreux pays, la communauté géotechnique française a beaucoup contribué à l’écriture de ces normes.

UNE INVENTION ET UNE PASSION FRANÇAISES

Paris, 1954, rue des Saints-Pères. Louis Ménard, jeune étudiant à l’École des ponts et chaussées, hésite entre aller en cours ou aller écouter un air de rock’n’roll, cette nouvelle musique à la mode, dans une cave de Saint-Germaindes-Prés. Mais il sait déjà ce qu’il fera dans quelques semaines. La cohorte de ses congénères, aussitôt le diplôme en poche, va participer comme lui à la reconstruction du territoire national, dans cet après-guerre en noir et blanc, où les baraquements provisoires occupent encore les places publiques des villes bombardées. Tout ce qu’il a ingurgité durant ces deux années, en définitive, le laisse sur sa faim ; il sent que les savantes cogitations pour savoir si les terrains à construire frottent ou collent, la manipulation de quelques échantillons dans un laboratoire seront beaucoup trop poussives pour l’urgence du travail à accomplir. Il a déjà déposé un brevet pour construire un outil plus rapide, plus direct, ses professeurs l’en ont félicité en le traitant de rêveur :
« Votre idée est géniale, mais malheureusement ne va pas marcher de sitôt. Vous allez revenir aux bonnes vieilles méthodes que l’on vous a inculquées. »
Nul n’est prophète en son pays, alors Louis part aux États-Unis, et en une seule année, à l’université de l’Illinois, il parvient à construire ses premières sondes, à faire des essais dans des forages de
4 pouces de diamètre, et à revenir avec une thèse de Master of Science, dont le sujet est : « The pressuremeter ».
La fuite des cerveaux français aux States, déjà, ou Tintin en Amérique ?!
Non, Louis Ménard, dont la Normandie natale a été libérée par les GI’s, est profondément
français, et c’est à Paris qu’il va créer la société « Les Pressiomètres Louis-Ménard ». Un bureau d’études géotechniques d’un genre alors inconnu, sans laboratoire ni blouses blanches, et
où il embauche de jeunes paysans normands pour aller faire des trous un peu partout en France, et y gonfler à tour de bras des sondes en caoutchouc, qu’il va vite couvrir d’une armure métallique,
tout en leur construisant des foreuses adaptées. Louis Ménard, quand il a besoin de quelque chose, ne demande rien à personne : il le fabrique. Problème, ses collègues ingénieurs ne savent pas
quoi faire des résultats ; certains dans les bureaux d’études concurrents sont ouvertement moqueurs ou carrément hostiles. Alors, avec une petite troupe de disciples passionnés, Jean Rousseau,
Michel Gambin et Maurice Cassan, Louis Ménard va mettre au point avec une vitesse fulgurante, une méthode complète d’exploitation des essais et de calcul des fondations, superficielles
ou profondes, dont on a le plus grand besoin pour construire des HLM, des usines, un périphérique autour de Paris, des ponts, des autoroutes.
Les autoroutes, c’est le boulot du réseau des Laboratoires régionaux des Ponts et Chaussées (LRPC), où fourmillent les collègues « fonction publique » du « Civil Ponts » Ménard. Lui a construit, en Normandie en même temps qu’à Paris, une petite unité qui construit des Pressiomètres qu’il loue aux LRPC aussi bien qu’à tous les bureaux d’études qui éclosent alors sur le territoire français, et qui sont tous les « concessionnaires du Pressiomètre ».
Avec le nom « Pressiomètre », Louis Ménard a aussi inventé la franchise, en même temps que ses brevets et la méthode qui fait déjà l’objet des notices d’utilisation Ménard et du mode opératoire des Ponts et Chaussées. Pendant que l’usage du Pressiomètre se développe de façon exponentielle entre
1960 et 1970, Louis Ménard est déjà parti vers d’autres projets. Il a vu les diffi cultés que posent de très nombreux sols trop mauvais pour construire économiquement, il a inventé le compactage dynamique et veut imposer les méthodes d’amélioration des sols, en laissant la Pressiométrie vivre sa vie. Louis Ménard meurt à 46 ans, après une courte et géniale carrière.

TESTER LE TERRAIN, DANS UN FORAGE OU UN AUTOFORAGE. UNE HISTOIRE SIMPLE DEVENUE SOPHISTIQUÉE.

1978, le décès prématuré de l’inventeur est ponctué par la sortie de 2 ouvrages de référence, qui le restent encore aujourd’hui : « The Pressuremeter and foundation engineering » de François Baguelin, Jean-François Jézéquel et Donald Shields, et « Les essais in situ en mécanique des sols » de Maurice
Cassan. Le premier ouvrage présente l’analyse détaillée des principes fondamentaux de l’essai de chargement d’une cavité cylindrique, et l’exposé de la nécessité de tendre vers un forage parfait, « non remanié », par le concept d’autoforage. L’autoforage, les Laboratoires de Ponts et Chaussées en testent la pratique avec le PAF (Pressiomètre autoforeur), en même temps qu’à l’université de Cambridge plusieurs chercheurs travaillent à la mise au point d’un instrument de mesure de la pression des terres au repos, the Camkometer, qui évolue vers une sonde autoforeuse avec mesure de l’expansion par l’intermédiaire de la mesure des déplacements radiaux des parois de la cavité. Le second ouvrage met en forme et vulgarise les concepts théoriques de Ménard, tandis que l’autoforage permet à de nombreux chercheurs, dans les dernières années du 20e siècle, d’établir des relations pertinentes entre les mesures pressiométriques et les paramètres fondamentaux du sol, en particulier les lois contrainte-déformation non linéaires et les paramètres d’état défi nis par les analyses
à la rupture.
Les deux pratiques, celles du dimensionnement direct des fondations à partir des mesures du module pressiométrique et d’une pression limite conventionnelle en préforage, et celle de la recherche de caractéristiques mécaniques plus fondamentales par l’analyse de l’expansion d’un autoforage, continueront à se développer parallèlement. Entre 2000 et 2023 se produisent des extensions
fonctionnelles du domaine accessible à l’autoforage vers les sols plus raides et les roches tendres, ainsi que la montée en puissance des Pressiomètres en forage préalable vers les roches franches, rejoignant le domaine visé initialement par les dilatomètres. On arrive progressivement à une unifi cation des possibilités d’exploitation de l’expansion d’une cavité cylindrique dans tous types de sols et de roches, qui se refl ète dans l’évolution des différentes normes concernant les essais pressiométriques.

1970-2000, LA LENTE MATURATION DES PREMIÈRES NORMES

Sur la base du mode opératoire des LPC (1971) et de la notice Ménard D10, une norme française (NF), la NF P94-110 est publiée en 1991, puis révisée en 2000 en NF P94-110-1. Elle ne concerne que
le préforage et le protocole Ménard «standard». En parallèle, une norme expérimentale XP 94-110-2 dédiée à un essai présentant des boucles de déchargement-rechargement additionnelles s'y adosse. Il peut être noté également le développement de normes ou de recommandations à l’international: aux USA, ASTM D-4719 en 1987 (dernière version datant de 2020), URSS (1974), Chine, (1991), etc.

2000-2020, L’UNIFICATION CEN - ISO

Dans la première décennie du 21e siècle, et pour accompagner la mise en place des Eurocodes, textes européens traitant du calcul des ouvrages, les normes d’essais deviennent internationales
(EN et ISO), et fi xent entre 2013 et 2018 pour les essais d’expansion en forage 4 «méthodes» d’introduction de la sonde et de programme de chargemen :

• la NF EN ISO 22476-4 reprend et développe l’essai pressiométrique Ménard,
• la NF EN ISO 22476-5 reprend la pratique des sondes haute pression de type dilatomètre fl exible,
• la NF EN ISO 22476-6 donne corps à la pratique des essais en autoforage,
• la NF EN ISO 22476-8 codifie une pratique initiée par les sondages en mer de fonçage direct d’une sonde fi xée sur un train de tiges pénétrométriques.

RÉVISION DES NORMES D’ESSAIS PRESSIOMÉTRIQUES EN PRÉFORAGE CADRE DES RÉVISIONS

Les deux premières normes citées cidessus, respectivement relatives à l’essai au Pressiomètre Ménard et au dilatomètre fl exible ont atteint leur premier cycle de révision, 5 ans après la publication
de la première version de ces documents. Les travaux de révision ont notamment été abordés de façon à réviser le domaine d’application des documents, afi n de couvrir désormais de manière explicite l’ensemble des essais pressiométriques en forage.
Ainsi, si le domaine d’application de la norme NF EN ISO 22476-4 reste l’essai pressiométrique Ménard, la norme NF EN ISO 22476-5 a vu son domaine d’application évoluer, et est désormais
dédiée aux essais d’expansion en préforage en général, qu’ils soient réalisés dans les sols ou les roches, avec tout type de protocole, quel que soit son degré de sophistication, en principe d’expansion, en fréquence, en durée. Les travaux de révision ont été globalement menés en parallèle, dans un souci d’homogénéisation.

DEUXIÈME ÉDITION DE LA NORME NF EN ISO 22476- 4 – ESSAI AU PRESSIOMÈTRE MÉNARD

Cette norme est dédiée à l’essai pressiométrique Ménard. La deuxième édition, publiée et datée de septembre 2021, est d’application en France.
Cette deuxième édition bénéficie des enseignements du projet national ARSCOP (Nouvelles Approches de Reconnaissance des Sols et de Conception des Ouvrages à partir du Pressiomètre) et propose de nouveaux éléments concernant la mise en place de la sonde pressiométrique dans le terrain, les systèmes de pilotage et d'enregistrement des données. Du point de vue de l’interprétation, les méthodes de régression et d’extrapolation pour l’obtention de la pression limite pressiométrique
Ménard sont mises à plat et la méthode de détermination de la pression de fluage est clarifi ée.
Un exemple des extrapolations proposées pour obtenir la pression limite pressiométrique est illustré sur la figure 2.

DEUXIÈME ÉDITION DE LA NORME NF EN ISO 22476-5 – ESSAI AU PRESSIOMÈTRE PRÉFORÉ

La première édition de la norme NF EN ISO 22476-5, essai au dilatomètre flexible, avait été publiée en 2014. Elle traitait exclusivement des essais dilatométriques, c’est-à-dire les essais réalisés dans les terrains suffisamment fermes, avec une sonde présentant des capteurs de déplacement radial pour suivre l’expansion de la cavité d’essai.
La deuxième édition est étendue à tous les matériels et protocoles d’essais d’expansion en préforage, le protocole de chargement Ménard n’étant qu’un cas particulier.
Au-delà de l’élargissement du domaine d’application, cette norme est naturellement moins directive que celle relative à l’essai pressiométrique Ménard. Elle y fait néanmoins référence concernant les
techniques d’introduction de la sonde dans le terrain et les problématiques d’étalonnage courants. Elle complète ce dernier sujet par des étalonnages complémentaires permettant de tenir compte des problématiques métrologiques soulevées pour la détermination des modules élevés.
Son plus grand apport concerne les programmes de chargement, dont la définition précise est laissée à l’initiative du concepteur, en fonction des paramètres qu’il veut déterminer. Pour l’aider dans sa démarche, 4 programmes de chargement de référence (A à D) sont néanmoins proposés (cf. figure 5),
qui peuvent être utilisés en première approche dans le cadre de spécifications pour couvrir les principaux sujets géotechniques : la détermination des paramètres de déformabilité i) dans le rocher puis ii) dans les sols, iii) les essais de dissipation et de fluage ainsi que iv) les essais mettant en oeuvre des programmes de chargement cycliques.
La norme n’aborde pas le sujet de l’interprétation des essais qui n’est pas pertinente indépendamment des méthodes de calculs envisagées par l’utilisateur pour son projet. Le texte insiste ainsi sur le fait que la mesure d’évolution de la cavité est le résultat du comportement du terrain : pour la caractérisation des modules de déformation, par exemple, la méthode de détermination et le choix de la valeur à retenir sont liés au niveau de déformation attendue, et il devient nécessaire de considérer les effets des non-linéarités et de l’inélasticité du comportement mécanique du terrain, en chargement
et en déchargement.
La deuxième version est en cours de publication, prévue au premier semestre 2023.

LES ÉVOLUTIONS À VENIR

L’évolution normative a été puissamment poussée par celle des outils :

• les outils de mesure : l'informatisation des mesures au Pressiomètre d’abord par l’enregistrement des données d’essais, opérationnel depuis les années 1990, mais devenu de plus en plus fiable et performant avec l’apparition de la régulation automatique des contrôleurs pression-volume ;
• les outils de forage : les foreuses géotechniques spécialisées dans le forage pressiométrique donnent la possibilité de forages rectilignes, bien calibrés, de réguler l’utilisation des boues de
  forage et de mettre en oeuvre les sondes dans un délai rapproché après l’opération de forage, pour tendre vers une qualité proche des essais autoforés. Dans le même temps, les sondes autoforeuses comme les sondes en haute pression bénéficient également de l'amélioration des techniques de mise en place et de la précision des mesures automatisées et quasi continues ;
• les outils d’interprétation : la collecte de données traçables, certifiées et en enregistrement continu produit les courbes lissées et contribue fortement à la validation et la fiabilisation des
  modélisations. Les analyses théoriques de l’expansion d’une cavité cylindrique améliorent la compréhension du comportement des sols et roches lors de l’essai pressiométrique, et la
  détermination de règles de non-linéarité, de paramètres d’état et de caractéristiques
  pertinentes pour tous les types de terrains.

Ces évolutions, marquées par un foisonnement des publications d’articles et d’ouvrages sur les possibilités associées à l’interprétation de l’analyse complète de l’expansion d’une cavité cylindrique, amèneront probablement dans les prochaines éditions des normes une clarification et une unification encore plus grande, entre ces 3 piliers de la reconnaissance des terrains : méthodes de forage et de mise en place des sondes, méthodes d’essai, méthodes d’interprétation.

Philippe Reiffsteck
Université Gustave-Eiffel
Julien Habert
Terrasol
Jean-Pierre Baud
Eurogéo