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Outil indispensable dans tout processus d’analyses de sols, un pénétromètre sert principalement à déterminer la qualité structurale d’une couverture pédologique face à une certaine contrainte, à ne pas confondre avec la foreuse, utilisée principalement pour creuser à des fins notamment de travaux BTP. Souvent nommé compactomètre, l’appareil peut notamment être utilisé à des fins de constructions, de forages, d’agricultures ou encore de recherches scientifiques.
Son utilisation reste ainsi réservée aux professionnels qualifiés. Comptez également quelques centaines d’euros le prix d’un modèle simple à plus de 10 000 euros pour un appareil lourd établi sur chenilles ou sur roues pneumatiques.
Un pénétromètre c’est quoi ?
Un pénétromètre est un appareil de mesure des différents paramètres structuraux et mécaniques du sol. Tels que :
- La résistance au cisaillement
- La vitesse de compactage
- La masse volumique apparente
- La résistance à l’enfoncement
- Le niveau d’hygrométrie.
Un pénétromètre standard est en général constitué de quatre (4) éléments principaux :
- Le mouton de battage ou le moteur entraînant l’enfoncement de la structure dans le sol. Il s’agit d’une masse de plus de 10 kilogrammes, laissée en chute libre à partir d’une hauteur constante ou non, à travers un axe de guidage.
- L’enclume, une pièce métallique sur laquelle vient se frapper le mouton de battage pour enclencher la force d’enfoncement de l’appareil. Solidement fixée à la structure, elle peut être équipée ou non d’un amortisseur.
- Le train de tiges ou tiges de battage, qui apparaît comme un corps métallique de masse et de longueur variable.
- La pointe, d’une forme généralement conique et pouvant être à usage unique ou récupérable.
Par nature, l’appareil détermine le caractère mécanique du sol directement sur la zone d’étude, avant l'intervention d'une pilonneuse, par exemple. Pour la mesure, elle consiste à enfoncer le train de tiges dans la terre à une vitesse constante. Si l’appareil est équipé de capteurs adéquats, il peut également mesurer le frottement latéral de la tige au moment de son enfoncement.
En général, le fondement théorique du fonctionnement de l’appareil repose sur la comparaison. En effet, la mesure consiste en grande partie à compter le nombre de coups nécessaires au mouton de battage pour enfoncer le train de tige dans le sol. Ces valeurs sont ensuite comparées entre eux ou avec d’autres références pour mieux étudier le sol.
Pour un achat
Combien coûte un pénétromètre ?
Le coût d’un pénétromètre varie avant tout en fonction de la taille de l’appareil. Un modèle manuel affiche ainsi des prix compris entre 100 et 1000 euros. Ce sont surtout des appareils à alimentation hydraulique, dotés d’une tige en acier inoxydable et d’une poignée en aluminium anodisé. La pointe, elle, reste généralement interchangeable, selon la dureté du sol à mesurer. Bien qu’analogiques, ces appareils sont d’un haut niveau de fiabilité. Ils sont aussi très faciles d’utilisation, surtout avec leur cadran à aiguille, dont la lecture peut se faire à deux niveaux, en fonction de la consistance du sol. La profondeur maximale d’enfoncement d’un pénétromètre manuel est cependant limitée à 750 millimètres, correspondant à la longueur maximale de son train de tige.
Pour un modèle de hautes performances, le prix évolue entre 3000 et 20 000 euros. Dans cette catégorie, les modèles les moins chers sont équipés d’un système statique relié directement à un collecteur de données numérisées. Conçus pour être mobiles, ces appareils sont la plupart du temps pourvus d’un châssis sur deux roues pneumatiques, qui garantit le caractère tractable du pénétromètre. À la différence, les modèles les plus chers existants se déplacent grâce à des chenilles et un moteur capable de fournir une force de traction de plus de 200 kilonewtons.
Pour une location
La location concerne plus particulièrement les machines lourdes qui font des mesures dynamiques. Le coût dépend surtout du nombre d’essais à réaliser et de la profondeur de pénétration visée. Mais la plupart des entreprises spécialisées proposent un coût approximatif entre 1500 et 2500 euros, par travaux.
Quels sont les différents types de pénétromètres ?
Deux grands types de pénétromètres existent selon leur fonctionnement.
Les pénétromètres statiques
Un pénétromètre est dit statique quand son enfoncement dans le sol se fait à la main. Constitué d’un pieu, d’une pointe et d’un transducteur de pression, il est surtout de nature portative. Connus aussi sous le sigle CPT, ou Cone Penetration Test, les pénétromètres statiques sont utilisés la plupart du temps pour déterminer la résistance à la pointe et la charge totale du sol. Pour ce faire, le matériel s’équipe d’une tête de mesure graduée en fonction de l’effort fourni.
Les pénétromètres statiques sont communément utilisés pour des projets qui nécessitent des mesures en subsurface, comme lors de la construction d’une route, par exemple. Ainsi, ils sont souvent référencés à l’indice CBR ou Californian Bearing Ratio, qui permet facilement de dimensionner les chaussées.
Dans la plupart des cas, ce type de matériel pèse moins d’une dizaine de kilogrammes et est livré sous une valise de transport. Aussi, les modèles de petite taille, souvent nommés pénétromètres agricoles, sont utilisables par le grand public, et les modèles de grande taille, par les professionnels.
Les pénétromètres dynamiques
Ce sont les pénétromètres les plus utilisés dans le domaine industriel. Ils sont conçus pour déterminer, avec précision, la résistance de pointe du sol selon la profondeur. Aussi connu sous le nom de Standard Penetration Test ou SPT, ce type d’appareil offre surtout plusieurs avantages. Tels que :
- La possibilité de dresser un pénétrogramme ou un graphique qui présente le profil exact de la résistance du sol
- La facilité pour le maître d’œuvre d’avoir une estimation de la stratigraphie du sol. C’est-à-dire la propriété mécanique de la terre étudiée. La stratigraphie inclut la profondeur des couches, la présence du socle rocheux et l’uniformité de compactage des remblais.
Pour parvenir à un tel résultat, le pénétromètre dynamique se dote d’un train de tige, dont l’extrémité est finie par un cône de près de 20 millimètres de diamètre. Située à l’autre bout de la tige, une enclume sert aussi de contrepoids pour le marteau ou le mouton de battage, qui donne le coup pour l’enfoncement de l’appareil. Mais les véritables pièces maîtresses d’un pénétromètre dynamique restent ses capteurs. En effet, le dispositif est équipé de différents capteurs électroniques reliés à un système informatique. Ce qui permet à l’utilisateur d’avoir des renseignements précis quant à l’étude du sol.
Comment utiliser un pénétromètre ?
L’utilisation d’un pénétromètre diffère d’un modèle à un autre. Dans le cas d’un pénétromètre statique, la technique reste simple puisqu’il suffit d’assembler l’appareil et de maintenir fermement les poignées à la main pour enfoncer la tige dans le sol à étudier. Par principe, le cadran à aiguille installé face à l’utilisateur indique une valeur correspondant à celle de la pression nécessaire pour l’enfoncement de l’appareil dans la couche.
S’il s’agit d’un pénétromètre dynamique, la technique dépend en grande partie de la taille de la machine choisie. En effet, un pénétromètre dynamique léger propose une manipulation aisée, avec son mouton de battage de 10 kilogrammes. Relâché à partir d’une hauteur constante, le mouton enfonce le pénétromètre dans le sol à un rythme dépendant de la consistance du sol en place. La détermination de la résistance de rupture dynamique du sol étudié se fait par la suite en comparant le nombre de chutes nécessaires au mouton pour l’enfoncement de l’appareil.
Pour les pénétromètres dynamiques lourds, ils sont en général équipés d’un moteur, qui facilite à la fois la mise en œuvre de l’appareil et la réalisation de l’étude stratigraphique. Simples d’utilisation, ces appareils sont équipés d’un système de collectes et d’un programme numérique de traitement des données.
Comment choisir un pénétromètre ?
Pour choisir votre pénétromètre, vous devez prendre un certain nombre de critères en compte.
Le domaine d’activité
Un pénétromètre statique s’adapte plus aux applications agricoles ou à des fins de reconnaissance du sol. C’est par exemple le cas de la détermination des conditions de croissance des plantes ou l’analyse de la résistance des pistes hippiques. Quant aux pénétromètres dynamiques, ils servent surtout à déterminer le niveau de compactage du sol pour des projets d’autoroute ou de fondation.
La mobilité de l’appareil
Les appareils les plus légers restent les pénétromètres statiques. Ils sont portatifs, par nature, mais leur enfoncement se fait en général à la main, sans mouton d’abattage. Les pénétromètres dynamiques, eux, sont plus lourds, plus imposants et plus encombrants. Bien qu'équipé de roues pneumatiques ou de chenilles, leur transport nécessite la plupart du temps un autre véhicule.
Le niveau d’ergonomie du dispositif
Les deux grands types de pénétromètres proposent des résultats d’analyse en temps réel. Mais l’affichage des valeurs diffère d’un modèle à un autre. En effet, les pénétromètres statiques affichent les leurs sur un cadran ou un écran LCD alors que les modèles SPT transmettent leurs données directement à un ordinateur. Ainsi, les pénétromètres dynamiques sont d’une plus grande précision, mais aussi beaucoup plus exigeants en termes d’équipements.
L’effort physique fourni au moment de l’enfoncement d’un pénétromètre statique est aussi plus important par rapport à celui nécessaire à la manipulation d’un appareil dynamique, qui propose de surcroît un enfoncement à battage constant ou variable, selon la norme utilisée.