Note sur les matériaux latéritiques

et

quelques résultats sur les latérites du Sénégal

Dr Meissa FALL

Faculté des Sciences et Techniques-UCAD

Extrait Thèse de Doctorat INPL Nancy-France, 1993

Le présent texte a pour but de donner un petit éventail sur les matériaux utilisés en technique de construction routière que sont les graves et graveleux latéritiques.

Ce document est partiellement tiré des travaux de recherches sur les latérites effectués par Meissa Fall dans ses travaux de thèse de doctorat à l’INPL de Nancy (en France).

Genèse et formation des sols latéritiques

Introduction

La littérature contient une quantité importante de travaux ayant été fait sur les latérites et les sols latéritiques d'une manière générale, de leur origine ainsi que de leur formation. Autret (1980) signale le travail de Florentin et Lhériteau en 1952 qui recense plus d'une trentaine de définitions. A l'heure actuelle on pourrait en trouver autant. On retient qu'il n'y a pas une unanimité sur le terme latérite, mais seulement plusieurs façons de traiter ce que nous pouvons appeler un concept global, vu sous un angle différent par le pédologue, le géologue-minier, le géotechnicien, etc. Par exemple les latérites sont des sols très lessivés, riches en fer (cas du minerai de Guinée) et contenant de l'alumine libre. Dans la forêt équatoriale humide, ce sont des argiles. Vu par l'ingénieur, c'est un matériau rouge avec lequel on fait généralement les routes dans les pays tropicaux. Ce sont très souvent des matériaux vacuolaires, de couleur, d'épaisseur et de dureté variables. Elles sont souvent sous forme de concrétions isolées oolithiques ou pisolitiques de plus ou moins grande résistance en mélange avec une fraction argileuse. Historiquement, on peut définir trois périodes relatives aux théories de sa formation et surtout des moyens et méthodes de sa définition :

I. la première période concerne les premières hypothèses (1^ère moitié du XIX^ème siècle). Cette période concerne les études effectuées en Inde qui s'appuient sur la description des matériaux et de leurs formes de gisement ;

II. la deuxième est le développement des analyses chimiques et minéralogiques. Cette période a permis l'élargissement des définitions de la latérite, elle a débuté à la fin du XIX ème siècle ;

III. la troisième période est liée à l'introduction des méthodes de la pédologie expérimentale (aspect dynamique et génétique).

Dans ce qui suit nous essayerons de reconstituer ces différentes périodes et de voir leur influence sur les conceptions actuelles de la latérite. On peut retrouver une bibliographie détaillée sur les différentes périodes suscitées dans les travaux de Maignien (1958, 1966) et de Nahon (1970, 1971) S'il n'existe pas une unanimité des chercheurs sur le terme latérite, c'est maintenant tout un ensemble qui permet de définir la latérite ou les sols latéritiques sous la terminologie plus vaste et beaucoup plus approprié de sols résiduels tropicaux.

Les sols résiduels tropicaux

La formation des sols résiduels tropicaux se fait par une transformation chimique et physique des matériaux originels. Globalement, le processus de formation des sols résiduels tropicaux inclut une transformation chimique et physique par des phénomènes d'altération par lessivage, d'accumulation de matériaux insolubles, un mouvement de fines particules. La liste n'est pas exhaustive.

Coupe pédologique type d'un profil latéritique (Engalenc M., 1981 in Fleurié C. (1993))

La séquence d'horizons pour un site donné défini un profil de sol, comme le schématise la figure I.1. Les couches de sols en surface sont considérablement influencés par les conditions externes. En profondeur, on a une absence de matière organique et une réduction de l'effet dû à l'alternance des saisons. Aussi, en profondeur le mouvement de l'eau est lent, et les solutions ainsi que les éléments fins sont moins facilement transportés à l'intérieur du profil. En conséquence, la composition minéralogique et la distribution granulométrique, et par la suite les propriétés géotechniques changent suivant que le profil s'est développé à partir d'une roche mère donnée. Les minéraux les plus altérés dans les horizons proches de la surface font suite à ceux moins altérés dans lesquels les minéraux originels des roches parents sont plus ou moins bien préservés et gardent leurs structures. Par exemple, la proportion relative en minéraux argileux diminue en profondeur et les minéraux argileux sous forme 1:1 (exemple de la smectite) changent en minéraux argileux de la forme 2:1, ce qui se traduit par une différence notable au niveau des caractéristiques physiques et géotechniques.

Altération tropicale

Dans les régions tropicales l'altération des minéraux primaires est intense et s'intéresse à de grande profondeur. L'altération se produit principalement par hydrolyse dans des conditions plus ou moins neutres. L'altération est parfois si intense que les sols se comportent dans un sens purement géotechnique, presque différemment de la roche mère dont ils dérivent. Les oxydes de fer et d'aluminium, aussi les oxydes hydratés de fer et d'aluminium (hydroxydes) libérés plus ou moins bien dans ce environnement acide, restent sur place. L'oxyde de fer cristallise sous forme d'hématite (aFe₂O₃) dans le cas où le sol est dessicé par saison, ou en gœthite (aFe₂O₃.H₂O), dans un environnement constamment humide ; l'hématite donne aux sols la couleur rouge, la gœthite une couleur brune ou ocre. La gibbsite (gAl₂O₃.3H₂O) est le principal oxyde d'aluminium formé. La silice est perdue en solution ou combinée avec d'autres produits d'altération pour former un minéral argileux de la forme 2:1 (principalement de la smectite), ou le plus souvent une argile silicatée déficitaire de la forme 1:1 (principalement de la kaolinite). Les bases (K, Na, Ca, Mg) sont aussi perdues ou aussi incorporées dans les minéraux 2:1, la kaolinite s'enrichit ou non de bases. Les minéraux 2:1 sont transportés dans le profil de haut en bas et ce sont souvent les oxydes et les minéraux argileux 1:1.

Formation des latérites

Le phénomène de latéritisation est un processus de formation des sols, spécifique aux régions tropicales chaudes et humides. Il s'agit d'une altération de la roche mère dont la caractéristique essentielle réside dans une mise en solution puis un départ de la silice, phénomène de lessivage, accompagnés d'un enrichissement en fer et en alumine sous forme de sesquioxydes Fe₂O₃ et Al₂O₃. Certains facteurs ont une influence prépondérante sur l'altération des sols latéritiques et la formation des sols qui en découle (Vallerga et al., 1969 ; 1971). Ces facteurs sont :

à le climat (pluviométrie) ;

à la topographie (érosion et drainage) ;

à la végétation (matières organiques, bactéries, acides humiques) ;

à la roche mère ;

à le temps.

Caractérisation

On caractérise les sols latéritiques selon plusieurs indicateurs que l'on peut résumer comme suivant :

- le degré de latéritisation

De très nombreux auteurs, pendant de très longues années ont utilisés le rapport

pour caractériser les latérites ainsi que le rapport K_i (Dreyfus, 1952 ; Lacroix, 1913 ; Martin J. F et Doyne J. C., 1927 ; Harrassowitz H., 1926 in Autret (1980)).

La règle générale admise étant alors suivante :

correspond à des latérites vraies

1, 33 << 2

roches latéritiques

2 <

matériaux non latéritiques

Cette définition ne fait pas l'unanimité, la controverse venant en partie du fait que ce rapport a le mérite de séparer les latérites des argiles telles les kaolinites ; en revanche, il classe dans les latérites le minerai de fer, la bauxite et de nombreux grés ferrugineux (Florentin et Lhériteau, 1952 in Autret (1980) ; CEBTP - BCEOM, 1972). D'après Autret (1980), sur la base d'une cinquantaine d'échantillons provenant du Ghana, il n'existe bien d'autres raisons pour abandonner le rapport

et qui sont liées à sa détermination :

se réfère au complexe colloïdal inférieur à 1 mm (De Médina J., 1964)

est toujours différent selon la fraction granulométrique (Tableau ci-après)

Ce rapport dépend beaucoup de la fraction granulométrique. Les résultats ci-dessous dus à Autret (1980) le montrent bien :

	SiO2	Al2O3	Fe2O3
0/20	55,4	15,35	23,9	3
0/2	78,1	12,5	3,1	9
2/20	32,7	18,2	44,7	1,2

Rapport

selon la fraction granulométrique (Autret, 1980)

La concentration du fer dans les pisolites (fraction 2/20) est manifeste. Les variations des teneurs en silice, oxydes d'alumine et oxydes de fer entre la roche mère et la latérite développée à ses dépens apparaissent à la lumière du tableau suivant :

Teneurs en oxydes entre la roche mère et la latérite (Autret, 1980)

- les processus pédogenètiques

L'une des recommandations dans les travaux du Ghana (Autret, 1980) est à l'abandon des classifications reposant sur des paramètres tels que

K_i

Et

au profit d'une classification reposant sur le processus pédogenètique. Alors les termes les plus descriptifs de sols ferrugineux, sols ferralitiques et de ferrisols sont recommandés à la place du terme sol latéritique. Le schéma ci-après résume les étapes de la formation des sols latéritiques.

Pédogenèse et évolution du phénomène de latéritisation (Maignien, 1966)

Les grands types de sols résiduels tropicaux

Actuellement, il est d'usage de définir très précisément tous les sols résiduels tropicaux par des terminologies empruntées de la pédologie et qui regroupent trois grands ensembles qui sont :

Þ les sols fersialitiques,

Þ les sols ferrugineux,

Þ les sols ferralitiques.

A ces grands groupes se rattachent un autre ensemble de sols que l'on retrouve en zone tropicale, qui peuvent donner eux aussi des sols latéritiques. Ce sont les sols halomorphes, hydromorphes et les sols minéraux bruts.

Les sols fersialitiques

Ce sont les sols formés principalement en climat subtropical ou à la rigueur sous certaines conditions méditerranéennes, avec une moyenne de température de 13 à 20 °C, avec une pluviométrie comprise entre 500 et 1000 mm de pluies par an et une saison sèche ; des sous types sont aussi connus (Duchaufour, 1983). Sous ces conditions, les horizons supérieurs sont sujets à une décalcification et à l'altération des minéraux primaires pendant la saison humide. Les éléments constitués par ces processus sont très largement retenus dans le profil suivant des phénomènes de succion capillaires pendant la saison sèche et aussi par l'effet de l'action végétative ou animalier dans le sol. Du fait de l'intense altération ces sols contiennent beaucoup d'oxydes de fer. Le principal nouveau minéral d'argile formé est la smectite. La kaolinite apparaît sur des surfaces bien drainées et pauvres en silices, comme par exemple le basalte. Quand la roche parent est riche en minéraux argileux, la composition du sol peut être déterminée principalement par des minéraux issus de sédiments peu altérés. Les argiles 2:1 forment les argiles de surfaces des horizons, et peu d'oxydes de fer peuvent être transportées avec l'argile pour former un horizon B tacheté, rouge et riche en argile. La fraction argileuse (< 2 µm) a généralement une capacité d'échange de 25 mEq/100 g, mais cette valeur pourrait être plus petite dans certains cas. C'est seulement les quartzites sans fer, ni minéraux altérables qui ne produisent pas de sols fersialitiques même à des topographies ou des conditions climatiques favorables. La silice et les bases en solution peuvent aussi être mises en mouvement latéral et s'accumulent quand le drainage est empêché, par exemple en pied de vallées fleuries, en bas-fond. Dans certaines conditions, en recombinaison avec d'autres produits d'altération par exemple, la formation de minéraux gonflants 2:1, il en résulte le plus souvent à un dépôt de minéraux argileux.

Les sols ferrugineux

Ces sols se forment en zones climatiques plus humides, sans saison sèche ou des zones légèrement plus chaudes que la zone méditerranéenne où il y a une prédominance des sols fersialitiques. Seulement ces sols ont tendance à être beaucoup plus altérés que ces derniers. La kaolinite est le minéral dominant, les minéraux 2:1 suivent après et la gibbsite est généralement absente. La capacité d'échange de la fraction argileuse va de 16 à 25 mEq/100 g et est supérieure pour les argiles dans les horizons très enrichis car il y a un lessivage préférentiel des minéraux 2:1. Dans ce grand groupe, on peut distinguer les sols ferrugineux tropicaux, qui appartiennent à un groupe se caractérisant par l'extrême facilité de circulation du fer à travers leur profil. Ce fer contribue à la formation d'horizons concrétionnés ou cuirassés d'origine illuviale.

Les sols ferralitiques

Les sols ferralitiques se forment en zones tropicales humides (pluviométrie > 1500 mm, température moyenne > 25 °C avec peu ou pas de saison sèche), en climat chaud, et les profils de sol montrent de sérieuses hauteurs. Tous les minéraux primaires excepté le quartz sont hydrolysés dans des conditions neutres, et une bonne part de la silice et des bases sont mises en solution. Une bonne partie de la silice restant se combine à l'aluminium pour former la kaolinite, mais généralement il y a un excès d'aluminium, qui forme de la gibbsite. La capacité d'échange de la fraction minéralogique est un peu moins de 16 mEq/100 g. Sur les horizons supérieurs des profils, il y a une acidification faible causée par la décomposition organique qui cause la dissolution et la mobilisation des oxydes de fer et d'aluminium. Ce processus décompose la kaolinite qui évolue vers la gibbsite. En fonction du pourcentage entre les oxydes de fer et d'aluminium, les sols ferralitiques peuvent être divisés en ferrites où les oxydes de fer dominent et qui se produit principalement sur les roches pauvres en aluminium, et en alites où l'oxyde d'aluminium (principalement la gibbsite) prédomine. Sûrement, ces sols se sont aussi formés en conditions de savane où les précipitations atteignent 600 à 1000 mm de pluies par an. Ces conditions correspondent à la période anté - Pléistocène (climat humide). On pense que la majorité des sols ferralitiques se forment sur une période de 10000 ans et se développeraient plus rapidement sur des matériaux pauvres en silice par exemple les basaltes plus que sur des roches riches en silice comme le granite ou les sédiments très siliceux. La formation de kaolinite est encouragée par le mauvais drainage. Quand un drainage libre remobilise la silice, elle se dissout plus rapidement et ce sont des conditions favorables au développement de la gibbsite. L'horizon enrichi en fer peut être induré plus ou moins bien, pisolitique par individualisation de concrétions, ou vésiculaire par précipitation du fer suivant un réseau de fissures polyédriques et où se tapissent des matériaux tendres. Le climat le plus favorable pour la formation des sols ferralitiques est le climat chaud, un environnement humide comme en climat tropical sous la forêt ombrophile. Dans l'étude statistique que nous ferons par la suite, nous avons utilisé certaines dénominations tirées de la carte pédologique (Maignien, 1965). Le paragraphe suivant essaie de définir ces sols particuliers qui ont évolués vers des sols latéritiques.

Autres types de sols évoluant en sols latéritiques

à Les sols minéraux bruts, sont les profils A(C) des séquences d'horizons. Il y a absence complète ou presque complète d'humus, l'altération est essentiellement physique. Ils peuvent être d'origine climatiques ou non ;

à Les sols halomorphes, sont des sols salins ;

à Les sols hydromorphes, sont caractérisés par leur imbibition permanente (gleys) ou temporaire (pseudogleys) par une nappe. Le fer ferreux subit un lessivage localisé dans les pseudogleys et s'accumule par migration ascendante dans les gleys (Bagarre, 1975).

Les encroûtements ou croûtes endurcies (duricrust)

L'horizon de prédilection des ingénieurs routiers restent le domaine des encroûtements ou duricruts qui se trouvent en superficie. Ils présentent des qualités routières très performantes. La nomenclature concernant les encroûtements reste très confuse (Goudie, 1973 ; Nahon, 1976 in (GSEGWPR (1990)). Les horizons endurcis résultent de l'accumulation résiduelle du fer et de l'aluminium. Ce sont les encroûtements ferrugineux ou calcaires (Nahon, 1971 ; 1985 in (GSEGWPR (1990)). Le transport de l'oxyde ferreux en solution doit se produire sur une petite distance pour donner un horizon tacheté avec des concrétions ou des ségrégations en rouille et pale, le fer étant individualisé. Alternativement, il peut se produire sur des distances latérales très importantes et ainsi le fer est souvent déposé selon la forme ferrique (Fe³⁺) et s'accumule en pied de pente sous des formes diverses. Le terme latérite est souvent utilisé pour les formes ferrugineuses, mais est utilisé aussi dans le temps pour les horizons tendres, riches en argile montrant une ségrégation de l'ion fer ou qui perd graduellement des matériaux comprenant principalement des concrétions d'oxydes de fer ou de pisolites (Prescott et Pendleton, 1952 ; Alexander et Cady, 1962 ; Sivarajasingham et al., 1962 ; Maignien, 1966 ; McFarlane, 1976 ; Young, 1976 ; Schellmann, 1981 ; Goudie et Pye, 1983 in (GSEGWPR (1990) ). Selon McFarlane (1976 in (GSEGWPR (1990)), ces matériaux non indurés forment le lien dans une séquence d'altération latéritique, dans des conditions favorables conduisant au développement de couches continues de latérites indurées, formant un encroûtement en surface ou près de la surface.

Les grands types de sols résiduels tropicaux

Les systèmes de classification actuels sont très complexes. La majorité d'entre eux ne tiennent compte que du degré d'altération. (Tableau ci-après) Ce sont essentiellement des classifications pédologiques, dont intégrant que des processus génétiques et compositionnels.

Niveaux d'altération	Terminologie adoptée
VI Sols résiduels	Sols tropicaux résiduels
V Complètement altérés	-
IV Profondément altérés	-
III Relativement altérés	-
II Peu altérés	-
I Frais	-

L'intensité de l'altération dans ces zones cause des changements minéralogiques

associée à un processus de transport solubles de constituant et aussi des précipitations

Classification pédologique adoptée (Duchaufour, 1982)

Sols fersialitiques Augmentation

Sols ferrugineux graduelle

Sols ferrisols (transitionnel) du degré d'altération

Sols ferralitiques

Classification pédologique fonction du degré d'altération et terminologies adoptées

Il y a un très grand nombre de systèmes de classification valables pour l'étude des sols résiduels tropicaux. Duchaufour (1982 in (GSEGWPR (1990)) postule que les schémas recommandés pour ces systèmes sont basés généralement selon l'altération et d'autres processus de la pédogenèse établis par des travaux détaillés faits analytiquement ou expérimentalement. Le tableau suivant donne les analogies sur ces différents systèmes.

Duchaufour (1982)	Fao - Unesco (Fao, 1985)	USA Soil Survey Staff (1975)
Sols Fersialitiques	cambisols, calcisols	alfisols, inceptisols
	luvisols, alisols
Andosols	andosols	inceptisols
Sols Ferrugineux	luvosols, alisols	alfisols, ultisols
	lixisols, plinthosols
Ferrisols	nitosols, acrisols	ultisols, oxisols
	lixisols, luvisols,
	plinthosols
Sols Ferralitiques	ferralsols, plinthosols	axisols
Vertisols	vertisols	vertisols
Podzols	podzols	spodosols

Les équivalents approximatifs des diverses majeures classes des sols résiduels tropicaux (Duchaufour, 1982 in (GSEGWPR (1990))

Ce système est basé entièrement selon une compréhension des processus pédogenètiques. Il met en relief les caractéristiques compositionnelles qui influencent le comportement pédogenètique, c'est à dire la composition minéralogique. Duchaufour distingue trois phases pour le développement des sols résiduels dans les pays tropicaux (tableau I.5).

Phase	type de sol	Zones climatiques	Température moyenne annuelle	Précipitation moyenne annuelle (m)	Saison sèche
1	Fersialitiques	Méditerranéen	13 - 20	0,5 - 1,0	oui
		Subtropical
2	Ferrugineux	Subtropical	20 - 25	1,0 - 1,5	parfois
	Ferrisols
3	Ferralitiques	Tropical	> 25	> 1,5	non

Phases de développement des sols résiduels (Duchaufour, 1982 in (GSEGWPR (1990))

Ces phases sont caractérisées par une augmentation de l'altération des minéraux primaires, augmentation de la perte en silice et une augmentation de la prédominance de nouveaux minéraux formés après dissolution des matériaux originels.

Conclusion

Ces systèmes de classification sont essentiellement pédogenètiques et se basent rarement sur des caractéristiques géotechniques. Du point de vu géotechnique, la qualité recherchée est avant tout une bonne tenue de ces sols pour les assises routières ou autres. Ainsi, l'approche en termes de classification ne peut tenir compte que de cette dernière et les paramètres retenus sont la granulométrie, les limites de consistance et la portance CBR.

Le recueil bibliographique que nous avons fait montre toute la complexité pour désigner tout simplement les sols résiduels d’origine tropicale. Les périodes successives apportent toute une série de définitions et de nomenclatures de ces sols et le terme latérite apparaît maintenant comme un terme obsolète car trop générique. On retiendra, pour le terme de latérite, la définition qu'en a donnée Autret (1980) qui est certainement pour l'ingénieur routier le terme le plus approprié.

Dans ce qui suit nous montrons quelles sont les conceptions des ingénieurs routiers et l'utilisation de la latérite en technique routière.

La latérite et son utilisation en technique routière

Les sols latéritiques sont utilisés, dans l'état compacté, comme couche de base de route, matériau de fondation, remblais et barrage en terre. Ce matériau a l'avantage d'être en gisements d'extension très importante, mais aussi d'être d'une exploitabilité facile.

Terminologie adoptée

Autret (1980) distingue 3 types de matériaux latéritiques qui sont :

° les sols fins latéritiques ;

° les graves et brèches latéritiques,

° les blocs et débris de carapace.

D'après cet auteur, les sols fins latéritiques sont généralement, soit utilisés pour les terrassements, soit mis à la décharge selon des règles tout à fait identiques à celles utilisées pour les travaux de terrassement. Les blocs et débris de carapace sont rarement utilisés en couche de chaussée, soit parce que cela nécessite une mise en œuvre manuelle et donne des résultats médiocres, soit parce que cela nécessite un broyage mécanique coûteux et peu satisfaisant. Le matériau le plus utilisé est de loin celui de la seconde catégorie, graveleux et brèches latéritiques, dont l'emploi selon la qualité va de la couche de forme à la couche de base. (Autret, 1980) En se plaçant du point de vue de l'ingénieur routier on appellera graveleux latéritiques, des sols meubles, formés en milieu tropical, composés d'une fraction granulaire constituée de pisolites ou de nodules ferrugineux emballés dans une matrice fine limono - argileuse.

Spécifications routières

Il existe de nombreuses normes d'utilisation des graveleux latéritiques en technique routière. Il s'agit généralement de règles empiriques valables aussi bien pour les routes revêtues que non revêtues. D'un pays à un autre ces spécifications sont très différentes (CEBTP, 1972) et pour la plupart sont provisoires. Le manuel de dimensionnement de chaussées pour les pays tropicaux recommande certaines caractéristiques (Tableau ci-après) et se base essentiellement sur l'indice CBR (Californian Bearing Ratio).

Graveleux latéritique	Couche de base	Couche de fondation
Densité sèche OPM Limite de liquidité Indice de plasticité Gonflement linéaire Granulométrie - passant à : 38 mm 19 mm 10 mm 5 mm 2,5 mm 0,7 mm 0,08 mm CBR - après 4 jours d'imbibition pour 100 % OPM pour 97 % OPM	2,00 minimum 35 maximum 25 maximum 0,3 % maximum 85 - 100 70 - 100 50 - 95 40 - 90 30 - 80 15 - 45 5 - 20 80 minimum	1,90 minimum 50 maximum 15 maximum 1 % maximum 80 - 100 65 - 100 50 - 100 35 - 100 25 - 80 15 - 55 5 - 35 30 minimum

Normes du Manuel de Dimensionnement des routes dans les pays tropicaux (CEBTP, 1972)

Mais, généralement la majorité des pays tropicaux disposent de critères et de normes spécifiques. Ces normes aboutissent à des systèmes de classification qui se basent généralement sur l'expérience des ingénieurs routiers, en ce qui concernent les limites des caractéristiques retenues. Les systèmes de classifications internationales semblent dés lors insuffisantes pour traiter ce genre de matériaux car les classant toujours dans la même classe. Les tableaux suivants illustrent quelques systèmes de classification.

Famille	Critère de classification
GL 1	f < 20 % ; fIp < 300
GL 2	f < 30 % ; fIp < 600 ou f < 20 % ; 300 < fIp < 600
GL 3	f > 30 % ou fIp > 600

f : pourcentage de passant au tamis de 0,08 mm

Ip : Indice de plasticité

Classification des graveleux latéritiques au Zaïre (BCEOM, CEBTP, 1991)

		Désignation des classes
Critères et paramètres de classification		G1	G2	G2
Critères absolus	Indice de plasticité : Ip Teneur en fines <0,08 mm	5 - 15 5 - 15	15 - 25 15 - 25	25 - 35 25 - 35
Paramètres associés	Produit fIp Limite de liquidité : Wl Indice CBR à 95 % OPM après 96 H d'imbibition densité max. OPM Teneur en eau optimale Wopm (%)	50 - 250 15 - 40 30 - 80 2,10 - 2,50 5 - 8	250 - 600 25 - 60 20 - 50 2,00 - 2,25 7 - 10	500 - 1000 40 - 70 15 - 400 1,90 - 2, 20 8 - 12

Classification des graveleux latéritiques de Côte d'Ivoire (Liautaud G. et al., 1977)

Ces différentes classifications tiennent compte essentiellement de la plasticité, de la granulométrie et de l'indice portant CBR. A notre connaissance, il n'existe pas de systèmes de classification qui retienne le cas de graveleux latéritiques du Sénégal. Au regard de ces systèmes de classifications, on peut retenir ces quelques observations et constations :

o généralement, les auteurs font toujours la distinction entre 3 classes que l'on décrit souvent comme étant des réalités physiques perçues par les ingénieurs routiers ;

o les systèmes de classifications (LCPC, HRB, USCS) ne rendent pas compte de cette triple "individualité" et ils tendent à les englober dans une catégorie unique de matériaux ;

o sur le plan de la granularité, le paramètre qui semble être le plus important est le tamisat à 0,080 mm ou 0,1 mm appelé "teneur en fines". Par contre la proportion de squelette (qui, en général varie entre 30 à 70 %) ne semble avoir aucune influence sur la portance des matériaux (Liautaud et al., 1977). Toujours selon ce dernier, on observe sur des graveleux de Côte d'Ivoire, une diminution de celle-ci lorsque croit la teneur en fines ;

o l'indice de plasticité constitue un autre paramètre important de classification, il influe sur les niveaux de portance et reflète les variations significatives de ces derniers ;

o enfin, il est introduit pour la première fois pour l'étude des graveleux latéritiques un paramètre nouveau dit module de plasticité (produit du pourcentage des fines par l'indice de plasticité) (Garabiol, 1962 in Remillon, 1966 ; Remillon, 1966 ; USAID, 1969 ; 1971).

Cependant, il subsiste plusieurs questions ayant trait à l'imbibition et au facteur de portance. Ainsi, dans la zone tropicale humide, on prend généralement comme référence l'indice CBR après 96 heures d'imbibition à une compacité égale à 95 % de la densité OPM. Cette durée d'imbibition peut être considérée comme excessive pour la zone sahélienne où le sol est rarement imbibé et que les teneurs en eau naturelle dépassent rarement celle de l'Optimum Proctor.

Conclusion

Toutes ces spécifications ou normes adoptées ou provisoires, ont pour but de proposer des catalogues pour le dimensionnement des routes pour les divers pays. Des questions restent posées par rapport aux paramètres à introduire dans les différents modèles. Mais aussi, la compréhension du comportement mécanique des sols utilisés fait rarement le cas d'études approfondies. Par exemple, le comportement sous trafic reste un domaine inconnu concernant les assises latéritiques. Devant la ruine prématurée des structures de chaussées pour ces pays, la recherche d'un faible coût immédiat peut ne pas sembler totalement réaliste. Ainsi, l'étude de l'identification et du comportement mécanique des graveleux latéritiques peut contribuer à apporter des explications quant à la tenue des chaussées sur assises latéritiques.

Identification et caractéristiques essentielles des latérites

La latérite a été toujours décrite comme "un sol à problème" (Terzaghi, 1958 ; Nanda et al., 1958 in Gidigasu (1976) ; etc.) et ces auteurs ont toujours considérés que les modes opératoires usuels dans les laboratoires de mécanique des sols n'étaient pas applicables. On a démontré (Gidigasu, 1976) qu'il n'en est rien et que ces considérations reflétaient uniquement l'incompréhension des phénomènes ayant donné naissance à ces sols. Les paramètres d'identification sont classiques. On procède toujours, en vue de situer les matériaux dans les classifications géotechniques, aux essais de granulométrie et aux limites d'Atterberg. Concernant les propriétés mécaniques, le problème est plus complexe. Les paramètres influençant la résistance au cisaillement sont très diverses et varient d'une latérite à une autre. Il en est de même pour la portance, un mode opératoire standardisé permettrait de réduire l'irrégularité des résultats.

Identification des graveleux latéritiques

De nombreux travaux ont montrés l'influence du mode opératoire sur les paramètres d'identification. En ce qui concerne les sols tropicaux, une attention particulière a été faite pour la détermination des caractéristiques d'identification (Clare, 1957 in Gidigasu (1976) ; Remillon, 1967). Ainsi, l'idée de développer des procédures et modes opératoires valables pour toutes les latérites est abandonnée (Wooltorton, 1947, 1958 in Gidigasu (1976)). Les efforts sont plutôt tournés vers la compréhension des facteurs pédogenètiques influençant considérablement ces propriétés (Gidigasu, 1976). Il est reconnu que la compréhension de ces phénomènes permettrait de disposer de procédures plus appropriées.

Caractéristiques minéralogiques et chimiques

La forte proportion en sesquioxydes de fer (Fe₂O₃) et d'aluminium (Al₂O₃) relative à la composition chimique de ces sols, confère aux sols latéritiques, des comportements certainement différents selon que le profil s'est développé sur un horizon riche ou pauvre en ces composants. Sherman (1952) et Maignien (1966) ont montrés que deux types de latérites sont chimiquement identifiables. Le premier dans lequel l'oxyde de fer prédomine (sols latéritiques ferrugineux) et le second dans lequel l'alumine prédomine (latérites alumineuses). On considère encore le rapport des sesquioxydes, comme traduisant, du point de vue chimique, diverses latérites et exprimant bien le degré de latéritisation. En dehors de ces composantes principales, coexistent aussi divers oxydes ayant des importances relatives (TiO₂, CaO, MgO, MnO, etc.), fonction de l'origine de la roche mère. Dans la série des minéraux secondaires, la kaolinite et l'halloysite prédominent sur l'illite et les minéraux de type montmorillonite (Mohr, 1954 in Gidigasu (1976) ; Dumbleton et al., 1966).

Caractéristiques granulométriques et de plasticité

Caractéristiques granulométriques

Il n'existe pas une définition type du graveleux latéritique du point de vue granulométrique. Mais, d'une manière générale, on retient (BCEOM - CEBTP, ISTED, 1990) que le graveleux latéritique est géotechniquement un sol meuble, de granulométrie 0/20 à 0/40 mm comportant 10 à 35 % de fines (passant au tamis de 80 mm ≠ASTM 200) et un squelette (refus sur le tamis ≠ASTM 10) de 20 à 60 %.

Le mortier passant au tamis de 0,425 mm (≠ASTM 40) a une plasticité (Ip) variant de 10 à 35.

La courbe granulométrique montre généralement un palier entre 0,080 mm et 2 mm qui traduit bien la dualité d'origine des composants du mélange naturel de ce matériau. On considère aussi qu'un sol latéritique contenant plus de 35 % de passant à 80 mm n'est plus un graveleux latéritique ; il entre alors dans les catégories des sols fins, l'influence de la fraction fine devenant prépondérante sur celle du squelette. Généralement les courbes granulométriques entrent correctement dans le fuseau type des sols latéritiques tel que défini par le CEBTP (1984), mais ont des allures qui différent.

Fuseau granulométrique type des sols latéritiques (BCEOM - CEBTP, 1984)

Plasticité

Les résultats de l'essai standard des limites d'Atterberg sont rarement reproductibles pour les latérites. Ces résultats sont largement influencés par les méthodes de préparations des échantillons, mais surtout des procédures d'essai (Gidigasu et Yeboa, 1972). Ceci est bien connu dans les laboratoires de mécanique des sols. Pour le cas des sols résiduels tropicaux, le problème est tout particulier. Par exemple, Willis (1946) in Gidigasu (1976) ; Terzaghi (1958) montrent que le séchage à l'air libre ou le mode de pré-traitement peut considérablement affecter une latérite très plastique provenant de cendres volcaniques et la transformer en un matériau très peu plastique.

indices	humide (W % naturelle)	partiellement saturé	sec
limite de liquidité (%)	245	217	0
limite de plasticité (%)	135	146	0
indice de plasticité (%)	110	71	0
teneur en eau naturelle (%)	-	204	72

Influence du mode de séchage sur la plasticité pour une argile latéritique de Hawaii (selon Willis, 1946 in Gidigasu (1976))

Séchage préliminaire et traitement	Wl (%)	Wp (%)	Ip (%)
à la teneur en eau naturelle avant séchage à l'air libre	87	54	33
séché à 105 °C, pulvérisé au mortier	58	39	19
séché à 105 °C, pulvérisé au mortier, traité avec 4 % de tétra sodium pyrophosphate	47	37	10
séché, pulvérisé et réhydraté pendant 1 mois	63	39	24

Influence du mode de pré - traitement sur la latérite de Sasumua (Kenya)

(selon Terzaghi, 1958)

Une autre source de difficulté réside à la tendance de quelques sols latéritiques d'augmenter de plasticité en relation avec la génération des fines particules pendant la préparation de l'essai. Cette génération de fines particules est due au degré de malaxage.

Terzaghi (1958) attribue ce comportement à la présence dans certaines latérites de micro-agrégats de particules individualisés et à l'oxyde de fer hydraté (Newill, 1961 in Gidigasu (1976)). Ainsi, sous l'effet du malaxage, ces micro - agrégats ont tendance à se désagréger. Cela est aussi valable pour l'oxyde de fer hydraté. Dans tous les cas, la tendance est à l'augmentation de la plasticité due au malaxage, par conséquent imputable à l'énergie apportée à l'échantillon ; on peut ainsi prévoir cet effet après compactage.

Détermination de la masse spécifique

L'évaluation du poids spécifique des grains solides (gs) demeure une grande difficulté pour les sols fortement ferruginisés en particulier et pour les sols latéritiques en général. Le poids spécifique est un paramètre important pour la caractérisation de l'indice des vides, de la porosité et surtout de l'état de saturation d'un sol. Nanda et Krishnamachari (1958) cités par Gidigasu (1976), Maignien (1966) et Vallerga et al. (1969, 1971) estiment que les valeurs élevées de celui ci sont généralement associées aux sols riches en oxydes de fer ou de titane. Evans (1958), Nascimento (1959), Daniel et Newill (1959) rapportés par Gidigasu (1969 in Gidigasu (1976)) ont montrés aussi que ces valeurs très élevées concernent la fraction graveleuse dans laquelle les oxydes de fer tendent à se concentrer. En conséquence, le poids spécifique pour la fraction fine et pour la fraction grossière sera différente pour tous les sols latéritiques.

	Valeurs
Localisation	selon les passants des tamis ASTM (BS N°7 sieve)	Ensemble	Références
Ouganda (6 sols)	2,69 - 2,91	2,93 - 3,04	Evans (1958)
Gambie (3 sols)	2,68 - 2,74	2,98 - 3,06	O'Reilly (1958)
Inde (6 sols)	2,78 - 2,92 (pour la fraction fine)	3,26 - 3,54 (pour la fraction grossière)	Central Road Res. Institute India (1953)
Inde (38 sols)	2,2 - 4,6		Nanda and Krishnamachari (1958)
Ghana (2 sols)	2,77 - 2,78	3,25 - 3,33	De Graft-Johnson et Irwin (1959)

Densité relative (g_s/g_w) de quelques latérites (Gidigasu, 1976)

Enfin, Van Ganse (1957) cité par Gidigasu (1976) montre que la densité apparente vu sous l'angle de pisolites varie avec la taille des particules solides et lie cette densité à la porosité. Connaissant la densité apparente pour les pisolites (d₁), celle de la fraction granulométrique comprise entre 2 et 5 mm (d₂) et ensuite de la fraction passant au tamis (US. sieves 100) (d₃), Van Ganse établit les relations suivantes :

à n_o = porosité totale =

à n₁ = micropores =

à n₂ = macropores =

= n_o - n₁

N°	densité apparente des pisolites (d1)	particules entre 2 et 5 mm (d2)	passant au tamis (U.S. sieves 100) (d3)	porosité totale (no)	Micro pores (n1)	Macro pores (n2)
1	2,38±0,06	3,46	3,51	32,2	1,4	20,8
2	2,05±0,01	3,39	3,47	30,9	2,3	38,6
3	2,01±0,11	3,22	3,49	42,4	7,7	34,7
4	1,79±0,07	3,46	3,53	49,3	2,0	47,3
5	2,18±0, 17	3,46	3,53	38,3	2,0	36,2
6	2,15±0,07	3,36	3,45	37,7	2,6	35,1
7	1,83±0,07	3,35	3,46	47,0	3,2	43,8
8	2,09±0,18	3,27	3,44	39,2	4,9	34,3
9	2,14±0,16	3,33	3,40	37,0	2,0	35,0
10	2,73±0,23	3,45	3,57	23,5	3,3	20,2
11	3,07±0,08	3,18	3,67	16,4	13,4	3,0
12	2,68±0,15	3,22	3,49	23,2	7,7	15,5

Densités relatives de la latérite concrétionnaire en relation avec la taille des particules (Ganse, 1957 in Gidigasu (1976)).

Si ces constations expérimentales existent, la difficulté pour déterminer le poids spécifique (gs) au laboratoire est connue. Il semblerait (Gidigasu, 1969) que la principale difficulté est liée au fait qu'aux argiles de la latérite soient associés des minéraux assez "inopportuns", à l'occurrence l'halloysite. Empiriquement, il a été montré (Newill, 1961 in Gidigasu (1976)) que la vraie valeur du poids spécifique de l'halloysite est très difficile à déterminer, due au fait que ce minéral absorbe du liquide de préparation au niveau de son réseau cristallin interparticulaire.

Dureté des nodules

L'essai de dureté n'est pas normalisé. On définit un coefficient qui marque une limite dite de fragilité admissible. Novais-Ferreira et al. (1965) propose de prendre en compte un " hardeness index " ou indice de dureté qui est le rapport de la somme de refus sur les tamis ASTM ≠1" - ≠3/4" - ≠3/8" - ≠4 - ≠N°10 - ≠N°40 - ≠N°200, avant et après compactage.

Caractéristiques de compactage

En technique routière, la densité sèche maximale et la teneur en eau optimale sont déterminées classiquement par l'essai classique Proctor modifié.

Facteurs influençant les caractéristiques de compactage

Des énergies supérieures à celles du Proctor modifié montrent une évolution très sensible des matériaux. Selon l'ISTED (1990), une teneur en fines initiale de 27 % passe à 39 % sous un compactage P.M.(Proctor Modifié) et à 59 % à 1,4 de cette énergie. L'effet du surcompactage est mis en relief. La densité sèche, dans ces conditions augmente jusqu'à l'énergie P.M. puis n'évolue plus au-delà. par contre, la teneur en eau optimale augmente puisque le pourcentage en fines augmente. Enfin, des études ont montré que la densité sèche du matériau est plus élevée si le matériau a été séché à l'étuve, dans ce cas la teneur en eau optimale est plus faible que lorsque le matériau a été séché par un autre procédé. Cette dernière constatation est d'une grande importance car la teneur en eau et la densité sèche retenues pour le chantier sont celles du laboratoire. On est amené à croire que ces valeurs sont mal évaluées, dans la mesure où, aussi bien le mode de compactage, que le mode de séchage diffèrent de ceux opérés au laboratoire.

Comparaison entre l'essai Proctor classique et l'essai Harvard

Autret (1980) a utilisé l'essai Harvard tel recommandé par le Lyon Associates (Vallerga et al., 1969 ; 1971) comme essai de substitution à l'essai Proctor ; les résultats ne sont pas concluants. Rappelons que l'essai Harvard, tout comme l'essai Proctor, a pour but de rechercher la relation entre la densité sèche et la teneur en eau d'un matériau, pour une énergie de compactage donnée. Il a l'avantage d'être miniaturisé et de nécessiter de ce fait très peu de matériau (quelques centaines de grammes). Bien qu'il n'existe pas de mode opératoire de l'essai, une méthode a été proposée en 1970 par Wilson. Le moule est un petit cylindre de dimension intérieure (f = 3,3 cm ; h = 7 cm). Ainsi, il a été comparé les essais Proctor modifié classiques sur le 0/20 et les essais Harvard qui ont porté sur du 0/2, sur le même matériau. Le tableau suivant donne les résultats pour comparaison :

	Proctor 0/20
	gd	W
Harvard 0/2	0,28	0,50
Proctor 0/2	0,18	0,44

Tableau de comparaison entre l'essai Proctor et l'essai Harvard (Autret, 1980)

(les chiffres donnent les coefficients de corrélation et portent sur 39 échantillons)

A partir de ces résultats, on peut dire que l'essai Harvard remplacerait difficilement l'essai Proctor.

La Portance - L'Essai CBR

Essai CBR

Pour les différents éléments du corps de chaussée, on exige des performances fonction d'un essai type normalisé, l'essai CBR (Californian Bearing ratio). Jusqu'à présent cet essai reste le paramètre incontournable pour le dimensionnement des chaussées sur assises latéritiques. Le CBR est un essai simple pour évaluer les qualités routières de structures souples. Le test est arbitraire en ce sens que les résultats sont difficilement reliables à un paramètre de résistance du sol.

Facteurs affectant le CBR des sols latéritiques

On remarque que généralement ces sols ont de fortes valeurs de l'indice CBR, qui tourne autour de 80 et parfois plus quand ils sont imbibés. Evans (1958), De Graft-Johnson et al. (1968), Vallerga et al. (1969), USAID (1971) ont montré que l'utilisation de l'essai CBR est adaptée aux sols latéritiques pour l'évaluation de la stabilité des structures routières. On remonte à cette période pour les premières utilisations de l'essai CBR sur les graveleux latéritiques. Même si Wooltorton F.L.D. (1947 ; 1958) rapporte des tentatives sur des latérites de l'Inde. Cependant plusieurs questions restent encore posées. La détermination du temps nécessaire pour l'imbibition des sols en est une. Par exemple, dans les conditions semi-aride, une période entre 24 et 48 heures d'imbibition semble être suffisante (Ackroyd, 1959). Seulement Van Ganse (1957) trouve que la valeur du CBR de graveleux latéritiques compactés imbibés pendant 4 jours, dépend du degré de compaction d'une part et d'autre part de la teneur en concrétions et du pourcentage de fines particules. D'après cet auteur, une latérite avec un pourcentage de pisolites (concrétions) autour de 75 %, avec 25 % de fines, et un indice de plasticité aux alentours de 7 %, constitue une bonne couche de base de chaussée. Des cas de graveleux latéritiques très sensibles à l'eau sont connus. Ces matériaux qui montrent de fortes résistances (en terme de CBR) non imbibés, chutent considérablement de résistance en présence d'eau. D'après Evans (1958) le CBR décroît quand la teneur en eau augmente (figure suivante). Remillon (1967) trouve des résultats similaires sur des latérites de l'Afrique de l'Ouest.

Influence de la teneur en eau de moulage sur le CBR de quelques

graveleux latéritiques typiques (Evans, 1958)

Ces résultats montrent clairement que les latérites sont des sols sensibles à l'eau et par la même occasion changent de caractéristiques au passage de ces états. Cette sensibilité à l'eau est telle que pour certaines latérites imbibées pendant 4 jours, la portance est considérablement diminuée, l'effet est moindre pour des latérites compactées à la teneur en eau de l'optimum (Evans, 1958 ; De Graft-Johnson et al., 1969). Les figures II.3a et II.3b dues à Evans (1958) montrent qu'il existe des différences assez prononcées selon que le mode opératoire de l'essai est changé. Par exemple, le CBR déterminé avec le mode AASHO est généralement plus important que celui du mode britannique (British Standard ou BS). Selon le rapport de l'ISTED (1990), le rapport CBR après imbibition de 4 jours sur CBR immédiat varie de 0,3 à 0,9. il est souvent voisin de 0,7.

Influence de l'imbibition et de la teneur en eau de moulage sur le CBR (Evans, 1958)

Influence de l'imbibition et de la teneur en eau de moulage sur le CBR (Evans, 1958)

L'effet du degré de compaction ainsi que de la teneur en eau de moulage est très prononcé : plus est élevée le degré de compactage plus est importante la diminution de la résistance (en terme de CBR) quand la teneur en eau de compactage augmente. L'utilisation du CBR corrigé est due au fait que les couches de base de routes en terre peuvent supporter des déflexions importantes (Remillon, 1967). D'après cet auteur, il n'est pas rationnel de les dimensionner en partant du CBR à 2,5 mm d'enfoncement de la plateforme surtout si celle-ci est constituée de matériaux plastiques. Alors, après examen des courbes de poinçonnement (contrainte-déformation), on prend en compte un CBR correspondant à une sécurité de 2 par rapport à la rupture.

a Influence de la teneur en eau de moulage et de l'énergie de compactage sur le CBR.

b Influence des paramètres de compactage sur le CBR de graveleux latéritiques typiques

(Selon Hammonds, in Gidigasu, 1976)

C'est en tenant compte de ces nombreuses considérations qu'il existe une méthode de détermination de l'indice CBR en Afrique de l'Ouest, communément appelé West African Compaction (USAID, 1969 ; 1971).

Résistance au cisaillement

La résistance au cisaillement des sols latéritiques compactés a fait l'objet de nombreuses études (Vargas, 1953 ; 1975 ; Terzaghi, 1958 (in Gidigasu, 1976) ; Lumb, 1962 (in Malomo, 1983) ; Baldovin, 1969 ; Lohnes et al., 1971 ; Malomo, 1983 ; Samb, 1985 ; Ogunsanwo, 1985 ; 1989). Il est reconnu que les essais de compression simple ou triaxiaux sur des éprouvettes de latérites sont d'excellents moyens d'investigation pour évaluer la résistance au cisaillement. Clare et O'Reilly (1960) et Lohnes et al. (1971) jugent par contre que l'essai de cisaillement à la boîte de Casagrande apporte de bonnes informations, en plus du fait que l'essai est peu coûteux.

Influence des facteurs pédogenètiques et compositionnels

Pour certains auteurs, les facteurs les plus déterminants sont les facteurs génétiques et compositionnels et, ainsi que les différentes méthodologies et procédures d'essais de laboratoire (Lohnes et Demirel, 1973). La résistance au cisaillement des sols latéritiques est reconnue dépendant significativement de leur origine, directement lié au degré d'altération de ces sols (degré de décomposition, ferruginisation et état de dessiccation). Ces paramètres sont fonction de la position de l'échantillon au niveau des profils d'altération (Lamb, 1962 ; Lumb, 1962 ; Lohnes et al., 1971 ; Wallace, 1973). Par exemple, Lohnes trouve des variations significatives de ces caractéristiques de résistance en fonction de la profondeur du profil pour des latérites provenant de cendres volcaniques et appartenant au même horizon pédologique. Concernant le degré d'altération ou de latéritisation, Baldovin (1969) conclut que plus est élevé le degré de latéritisation, plus est élevée la résistance au cisaillement. Sur la base d'études de sols résiduels de Hong Kong formés selon différentes roches mères, Lumb (1962), identifie trois groupes de sols résiduels en termes de résistance au cisaillement. D'après Lumb, il existe des corrélations significatives selon que la latérite est formée suivant des roches mères différentes. Ceci est en relation avec la texture, la distribution granulomètrique, la capacité de drainage (perméabilité) etc. Il propose une classification géotechnique des sols résiduels tropicaux en terme de résistance au cisaillement, incluant les paramètres de granulométrie et de texture (Tableau II.7). Ainsi, il met en évidence :

a) sols latéritiques frictionnels avec possibilité de drainage libre ;

b) sols latéritiques cohésifs ou imperméables ;

c) sols latéritiques intermédiaires à ces deux classes

types	Description	Critère	Origine
Frictionnel Frictionnel – Cohésif Cohésif – Frictionnel Cohésif	Frictionnel Frictionnel avec un peu de cohésion quand non saturé frictionnel avec une grande cohésion quand non saturé Cohésif	% en sable et gravier ≥ 80 % % en sable et gravier 50 - 80 % % en sable et gravier < 50 % % d'argile < 20 % % d'argile ≥ 20 %, indice de plasticité ≥ 30 %	Sable de plage ou marin, dépôt éluviaux Granite décomposé Cendres volcaniques, terre rouge Silt marin, terre rouge

Classification géotechnique de sols latéritiques de Hong Kong

provenant de roches mères diverses (Lumb, 1962)

Les valeurs de résistance au cisaillement de ces différents groupes est reporté au tableau ci-dessous.

Paramètres de résistance	Granite décomposé	Terre rouge	Cendres volcaniques	Silt marin
Angle de frottement Cohésion (kPa)	35° - 40° 0 - 0,072 drainé	25° - 35° 0 - 0,22 drainé	30° - 35° 0 - 0,48 non drainé	- 0 - 14,4 non drainé

Paramètres de résistance au cisaillement de quelques

latérites résiduelles de Hong Kong (Lumb, 1962)

Les avis sont très partagés à l'heure actuelle sur la relation entre l'origine pédologique des sols latéritiques et la résistance au cisaillement. Par exemple, Madu R.M.(1977), à partir d'investigations sur des latérites du Nigéria montre qu'il n'existe pas de réelles corrélations entre les teneurs en oxydes de fer ou d'aluminium et les paramètres physiques ou mécaniques ; autrement dit les facteurs compositionnels ou génétiques ne sont pas prépondérants.

Influence des paramètres de compactage sur la résistance au cisaillement

De Graft-Johnson et al. (1969), Lumb (1962 in Gidigasu (1976)), Baldovin (1969) mettent en relief l'influence du degré de saturation et des teneurs en eau sur cette résistance. Ces auteurs proposent la relation suivante donnant la cohésion effective en fonction de la teneur en eau :

c = a.e^-bWn Wn = teneur en eau, a et b sont des constantes expérimentales

e étant la base du logarithme népérien

Terzaghi (1958), pour sa part, ne trouve pas d'influence des variations de la teneur en eau sur les paramètres non drainés des argiles latéritiques de Sasumua (Kenya). Clare et O'Reilly in Gidigasu (1976) aboutissent aux mêmes résultats sur cette même argile latéritique de Sasumua compactée : les teneurs en eau de moulage et les pressions de confinement ont une influence négligeable sur les paramètres de résistance au cisaillement. Par contre pour Matyas (1969) et Baldovin (1969), l'angle de frottement interne et la cohésion sont effectivement influencés par la variation de la teneur en eau, de même que la densité sèche. Les figures suivantes (Baldovin, 1969) montrent l'influence des teneurs en eau sur l'enveloppe de rupture dans le cas d'essais de cisaillement à la boîte de Casagrande. La nature de l'enveloppe de rupture est considérablement affectée.

Influence de la teneur en eau de moulage sur l'enveloppe de rupture de latérites compactées provenant de gneiss (a et b) (Baldovin, 1969)

Autres paramètres influençant la résistance au cisaillement

Les travaux de Sikali (1985) sur des latérites du Cameroun montrent l'influence de l'énergie de compactage sur les paramètres de résistance au cisaillement. De ces travaux on remarque une grande disparité du comportement selon que le compactage est opéré à des compacités supérieures à 95 % de l'Optimum Proctor Modifié (OPM) ou inférieures. Dans le premier cas le comportement est dit fragile avec présence d'un pic à la résistance maximale et dans le second le comportement est ductile. Omotosho et al. (1991) ont étudié des sols latéritiques du Nigéria, compactés et reconstitués successivement. Ils les soumettent à des essais triaxiaux U.U et constatent l'influence de ce mode de préparation sur des paramètres tels que l'indice de plasticité (Ip), les indices de granulométrie (Cc, Cu, la génération des fines particules), mais et surtout sur les caractéristiques de cisaillement ; avec une stabilisation de ces différents paramètres pour un nombre de cycles connu. Pour Gidigasu (1976), l'influence du poids spécifiques sur les paramètres de résistance est rarement pris en compte. Il est connu que le poids spécifique est une fonction du degré de latéritisation et directement lié à l'augmentation de la teneur en oxydes de fer ou de titane. Des études ont montré que la résistance au cisaillement augmentait quand cette proportion en fer augmente. Enfin, des études faisant varier les dimensions de la boîte de Casagrande, la vitesse de cisaillement, montrent que cela n'a pas d'influence sur les paramètres de résistance au cisaillement de sols latéritiques (C.K.Cheung et al., 1988). Pourtant, vu la granulomètrie de ce type de sols (pisolitique ou concrétionnaire) cela devrait être le cas.

Comportement particulier observé sur des graveleux latéritiques intacts et compactés

Lohnes et Demirel (1973) ont observé pour la première fois sur des sols latéritiques soumis à des essais à la boîte de cisaillement un comportement dit d'effondrement (collapsible behaviour) généralement connu sur des argiles partiellement saturées. Ce comportement est tel qu'il existe une nette distinction de l'allure de l'enveloppe de rupture entre les contraintes faibles et celles à grande intensité (au delà de 200 kPa généralement). Ce comportement n'a été observé que sur des latérites intactes (undisturbed laterites) et dans la littérature pour des sols résiduels intacts tropicaux. Malomo S.(1983), l'évalue pour la première fois sur des sols latéritiques du Nigéria, cette fois-ci compactés à l'OPM.(Figure II.7). Il montre que pour une teneur en eau donnée, une seule et unique ligne de rupture ne peut être tracée. Il y a deux lignes de rupture, la première à faible contrainte normale, la deuxième à forte contrainte normale. D'après cet auteur, il existe une limite de la contrainte normale pour laquelle le sol s'effondre.

Mise en évidence de comportement d'effondrement (Malomo S., 1983)

En faible contrainte, l'importance de la compaction dû à la charge axiale et par la suite la désagrégation des concrétions est faible, l'effet de la contrainte de cisaillement n'est pas très apparent. Au delà de cette zone de contrainte, l'effet de désagrégation apparaît et demeure constant. Ainsi, il existe une région initiatrice de l'effondrement et au delà le phénomène se manifestant continuellement. Toujours selon Malomo S., en contraintes normales faibles le comportement est décrit comme celui d'un sable dense dans la mesure où la contrainte tangentielle augmente jusqu'à atteindre un pic et ensuite chute brusquement. En contraintes normales élevées, la contrainte tangentielle augmente très rapidement et n'atteint pas de maximum, même à très grandes déformations (≈ 20 %) ; ceci est attribué à un sable lâche. Ces observations sont aussi valables quand il y a changement de la teneur en eau de compactage (figure II.7). Alors, le comportement est à la fois fonction du niveau de contraintes et de la teneur en eau de compactage : les allures des enveloppes de rupture se trouvent changées. De la même manière, l'analyse des courbes de la variation de volume de l'échantillon au cisaillement (variation de la hauteur de l'échantillon) montre qu'en faibles contraintes, les échantillons se dilatent et en grandes contraintes se contractent. Ce changement de l'état dilatant à l'état contractant est aussi observé quand la teneur en eau de compactage varie. Si ce phénomène, attribué seulement à des sols latéritiques intacts, est observable sur des échantillons de latérites compactés ; les mécanismes devraient certainement être identiques. Seulement, en reconstituant au laboratoire des échantillons par compactage, on pourrait se mettre en partie dans des conditions in situ (la puissance des couches latéritiques pouvant dépasser 100 m dans certains cas). L'idée simple que les sols latéritiques intacts s’effondrent par la variation du niveau de contraintes, de la dislocation des interconnexions continues du squelette solide (cimentation) ne semble pas être applicable aux sols latéritiques compactés. Mais, l'idée d'un changement important de leurs structures internes ne peut être exclu. Alors, la cimentation des agrégats par compactage peut être brisée sous contrainte et le phénomène est accru s'il y a présence d'eau. Le changement vers un matériau moins dense justifie certainement un phénomène de dégradation et dans ces conditions l'augmentation de la teneur en eau accélère le phénomène. Pour les sols latéritiques compactés, la structure est une juxtaposition de nodules et de particules argileuses plus fines. Toute variation du niveau de contrainte a pour effet de fragmenter les pisolites et concrétions d'où une génération de fines. On passe alors d'un état granulaire à un matériau plus plastique. Enfin, selon Malomo S. (1981, 1983) et Ogunsanwo O (1989), il existe deux niveaux de structures pour les sols latéritiques compactés :

a) une combinaison entre le squelette solide constitué de particules en concrétion ou argileuses, l'espace poreux et de l'eau. Leurs disposition géométrique est essentiellement fonction de l'énergie de compactage et de la teneur en eau ;

b) une structure interne des particules elles même, identique aux sols intacts. Cette structure est héritée de la structure originelle quand le sol latéritique se formait.

Alors, si des sols latéritiques compactés à la même teneur en eau présentent différents comportements seulement par la variation du niveau de contraintes, alors cela ne peut être dû qu’à la configuration (b). Dans ces conditions, le niveau structural constitué de la juxtaposition de particules très liées nécessite un niveau de contraintes élevé pour qu'il y ait désagrégation.

Compressibilité et perméabilité des sols latéritiques

Compressibilité des sols latéritiques

Les travaux de Vargas (1953, 1965), de Lohnes et al. (1971) se sont essentiellement intéressés à l'étude de la compressibilité des sols latéritiques. Le but de ces études étaient essentiellement de vérifier que la théorie de la consolidation de Terzaghi était applicable sur des sols de ce type, en vue de travaux de fondation. L'aspect routier a rarement fait le cas de telles études, les pressions en jeu étant excessives. Selon Vargas (1953), la loi d'évolution de la déformation en essai de compressibilité des sols latéritiques, est similaire aux lois qui gouvernent les phénomènes de consolidation des argiles sédimentaires. D'après cet auteur, la pression de pré consolidation décrite par Casagrande, est valable sur ces sols seulement après un certain niveau de contrainte. Avant cette limite, la diminution de l'indice des vides pendant le chargement est très faible, jusqu'au niveau de contrainte où la relation entre la diminution de l'indice des vides et la contrainte appliquée suit la loi de consolidation. D'après Vargas, ceci est dû à l'existence d'une pression de "pré consolidation virtuelle" en relation avec l'histoire du matériau (nature du sol, sa position selon les profils pédogenètiques, sa structure). Le phénomène similaire existe quand il s'agit de latérites compactées. Plusieurs facteurs affectent cette compressibilité, la profondeur des sols en place, la nature de la roche mère et surtout la méthodologie d'essai.

Influence du mode d'essai sur la compressibilité de sols résiduels

provenant de granite et de gneiss (Vargas, 1953)

L'aspect de la courbe de chargement oedométrique a fait l'objet d'une importante communication par le groupe de travail - [Sols résiduels tropicaux-(Engineering Geology, Vol.23, I-1990).(Gibbs et Bara, 1962 ; Jennings et Knight, 1957 ; Brink et Kantey, 1961 ; Foss, 1973 ; Singh et Al-Layla, 1980 ; Vargas, 1974)]. Selon ces auteurs, les sols latéritiques ont des potentialités d'effondrement. Ils ont une texture généralement lâche et ils peuvent supporter de grandes contraintes quand ils sont partiellement saturés, mais offrent une diminution de volume du à l'effondrement quand ils sont saturés, même à faibles contraintes. Les sols résiduels tropicaux ont tous généralement ce comportement. Ainsi, l'effondrement résulte de la perte ou la réduction de l'adhérence entre grains solides, due à l'écrasement et directement liée à la présence d'eau dans les sols résiduels tropicaux dont la roche mère a été riche en quartz. Un autre mécanisme de l'effondrement s'explique par la perte de stabilisation de la tension superficielle entre les ménisques d'eau et les particules solides dans le cas des sols partiellement saturés et surtout de la perte de résistance des particules solides elles-mêmes quand elles sont saturées. Ceci peut être évalué au laboratoire par l'utilisation de l'oedométre : l'échantillon est chargé initialement à la teneur en eau optimale, à une pression égale à la pression limite déterminée in situ. A l'équilibre (stabilisation), l'échantillon est saturé et l'effondrement s'observe aussitôt c'est à dire une diminution de l'indice des vides pour une même pression axiale.

Comportement de sols "collapsible" (Vargas, 1974) (S = succion, So = succion initiale)

Les figures suivantes donnent les allures des courbes typiques de comportement d'effondrement. Jennings et Knight (1957 in (GSEGWPR (1990)) proposent une méthode de détermination de la pression d'effondrement. L'échantillon est saturé après une mise en charge de 200 kPa. Ainsi, le potentiel d'effondrement (collapse potential) est défini par : ∂e : variation de l'indice des vides après saturation ; eo: indice des vides initial Le tableau suivant indique les valeurs pour lesquelles l'effondrement devient critique pour un sol résiduel (l'étude porte uniquement sur des sols résiduels intacts). L'extension pourrait être faite pour le cas de sols latéritiques compactés.

Pression de pré consolidation apparente (Vargas, 1973)

Pression de pré consolidation apparente observée à l'œdomètre (Vargas, 1973)

Le tableau suivant donne une échelle des désordres occasionné par le simple fait de l'effondrement des sols résiduels tropicaux.

potentiel d'effondrement	considérations
> à 1 1 à 5 5 à 10 10 à 20 au delà de 20	pas de problème désordre modéré désordre désordre sévère désordre très sévère

Classification des sols résiduels tropicaux en terme de

potentiel d'effondrement (Gibbs et Bara, 1962 in (GSEGWPR (1990))

Des résultats analogues ont été observés sur les sables à très grandes contraintes (Bishop, 1966), ainsi la déformation est une fonction du niveau de contrainte (Malomo S., 1983). Le phénomène est expliqué par un écrasement des grains à ce niveau de pression. Cet effet d'écrasement due à la charge est reporté par les travaux de Roberts et Souza (1958 in (GSEGWPR (1990)) et Lee et Farhoomand (1967 in (GSEGWPR (1990)). A cet effet l'influence de la granulométrie sur la compressibilité des sols pulvérulents a été rapporté par plusieurs auteurs tel que Hilf (1975 in (GSEGWPR (1990)). A ce propos, les matériaux bien gradués, doublés de particules à forme roulée, offrent du point de vue de cette propriété, les meilleurs résultats. Or l'écrasement des particules a pour effet de donner lieu à des formes plus aplaties et des résultats ont montré qu'il s'y associe une plus grande compressibilité et un angle de frottement interne plus faible. Si on devait appliquer un tel raisonnement au cas actuel des sols latéritiques, les désordres granulométriques ne s'expliqueraient plus en termes d'écrasement de particules, compte tenu des niveaux de contraintes s'_3c relativement faibles (application routière). Les ruptures se produiraient ailleurs où les liens sont beaucoup plus fragiles que ceux là mêmes qui déterminent la microstructure des minéraux. Elles interviennent d'abord au niveau de la matrice fine qui jusqu'ici, exerçait un effet structurant sous l'effet du compactage ; ensuite au niveau des éléments grossiers par déconcrétion, en raison des efforts de contact. Par conséquent, tant et aussi longtemps que les niveaux de contraintes resteront relativement faibles, condition souvent satisfaite dans le cadre d'applications essentiellement routières, les pertes de caractéristiques devront être d'autant plus importantes que, d'une part la fraction fine est importante, et d'autre part le matériau a acquis un état d'induration peu avancé.

Perméabilité des sols latéritiques

Les mêmes facteurs qui influencent les caractéristiques des sols latéritiques sont celle-là même qui affectent la perméabilité des latérites. Le tableau ci-dessous donne quelques ordres de grandeurs de la perméabilité de certains sols résiduels tropicaux rapportés par Gidigasu (1976). Les résultats sont assez irréguliers, mais les différentes études montrent qu'à l'état compacté ces sols sont peu perméables en général.

Référence	type de sol	lieu	Roche mère	Perméabilité (cm/s)
Fanshawe (1962)	Rhyolite résiduelle	Hong Kong	Rhyolite	10^-8 à 9.10^-6
Vargas et al.(1965)	Gneiss résiduel	Brésil	Gneiss	3.10^-7 à 6.10^-6
	Basalte résiduel	Brésil	Basalte	2.10^-7
Terzaghi (1958)	Argile de Sasumua	Kenya	Cendre volcanique	0,8.10^-7 à 7.10^-7
Matyas (1969)	Argile de Sasumua	Kenya	Cendre volcanique	2.10^-7 à 6.10^-8
Trow et Morton (1969)	Latérite ferrugineuse	S^tDom.	Péridotite	10^-3
Andrews (1936)	Latérite	Hawaii	Basalte	1,48.10^-4 à 5,39.10^-7
De Graft-Johnson (1969)	Argile latéritique	Ghana	Granite	7,5.10^-5 à 1,7.10^-7

Perméabilité de quelques sols résiduels tropicaux (d'après De Graft-Johnson et Bhata, 1969 in Gidigasu (1976))

CONCLUSION

La compilation bibliographique que nous venons d'exposer illustre toute la complexité de l'étude des latérites ou des sols latéritiques. S'il est reconnu que généralement tous les sols résiduels tropicaux évoluent dans des conditions spécifiées vers la latérite, il n'est pas certain que ces mêmes sols résiduels justifient des comportements similaires. La gamme des produits est très vaste et une attention toute particulière devrait être portée sur la connaissance des facteurs pédogenètiques ayant donné naissance à ce genre de sols.

Aussi bien en terme de classification, de résistance au cisaillement, la connaissance de la nature du sol est d'une grande importance car influençant considérablement ses propriétés aussi bien physiques que mécaniques.

En ce qui concerne la suite de notre travail, nous utiliserons la définition de Autret (1980) sur la latérite et le matériau que nous sommes sensés utilisés répond à cette nomenclature. Alors la latérite est décrite comme un sol meuble, formé en milieu tropical, composé d'une fraction granulaire constituée de pisolites ou de nodules ferrugineux emballés dans une matrice fine limono - argileuse.

Généralités sur les latérites du Sénégal

Cette partie utilise des données provenant de dossiers compilés par le CEREEQ (Centre Expérimental de Recherches et d'Etudes pour l'Equipement) du Ministère de l'Equipement du Sénégal. Cet organisme succède au LBTP - Dakar (Laboratoire du Bâtiment et des Travaux Publics) qui était une ancienne filiale du CEBTP. Le CEREEQ est l'organisme chargé du contrôle routier au Sénégal. Mais parallèlement à cet aspect, il dispose d'un laboratoire public d'essais et d'un centre de recherche en géotechnique routière. De 1945 à 1991, le LBTP, ensuite le CEREEQ ont mis sous forme d'archives l'ensemble de leurs travaux routiers sous forme de dossiers d'études. Chaque dossier (3000 en totalité) représente une étude faite sur un gisement de graveleux latéritique ou non. Ces études sont pour la plupart des commandes de l'état sénégalais, généralement supervisées par des bailleurs de fonds de la Banque Mondiale ou du Fond Monétaire International. Les éléments qu' on trouve dans ces dossiers ont trait à des paramètres de gisement proprement dit, des paramètres géotechniques et des recommandations sur la qualité du graveleux pour son usage routier donnés par l'ingénieur du projet.

Choix et triS des paramètres

Dans le cadre de l'utilisation de cette banque de données, nous avons procédé à un certain nombre de tris et de choix, soit des variables (paramètres d'essais), soit des individus (gisement). Par la suite, nous avons pu introduire de nouvelles variables, qui sont généralement la combinaison de variables existantes. Enfin, l'utilisation de la carte pédologique du Sénégal (Maignien, 1965), nous a permis de connaître pour chaque gisement de graveleux latéritique, la nature du profil lui correspondant et son appartenance à une famille pédogenètique. Les paramètres de chaque dossier sont les suivants :

Paramètres du gisement

Chaque gisement est reconnu au préalable par :

a. sa localisation géographique (le repère est souvent la proximité d'une route nationale ou départementale),

b. V_d, le volume de la découverte (m³), donne le volume de la couverture, généralement sableuse, sur le gisement de latérite,

c. V_d, le volume de matériaux (m³).

Caractéristiques d'identification

Ce sont les paramètres les plus importants et sont les suivants :

I. la granulométrie [m (%) : passant au tamis de 2 mm (AFNOR 20) et f (%) : passant au tamis de 0,1 mm (AFNOR 23)]. Ces caractéristiques granulomètriques sont prises avant et après compactage.

II. les limites d'Atterberg (Wl, Wp) et l'indice de plasticité (Ip) ;

III. la densité sèche à l'OPM (Optimum Proctor Modifié) (g_d max) ;

IV. la teneur en eau optimale (Wopm) ;

V. le CBR à 95 % OPM à 4 jours d'imbibition et le pourcentage de gonflement au CBR ;

VI. le CBR et le pourcentage de gonflement pour des graveleux latéritiques traités au ciment ou à la chaux.

Paramètres nouveaux

A part ces paramètres physiques d'identification et de portance, nous avons ajouté à cette banque de données les paramètres suivants :

a. le produit fxIp ou encore module de plasticité défini par Garabiol (1962 in Remillon (1967)) ;

b. le produit mxIp ;

c. l'appartenance du sol décrit selon les classifications USCS, LCPC, HRH ;

d. l'indice de groupe (I_g) .

Nature et origine pédologique des graveleux latéritiques pour chaque site

La localisation exacte de chaque gisement de graveleux latéritique permet de connaître sa nature pédologique. Pour cela, nous avons utilisé la carte pédologique du Sénégal (Maignien, 1965) et les résultats du Lyon Associates (Vallerga et al., 1969 ; 1971). Alors pour chaque site, on détermine la nature du profil pédologique définie par la carte pédologique et son appartenance suivant les familles décrites par la notice de cette même carte. En plus de cette description, la nature de la roche parent est généralement décrite, mais avec plus d'incertitude.

Description de la banque de données

Si on retient toute la banque de données, on arrive à 3000 cas d'études ; un gisement pouvant faire l'objet de nombreuses études (variabilité dans l'espace) ou une seule par exemple. Systématiquement, on élimine tous les cas ne traitant pas de graveleux latéritiques. Ce premier tri fait, on arrive à peu près d'un millier de cas (800 exactement). Ensuite, on procède au second tri qui élimine systématiquement tous les cas où l'étude est incomplète. Dans ces cas, par exemple, le concepteur ne traite pas de la portance, ou de la granulométrie etc...On en arrive à 267 gisements à traiter sur 3000 dossiers. La comparaison entre observations ne pouvant se faire que pour des familles de tailles identiques. Sans quoi, il est pratiquement impossible de faire les analyses statistiques que nous proposons de faire par la suite. Enfin, on essaie de tester si les 267 individus constituent un bon échantillonnage. Pour cela, on essaie de suivre certaines variables sur la totalité de la banque et ensuite on les compare au 267 individus ; on arrive généralement à des nuages de points identiques (disposition géométrique semblable). Une autre manière de faire est de voir si, sur la carte les 267 individus concernent l'ensemble du pays. Le résultats est que la partie occidentale est plus étudiée que les autres, le reste représentant au plus 40 % de l'ensemble. Ceci s'explique par l'importance de l'activité économique dans cette zone.

Conclusion

Les tris successifs faits n'enlèvent pas à la pertinence de la banque de données. L'ensemble du territoire est assez bien représenté ; un regroupement est plus net dans la partie occidentale du pays, cela dénote de son importance économique. Enfin, cette banque de données sera étudiée de plusieurs manières :

a. une étude générale qui permet de situer les données dans le cadre géotechnique,

b. une étude comparative de certains paramètres pris avant et après compactage,

c. une étude statistique élémentaire par moyennes et écart-types selon les familles définies,

d. une analyse des données pour une recherche de corrélations entre la portance (CBR) et les caractéristiques physiques d'identification,

e. enfin, la recherche d'une classification géotechnique de ces graveleux latéritiques du point de vue routier.

Généralités sur les latérites du Sénégal

INTRODUCTION

Identification

Les sols formés dans des conditions pluviométriques identiques sont connus pour avoir les mêmes caractéristiques morphologiques, minéralogiques et géotechniques (Dumbleton et Nevill, 1962 ; (Dumbleton et al., 1966; in (Gidigasu,1976; Vallerga et al., 1969)). Il existe des systèmes d'identification pour quelques sols résiduels basés selon la relation entre les sols, leurs origines et les facteurs pèdogenétiques (Dumbleton et al., 1966 ; Gidigasu, 1972 ; Vargas, 1988). Par exemple, certaines corrélations ont été obtenues entre la nature de la roche mère et la classification de Casagrande pour différentes latérites. La relation entre le climat et les caractéristiques de consistance ont été aussi considérées par plusieurs auteurs ; par exemple, Clare (1960), Remillon (1967) proposent un groupement entre latérites de l'Ouest et du Centre Africain sur la base de conditions végétales et climatiques.

Différenciation

D'après Remillon, les sols ferrugineux sont ceux formés en zone tropicale sèche sous la savane avec une moyenne de précipitation de 1200 mm par an. Dans ces zones l'évaporation dépasse les précipitations pendant la saison sèche qui dure huit mois. Les sols ferralitiques, dans un autre côté, se forment dans une zone tropicale humide, où l'on a une moyenne annuelle de précipitation qui ne dépasse pas 1200 mm. Les précipitations dépassent l'évaporation et la durée de la saison sèche est de 4 mois. Les grandes différences entre ces deux types de sols viennent des conditions climatiques, et ceci se répercute sur leurs caractéristiques chimiques et minéralogiques. Pour les sols ferrugineux, la limite de liquidité (Wl) est généralement supérieure à 50 % et l'indice de plasticité (Ip) à 30 %, et pour les sols ferralitiques de 50 et 30 % (Remillon, 1967). Clare (1960) a aussi trouvé une corrélation significative entre la pluviométrie et la plasticité pour des sols d'Afrique Centrale. Une méthode pour identifier les sols tropicaux lessivés est basée sur la relation entre la nature de la roche mère et sa position dans le diagramme de plasticité de Casagrande. Par exemple, Evans (1957) montre que les sols latéritiques d'origine volcanique se localisent généralement selon la ligne A, de même que d'autres argiles rouges et noires issues de roches ignées basiques. Cependant, d'autres études (Ackroyd, 1959 ; De Graft - Johnson et al.,1972) révèlent qu'il n'existe pas de relation unique entre l'origine génétique et les caractéristiques de consistance pour des sols hautement latéritisés et les sols mixtes graveleux latéritiques - quartzeux. Par exemple, il n'est pas possible de distinguer les sols concrétionnaires, des graveleux latéritiques quartzeux. Cela est dû au fait que l'influence du pourcentage de fines dans les sols concrétionnaires - graveleux quartzeux sur les caractéristiques de consistance n'est pas unique.

Le cas des sols du Sénégal

Les rapports finaux du Lyon Associates (2 et 3) (Vallerga et al., 1969) et (Remillon, 1967) confèrent pour la grande partie des sols du Sénégal une nature ferrugineuse. Cependant ce caractère est en opposition avec les données de la pédologie (Maignien, 1965) qui distingue beaucoup plus de profils non ferrugineux que ne le soulignent les auteurs précités. La limite entre ces deux types n'est pas réellement nette, la véritable réponse devrait provenir d'études pédologiques et minéralogiques très poussées.

Types de matériaux étudiés

La plupart des valeurs de plasticité des échantillons du Sénégal s'étalent selon la ligne A et au dessus de celle-ci. Le nuage de points est limité par les droites Wl = 18 % et Wl = 50 % et appartiennent pour l'ensemble au groupe des argiles peu plastiques. Il n'existe pas de réelles différenciations entre les familles pédologiques définies au préalable : les ensembles se regroupent indifféremment.

Position des latérites du Sénégal avant compactage dans le diagramme de plasticité de Casagrande.

Position des latérites du Sénégal après compactage dans le diagramme de plasticité de Casagrande.

Les différents points expérimentaux se situent dans le domaine généralement réservé aux sols latéritiques ferrugineux. Mais aussi dans celui des argiles peu plastiques. En passant de l'état naturel à l'état compacté, on remarque un faible changement.

Conclusion :

Selon Gidigasu (1976) et Remillon (1967), la distinction entre sols ferrugineux et ferralitiques peut être visualiser par le diagramme de plasticité de Casagrande. Le Lyon Associates (Vallerga et al., 1969 ; 1971) quantifie cette distinction et met en évidence les relations suivantes :

- les sols ferralitiques sont apparemment plus plastiques que les sols ferrugineux,

- les sols tropicaux sont groupés selon une droite définie par Ip = 0,63.(Wl - 12) qui met en relief de hautes limites de plasticité.

Pour les graveleux du Sénégal, on peut remarquer que la majorité des points se localisent dans le domaine des sols ferrugineux définie par Remillon (1967), mais aussi dans celui des argiles peu plastiques. Enfin, l'influence de l'origine pédologique n'est pas nette selon le diagramme de plasticité de Casagrande. Dans la partie bibliographique, nous avons largement fait état de la différenciation des graveleux latéritiques selon les différentes classifications pédologiques. On a alors définit des graveleux ferrugineux, ferralitiques etc. Mais du point de vue de l'ingénieur, on peut se poser la question de l'intérêt que pouvait offrir des classifications de ce type. Selon Autret (1980), des études sur le Ghana montrent que : compte tenu de la dispersion des échantillons, il n'est pas facile de distinguer un graveleux ferrugineux d'un graveleux ferralitique, même par leur passant à 80 mm ou par l'Ip. Quoique en moyenne les matériaux ferralitiques étudiés soient plus plastiques (Remillon, 1967). De notre côté, c'est essentiellement par curiosité scientifique que nous tenterons de discriminer nos graveleux selon leurs appellations pédologiques. C'est une autre manière d'utiliser à son maximum les résultats de la banque de données géotechniques dont nous disposions.

Influence du compactage sur l'évolution de quelques caractéristiques géotechniques

Une comparaison des caractéristiques géotechniques entre l'état naturel et l'état compacté des latérites est rarement tentée, certaines caractéristiques ne sont déterminées dans les études d'ingénieur qu'à l'état naturel. En ce qui concerne la granulométrie, le fuseau change peu, les allures sont toujours identiques ; concernant les limites de consistance, le changement est plus net et il y a une nette évolution de la plasticité. La conséquence la plus importante qu' induit le compactage est d'une part la génération de fines particules et d'autre part la variation de la plasticité. Cela est d'autant plus important pour la tenue d'une assise routière, que les différentes spécifications en tiennent compte d'une manière importante. Certains auteurs introduisent la notion d'effondrement de la structure sous l'effet du compactage. Ce concept que relate Malomo S. (1981, 1983) révèle un comportement d'effondrement identifié seulement sur les sols latéritiques non remaniés et a été expliqué par l'existence de particules dégradables du sol qui se fragmentent sous la charge. Dans le cas d'essai de compression par exemple la fragmentation a lieu avant que la rupture du sol ne se produise. A l'étape du compactage, ce phénomène se reproduit et signifierait indirectement une perte de résistance par diminution de la plasticité, de l'augmentation des fines mais surtout de la diminution de la porosité par colmatage, indirectement de la perméabilité..

Caractéristiques granulomètriques

Les latérites sont généralement en structure concrétionnaire et ceci se réalise par agrégation des sesquioxydes (de fer ou d'alumine), positivement chargés autour des particules argileuses de charges négatives. Cette agrégation se bâti plus facilement dans le cas des oxydes de fer que dans celui des oxydes d'alumines (Evans, 1958 in Gidigasu (1976)). Cela ne suffit pas cependant pour corroborer l'idée d'une définition des latérites basée sur un fuseau type, encore moins pour consacrer le terme à une fraction particulière d'un ensemble plus vaste dénommé sols latéritiques. De nos jours ces conceptions sont certainement obsolète. Car il ne fait plus de doute que les latérites ne se distinguent pas par la seule allure de leurs courbes granulométriques. Ce qui est vrai cependant, c'est qu'une transposition rigoureuse des modes opératoires standards conduit souvent à des résultats erratiques. Dépendant surtout des conditions de préparation, les écarts peuvent être considérables si on les compare à d'autres matériaux. Les figures suivantes illustrent des modifications granulométriques induites par compactage sur les graveleux latéritiques du Sénégal.

Influence du compactage sur la granulométrie-Latérites du Sénégal

Influence du compactage sur la granulométrie-Latérites du Sénégal

De façon générale, le remaniement se manifeste au niveau granulométrique par une génération de fines, qui résulte de la désagrégation des concrétions ou pisolites et le phénomène est d'autant plus important que l'action mécanique est forte.

Evolution de la plasticité

Les latérites contenant en général du passant au tamis ≠40 (0,425 mm) en proportion importante, leurs caractéristiques mécaniques en dépendent forcément ; par conséquent, les règles régissant leur utilisation dans le cadre des structures routières, font toujours état des limites de consistance. Les conditions critiques sont spécifiées par référence à des valeurs de la limite de liquidité (Wl), mais surtout de l'indice de plasticité (Ip). La proportion des fines demeure aussi un critère d'utilisation de grande importance, deux raisons pouvant être évoquées :

a. d'abord parce que la qualité recherchée est avant tout la stabilité du matériau et pour ce faire, la matrice fine doit être maintenue au delà d'un pourcentage minimal de façon à pouvoir contenir par cohésion l'action abrasive du trafic. Une limite supérieure doit cependant être spécifiée pour contrôler une éventuelle perte complète de contact entre les éléments de gros calibre.

b. ensuite parce que les propriétés drainantes du matériau en dépendent.

Beaucoup d'auteurs rapportent des cas de chaussées ayant connu une ruine prématurée; parce que la question relative au drainage a été sous évaluée au départ. Le souci de concilier ces diverses exigences nous confine souvent dans des choix très limités voire quelquefois impossibles à réaliser. Auparavant, nous avions évoqué un phénomène difficile à contourner c'est à dire la génération de fines en fonction des conditions de traitement. La modification de plasticité, qui est un corollaire, est aussi préoccupante. Cette modification se conçoit bien en ce sens que la plasticité, par essence, reflète l'affinité mutuelle des grains du sol, sous différentes conditions de teneur en eau ; les facteurs influents sont alors la dimension et la nature minéralogique de ces grains. Or, un des effets de la désagrégation est justement de changer les proportions relatives des différents minéraux présents dans la partie fine. L'importance de la question a justifié les nombreux résultats publiés dans ce sens. Un caractère commun à ceux-ci est que la plasticité manifeste souvent une tendance à la hausse, par suite d'un remaniement ; l'augmentation s'appliquant sur Wl, alors que Ip reste stable (Terzaghi, 1958). L'explication s'appuie sur l'hypothèse que la concrétion se réalise essentiellement autour des particules argileuses, annihilant leur activité à l'état intact. La destruction de cette structure, obtenue par action mécanique, permet une dénudation de celle ci, restaurant de ce fait cette activité. Cependant, l'augmentation de plasticité par suite d'une déconcrètion ne peut être généralisée à toutes les latérites, comme on peut le constater sur la Figure IV.3. Pour ces matériaux, on observe en effet, une variation à la baisse. On est alors porté à croire, pour autant que les facteurs influents demeure ceux évoqués ci dessus, que la désagrégation peut avoir comme effet d'enrichir la partie fine en minéraux non argileux ; ceci reviendrait à admettre la possibilité d'une présence importante de quartz dans la partie interne des concrétions. Une étude principalement orientée vers l'aspect minéralogique du matériau, serait d'un apport important pour élucider ce comportement peu commun. Cet aspect constitue à notre avis une des spécificités des latérites du Sénégal.

Influence du compactage sur la plasticité-Latérites du Sénégal

Conclusion

La distribution granulométrique des sols latéritiques du Sénégal, ainsi que leurs caractéristiques de consistance varient de l'état naturel à l'état compacté. Ces changement ont pour conséquence une production de fines particules et une baisse de la valeur de la plasticité. Cela pourrait induire une baisse de la perméabilité, en ce sens que la production de fines particules a pour conséquence la cimentation encore plus accrue des concrétions graveleuses pour peu qu'il y ait un chargement et que ces fines soient argileuses. Et par effet de colmatage ceci réduirait la porosité de ces sols connus pour être très poreux. Ces caractéristiques sont des facteurs importants à prendre en compte pour la conception d'ouvrages routiers.

Statistiques sur la banque de données

Pour être rationnelle, toute utilisation de matériaux en corps de chaussée doit normalement s'appuyer sur un système de classification qui permettent à la fois :

a. de distinguer ou de différencier les matériaux,

b. de fixer certains critères quant à leur mode de sélection et de mise en œuvre,

c. aussi de tenir compte du paramètre de portance CBR, seul indicateur des performances d'un matériau pour son utilisation en technique routière.

Les spécifications routières dans les pays tropicaux placent l'indice CBR comme le paramètre incontournable pour le dimensionnent routier. Ainsi la connaissance de cet indice permet de définir l'épaisseur des couches de chaussées en utilisant l'abaque de Peltier. L'abaque de Peltier est une illustration de l'Essai WASHO (1955), ensuite de l'Essai AASHO (1956 - 1960) (Shook J.F. et Finn F.N., 1966) ; adaptée pour le cas des sols américains et européens, son emploi sans adaptation dans les pays africains a été justifié par l'inexistence d'un autre moyen de dimensionnent routier ou de spécifications sérieuses. L'étude de la portance ou Californian Bearing Ratio (CBR) d'un graveleux latéritique naturel en fonction de ses caractéristiques d'identification a intéressé plusieurs auteurs. Garabiol M. (1962 in Remillon (1967)) a établi une relation entre le produit mIp (module de plasticité) et l'épaisseur de chaussée. Remillon M. (1967) a trouvé une relation entre le produit mIp (module de plasticité), le CBR et la nature du graveleux (ferrugineux ou ferralitique). Fenzi N. (1972 in Autret (1980)) propose une relation entre le CBR des graveleux latéritiques du Cameroun et le passant au tamis de 0,42 mm. Autret (1980), en étudiant d'éventuelles corrélations sur des graveleux latéritiques remarque de grandes dispersions.

OBJET ET MOTIVATION DE L'ETUDE

Les Laboratoires africains disposent généralement de quantités importantes d'archives sur des études de graveleux latéritiques. Il a été tentant pour plusieurs organismes de trouver l'existence de corrélations entre le CBR et certains paramètres d'identification. Mais dans le même ordre d'idée, il fallait proposer des catalogues routiers pour le dimensionnement des chaussées. La considération particulière à cet effet est que cela soit de moindre coût, ensuite que la mise en œuvre soit d'une bonne praticabilité

TRAVAUX ANTERIEURS

Les travaux du Lyon Associates (Vallerga et al., 1969 ; 1971)

Le Lyon Associates avait initié un grand programme de recherche intéressant la presque totalité des pays africains sud-sahariens. Il avait pour but essentiel de générer une classification des sols latéritiques africains, de proposer de nouvelles méthodes de dimensionnement de chaussées sur assises latéritiques et de chercher de réelles corrélations entre la portance CBR et certaines caractéristiques physiques des sols latéritiques.

Les travaux du CEBTP (CEBTP - ISTED, 1984 ; 1990)

Un autre programme fut initiée par le CEBTP et concernait le Cameroun, la République Centrafricaine, le Congo, le Burkina Faso, le Togo et le Zaïre. Les variables retenues étaient la granulométrie, les limites d'Atterberg, la densité sèche maximale, la teneur en eau optimale et le CBR. De cette étude, il ressort d'une part que les paramètres de granulométrie ne sont pas indépendants et d'autre part que le refus, l'indice de plasticité et le produit fIp dépendent d'autres paramètres. En effet, de fortes dispersions furent observées, ainsi qu'un nombre limité de corrélations suffisamment significatives (sont considérées comme telles les valeurs de r > 0,5). La recherche de corrélations intuitives entre plusieurs paramètres, n'a pas donné de résultats satisfaisants ; il y a une forte dispersion des valeurs. De même des régressions multiples confirment les résultats précédents.

Conclusion :

Les diverses tentatives se sont toujours butées à la méconnaissance du paramètre de portance (CBR) qui semble généralement être indépendant des caractéristiques d'identification. En plus les études faites intégrent une quantité de données de provenances très diverses : cela peut sembler hasardeux du fait que les différents sols peuvent être de natures très différentes. Pour notre part, la démarche sera sensiblement différente, en ce sens, que nous tenterons de trouver des interconnexions simples ou multiples par l'analyse des données statistique. Ensuite, seulement après cette étape, nous tenterons à la fois une classification statistique utilisant l'approche probabiliste par la théorie des tests de signification. Il n'existe pas à notre connaissance de document faisant état de la démarche suivie pour aboutir à un système de classification. S'il a été basé sur des études de corrélations, et s'il repose sur un support statistique, tout cet ensemble de justifications ne semble pas avoir été publié. Par ailleurs, depuis 1945, des informations nouvelles sont venues compléter la masse des données dont disposait le CEREEQ : de nombreuses études routières et une quantité importante d'essais et de résultats s'ajoutent à celles dont on pouvait se prévaloir. Ces considérations constituent la justification principale de cette étude et elles déterminent les objectifs qu'elle s'est assignée et qui sont les suivants :

- reconstituer à partir d'une masse plus ample de données le support technique et statistique d'une classification en testant les corrélations qui peuvent exister entre les différents paramètres géotechniques qui définissent les graveleux latéritiques du Sénégal ;

- préciser et affiner, le cas échéant, les limites jusque là admises des différentes classes de graveleux ; en proposant de nouvelles si celles-ci se justifient ;

- jeter les bases d'un système permettant de mieux sélectionner les graves en fonction de leur destination dans les corps de chaussées ;

- afin, appréhender les "blocages" ou les problèmes sur lesquels doit s'orienter la recherche en vue d'une meilleure utilisation des matériaux.

L' étude suivante utilise la même banque de données qui a servi au chapitre précèdent. En plus des caractéristiques physiques de graveleux latéritiques et de la portance CBR, des identificateurs géologiques ou pédologiques (origine et nature de la roche mère) sont retenus.

Etudes des graveleux latéritiques du Sénégal

Etudes antérieures et comparaisons

Les travaux de Samb (1986), sur les mêmes données du CEREEQ ont permis d'établir une relation paramétrique logarithmique entre le CBR et le module de plasticité, de la forme :

A = 14,37 - 2,58log(CBR)

r=0,607 avec A = IpxPassant 0,1 mm

Ce travail n'aboutit pas à une classification des graveleux latéritiques du Sénégal. Nous avons retracé le même graphique. Pour cette fois le nombre d'individus est plus important. L'observation de ce graphique (Figure V.1) montre un nuage diffus : on observe une trop forte dispersion des points. Même par une relation logarithmique, nous n'obtenons pas un cœfficient de corrélation semblable à celui de Samb (1986). La représentation par familles est donnée à l'annexe II. Mais il faudra souligner que c'est la meilleure approximation que l'on puisse avoir sur cette banque de données, comme nous le verrons plus loin.

Influence de la fraction fine sur la portance CBR - Latérite du Sénégal

Remillon (1967) propose le diagramme de la figure ci-dessus et distingue les droites CBR = 6.z et CBR = 4,25.z (z =fxIp) en dessous desquelles correspondent des matériaux non graveleux. En deçà correspondent des graveleux latéritiques où on a les ferrugineux qui dépassent fréquemment 80 % de CBR, les ferralitiques au contraire restent dans une gamme plus modeste. Il conclut cette étude, en soulignant qu'il est pratiquement pas possible de prévoir la portance CBR en partant des caractéristiques d'identifications des matériaux. Nous avons reporté nos points expérimentaux sur le même diagramme et on peut distinguer, en dehors de quelques points marginaux, que les nuages de points se recoupent indifféremment. Ce genre de diagramme ne nous apporte pas plus d'information sur l'éventuelle possibilité de discriminer l'ensemble des observations par leurs identificateurs pédologiques.

Position des latérites du Sénégal dans le diagramme de Remillon (1967)

Grâce aux régressions simples, les régressions multiples, et les régressions pas à pas, on peut obtenir parfois des cœfficients de corrélations assez grands. En hiérarchisant les modèles, on pourrait les classer par degré de complexité:

- modèle construit à partir de deux mesures :

- modèle construit à partir de trois mesures :

- modèle construit à partir de quatre mesures :

Après cette étape, il faut vérifier si les régressions trouvées sont justifiées. Ainsi, on essaie de trouver un ajustement entre le CBR vrai et celui estimé, par exemple à partir de représentations du modèle de Samb (1985). Ainsi, avec n'importe quel modèle, l'approche du CBR est très mauvaise. Par exemple, pour un CBR estimé de 60 %, on trouve des CBR réels de 20 à 80 %, c'est à dire des catégories d'emploi routier différentes (Dufort M.-P., 1993).

Statistiques élémentaires

L'étude statistique porte sur 267 individus (chaque individu caractérise un gisement de graveleux latéritique). Les variables suivantes, W_opm, g_dmax., CBR et Ip, sont les plus significativement importantes puisqu'elles sont la base des différentes normes de dimensionnent établis (CEBTP - BCEOM, 1980; Normes Brésiliennes etc...). On peut tenter une première approche par le calcul des moyennes et écart-types. (Tableau suivant)

Variables	Moyenne	Ecart-type
m avant compactage	28,7	9,3
m après compactage	41,9	10,8
f avant compactage	16,5	7,3
f après compactage	21,9	8,1
Wl avant compactage	35,6	6,3
Wl après compactage	33,1	5,8
Wp avant compactage	16,4	2,7
Wp après compactage	15,9	2,8
Ip avant compactage	19,3	4,9
Ip après compactage	17,2	4,9
gdmax	20,9	1,2
Wopm	8,3	1,5
CBR	76,9	21,7
mIp	545,8	207,2
fIp	319,2	159,4
m - f	12,2	4,8

Statistiques élémentaires sur les variables les plus significatives

Si on considère les valeurs moyennes de CBR obtenues, on remarque que le matériau est tout à fait satisfaisant pour les couches de fondation et de base pour lesquelles on exige généralement des CBR respectifs de 30 et 80 %.

En fait, ces résultats sont mieux visualisés par une représentation sous forme de barres d'erreur autour de la moyenne. Cette démarche n'est possible que sous l'hypothèse d'une distribution normale des variables. Les tests montrent que les valeurs de la granulométrie présentent une certaine dispersion autour de la moyenne, celle des limites d'Atterberg est moindre. Wopm et la densité sèche maximale varient peu. Le CBR a une moyenne assez élevée (76,9), mais comme la dispersion autour de la moyenne est considérable, les matériaux sont dans l'ensemble de qualités très dissemblables (ci-dessus). Pour mieux décrire la répartition des valeurs, il est commode de représenter chaque variable sous forme d'un histogramme de fréquence (Annexe II). Les histogrammes sont rarement bimodaux, (et dans ce cas, ce n'est pas net), ils sont le plus souvent monomodaux et asymétriques. On ne cherche pas à les ajuster à une loi, mais on peut présumer une tendance de type loi normale. Ce résultat, nous permettra par la suite de comparer les moyennes par classes.

Enfin, un autre moyen d'étudier l'ensemble des mesures est d'obtenir la matrice de corrélation.

Etude de la matrice de corrélation

Ceci a été réalisée pour l'ensemble des variables (tableau V.2). Cela permet d'observer des affinités entre les variables (valeur absolue du coefficient de corrélation r) et le sens de variation des unes en fonction des autres (signe de r).

VARIABLES	CBR	gd max	f ac	f ap	m ac	m ap	Ip ac	Ip ap	Wl ac	Wl ap	WOPM	Wp ac	Wp ap
CBR	1
gd max	0,24	1
f ac	-0,49	-0,57	1
f ap	-0,48	-0,68	0,87	1
m ac	-0,47	-0,51	0,86	0,81	1
m ap	-0,34	-0,69	0,75	0,85	0,83	1
IP ac	-0,30	0,06	0,03	-0,03	-0,17	-0,20	1
IP ap	-0,31	0,21	0,00	-0,08	-0,15	-0,27	0,87	1
Wl ac	-0,33	-0,16	0,16	0,14	-0,06	-0,06	0,92	0,80	1
Wl ap	-0,35	-0,01	0,15	0,10	-0,04	-0,12	0,84	0,93	0,87	1
WOPM	-0,29	-0,77	0,49	0,57	0,48	0,53	0,03	-0,06	0,25	0,15	1
Wp ac	-0,23	-0,47	0,33	0,38	0,15	0,22	0,34	0,30	0,67	0,52	0,51	1
Wp ap	-0,17	-0,41	0,31	0,36	0,20	0,24	0,26	0,24	0,48	0,51	0,49	0,65	1

Matrice de corrélation sur l'ensemble des variables

Il est important de souligner que le coefficient de corrélation ne représente que le degré de liaison linéaire des variables (calcul par la méthode des moindres carrés), aussi il doit être manipulé avec beaucoup de précautions. Par ailleurs, on peut faire un rapide calcul du seuil de signification de r.

. Seuil de signification des coefficients de corrélation

L'estimateur du coefficient de corrélation théorique r est le coefficient de corrélation empirique r. Pour faire le test d'hypothèse sur r, on a besoin de la distribution d'échantillonnage de r. Pour r = 0, la distribution de r est symétrique et l'on utilise une loi de Student. Pour r ≠ 0, la distribution est dissymétrique. On se sert de la transformation de Fisher, qui suit approximativement une loi normale

- les corrélations les plus fortes du CBR, se font avec :

- logCBR est également assez bien corrélé avec

La liaison n'apparaît cependant pas très forte, et dans tous les cas ne permet pas une évaluation satisfaisante du CBR par ce biais . Les variables explicatives du CBR sont elles-mêmes parfois fortement intercorrélées (par exemple, Wlac et Wlap r = 0,92). Ces résultats nous amène à croire, que pour le CBR, il nécessite une étude beaucoup plus fine. Enfin, la figure V.3 ci-après montre une assez bonne corrélation entre la densité sèche et la teneur en eau à l'Optimum. Ce résultat est classique.

Evolution de la teneur en eau à l'Optimum en fonction de la densité sèche maximale - Latérites du Sénégal.

Analyses des données - interconnexions multiples

Analyse en composantes principales

Vu l'importance des variables qualitatives définies (pédologie et géologie) nous procéderons d'abord à une Analyse en Composantes Principales, ensuite à une Analyse Factorielle Discriminante. La recherche d'interconnexions multiples suppose d'abord d'éliminer les variables pour les quelles la corrélation est suffisamment significative. Sur 20 variables à traiter, nous n'avons retenu que les paramètres dont les relations ne sont pas bien définies, à l'exception des limites de consistance. Aux variables physiques nous avons ajouté une distinction par la pédologie (répartie en cinq classes : ferrugineux, ferralitique, halomorphe, hydromorphe, sol minéraux brut ; tirée de la carte pédologique du Sénégal (Maignien, 1965). Notre démarche vise ainsi à dégager des assemblages et aussi de chercher selon les types, des corrélations statistiquement significatives entre le CBR et les autres caractéristiques. En dehors des identificateurs pédologiques, les paramètres définis sont la granulométrie, les limites d'Atterberg, la portance CBR, la teneur en eau optimale, la densité sèche maximale, les produits fIp et mIp, leur différence. L'ACP est la méthode de base de l'Analyse des données. Elle permet de s'intéresser à la structure d'ensemble des individus observés sans chercher à en déduire des lois valables pour la population dont ils sont issus. Cela se rapproche de la statistique descriptive. L'objet est la description des données contenues dans un tableau individus - caractères numériques (les caractères qualitatifs étant remplacés sous la forme d'un tableau de variables indicatrices prenant les valeurs 0 ou 1). L'ACP remplace les caractères initiaux par des caractères non corrélés de variance maximale et d'importance décroissante. L'examen du cercle de corrélation permet d'interpréter les composantes principales et de repérer rapidement les groupes de caractères liés entre eux ou opposés à condition toutefois que les points soient proches de la circonférence (cercle de corrélation). Dans le cas de notre étude, plusieurs combinaisons peuvent être faites :

a. ACP retenant toutes les variables (variables qualitatives, variables quantitatives avant et après compactage),

b. ACP sans les variables qualitatives ;

c. ACP sans les variables après compactage.

Tous ces cas ayant été menés, nous exposerons ici, le cas de l'ACP retenant en plus des variables qualitatives (le cas global), les variables avant et après compactage. En effet, la disposition relative des nuages de points dans le plan des individus ou celle des variables dans le plan des variables est plus ou moins la même partout.

Résultats de l'ACP

Quatre axes ont été retenus (1, 2, 3, 4) et les plans suivants (12,13, 14). Les figures donnent la représentation des variables dans les plans 12,13.

ACP - Représentation des variables dans les plans factoriels

Interprétations des nuages de points sur les plans factoriels

Les contributions des axes I, II, III et IV sont respectivement de 45, 26, 11 et 9 % ; les plans factoriels retenus sont les plans 12, 13, 14. Ils sont bien représentatifs de l'analyse factorielle.

- sur le plan des variables

La première remarque est qu'il existe des assemblages assez distincts suivant les plans retenus. Ces assemblages sont le groupe granulométrie, le groupe limites d'Atterberg, ensuite à un moindre égard celui de la densité sèche et du CBR. La teneur en eau optimale entre dans le groupe des limites d'Atterberg. L'axe I est bien expliqué par les indices de plasticité, l'axe II par la densité sèche, le CBR et les teneurs en eau. Les nuages granulométrie - limites d'Atterberg se trouvent toujours étalés selon les axes II, III et IV et, proches du cercle de corrélation (r = 1) ; ils sont néanmoins séparés par l'axe I. Cela signifie que les paramètres de granulométrie et ceux de limites sont en relation normale, en d'autres termes les caractéristiques de granulométrie se déduisent de ceux des limites par une relation "normale" et vice versa. Aussi ces groupes bien individualisés sont en relation "inverse" avec le groupe (g_dmax, CBR) et toutes ces relations s'étalent selon l'axe II (plan 12, 13). Concernant le CBR, il est toujours assez éloigné du cercle de corrélation, si ce n'est qu'il est toujours relativement proche de g_dmax, dans les plans 12, 13 et se trouve être séparés par les axes II, III et IV. Enfin, on remarque que tous les identificateurs pédologiques se trouvent être expliqués par tous les autres axes à l'exception de l'axe I qui déterminent essentiellement les paramètres physiques d'identifications. En plus, ces mêmes identificateurs se trouvent généralement au centre du cercle, donc à corrélation très faible. L'exception est que la densité maximale est assez bien expliquée par les sols halomorphes. En n'incluant pas les caractères après compactage, on obtient les mêmes dispositions géométrique ; mais on obtient dans ce cas une variance sur l'axe II plus faible. Les caractères avant et après compactage étant liés.

- sur le plan des individus

En représentant les individus sur le plan 12 en fonction de leur origine pédologique (n'intervenant pas dans le calcul des axes), on peut étudier une affinité éventuelle entre des groupes d'individus de caractères proches et leur origine pédologique. En fait les informations apportées sont très limitées. L'axe I semble opposer les sols ferralitiques aux sols ferrugineux et halomorphes, mais ce n'est qu'une tendance, les nuages de points se recoupant très largement. Par exemple selon les axes III et IV, on peut remarquer (plan 13 et 14) qu'il existe une certaine discrimination, notamment des sols minéraux bruts, des ferralitiques, mais cette observation est justifiée, dans la mesure où c'est sur ces axes que sont discriminées les familles pédologiques (voir nuages des variables). Ainsi, chaque variable qualitative définit le centre de gravité d'un ensemble de points appartenant à la même famille. On peut toutefois souligner l'existence de certaines observations marginales et ainsi les sols ferralitiques apportent de bonnes corrélations avec la granulométrie, les sols halomorphes expliquent bien la densité sèche etc. Mais on remarquera que tous ces nuages se recoupent très largement, même s'il peut exister des valeurs assez marginales. Si on représentait maintenant le CBR (annexe II) comme caractère discriminant, on pourrait représenter les individus en fonction des classes de CBR auxquelles ils appartiennent (dans ce cas le CBR entre dans le calcul des axes) ; ainsi, le groupe qui semble le mieux se détacher est le groupe (CBR<35, une dizaine d'individus), mais encore une fois les groupes se recoupent très largement. On peut d'emblée retenir que les axes II, III, IV montrent l'isolement des différentes familles pédologiques sans relation évidente avec les autres caractéristiques physiques ou de portance.

On peut aussi avancer les considérations suivantes :

a. le résultat le plus important est qu' aucun paramètre géologique n'est bien corrélé avec les caractéristiques physiques et de portance ;

b. les nuages (CBR-g_d max.), ensuite granulométrie s'étalent (en fuseau) selon les axes II, III, IV. Une bonne approximation du CBR passera certainement par une relation CBR = f(g_d max., granulométrie).

La caractérisation des graveleux latéritiques du Sénégal en terme de nature de la roche parent ou de l'origine pédogenètique ne semble pas a priori adéquate, l'origine de la roche mère ne semble pas les différencier. L'observation des individus dans les différents plans atteste de cette absence de différenciation par la nature de la roche - parent.

ACP - Représentation des individus dans les plans factoriels

Conclusion

La majorité des spécifications routières définissent des classes de portance en fonction de l'origine pédologique ou climatique du graveleux latéritique naturel (Congo, Gabon, Zaïre, Brésil, Centrafrique, etc...). Sur cette base, on distingue des latérites sur calcaire, grès, marno-calcaire (Gabon) ou encore en zone de savane ou de forêt (Congo). En ce qui concerne les graveleux latéritiques du Sénégal les résultats de l'ACP ci-après semblent confirmer l'analyse de Nahon (1971) sur l'existence d'une même entité latéritique après latéritisation.

A savoir qu'après celle-ci, toutes les latérites ont une "configuration unique" et ce qui différencie plus une latérite d'une autre se trouve être le degré de cuirassement et de l'état où elle se trouverait.

Enfin, on peut remarquer que l'analyse multivariable par l'ACP ou la recherche d'interconnexions multiples ne permet pas, dans le cas de cette étude de dégager ou d'observer des corrélations suffisamment satisfaisantes. Même dans le cas de latérites appartenant à la même série stratigraphique (les latérites du Sénégal appartiennent pour la plupart à la même période géologique, Anté Continental Terminal).

Afin de confirmer l'ACP, nous allons tester une Analyse Factorielle Discriminante (AFD).

Analyse factorielle discriminante

L'analyse factorielle discriminante permet, à l'aide d'une visualisation sur un plan factoriel approprié, de décrire les liaisons entre caractères à expliquer et les caractères explicatifs. Considérons un ensemble d'individus sur lequel on observe un caractère qualitatif prenant q modalités. Chaque individus est repéré par une seule modalité de ce caractère, on a ainsi défini une répartition de l'ensemble des individus en q classes disjointes. Par ailleurs, on mesure sur les mêmes individus p caractères quantitatifs. On se pose le problème suivant : les q classes diffèrent-elles sur l'ensemble des caractères quantitatifs ? Nous avons vu que l'ACP n'a pas permis de discriminer nos observations par les q modalités que nous avions définies. Il nous faut dire aussi que le codage [0,1] apporte un poids supplémentaire à la variance totale, ce qui à notre avis biaise les résultats. Pour le cas de l'AFD, nous avons retenu cette fois, en plus des modalités définissant l'origine pédologique des graveleux latéritiques, la nature du substratum lui ayant donné naissance. Seulement il s'agit d'être extrêmement prudent pour cette dernière modalité. Car les distinctions faites par Maignien (1965) sur la pédologie sont certainement claires et correctes, surtout qu'elles sont en parties confirmées par plusieurs auteurs, ne serait ce que sur des portions du Sénégal (Maignien, 1965,1966), (Tesssier et al., 1965, 1975), USAID (1969), Nahon (1976). Seulement, concernant la nature de la roche parent ayant donné le graveleux latéritiques, il s'agit d'être très critique car ce sont en partie des suppositions généralement tirées des processus pédogenétiques et on sait que le profil latéritique peut naître d'un apport allochtone (apporté) ou autochtone (sur place). Enfin, concernant notre banque de données, nous nous sommes moins inquiétés, dans la mesure où les deux grandes familles définies par la pédologie correspondent généralement aux deux grandes familles définies par la roche originelle. On peut affirmer alors que seule l'origine pédologique suffit pour tenter de discriminer les individus. Ainsi, pour ces deux types de modalités, nous avons procédé à plusieurs combinaisons (six analyses factorielles) :

I. analyse factorielle retenant toutes les variables en changeant la modalité qualitative (roche parent ou origine du profil). Les contributions par rapport à l'inertie sont respectivement 72 et 78,5% ;

II. analyse factorielle retenant seulement les variables les plus importantes en changeant la modalité qualitative (roche parent ou origine du profil). Alors les contributions par rapport à l'inertie deviennent respectivement 89,3 et 91,2%.

Nous n'exposerons que ces deux combinaisons, pareillement à l'ACP, suivant la configuration retenue la disposition relative des points selon le plan des variables ou des individus est identique.

Résultats de l'AFD

Le tableau suivant résume les corrélations entre les paramètres les plus importants, il s'agit du cas intégrant les six variables les plus importantes et concernant la prise en compte de la pédologie comme modalité discriminante. On s'aperçoit que les corrélations les plus significatives sont celles qui concernent Wopm et la densité sèche (g_{d max.}) (r = - 0,769) ; les autres sont assez peu significatives.

	F<0,1mm (m)	F<2mm (f)	Ip	gd max	Wopm	CBR
m	1
f	0,861	1
Ip	-0,169	0,026	1
gd max	-0,512	-0,566	0,061	1
Wopm	0,478	0,485	0,032	-0,769	1
CBR	-0,465	-0,487	-0,301	0,241	-0,29	1

Matrice de corrélation (Pédologie)

En interprétant les nuages factoriels on en tire ces considérations :

- sur le plan des variables

Les plans retenus ont des inerties relativement importantes et les dispositions géométriques sont relativement identiques. Le résultat le plus important est que la densité maximale et la teneur en eau à l'Optimum sont opposés et selon l'axe I. Comme dans l'ACP, les nuages granulométrie et limites d'Atterberg se trouvent généralement séparés par l'axe II et sont en relation normale. Enfin, le CBR est isolé dans ces plans, généralement au centre du cercle ce qui justifie sa faible corrélation avec les autres paramètres dans la matrice de corrélation, en gros on pourrait dire qu'il est indépendant des autres paramètres.

- sur le plan des individus

On peut retenir que les sols qui dérivent des profils intergrades hydromorphes, intergrades ferrugineux (20 individus) semblent être mieux discriminés par rapport aux autres, cette constatation est identique à celle faite sur les sols hydromorphes. Ceci veut indiquer que ces sols donnent une bonne explication de la relation densité sèche - teneur en eau à l'Optimum. Par contre, les nuages ferrugineux, ferralitiques se recoupent complètement et même si sur certains plans ils montrent un isolement relatif, cela n'est qu'une tendance, le chevauchement est évident. Néanmoins l'étalement relatif selon l'axe I des sols ferralitiques est moins important que celui des sols ferrugineux. Cette observation est identique selon qu'il s'agit des grès et des sables. Ces derniers correspondent aux sols hydromorphes qui sont toujours très discriminés. Les plans sont observés dans leur globalité et ainsi il est relativement difficile d'observer de réelles discriminations entre les modalités telles définies, à part des tendances qui ont des significations très locales. En conclusion, on peut retenir que les résultats de l'AFD corroborent les résultats de l'ACP, à savoir que la discrimination par rapport à l'origine du graveleux latéritique n'est pas nette.

Plans de l'ensemble des variables (a - Pédologie discriminante; b - Roche mère discriminante)

Plans des individus (a - Pédologie discriminante; b - Roche mère discriminante)

Plans des variables essentiels (a - Pédologie discriminante; b - Roche mère discriminante)

Plans des individus (a - Pédologie discriminante; b - Roche mère discriminante)

Conclusion :

Aussi bien par une analyse en composantes principales qu'une analyse discriminante, nous n'avons pas pu discriminer significativement les graveleux latéritiques en fonction d'une quelconque origine. Les différentes études ont confirmés que le CBR était tout simplement indépendant des paramètres physiques d'identification. Ces résultats corroborent ceux du CEBTP (1984) et montrent que l'étude du facteur de portance devrait certainement être appréhendée d'une autre manière. Par exemple, des études sérieuses devraient essayer de comprendre la raison de cette indépendance. Ainsi, nous allons tenter de comparer la différence des moyennes en faisant intervenir soit le test de Gauss ou de Student, selon la taille des échantillons par famille.

Test de comparaison des moyennes par familles

La méthode

Nous allons comparer les différentes variables selon leur appartenance aux familles pédologiques suscitées. Encore une fois, nous retenons que les variables les plus importantes, à savoir m, f, Wopm, g_d max., fIp, mIp, CBR. Cette analyse ressemble dans son esprit à une analyse factorielle discriminante car elle compare aussi bien les moyennes que les variances interclasses. Seulement cette comparaison de moyenne prend en compte variable par variable et elle nous permet de suivre son évolution par rapport à des classes bien spécifiées, à l'occurrence la modalité de l' origine pédologique. L' intervalle de confiance pour le paramètre q, de niveau de confiance 1-a, définit un intervalle qui a la probabilité 1-a de contenir la vraie valeur du paramètre q.

(a) Quand la valeur z de la statistique S est en dehors de l'intervalle [-1,96 ; +1,96] pour le test de Gauss ou [-2,58 ; +2,58] pour le test de Student : z > 1,96 ou z < -1,96 ou encore t > 2,58 ou t < -2,58, on rejette l'hypothèse au seuil de 0,05. Il est équivalent de dire que la statistique de l'échantillon observé est significative au seuil 0,05.

(b) Dans le cas contraire, on accepte l'hypothèse (ou si l'on juge que c'est préférable, on ne prend aucune décision).

Résultats et analyse du test de comparaison des moyennes

Les tableaux suivants donnent les résultats pour les variables retenues :

Parmi toutes ces variables, l'indice de plasticité, la densité sèche maximale, l'indice portant californien (CBR) montrent qu'au seuil de 95%, il n'existe pas de différence significatives de la différence des moyennes entre les différentes groupes ou familles. Cependant, celle-ci existe entre les ferrugineux et les ferralitiques testées au seuil de 99%. Par contre pour les autres variables (granulométrie, produits mIp et fIp), entre les groupes existent des différences parfois très importantes. Ceci est certainement dû au fait que des roches différentes tendent à donner des produits d'altération certainement différents par leur texture et dimension de grains. Par exemple un schiste et un granite donneront des produits d'altération très différents de par la nature de leurs courbes granulomètriques. Cette même différence se répercute sur les produits de la granulométrie et de l'indice de plasticité. En conclusion, on peut retenir que l'analyse de la différence des moyennes confirme les résultats de l'analyse en composantes principales et l'analyse factorielle discriminante ; ainsi la discrimination des graveleux latéritiques de la banque de données en terme des variables qualitatives définies ne semblerait pas adéquate.

	Ferralitique (Ferral.)	Ferrugineux (Ferrug.)	halomorphe (halom.)	Hydromorphe (Hydrom.)	Intergrades ferrugineux	Intergrades hydromorphe	sols miné- raux bruts (S.m.B)
Moyenne	20,38	16,68	17,53	7,00	17,23	8,18	11,60
Ecart-type	8,11	6,24	4,00	4,27	6,07	2,99	6,29
Effectif	64	138	15	16	13	10	10
Ferrug.	++
halom.	(-)	(-)
Hydrom.	(++)	(++)	(++)
Int.Ferg.	(-)	(-)	(-)	(-)
Int.Hyd.	(++)	(++)	(++)	(-)	(++)
S.m.B	(++)	(++)	(++)	(-)	(+)	(-)

Comparaison de la fraction granulomètrique <  0,01 mm

1. - pas de différence significative entre les groupes au seuil de 95%

1. + différence significative entre les groupes au seuil de 95%

1. ++ différence significative entre les groupes au seuil de 99%

2. (-) pas de différence significative entre les groupes au seuil de 95%

2. (+) différence significative entre les groupes au seuil de 95%

2. (++) différence significative entre les groupes au seuil de 99%

(1 signifie test de Gauss pour F>30), (2 signifie test de Student pour F<30 individus)

	Ferralitique	Ferrugineux	halom.	Hydrom.	Int.Ferg.	Int.Hyd.	Sols bruts
Moyenne	18,92	18,67	20,33	22,00	18,85	22,91	20,10
Ecart-type	2,99	4,95	2,79	5,24	5,05	8,03	8,32
Effectif	64	138	15	16	13	10	10
Ferrug.	-
halom.	(-)	(-)
Hydrom.	(-)	(-)	(-)
Int.Ferg.	(-)	(-)	(-)	(-)
Int.Hyd.	(-)	(-)	(-)	(-)	(-)
S.m.B	(-)	(-)	(-)	(-)	(-)	(-)

Comparaison de l'indice de plasticité (Ip)

	Ferralitique	Ferrugineux	halom.	Hydrom.	Int.Ferg.	Int.Hyd.	Sols bruts
Moyenne	9,01	8,23	8,97	6,76	7,13	6,41	9,32
Ecart-type	1,30	1,25	1,42	1,28	1,36	0,89	1,62
Effectif	64	138	15	16	13	10	10
Ferrug.	++
halom.	(-)	(-)
Hydrom.	(++)	(++)	(++)
Int.Ferg.	(++)	(++)	(++)	(-)
Int.Hyd.	(++)	(++)	(++)	(-)	(-)
S.m.B	(-)	(-)	(-)	(-)	(-)	(-)

Comparaison de la teneur en eau à l'Optimum (Wopm)

	Ferralitique	Ferrugineux	halom.	Hydrom.	Int.Ferg.	Int.Hyd.	Sols bruts
Moyenne	20,01	20,96	20,24	22,28	22,06	23,07	20,47
Ecart-type	0,64	1,08	1,34	1,14	0,95	0,42	0,65
Effectif	64	138	15	16	13	10	10
Ferrug.	++
halom.	(-)	(++)
Hydrom.	(-)	(-)	(-)
Int.Ferg.	(-)	(-)	(-)	(-)
Int.Hyd.	(-)	(-)	(-)	(-)	(-)
S.m.B	(-)	(-)	(-)	(++)	(++)	(++)

Comparaison de la densité sèche maximale (g_d max)

	Ferralitique	Ferrugineux	halom.	Hydrom.	Int.Ferg.	Int.Hyd.	Sols bruts
Moyenne	71,48	80,34	78,00	75,81	66,62	71,18	84,90
Ecart-type	21,23	22,50	14,61	13,25	27,00	24,00	13,18
Effectif	64	138	15	16	13	10	10
Ferrug.	++
halom.	(-)	(-)
Hydrom.	(-)	(-)	(-)
Int.Ferg.	(-)	(+)	(-)	(-)
Int.Hyd.	(-)	(-)	(-)	(-)	(-)
S.m.B	(-)	(-)	(-)	(-)	(-)	(-)

Comparaison de l'Indice Portant Californien (CBR)

	Ferralitique	Ferrugineux	halom.	Hydrom.	Int.Ferg.	Int.Hyd.	Sols bruts
Moyenne	649,88	526,84	620,80	372,38	511,54	453,18	452,40
Ecart-type	258,82	158,70	150,25	132,58	218,19	171,65	306,52
Effectif	64	138	15	16	13	10	10
Ferrug.	++
halom.	(-)	(-)
Hydrom.	(++)	(++)	(++)
Int.Ferg.	(+)	(-)	(-)	(-)
Int.Hyd.	(+)	(-)	(+)	(-)	(-)
S.m.B	(+)	(-)	(+)	(-)	(-)	(-)

Comparaison du produit mIp (module de plasticité)

	Ferralitique	Ferrugineux	halom.	Hydrom.	Int.Ferg.	Int.Hyd.	Sols bruts
Moyenne	396,45	309,59	361,07	154,19	344,38	200,45	255,60
Ecart-type	193,36	128,28	112,27	92,29	183,48	113,94	176,60
Effectif	64	138	15	16	13	10	10
Ferrug.	++
halom.	(-)	(-)
Hydrom.	(++)	(++)	(++)
Int.Ferg.	(-)	(-)	(-)	(-)
Int.Hyd.	(++)	(++)	(++)	(-)	(+)
S.m.B	(+)	(-)	(+)	(-)	(-)	(-)

Comparaison du produit fIp

Essai de classification - Choix et répartition des classes de variables significatives

Nous avons signalé que l'analyse multivariable et la recherche d'interconnnexions entre variables n'ont pas permis de trouver de distinctions notables entre les différentes familles. L'objet de cette étude était de dégager par familles des corrélations statistiquement significatives et de proposer une classification tenant compte de cette discrimination. Mais en partant des considérations faites plus haut, la statistique de la classification prendra en compte la totalité des observations. Ainsi, la recherche d'une classification fiable doit retenir l'ensemble des individus, mais cette fois spécifiée selon des classes de variables explicatives. Alors, une analyse utilisant les plages de variation de certaines variables par classes semble alors plus appropriée. Les variables suivantes sont retenues, m et f (≠ passant tamis 20 et 23), les produits fIp et mIp et les classes de CBR généralement admises par les diverses spécifications routières (par expérience). Ainsi nous avons procédé de la sorte :

a. la recherche de corrélations intuitives,

b. analyse de la distribution des différents variables par classes de CBR (CBR < 30, 30 < CBR ≤ 80, 80 <  CBR ≤ 90 et CBR >  90) ou de mIp (mIp ≤ 300, 300 < mIp ≤ 700, mIp >  700) ou encore de f (f < 15, f < 25 et f < 35) ;

c. analyse de l'évolution statistique des variables selon ces classes par la moyenne, la déviation standard et les quartiles ;

d. classification selon ces intervalles de variables.

Justification des intervalles de variables

. Classes de CBR

Le manuel de dimensionnent (CEBTP, 1984) retient 5 classes de portance, qui correspond à une répartition assez homogène des divers types de sols rencontrés en pays tropicaux et équatoriaux (Tableau V.5).

S1	CBR <  5
S2	5 <  CBR <  10
S3	10 <  CBR <  15
S4	15 <  CBR <  30
S5	CBR >  30

Classes de portance (CEBTP, 1984)

La classe des sols de CBR > 80, qui figurait dans le manuel de 1972, a été supprimé. Pour le CEBTP, cette classe est peu fréquente. Ce n'est pas le cas des latérites du Sénégal qui montrent généralement une moyenne statistique de 80 % pour le CBR. Toujours est-il que les ingénieurs routiers admettent généralement des limites pour lesquels ils fixent des classes de CBR. Et ainsi :

a. si le CBR est de 30 % ou inférieur, il est retenu pour une couche de fondation ;

b. si le CBR est compris entre 30 et 80 %, c'est un bon sol pour couche de base, il peut toutefois nécessiter une amélioration à la chaux ou au ciment ;

c. enfin, si le CBR est supérieur à 80, il est excellent et ne nécessite pas d'amendement au ciment ou à la chaux. Mais peut toutefois être réglé par du sable, car étant généralement des terrains rocheux ou graveleux (CEBTP, 1984). Par contre en pays équatoriaux, la latérite est beaucoup plus argileuse.

Comme, on peut le constater, les arguments sont nombreux et divers. Mais, il faut convenir que les latérites de la zone sahélienne montre des valeurs de portance très élevées, cela fait leur particularité.

. Classes de mIp

C'est Garabiol (1962) qui définit pour la première fois cette variable et Remillon (1967) définit par la suite une différenciation par mIp. On admet actuellement, les classes mIp < 250, 250 < mIp < 600, mIp > 600. Selon que l'on utilise f ou m ces limites sont variables. Pour certains auteurs, la limite de granulométrie à 0,1 mm est largement suffisante pour décrire les graveleux latéritiques. Nous retiendrons cette dernière modalité. Au Sénégal, les analyses granulométriques sur les graveleux latéritiques s'arrêtent à 0,1 mm. Pour les produits fIp ou mIp, l'analyse par variable montre que pour les valeurs inférieurs à 300, entre 300 et 700, et entre 700 et 1000 sont définis des assemblages assez distincts en tenant compte de toutes les variables.

. Classes de la fraction granulomètrique f (< 0,1 mm)

Les avis sont très partagés à ce niveau. Mais, il est généralement admis des valeurs limites de 15, 25, 35. On justifie les intervalles de la fraction fine (f < 15, 15 < f < 25 et f > 28) par le fait que pour le premier on se trouve dans le domaine des graveleux caillouteux, donc plus cuirassés, pour le deuxième et pour le troisième dans le domaine des sols dits latéritiques ou kaolinitiques. Les matériaux contenant une fraction de fines supérieur à 35 % ne sont pas considérés comme étant des graveleux latéritiques ; il s'agit de sols fins qui peuvent être latéritiques (ferralitiques selon l'appellation moderne) ; mais dont l'influence de la matrice est prépondérante sur celui du squelette. Dans notre cas, les statistiques élémentaires donnent des limites différentes, alors forcément les classes qui en dérivent seront différentes.

Corrélations intuitives

Plusieurs relations ont été testées sans résultats satisfaisants. Aucune de ces relations ne permet de définir une bonne corrélation entre le CBR et les variables utilisées.

Distribution des paramètres

Cette analyse statistique prend en compte les paramètres les plus importants, entre autres, le CBR, la granulométrie, les teneurs en eau optimales, les densités sèches maximales, les limites d'Atterberg. Toutes ces variables ont été testées et évoluent pour la plupart selon une distribution normale. Les variables prises par couples définissent généralement des nuages difformes avec des droites de régression à coefficients très faibles. Le test par la moyenne mobile permet parfois d'observer une tendance pour les cas où le nuage est très diffus, mais ne nous apporte pas plus d'informations sur la question.

Classifications adoptées

Selon les classifications internationales classiques

- l' indice de groupe (Ig) varie de 0 à 13, avec une moyenne de 0,49 et un écart-type de 1,47 ;

- selon la classification du LCPC, la majorité des graveleux latéritiques du Sénégal appartiennent aux classes B₆ et B_3-4. (on a ici des sols avec un tamisat à 80 mm un peu plus abondant, donc la proportion de fines est importante) ;

_- selon la classification du HRB, ils appartiennent aux classes A₂₄ et A₂₇.

Classification en fonction de mIp ou fIp

Il est classique de diviser les latérites en trois groupes conformes à des usages routiers différents, sur la base de leurs position dans le plan (m ou f; Ip) et des valeurs de quelques autres paramètres (Ip, Wopm, g_dmax, m, f, et le CBR ). On a donc divisé l'ensemble des graveleux selon des classes de mIp puis de fIp, les valeurs limites étant choisies proches des valeurs communément admises. La description de chaque classe se fait au moyen de la représentation de Ip, Wopm, g_dmax, m, f, et le CBR sous forme de ses moyennes et déviations standard, et ensuite selon leurs répartition par histogrammes des valeurs.

On obtient les limites suivantes :

	Groupe I	Groupe II	Groupe III
	mIp < 300	300 < mIp <700	mIp > 700
Wopm (%)	5,5-8	6-10	7-12,5
Ip (%)	5-17,5	12,5-22,5	17,5-27,5
gdmax (kN/m^3)	22,5-24	19-23,5	18,5-21
m (%)	10-16	13-38	30-50
CBR (%)	80-125	50-110	20-80

Distribution des variables par intervalle de mIp

	Groupe I	Groupe II	Groupe III
	fIp < 250	300 < fIp<700	fIp > 700
Wopm (%)	5,5-10	6-10	7-11
Ip (%)	5-19	12-25	18-27
gdmax (kN/m^3)	22-24	20-23	19-21,5
f (%)	4-11	5-20	15-35
CBR (%)	80-120	60-110	20-80

Distribution des variables par intervalle de fIp

Ces valeurs sont assez proches des limites classiques, en ce qui concerne g_dmax,Wopm, mais le CBR est beaucoup plus élevé. Est ce à dire qu'il serait systématiquement surévalué ? C'est improbable, la définition de l'essai et sa mise en place est partout identique. Il est plutôt envisageable que les graveleux de la banque de données n'aient pas exactement les mêmes propriétés d'ensemble que ceux étudiés généralement. De plus, il faut souligner que les trois groupes définis ici l'ont été très empiriquement, et que le choix des plages de valeurs est soumis à une estimation personnelle. Cette estimation est une synthèse : on dégage des valeurs limites qui paraissent les meilleures, et on délaisse les valeurs marginales. Cette façon de faire est fréquente, on fait des groupes ou ensemble de manière très approximative. Dufort M-P (1993) quantifie l'approximation du pourcentage d'échec ou de réussite en tenant compte de la classification selon fIp ou mIp. Un simple programme permet dans ce cas de quantifier ce problème, ainsi si on modifiait les critères de choix ou les limites choisies ; elle montre que le pourcentage d'échantillons de sol affectés à une et une seule catégorie G1, G2 ou G3 est de :

54,3 % si l'on considère les 5 critères, et le plan mIp

55,4 % et plan fIp

61 % et la valeur de mIp

29,2 % et la valeur de fIp

On peut en tirer que dans le cas de notre banque de données, il vaut mieux déterminer l'appartenance du matériau à un groupe géotechnique du type G1 (mIp < 300), G2 (300 < mIp <  700), G3 (mIp > 700) dans le plan mIp que dans le plan fIp. Alors, on détermine d'abord la répartition par classes de variables selon les groupes G1, G2 et G3. Cette façon de faire permet de mieux visualiser les différences éventuelles selon ces classes par le critère mIp. Les figures suivantes donnent le répartition de ces variables suivant les classes de mIp.

Répartition du CBR par classe de mIp

Répartition de la teneur en eau optimale par classe de mIp

Réparttion de la densité sèche maximale par classe de mIp

Répartition de l'indice de plasticité par classe de mIp

Répartition de la fraction granulomètrique par classe de mIp

Nous avons vu, que selon le plan mIp ; la probabilité pour un échantillon d'appartenir à une et une seule classe était de 61 %. Pour maximaliser cette probabilité au niveau de chaque classe, on cherche d'abord des intervalles pour lesquels 95 % des valeurs sont comprises entre la moyenne augmentée ou diminuée de deux fois l'écart-type (en toute rigueur, il faudrait dire 1,96 fois l'écart-type). Sur le graphique suivant, nous avons porté à chaque fois en abscisse, la variable réduite de Gauss. Exprimée en valeur absolue, elle est l'écart réduit. En d'autres termes, ceci signifie que si l'on tire au hasard une valeur (ou une observation) parmi mIp, il y a une probabilité voisine de 0,95 (95 %) pour qu'elle ne s'écarte pas de la moyenne, dans un sens ou dans l'autre, de plus de deux fois l'écart-type. Enfin, cette représentation permet de visualiser encore la différence entre mIp pris selon les classes prédèfinies. La figure suivante permet de voir que seules quelques valeurs marginales s'écartent de l'intervalle [-1,96 ; +1,96] et justifie largement l'utilisation de cette classification. En plus on vérifie que les trois classes ainsi définies sont très distinctes.

Ajustement de mIp à la loi normale

De la même manière, on applique ce raisonnement aux autres variables selon les classes mIp. Pour cette fois, les valeurs limites (mIp = 300, mIp = 700) seront prises pour chaque variable. Ainsi, pour ces limites au seuil de 95 % et ainsi au niveau de chaque classe mIp, les variables retenues seront statistiquement explicatives au seuil de 95 %. Cette même démarche est appliquée aux autres variables et est illustrée aux figures suivantes :

Ajustement de f à la loi normale

Ajustement de Ip à la loi normale

Ajustement des la densité sèche maximale OPM à la loi normale

Ajustement de la teneur en eau optimale à la loi normale

Ajustement du CBR à la loi normale

En tenant compte des considérations précédentes , on établit un graphique selon le plan [(mIp ou f) ; Ip]. Et ainsi, connaissant quelques caractéristiques du graveleux latéritiques, on arrive à le situer sur l'abaque suivante.

Le domaine des trois classes se repère dans le diagramme (mIp ou f, Ip). Ce genre de graphique est inspiré du CEBTP (1984) qui a tenté une classification géotechnique des graveleux latéritiques en lieu et place des systèmes de classification existantes.

Les trois types retenues CI, CII, CIII sont caractérisés ainsi :

. CI : limité par f = 15 et mIp <  300 (quand Ip >  14). On peut les considérer comme les meilleurs graveleux dont :

- le CBR est systématiquement supérieur à 80 % ;

- la densité sèche de l'OPM est supérieure à 21 kN/m³ ;

- la teneur en eau optimale de compactage comprise entre 6 et 9 %.

. CII : limité par f entre 15 et 25 et mIp compris entre 300 et 700 (quand Ip >  20).

- le CBR est compris entre 70 et 100 % ;

- la densité sèche de l'OPM est comprise entre 20 et 22 kN/m³ ;

- la teneur en eau optimale de compactage comprise entre 8 et 9,5 %.

. CIII : limité par f entre 25 et 35 et mIp compris entre 700 et 1000 (quand Ip >  22).

- le CBR moyen est de plus mauvaise qualité ;

- la densité sèche de l'OPM est inférieure à 21 kN/m³ ;

- la teneur en eau optimale de compactage plus élevée que dans les autres classes.

En tenant compte des spécifications proposées, on peut avancer que le matériau CIII peut satisfaire une couche de forme ; CII une couche de fondation et CI une couche de base.

Classification des Graveleux latéritiques du Sénégal

Classification selon la portance CBR

La figure ci-après donne la distribution par classe du CBR. La distribution est unimodale et justifie largement que l'on puisse utiliser la loi normale.

Histogramme de l'indice portant (CBR)

Le premier intervalle (< 30 n'est pas assez représentatif), mais il constitue une limite pour laquelle le sol est considéré de faible portance. L' intervalle intermédiaire est pour les valeurs comprises entre 30 et 80. Enfin un CBR ≥ 80 est considérée comme excellent pour une couche de base. L'étude qui suit distingue trois classes de CBR pour lesquelles il s'agit dans un premier temps de considérer les valeurs moyennes des autres paramètres physiques et ensuite partant de la granulométrie et des limites d'Atterberg vérifier si pour des classes bien définies par le calcul correspondent des valeurs de l'indice portant ayant une réelle signification. Pour ce test , nous avons déterminé par intervalle de CBR (0-35; 35-95; 95-125) l'évolution des variables essentielles. La Figure V.14 ci-après montre la distribution des variables pour ces intervalles de valeurs de la portance.

Intervalles de confiance pour quelques paramètres géotechniques

Le Tableau suivant récapitule les moyennes par classes :

Intervalle de CBR	<30	30-80	80-90	>90
gdmax.	20,08	20,74	21,09	21,22
Wopm %	9,64	8,42	7,9	8,02
Ip	25,2	20,23	18,58	16,83
fraction <  0,1mm	27,4	18,04	14,49	12,95
fraction <  2 mm	44,2	30,37	26,4	24,63

Moyennes des différentes variables par intervalles de CBR

Le tableau suivant donne l'étendue (extremums) des différentes variables.

Intervalle de CBR	< 30	30-80	80-90	>  90
gdmax.	18,6-22,5	18,7-23,9	19,4-23,5	19,7-23,9
Wopm	7,5-11,6	5,1-12	5,8-11,1	4,7-11,5
Ip	19-36	7-33	6-35	5-28
fraction <  0,1 mm	12-37	2-50	4-24	5-23
fraction <  2 mm	20-63	11-61	10-46	13-40

Valeurs marginales des différentes variables

Enfin tout en tenant compte de ces valeurs moyennes des variables et de leurs étendues selon les différentes classes de la portance CBR, ensuite des limites généralement admises concernant les différentes couches de chaussées, on peut tenir compte des valeurs suivantes (tableau suivant) comme référence pour d'une part la couche de fondation et d'autre part la couche de base. Cela est explicité ici au Tableau suivant avec la mise en évidence de trois classes.

Paramètres	CI CBR<30	CII CBR 30- 80	CIII CBR > 90
gdmax.	20 mini	21 max	> 21
Wopm	> 9	8	mini 8
IP	< 25	18 - 20	<  16
Passant au tamis.20	27	14 - 28	>12
Passant au tamis.23	44	26 - 30	mini 24
CBR après 4j imbibition	< 30	30<CBR<80	>80
Gonflement linéaire	quasi nul	0,1	0,3

Plages de valeurs par intervalles de CBR

En adoptant la même démarche que selon la classification mIp (définition des limites de classes), on établit une classification cette fois-ci retenant comme paramètre explicative le CBR. On peut retenir les valeurs suivantes comme références. (tableau suivant)

Paramètres	couche de fondation	couche de base
gdmax.(kN/m3)	19 - 20	20,5 - 21,5
Wopm (%)	≥ 9	8 - 8,5
Indice de plasticité	13 - 17	19 - 22
Passant à 0,1 mm (AFNOR 20)	25	16 - 20
Passant à 2 mm (AFNOR 23)	44	24 - 30
CBR après 4j imbibition	≤ 30	> 65
Gonflement linéaire %	0 - 0,1	max. 0,3

Spécifications pour couches de chaussées

Synthèse des systèmes de classifications proposés

La classification en fonction du CBR peut sembler être beaucoup plus adéquate, le CBR étant le paramètre explicatif de ce test et de loin le paramètre le plus important. Seulement, cette variable est très peu liée aux caractéristiques d'identification. Ainsi, la répartition est biaisée par cette indépendance et le test statistique est plus médiocre. Par contre, la classification par mIp, fixe des limites de validité plus précises, en ce sens que les tests par intervalles de confiance donnent des valeurs moins dispersées. En plus, l'étude retient plusieurs paramètres fixés à l'avance dont on peut donner une explication, par exemple :

- l'indice de plasticité constitue un paramètre important de classification. Il influe sur les niveaux de portance et reflète les variations significatives de ces derniers ;

- pour chacune des classes CI, CII et CIII, l'étude a confirmé, tout en les précisant sur des bases objectives, les valeurs des autres paramètres qui permettent de mieux définir ces classes, notamment : l'indice CBR et les caractéristiques Proctor ;

- sur le plan de la granularité globale, le paramètre le plus important et de beaucoup le plus déterminant est le tamisat à 0,1 mm, les valeurs critiques correspondent aux limites de mIp ;

- enfin, ni la nature pédogenètique, ni la nature de la roche mère ne sont apparus comme des facteurs déterminants permettant de nuancer les systèmes conventionnels de classification.

Remarques :

1) La limite de 5 assignée à l'indice de plasticité et de 2 à 3 de la teneur en fine, découlent de l'analyse statistique effectuée sur les 267 emprunts considérés dans l'étude. Elles sont précisées pour bien ressortir que les graveleux dont il s'agit ici ne sont pas les "graves propres" au sens où les spécifications françaises (% fines <  5) et anglo-saxonnes (Ip <  6), l'entendent, l'imposition de telles limites à ces matériaux à l'état naturel étant irréalistes dans le cas des graveleux latéritiques du Sénégal.

2) La limite supérieure de 36 pour Ip, 35 pour f découle elle aussi des analyses statistiques effectuées. Elle est précisée pour souligner que toute valeur supérieure à cette limite correspond à des matériaux "fins" (argiles éventuellement graveleuses).

Conclusion :

Pour la classification en fonction du CBR, le manuel de dimensionnement (CEBTP, 1972) rapporte des valeurs similaires dans le cas de Wopm et gdmax pour le cas du Sénégal (les seuls résultats dont on dispose). Il faut signaler que les études faites auparavant sur le Sénégal se basaient sur une population généralement peu représentative et la classe intermédiaire définie ici n'y apparaît pas (classe C.II). Le manuel de dimensionnent des routes pour les pays tropicaux considère pour la classe III la fourchette de valeurs que nous retenons. Enfin, la classification en fonction de mIp, définit clairement des classes avec des intervalles de confiance plus précise. Cette classification nous semble la plus adéquate.

Conclusions

• L'objet de l'analyse multivariable (ACP, AFD) est de permettre de trouver dans un sens purement descriptif l'affinité de variables entre elles (quantitativement et qualitativement). On remarquera que la distinction par familles n'a pas abouti à un résultat significatif.

La recherche d'une classification doit tenir compte de la granulométrie, mais aussi et surtout de la plasticité (Vargas, 1990).

• La conception des routes en pays tropicaux, notamment en Afrique réside dans la recherche de l'économie. Ceci est justifiée par l'insuffisance des moyens disponibles. A cela s'ajoute le problème de la régularité et de la qualité des matériaux mis en œuvre, ce qui constitue une véritable difficulté.

Devant la durée éphémère des chaussées la notion de "route économique" devrait être redéfinie (Gbaguédi I., 1986). C'est partant de ce constat que les efforts successifs des administrations de transport sont très tournés vers la recherche des moyens de faibles coûts, entre autres définir des spécifications empiriques sur la base des paramètres physiques d'identification des sols. La recherche effrénée d'une corrélation du CBR avec ces mêmes paramètres s'est toujours butée à l'inadéquation entre un paramètre dit physique d'identification et un paramètre de portance donc mécanique (le CBR). Il est important de souligner que des moyens très importants ont été utilisés pour l'étude des sols latéritiques (par exemple, le Lyon Associates, 1969, 1971) et le but essentiel de ces travaux était la recherche de corrélations significatives entre graveleux latéritiques sur la base du CBR et des paramètres d'identification. Et rarement ces études se sont intéressées à la collecte de paramètres mécaniques, par exemple le comportement mécanique des sols latéritiques est rarement relaté dans les travaux scientifiques. Les travaux du Lyons Associates, Autret (1980), du CEBTP (1984) et celui que nous avons mené montrent la difficulté de corréler tout simplement le CBR avec les paramètres physiques. La tendance qui consiste à vouloir réduire l'aire géographique dans l'optique de trouver de meilleures corrélations ne nous semble pas être justifiée. Le travail de recherches pour aboutir par des moyens rationnels au dimensionnent routier est plutôt timide et se doit d'être encouragé. On pourrait se demander si les mauvaises corrélation du CBR avec les autres paramètres ne sont pas dues au fait qu'il n'existe pas d'essais standards pour ce genre de matériau. Ainsi, les valeurs retenues seront biaisées par la nature même des modes opératoires. Ceci est valable pour l'essai CBR. La recherche des causes de cette dispersion est nécessaire. Alors, il devrait être souvent possible de calculer un CBR à partir des paramètres d'identification et à obtenir des valeurs suffisamment fiables pour caractériser les classes de portance prises en compte dans le dimensionnent des chaussées. Les essais CBR réellement effectués serviraient alors à caler les valeurs calculées. Enfin, nous croyons que la dépendance du CBR avec telle ou telle autre caractéristique est à chercher dans les paramètres mécaniques comme, la compressibilité, la résistance au cisaillement ; mais il faut pouvoir proposer une méthodologie d'essai suffisamment proche des sollicitations mécaniques qu'une route est en mesure de supporter.