Retrait-Gonflement Argile

Dans cette activité, nous allons partir à la découverte des sols argileux, ces sols qui bougent au rythme de l’eau ! Nous verrons comment ils gonflent lorsqu’ils sont humides, se rétractent quand ils sèchent, et surtout comment ces transformations peuvent influencer la stabilité des constructions bâties dessus.

Difficulté

Easy Facile

Durée

20 minute(s) minute(s)

Disciplines scientifiques

Science de la terre, Mécanique

Argile, retrait, gonflement, fissure, sécheresse, pluie Retrait-Gonflement_Argile_rga-1.PNG

Introduction

L'expérience implique de laisser l'argile sèche s'imbiber d'eau et l'argile mouillée de sécher donc la mise en place de l'expérience est rapide mais il faut ensuite le laisser sécher ou s'imbiber plusieurs jours.

Les sols argileux sont constitués de particules très fines de minéraux silicatés (phyllosilicates) — c’est-à-dire des feuilles empilées de silice et d’alumine, avec des propriétés particulières.

Quand ces particules sont exposées à l’eau ou à la sécheresse, elles présentent deux phénomènes opposés :

• Gonflement : l’argile absorbe de l’eau, les particules se séparent, l’espace interfeuilletaire augmente, ce qui provoque une expansion volumique.
• Retrait : à l’inverse, quand l’eau s’évapore ou est retirée, l’argile se contracte, l’espacement diminue, et le volume se réduit.

Ces phénomènes sont particulièrement importants dans les zones bâties, car un sol qui gonfle ou se rétracte peut générer des déformations, des fissures voire des affaissements.

Cette expérience vise à visualiser et comprendre ces effets de gonflement et de retrait des argiles

• Matériel et outils

Mortier et pilon

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"Le mortier est un récipient permettant de broyer des matières que l'on veut transformer en pâte ou en poudre grâce à l'action d'un pilon. Mortier et pilon sont souvent fabriqués en pierre, en bois, en céramique ou porcelaine, en métal ou en verre." (source Wikipédia)

Mortier et pilon

Argile en poudre

L'argile est une roche sédimentaire naturelle composée principalement de particules très fines de minéraux silicatés (comme les phyllosilicates). Elle a la particularité de devenir plastique et malléable lorsqu'elle est mélangée à de l'eau, puis de durcir après séchage ou cuisson.

Elle est utilisée dans divers domaines : Céramique et poterie : fabrication de briques, tuiles, vaisselle, etc. Construction : dans les enduits et les terres crues (torchis, pisé). Cosmétique : masques pour la peau, cataplasmes.

Industrie : fabrication de ciment, papier, etc.

Argile en poudre

Eau

L'eau est une substance essentielle à la vie. Transparente, sans goût et sans odeur, on la consomme le plus souvent dans son état liquide.

Eau

Barquette

Petit récipient léger et rigide utilisé pour le conditionnement de produits alimentaires.

Barquette

Carton

Le terme carton désigne certains types de papiers généralement caractérisés par une rigidité, une épaisseur et/ou un grammage relativement élevés ; cependant, la distinction peut être faite en fonction des caractéristiques et de l’emploi. Par exemple, certains matériaux cannelés légers sont considérés comme des cartons alors que les feuilles de papier buvard ou certains supports artistiques à fort grammage sont considérés comme des papiers.

Carton

Emporte-pièce

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moule à gâteau en métal

Emporte-pièce

Saladier

Un saladier est un récipient de grande taille utilisé pour servir la salade. On peut également l'utiliser, par exemple, pour battre des œufs en neige. Il peut être en terre cuite, faïence, cristal taillé ou, de nos jours, en verre ou en matières plastiques.

Saladier

Étape 1 - Construction

La première partie consiste à montrer la prise de volume de certaines argiles lorsqu’elles absorbent de l’eau.

Commencer par fabriquer un contenant pour l’argile.

C'est possible avec du carton, qui va pouvoir se déformer avec la dilatation de l’argile, ou avec un emporte pièce, qui ne se déformera pas et alors l’argile débordera du moule.

On peut faire une 2ème version à coté remplie de sable pour voir la différence à la fin de l’expérience.

Placer votre contenant dans une assiette plutôt creuse, avec un sopalin au fond pour l’emporte pièce car ce dernier est en métal, il ne laissera pas l’eau passer dans l’argile. Pour le carton l’eau passera à travers par capillarité.

Étape 2 - Remplissage

Remplissez votre contenant de poudre d’argile bien tassée.

Si elle n’est pas tassée, il y aura beaucoup d’air et la prise de volume de l’argile se fera dans ces vides d’air sans augmentation apparente de volume.

Il faut cependant remarquer qu’en tassant, on augmente le temps que va mettre l’eau à passer dans l’argile.

Lorsqu'une couche d'argile se situe à plusieurs mètres de profondeur dans le sol, l'eau peut passer à travers. La vitesse à laquelle l'eau traverse l'argile dans ce cas là est de l'ordre d'1 mm/h (soit 3000 fois plus lent que notre vitesse de marche normale).

Attention au type d’argile utilisé, l’argile de modelage ne fonctionnera pas, en effet elle est choisie pour sa très faible dilatation pour éviter la fissuration des pièces au séchage. Ici on préférera de l’argile verte, de la bentonite ou de l’attapulgite (ces 2 dernières étant utilisé dans la construction pour des usages spécifiques mais qu’on trouve dans le commerce comme litière pour chat « minérale non agglomérante »)

Étape 3 - Mise en place - Etape 1 Gonflement

Dans un premier temps nous allons observer ce qu'il se passe lorsqu'un sol argileux est impacter par une forte periode de pluie.

Après avoir placé la construction à un endroit où elle pourra rester plusieurs heures ou jours, verser de l'eau dans le fond du récipient.

Sur une des constructions, il est interressant des placer une plaque avec des poids et petites maisons d'un coté (ainsi qu'un des niveaux à bulles qui permet de savoir si le sol est horizontal c'est à dire qu'il n'est pas penché dans un sens ou dans l'autre. )

Lors de l'instalation, la bulle est bien centrée mais aillant placé toutes les maisons d'un coté, nous pouvons nous demander ce qu'il se passera lors du gonflement du "sol".

Placer un niveau à bulle sur un ou plusieurs des moules permet d'observer l'évolution du niveau du sol tout au long de l'experience.

Étape 4 - Observations

Au bout de quelques heures ou jours, selon l’épaisseur d’argile et sa nature, on peut observer les changement .

Ici, le carton est bombé et a rompu à un de ses coins à cause de la dilatation de l’argile.

Sur la version avec emporte pièce, le niveau à bulle indique que le sol s’est incliné et les maisons qui étaient dessus aussi. Dans la réalité si une maison est construite sur une couche d'argile qui gongle, et que le sol s'est incliné cela peut être catastophique. On obtient plus souvent une fissuration catastrophique des murs qu'une tour de Pise.

Étape 5 - Mise en place de - Etape 2 Retrait

Après avoir mis avant le gonflement des sols argileux en présence d'eau et leur effets potentiel sur les habitations on peut se questionnner sur que ce passe-t'il quand, au contraire, un sol argileux est fortement asséché.

En effet, selon météo france, les periodes d'extrêmes précipitations se multiplient et les periodes de secheresses sont de plus en plus longues.

Dans le cas de periode de secheresses le sol se vide de son eau, l'argile se rétracte et se fissure, on parle alors de retrait.

Pour observer ce phénomène de retrait, il suffit de laisser une de nos construction sans eau pendant plusieurs jours.

On peut aussi créer une pate d'argile verte (eau+ argile) et en étaler une fine couche sur une plaque de plastique ou métalique.

Étape 6 - Observations

Après quelques jours, on oberve que l'argil séchée se fissure de par et d'autres.

De plus, sur notre construction dans l'emporte pièce on observe une diminution de la hauteur du sol.

Étape 7 - Conséquences sur les maisons et batiments humains

Lorsque des bâtiments sont construits sur des sols argileux, les variations d’humidité provoquent des mouvements de retrait et de gonflement du terrain. Ces déformations différentielles entraînent des contraintes sur les fondations, qui peuvent à terme fragiliser la structure du bâtiment.

L’image issue du BRGM illustre ce phénomène par une fissure murale typique, témoin des efforts mécaniques accumulés et, dans certains cas, précurseur d’un risque d’instabilité.

Comment ça marche ?

Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?

Attention au type d’argile utilisé, l’argile de modelage ne fonctionnera pas, en effet elle est choisie pour sa très faible dilatation pour éviter la fissuration des pièces au séchage. Ici on préférera de l’argile verte, de la bentonite ou de l’attapulgite (ces 2 dernières étant utilisé dans la construction pour des usages spécifiques mais qu’on trouve dans le commerce comme litière pour chat « minérale non agglomérante »)

Explications

Les argiles sont des minéraux phyllosilicatés constitués de feuillets microscopiques empilés les uns sur les autres. Ces feuillets présentent une grande affinité pour l’eau : ils peuvent adsorber et incorporer des molécules d’eau dans leur structure cristalline. Ce processus provoque une augmentation de l’espacement interfoliaire, entraînant ainsi une dilatation du volume du matériau, phénomène appelé gonflement.

Inversement, lors d’une déshydratation — par évaporation ou par baisse du taux d’humidité du sol — les molécules d’eau quittent ces interfeuillets, les particules se rapprochent et le volume total du sol diminue : c’est le retrait.

Ce comportement, comparable à celui d’une éponge qui se dilate lorsqu’elle est mouillée puis se contracte en séchant, s’observe dans les sols argileux à grande échelle. Dans certaines argiles à forte capacité de rétention, les variations volumétriques peuvent atteindre 10 à 15 %, provoquant des mouvements de terrain significatifs.

Le principal danger réside dans la non-uniformité de ces mouvements (retraits ou gonflements différentiels). Les fondations rigides des bâtiments ne s’adaptent pas à ces déformations différentielles du sol, ce qui engendre des contraintes mécaniques internes susceptibles de provoquer des fissurations ou des désordres structurels.

Ce phénomène de retrait-gonflement des argiles (RGA) représente aujourd’hui le deuxième risque naturel le plus coûteux en France, après les inondations. Sa particularité est son caractère progressif et cumulatif : contrairement aux catastrophes soudaines comme les séismes, le RGA agit lentement, mais de manière continue, affaiblissant les structures au fil des cycles saisonniers d’humidification et de dessiccation.

Éléments pédagogiques

Objectifs pédagogiques

• Comprendre la nature des sols argileux : leurs caractéristiques minéralogiques (feuillets microscopiques, phyllosilicates) et leur capacité à absorber ou libérer de l’eau.

• Observer expérimentalement les phénomènes de gonflement (absorption d’eau → augmentation de volume) et de retrait (évaporation d’eau → diminution de volume) dans un échantillon d’argile.
• Mettre en évidence les conséquences de ces variations volumétriques sur la stabilité des terrains : inclinaisons, déformations, fissures.
• Relier ces comportements à l’échelle d’un terrain ou d’une construction : comprendre comment les mouvements différentiels d’un sol argileux peuvent endommager les fondations d’un bâtiment.
• Sensibiliser aux facteurs aggravants (ex. cycles humidité/sécheresse, changement climatique) et aux enjeux liés à la gestion des sols et à la construction dans des zones à sols argileux.

Pistes pour animer l'expérience

Ce sont des animations où il faut attendre un certains temps pour le séchage ou le gonflement de l'argile qui se réalisent sur plusieurs heures il est donc important de les lancer au début d'un atelier comprenant d'autres expériences et observer les résultats en fin de séance voir le lendemain pour du séchage.

Sources et ressources

Pour en apprendre d'avantage sur les risques associés.

https://www.georisques.gouv.fr/consulter-les-dossiers-thematiques/retrait-gonflement-des-argiles

https://meteofrance.com/le-changement-climatique/quel-climat-futur/comment-le-changement-climatique-modifie-les

https://geotechniquehse.com/retrait-gonflement-argiles-rga-guide-complet/

Quelles zones géographiques sont les plus impactées :

https://www.adaptation-changement-climatique.gouv.fr/dossiers-thematiques/impacts/retrait-gonflement-des-argiles

Fiche réalisée dans le cadre du projet FEDER acculturation climatique.

Dernière modification 23/10/2025 par user:Amandine G.

Published