Arthur Casagrande : L'homme qui a rendu le sol mesurable

Il existe une petite coupelle en laiton, montée sur une came, qui se trouve dans chaque laboratoire de mécanique des sols au monde. On la remplit d'argile humide, on trace un sillon au milieu, et on tourne une manivelle pour que la coupelle tombe d'une distance fixe, encore et encore, jusqu'à ce que le sillon se referme. Le nombre de coups vous indique quelque chose d'exact sur le sol. Avant qu'Arthur Casagrande ne construise cet appareil, les ingénieurs jugeaient l'argile en la pétrissant entre leurs doigts et en se faisant une opinion. Après, deux laboratoires sur des continents différents pouvaient tester le même sol et obtenir le même résultat. C'est à peu près toute l'histoire de la façon dont l'ingénierie des fondations a cessé d'être un métier artisanal.

Ajdovščina, Vienne et un violon

Casagrande est né le 28 août 1902 à Ajdovščina, alors partie de l'Autriche-Hongrie et aujourd'hui en Slovénie. Il était un enfant prodige du violon avant de se tourner vers l'ingénierie, et il était issu d'une famille déjà présente dans la profession. Il a suivi sa première année d'école à Linz, a déménagé à Trieste, a fréquenté la Realschule et a obtenu son diplôme en génie civil à la Technische Hochschule de Vienne en 1924, où il est resté comme assistant à temps plein du professeur Schaffernak au laboratoire d'hydraulique.

Son père est mort la même année. L'Autriche-Hongrie d'après-guerre s'était effondrée et n'avait pas de travail pour les jeunes ingénieurs ; alors en 1926, malgré les objections de sa mère et de son professeur, il a pris le bateau pour New York.

Une rencontre fortuite

L'Amérique ne fut pas immédiatement accueillante. Il a travaillé comme dessinateur d'acier pour Carnegie Steel dans le New Jersey. Puis, lors d'un entretien pour un poste au MIT, il a rencontré Karl Terzaghi — l'ingénieur autrichien qui venait d'inventer toute la base théorique de la mécanique des sols — et on lui a offert sur-le-champ un poste d'assistant privé auprès de Terzaghi.

De 1926 à 1932, Casagrande a été assistant de recherche au US Bureau of Public Roads, affecté au MIT, effectuant des tests de sol pour Terzaghi. Lorsque Terzaghi est retourné à Vienne en 1929, Casagrande l'a accompagné pour mettre en place un laboratoire de mécanique des sols, a visité les autres laboratoires européens, et est revenu au MIT en en sachant plus sur le côté pratique de ce jeune domaine que presque quiconque.

Rendre le sol mesurable

Terzaghi avait fourni la théorie. Casagrande a fourni les instruments, et la différence est plus importante qu'il n'y paraît.

Le sol n'est pas un matériau manufacturé. Deux argiles qui semblent identiques peuvent se comporter de manière complètement différente sous un bâtiment, et jusqu'aux années 1930, il n'existait aucun moyen convenu de décrire la différence. L'argile passe par différents états à mesure qu'elle absorbe de l'eau : cassante lorsqu'elle est sèche, plastique au milieu, effectivement liquide lorsqu'elle est saturée. Les teneurs en eau auxquelles elle passe d'un état à l'autre — les limites d'Atterberg — la caractérisent utilement. Mais les mesurer dépendait des doigts et du jugement de l'opérateur.

Le laboratoire de Casagrande au MIT a produit tout un appareillage d'objectivité : l'appareil de limite de liquidité, le test à l'hydromètre, le test capillaire horizontal, l'oedomètre pour mesurer la compression et la boîte de cisaillement. Il a apporté le test de cisaillement triaxial aux États-Unis, a été parmi les premiers à étudier comment le sol change de volume lorsqu'il est cisaillé, a reconnu ce qui arrive à la pression de l'eau entre les grains pendant le cisaillement non drainé, et a développé la procédure que les ingénieurs utilisent encore pour déterminer la pression de pré-consolidation d'une argile — la plus forte charge qu'elle ait jamais portée dans son passé géologique, qui détermine de combien elle se tassera sous une nouvelle charge.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, il a transformé tout cela en systèmes de classification pour le Corps of Engineers de l'armée et le Bureau of Reclamation, afin que n'importe quel sol puisse être classé dans une catégorie prédisant son comportement technique. Ce principe subsiste sous le nom de Système unifié de classification des sols (USCS).

Harvard

Il a rejoint Harvard en 1932 en tant que professeur assistant et, sur l'insistance de Terzaghi, a obtenu un doctorat à l'Université technique de Vienne la même année, n'en ayant eu aucun jusqu'alors. À Harvard, il a créé un programme d'études supérieures en mécanique des sols qui est passé de douze étudiants à plus de quatre-vingts après la guerre, et en 1946, il a reçu une chaire nouvellement créée en mécanique des sols et ingénierie des fondations. L'accent mis par le programme sur le travail en laboratoire et l'analyse des infiltrations est devenu le modèle copié dans le monde entier. Entre 1942 et 1944, il a fait suivre à environ quatre cents officiers de l'armée des cours intensifs de quatre semaines sur la construction d'aérodromes pour le Corps of Engineers.

Son acte d'organisation le plus marquant a eu lieu plus tôt. En 1936, il a convoqué la première conférence internationale sur la mécanique des sols et l'ingénierie des fondations — une idée que Terzaghi lui-même jugeait trop risquée à tenter. Cela a fonctionné, a établi la mécanique des sols comme indispensable au génie civil, et a produit ce qui est aujourd'hui la Société internationale de mécanique des sols et de géotechnique, que Casagrande a présidée de 1961 à 1965.

Liquéfaction et barrages

Son article de 1936 sur les caractéristiques des sols non cohérents affectant la stabilité des pentes et des remblais en terre a abordé un phénomène qu'il a nommé pour le domaine : la liquéfaction.

Le mécanisme mérite d'être énoncé clairement, car il tue des gens. Le sable meuble situé sous la nappe phréatique se comporte comme un squelette de grains avec de l'eau dans les interstices. Secouez-le — un tremblement de terre, une explosion, un chargement rapide — et les grains essaient de se réorganiser dans un empilement plus dense. L'eau ne peut pas s'échapper assez vite, elle prend donc la charge à sa place. La pression dans l'eau interstitielle augmente, les grains cessent d'appuyer les uns contre les autres, et pendant quelques secondes, le sol n'a plus aucune résistance. Il se comporte comme un liquide lourd. Les bâtiments s'enfoncent ; les barrages en terre s'écoulent.

Casagrande a passé le reste de sa carrière à étudier ce phénomène et les infiltrations, consultant sur des barrages en terre sur trois continents, sur les fondations de l'aéroport Logan de Boston, sur l'effet de l'onde de choc atomique sur les remblais du canal de Panama, et sur l'enquête sur la rupture du barrage de Teton. De manière caractéristique, il a plus tard préconisé de restreindre le mot liquéfaction aux cas de déformation-radoucissement drastique produisant un véritable écoulement, plutôt que de le laisser s'étendre en un terme fourre-tout.

Pourquoi Arthur est qualifié de génie

Cette affirmation repose sur un type d'intelligence spécifique et sous-estimé : savoir qu'une science est impossible tant que ses grandeurs ne peuvent pas être mesurées deux fois de la même manière. Terzaghi a produit les concepts ; Casagrande a produit les tests, les appareils, la classification et le programme d'enseignement qui ont permis aux ingénieurs ordinaires de les utiliser, puis a construit l'institution internationale grâce à laquelle le domaine pouvait débattre avec lui-même. Convoquer la conférence de 1936 contre l'avis de son mentor fut le jugement pivot de sa vie, et il avait raison. Ses instruments sont encore sur les bancs de travail quatre-vingt-dix ans plus tard, ce qui représente une durée de vie active plus longue que la plupart des théories.

Le contre-argument honnête est qu'il était, et est largement resté, le second. La théorie fondatrice de la mécanique des sols — contrainte effective, consolidation — est celle de Terzaghi, et le grand bond conceptuel n'était pas à Casagrande de le faire. Ses propres contributions sont empiriques : procédures, appareils, classifications et corrélations, immensément utiles mais pas des lois. Il y a quelque chose de tacitement révélateur dans le fait que sa distinction la plus prestigieuse fut d'être le premier récipiendaire du prix Karl Terzaghi, nommé en l'honneur de son professeur. Il est également arrivé à Harvard sans doctorat et n'en a obtenu un que parce que Terzaghi le lui avait dit. Face aux inventeurs de théorie, il est une figure moindre ; face à la question de savoir si les bâtiments s'effondrent, il pourrait être plus important.

Héritage

Casagrande est décédé le 6 septembre 1981. Il a été le premier Rankine Lecturer de la British Geotechnical Association et Terzaghi Lecturer de l'American Society of Civil Engineers, et le prix de développement professionnel Arthur Casagrande, qui soutient les jeunes ingénieurs géotechniciens, porte son nom. La discipline qu'il a aidé à construire est aujourd'hui la raison pour laquelle il est banal de placer un immeuble sur un sol meuble. La coupelle en laiton est toujours là aussi, inchangée, faisant exactement ce pour quoi il l'a conçue.