Les phénomènes de capillarité découlent de l’existence d’une tension superficielle des fluides qui se développe aux interfaces avec un autre matériau. Si l’on considère un tube de verre (fig. 7.2) de faible section, les forces d’adhésion qui se développent entre la paroi du tube et l’eau entraînent une remontée de l’eau dans le tube et la formation d’un ménisque . La hauteur atteinte par l’eau sera inversement proportionnelle au diamètre du tube d :

 (équation 7.2.a) ;

où T est la tension capillaire, ρ_w la masse volumique de l’eau, g l’accélération de la pesanteur et d le diamètre du tube.

Figure 7.2 : Tube capillaire et pressions correspondantes

En prenant les valeurs des différents paramètres à 20°, l’équation 7.2.a donne :

 si d est mesurée en mm.

Pour un tube propre de 0,1 mm de diamètre, la hauteur d’ascension capillaire est donc de 0,3 m.
Au dessus du niveau de l’eau libre sur la figure 7.2, se développe une pression d’eau négative.

(équation 7.2.b).

Les sols contiennent des pores dont la dimension est proportionnelle au d₁₀ (diamètre efficace), ces pores constituent un réseau et peuvent être assimilés à des tubes capillaires, toutefois, leur forme ne correspond pas évidemment à des tubes capillaires continus.

On propose (Terzaghi et Peck, 1967) de déterminer empiriquement la hauteur de remontée capillaire de la zone saturée au moyen de la formule suivante :

 (équation 7.2.c).

Où h_c et d₁₀  sont en mm, C est une constante comprise entre 10 et 50 mm² et e l’indice des vides, ce qui donne le tableau 7.1.

Tableau 7 .1 – Types de sol et remontée  capillaire (Terzaghi et Peck, 1967)

A titre de comparaison, le tableau 7.2 est proposé par Hansbo (1975), les valeurs sont pratiquement similaires.

Tableau 7.2 – Hauteur de remontée capillaire et types de sol (Hansbo, 1975)

On retiendra que dans les sols grossiers de type gravier, la hauteur de remontée capillaire est quasi nulle, alors que dans les argiles, elle peut être très importante si le milieu est continu.

Noter également que lorsqu’on abaisse le niveau de la nappe dans un sol par rabattement de la nappe, le sol ne passe pas de l’état saturé à l’état sec, car une partie de l’eau reste solidaire des grains du sol. La figure 7.3. illustre de manière schématique la répartition de l’eau dans le sol au dessus de la nappe lorsqu’il y a abaissement du niveau de la nappe (ligne A)  et « pure » remontée capillaire dans un sol initialement sec (ligne B). Il s’agit là des 2 extrêmes possibles des situations de l’eau capillaire.

Figure 7.3 : Eau capillaire dans un sol

Enfin, au dessus, de la zone saturée par capillarité, il y a encore des remontées capillaires qui entraînent une saturation partielle, on peut calculer la hauteur correspondante avec une formule empirique similaire à l’équation 7.2.c.

           où d₆₀ est le diamètre correspondant à 60 % du passant.

La figure 7.4 schématise ces différentes hauteurs et donne une vision globale de l’eau dans le sol au dessus du niveau de la nappe.

Figure 7.4 : Une vision schématisée de l'humidité du sol au-dessus de la nappe