Endommagement par le gel de pierres calcaires utilisées dans le patrimoine bâti : étude du comportement hydromécanique

  • Doctorant : Charlotte Walbert
  • Ecole Doctorale : Université de Cergy-Pontoise - Laboratoire géosciences et environnement (GEC)
  • Pôle(s) scientifique(s) : Pierre

Sujet et description

Financement : Labex Patrima

La composition minéralogique des matériaux du patrimoine bâti peut être plus ou moins réactive aux changements environnementaux, que ce soient des variations de température (dilatation thermique de la calcite) ou d’humidité (dilation hygrique et hydrique des minéraux argileux ou dissolution du gypse). Ces variations au sein même des matériaux peuvent engendrer de fortes contraintes mécaniques aboutissant à des altérations macroscopiques importantes et diverses comme des fissures, des desquamations ou des désagrégations granulaires.

L'objectif de cette recherche est de corréler les propriétés microstructurales et minéralogiques de différentes pierres calcaires saines et leurs évolutions, avec leurs propriétés mécaniques au cours de la fissuration sous l'effet des cycles de gel-dégel. Les mesures de porosité et d’agencements granulaires ont été associées aux propriétés mécaniques des matériaux sous différentes variations environnementales d’une part, et à l’étude des mécanismes de propagation de fissures d’autre part. Celles-ci ont permis de comprendre les mécanismes de fissuration des matériaux poreux de l’échelle microscopique jusqu’à l’échelle macroscopique, et ainsi de dégager les paramètres essentiels influençant leur durabilité et leur cinétique d’altération. L’étude consiste en un suivi dynamique des changements déterminants dans le réseau poreux de cinq calcaires aux propriétés microstructurales et mécaniques altérées au cours de cycles de gel/dégel : les calcaires de Massangis, Lens, Migné, Saint-Maximin et Savonnières. L'évolution de l'endommagement des pierres calcaires est suivie au cours du vieillissement accéléré par la mesure de la vitesse des ondes P, des modules d'Young dynamiques et statiques, de la résistance à la compression uniaxiale, de la ténacité, de la porosité totale et de la distribution de la taille d'accès des pores. Le comportement thermo-mécanique des pierres a également été étudié par des mesures des déformations et de la température (en surface et au centre des échantillons) pendant les cycles de gel-dégel. Ces recherches ont montré que l'évolution de la microstructure des pierres altérées et leurs propriétés mécaniques intrinsèques comme la ténacité, paramètre déterminant dans l'amorçage et la propagation de fissures, sont liés. En effet, la résistance des pierres aux contraintes provoquées par les cycles de gel/dégel dépend autant de leurs performances mécaniques initiales que de leurs porosités, notamment la part de leurs porosités naturellement accessible à l'eau par immersion et de leurs degrés de saturation naturelle. Cette recherche a montré qu’un lien direct existe entre l’évolution de la microstructure des pierres altérées et leurs propriétés mécaniques intrinsèques, comme la ténacité, paramètre déterminant dans l’amorçage et la propagation de fissures.

Direction : Albert NOUNOWE-NCHAMBOU

Collaboration : Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (L2MGC - Université de Cergy-Pontoise

Co-encadrement : Albert NOUMOWE-NCHAMBOU (L2MGC - Université de Cergy-Pontoise), Ann BOURGÈS (LRMH)

Durée : Octobre 2011 - avril 2015

Date de soutenance : 18 mai 2015