Influence des propriétés physico-mécaniques des minéraux argileux dans l’altération de la pierre monumentale

  • Doctorant : Mathilde Tiennot
  • Ecole Doctorale : Université Pierre et Marie Curie (UPMC) -physique et chimie des matériaux
  • Pôle(s) scientifique(s) : Pierre

Sujet et description

Financement : Labex Matisse

Les matériaux de construction du patrimoine bâti français sont majoritairement des pierres sédimentaires qui présentent des microstructures hétérogènes. Les spécificités minéralogiques de ces pierres sont un facteur essentiel de leur durabilité, en particulier lorsqu’elles contiennent des minéraux argileux en quantité variable. Toutes les recherches suggèrent que c’est le gonflement périodiquement répété des argiles qui conduit à l’endommagement des pierres : en effet, il en découle une fatigue du matériau, propice à sa fragilisation ainsi qu’à des altérations macroscopiques importantes comme des fissures, des déplaquages et des desquamations.

Cette recherche multi-échelle a pour but d’établir l’influence des propriétés physico-mécaniques des argiles sur l’apparition de désordres et de dégradations dans les conditions naturelles d’exposition, subies par la pierre monumentale. Menée au LRMH et au Laboratoire de géologie de l’ENS de la rue d’Ulm, l’étude a permis de mieux comprendre ces mécanismes d’altération naturelle et à appréhender les paramètres déterminants dans l’initiation de la fissuration au sein des pierres mises en œuvre : les types, la quantité et l’organisation des minéraux argileux au sein des pierres, ainsi que leur état hydrique ont été pris en compte. Une approche en mécanique de la rupture a été proposée, de même que l’influence des minéraux argileux, mis en cause dans ce phénomène, a été étudiée et discutée. Trois pierres ont été sélectionnées : une molasse, un grès et une kersantite, présentant de nombreux exemples de desquamation lorsqu’elles sont exposées. Leur comportement hydromécanique a été caractérisé en tenant compte de leur anisotropie naturelle. Les propriétés élastiques, la résistance à la traction et la ténacité ont été mesurées après saturation, pour plusieurs humidités relatives en phase d’humidification et de séchage, et après plusieurs cycles de variations d’humidité relative. Un couplage de mesure des dilatations et des vitesses d’ondes acoustiques a permis un suivi précis de l’endommagement au fil des cycles. L’influence des minéraux argileux dans les processus d’altération a pu être vérifiée : ces phases ont été identifiées comme des facteurs essentiels de la dégradation, car elles constituent des plans de fragilité favorisant l’endommagement et la fissuration du matériau et ce, d’autant plus qu’elles se dilatent lors des sollicitations naturelles.

Direction : Ann BOURGÈS

Partenaire : Laboratoire de Recherche des Monuments Historiques (LRMH)

Collaboration : -

Encadrement : -

Durée : -

Date de soutenance : 31 mars 2017