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

Résumé :

Endommagement par le gel de pierres calcaires utilisées dans le patrimoine bâti : étude du comportement hydromécanique Les matériaux de construction des monuments historiques, tels que les pierres naturelles, sont soumis à des conditions environnementales agressives, comme la variation de la température ou de l’humidité, la pluie, ou encore les polluants atmosphériques. Cela peut provoquer des modifications au sein de la structure même des matériaux. Ces variations peuvent engendrer de fortes contraintes mécaniques aboutissant à des altérations macroscopiques importantes et diverses comme des fissures, des desquamations ou des désagrégations granulaires. La pierre étant un matériau poreux hétérogène, la connaissance de la microstructure, les caractérisations minéralogique et physique sont indispensables à la compréhension du comportement hydromécanique du matériau lors de dégradations. Parmi les différentes conditions environnementales responsables d’altération au sein de matériaux de construction, nous nous intéressons au phénomène de gel-dégel de différents types de pierres calcaires. L’objectif de ces travaux de recherche est de corréler les propriétés microstructurales et minéralogiques de pierres calcaires saines et leurs évolutions, avec leurs propriétés mécaniques au cours de la fissuration sous l'effet des cycles de gel-dégel. Cinq calcaires, aux propriétés microstructurales et mécaniques variées, ont été sélectionnés pour cette étude : les pierres de Massangis, de Lens, de Migné, de Saint-Maximin et de Savonnières. L'évolution de l’endommagement des pierres calcaires est suivie au cours du vieillissement accéléré par la mesure des propriétés suivantes : la vitesse des ondes P,  les modules d’Young dynamiques et statiques, la résistance à la compression uniaxiale, la ténacité, la porosité totale et la distribution de la taille d’accès des pores. Le comportement thermo-mécanique des pierres est également 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.

Porteurs du projet

Doctorante : Charlotte Walbert

Structure de rattachement administratif : Université de Cergy Pontoise

Directeur (s) du projet (noms, structures):

Albert Noumowé, Professeur à l’Université de Cergy-Pontoise, Directeur de thèse.

Ann Bourgès, Ingénieur de Recherche au LRMH, Co- encadrante

Anne-Lise Beaucour, MCF à l’Université de Cergy-Pontoise, Co-encadrante

Javad Eslami, MCF à l’Université de Cergy-Pontoise, Co-encadrant

Durée : 3 ans

Date de démarrage : Le 1er octobre 2011

Date de soutenance : Le 18 mai 2015