Description

Le rôle des sulfates de sodium dans l’altération des roches et autres milieux poreux : application à la conservation et restauration du patrimoine bâti.


Nature du projet : Thèse

 

Description

L’altération par les sels est considérée comme un important mécanisme de dégradation des roches dans des environnements variés (régions polaires, désertiques, côtières) terrestres et extra-terrestres (Mars en particulier). Cette altération est également reconnue comme une cause majeure d’endommagement de nombreux matériaux du patrimoine bâti comme les pierres, mais aussi les briques ou les bétons. Les sulfates de sodium, provenant en grande partie des pluies acides et de la pollution atmosphérique, sont admis comme étant les sels les plus destructifs pour ces matériaux. C’est ainsi qu’ils sont couramment utilisés dans les études expérimentales sur l’altération des roches naturelles ainsi que dans les tests de durabilité des matériaux. Malgré leur utilisation généralisée, le rôle de ces sels demeure mal connu en raison des nombreuses phases que présente le système Na2SO4-H2O (eau + sel). De plus, l’altération des matériaux poreux par les sulfates de sodium ne résulte pas préférentiellement d’une phase mais plutôt de successions de transitions de phases ou chemins de cristallisation. Leur étude est par conséquent très importante pour comprendre les processus de cristallisation de ces sels dans les réseaux poreux.

En conditions environnementales "normales", les sulfates de sodium comprennent 2 phases stables :

-          une phase anhydre (sans eau - la thénardite Na2SO4)

-          une phase décahydratée (avec 10 molécules d'H20 - la mirabilite Na2SO4- 10H20).

Une phase hydratée métastable (qui n'est pas stable en théorie, mais qui paraît tel en raison d'une vitesse de transformation lente) est très souvent observée lors d'un refroidissement d’un matériau saturé d’une solution de sulfate de sodium: c'est la phase heptahydrate (avec  7 molécules d'H20 : Na2SO4-7H20).

Hormis quelques études, l’effet destructif des sulfates de sodium est attribué à la mirabilite plutôt qu’à la thenardite. Le rôle des autres phases n’est en général pas considéré, en particulier celui de l’heptahydrate. Bien que connue depuis le milieu du XIXe siècle, cette phase a été négligée dans pratiquement la totalité des travaux de ces 30 dernières années portant sur l’altération saline. Depuis 2008 elle fait l’objet de nombreuses publications. Les relations entre la mirabilite et l'heptahydrate sont encore mal comprises mais il semble que l'heptahydrate soit un précurseur de la mirabilite et la communauté s’interroge sur son impact au cours des processus d’altération géochimiques et planétaires.

C’est ainsi que nous réalisons des tests de vieillissement accéléré dans des conditions de température favorables à la formation de l'heptahydrate (à 20°C i.e. < à la température limite de métastabilité de l'heptahydrate) et d’autres défavorables à l'heptahydrate mais favorables à la mirabilite (30°C i.e. > à T lim heptahydrate et < à T limite mirabilite).

Cette thèse consiste essentiellement en une approche expérimentale en laboratoire et fait suite à la thèse d’Angeli M., soutenue en 2007.

 

Intérêts sociétaux et valorisation

La thèse apportera une meilleure compréhension des processus de cristallisation qui jouent un rôle clef dans les endommagements générés par les sels sur de nombreux matériaux du patrimoine bâti. Ce travail de recherche permettra donc de poser un diagnostic complet afin de mettre en œuvre, par la suite, des actions de conservation à la fois préventive et curative, plus efficaces et plus adaptées.


Mots-clés

altération, biochimie, caractérisation, conservation, écologie, matières, pierre, restauration

Détails d'organisation

tl_files/patrima/portraits/images/Melanie-Denecker.jpgDoctorante : Mélanie Denecker est une étudiante qui a réalisé ses études à l’Université de Strasbourg. Elle a suivi un cursus universitaire de géologie : elle a obtenu en 2008 la Licence de « Sciences de la Terre, de l’Univers et de l'Environnement » (Option Géologie-géochimie) et en 2010, le Master de « Sciences de la Terre » (Option Géologie, mention AB)

Structure de rattachement administratif : Université de Cergy Pontoise

Directeur (s) du projet (noms, structures) : Ronan Hebert (Directeur de thèse, Laboratoire Géosciences et Environnement GEC), Beatriz Menendez (co-directrice, Laboratoire Géosciences et Environnement GEC), Ann Bourges (co-directrice, Laboratoire de Recherche des Monuments Historiques LRMH)

Collaborations : Lionel Esteban et Joel Sarout (The Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, Australie), Andrea Hamilton (Université d'Édinbourg, UK); Eric Doehne (Conservation Sciences - Los Angeles, USA)

Durée : 3 ans

Date de démarrage : 01 octobre 2010