Soutenance de Thèse de Martin Vigroux

Cette étude s’intéresse à l’altération des pierres de construction utilisées dans les monuments historiques lorsque celles-ci sont exposées à des conditions environnementales extrêmes. Les deux sollicitations sévères abordées durant cette thèse correspondent aux hautes températures (situation incendie) et aux cycles de gel-dégel.

La première partie de ces travaux concerne l’étude du comportement à hautes températures de diverses pierres naturelles. Tout d’abord, des mesures expérimentales à chaud ont permis l’identification des mécanismes élémentaires au cours du chauffage et refroidissement. Ainsi, l’influence de la minéralogie sur la stabilité thermo-chimique de pierres calcaires et siliceuse a été avancée. De plus, des mesures de déformation thermique jusqu’à 1050 °C ont mis en avant le rôle de certains paramètres pétrophysiques sur le comportement mécanique de ces pierres à hautes températures. L’évolution des propriétés thermiques au cours du chauffage a été déterminée. Par ailleurs, l’évolution des propriétés résiduelles (résistance en compression, résistance en traction, module d’élasticité dynamique, porosité totale, coefficient de capillarité) après des cycles de chauffage-refroidissement jusqu’à 800 °C a été déterminée expérimentalement. Des observations microscopiques, couplées à des analyses de porosimétrie au mercure ont permis d’évaluer la modification du réseau poreux. Les résultats de cette étude contribuent au diagnostic des ouvrages et biens patrimoniaux en pierre ayant subi un incendie. Il s’agit d’une part de pouvoir évaluer les conséquences de l’incendie sur la tenue structurelle de l’ouvrage et d’autre part de déterminer les conséquences sur sa durabilité face aux différentes agressions environnementales.

La seconde partie correspond à poursuivre les travaux déjà initiés par [Walbert, 2015] sur l’endommagement par gel-dégel des pierres de construction. De nouvelles pierres d’études ont été intégrées afin d’étendre la gamme des propriétés intrinsèques des matériaux et d’étudier leur influence sur la cinétique d’altération par gel-dégel. La méthodologie multi-échelle d’observation et de caractérisation de la dégradation des pierres, a permis de mettre en avant le caractère prépondérant de certains paramètres intrinsèques sur la cinétique d’altération. Afin de pouvoir généraliser les résultats à l’ensemble des pierres, le développement d’un modèle analytique prédictif s’est avéré particulièrement intéressant. Ainsi, un modèle prenant en compte les propriétés intrinsèques initiales, a été développé, et permet d’estimer la cinétique et l’amplitude d’altération de pierres ayant subi des cycles de gel-dégel. De plus, une partie visant à simuler le cas réel d’une épaisseur de maçonnerie sollicitée de façon unifaciale à des cycles de gel-dégel a été menée. Les résultats obtenus mettent en avant l’évolution du profil de température au sein de la paroi et permettent d’appréhender de façon concrète les phénomènes physiques se déroulant dans les pierres des monuments historiques confrontées à des problèmes d’altération liée au gel-dégel.

Keywords : pierres de construction, patrimoine bâti, incendie, haute température, gel-dégel, endommagement, microstructure, minéralogie, durabilité