Les altérations de la pierre,

Les altérations de la pierre, principaux facteurs Philippe Bromblet philippe.bromblet@cicrp.fr Centre Interrégional de Conservation et de Restauration du Patrimoine, Marseille www.cicrp.fr

les principaux facteurs Impact de l environnement Rôle primordial de l eau Action des sels Altération biologique Pollution atmosphérique Influence des propriétés de la pierre Propriétés mécaniques Compositions chimiques et minéralogiques Texture Rôle de la porosité Propriétés de transfert Rôle de l homme Défauts de mise en œuvre Manque d entretien, traitements inadaptés, fréquentation, usage, changement d usage et vandalisme

Impact de l environnement Rôle primordial de l eau Action des sels Altération biologique Pollution atmosphérique

Les zones noires surfaces protégées des pluies : pas de lessivage par les eaux vapeur d eau des brumes, des brouillards ou les eaux de condensation Les dépôts, appelés croûtes noires, sont indurés et bourgeonnants. Rôle de l eau

Les zones blanches exposées aux pluies battantes, aux ruissellements. lessivage et dissolution calcite (0.02 g/l). Pas de dépôt mais perte progressive de matière Erosion

La Nouvelle Major Marseille Les zones grises La pierre est abritée de tout apport d'eau Des particules de tailles variées se déposent et ne sont jamais ni remobilisées, ni cimentées. Les dépôts sont épais et meubles = > poussières

Cheminement de l eau : les infiltrations Alvéolisation Concrétions Amphithéâtre de Nimes Cloître de l abbaye du Thoronet)

Remontées capillaires Chapelle des pénitents noirs, Carpentras

Le gel Eau liquide Glace solide +10% vol Balustrade sommitale ND des Marais La Ferté Bernard Muret dans le Quercy, Saint Simon

Action des sels Des phases facilement mobilisable sous forme de solution diluée (ex: NaCl=Halite solubilité = 365g/l à 20 C) Ces sels précipitent vers la surface de la pierre où les solutions se concentrent par évaporation Selon la porosité de la pierre et le taux d évaporation, ils cristallisent Sur la surface de la pierre sous la forme d efflorescences visibles mais peu dangereuses Dans la porosité de la pierre sous la surface En précipitant à l intérieur de la pierre, les sels sont capables : de produire des pressions de cristallisation élevées en fonction du taux de sursaturation (équation de Correns, 1949), de remplir et d élargir les microfissures préexistantes et causées par les dilatations thermiques et hydriques

Principaux sels solubles (50 espèces) Chlorures CATIONS Calcium Ca ++ Magnésium Mg ++ Sodium Na + Potassium K + ANIONS Nitrates Sulfates Sylvite KCl Halite NaCl Bischofite Mg Cl 2,6H 2 O Antarticite Ca Cl 2 Carnallite K 2 MgCl 4 Nitronatrite NaNO 3 Nitre KNO 3 Nitrocalcite Ca(NO 3 ) 2 Kieserite/Hexahydrite/Epsomite MgSO 4 Arcanite K 2 SO 4 Gypse Ca(SO4) 2, 2H 2 O Thénardite/Mirabilite Na 2 SO 4 Aphthitalite K3Na(SO 4 ) 2 Glaubérite Na 2 Ca(SO 4 ) 2 Syngénite K 2 Ca(SO 4 ) 2 Sulfates SO = 4 Chlorures Cl - Carbonates CO = 3 Nitrates NO - 3 Carbonates Sels complexes Natron/Thermonatrite Na 2 CO 3, H 2 O/10H 2 0 Trona Na 3 H(CO 3 )2, 2H 2 O Hydromagnésite Mg 5 (OH(CO 3 ) 2 ) 2, 4H 2 O Darapskite Na 3 SO 4 NO 3, 4H 2 O

Origines de la halite (NaCl) Port-Vendres Port-Vendres Embruns marins Desquamation et désagrégation 0.3 à 0.4% chlorures

Origines de la Halite Cathédrale de Figeac sel de déverglaçage Efflorescences salines et désagrégation granulaire

Origines de la Halite Produits chimiques Nikorshminda (Géorgie) efflorescences salines, désagrégation granulaire, alvéolisation après un traitement à l hypochlorite de sodium (Eau de Javel)

Origines de la Halite Temple d Aménophis III (Egypte) Base de colonne (salle hypostyle) Nappe phréatique (remontées capillaires) Croûte saline et desquamation du grès NaCl halite Mg SO 4 epsomite, hexahydrite, kieserite Na 2 SO 4 thénardite et mirabilite MEB, électrons rétrodiffusés

Origine des sels solubles : les outils isotopiques Versailles Statues dans le parc du château - marbre blanc - dégradations liées à la présence de gypse - Réparations au plâtre (CaSO4 2 H 2 O) - Croûtes noires (pollution atmosphérique bassin parisien)?

Parc du château de Versailles Pierres dégradées entre les pôles pollution atmosphérique et plâtre Croûtes noires Plâtre Pierres dégradées

Hygroscopie et délisquescence de sels De nombreux sels sont instables au-dessus d une hygrométrie donnée humidité rel. d'équil. à 20 C 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Solution saline Sel CaCl2.6H2O Ca(NO3)2.4H2O NaCl Na2SO4 Na2SO4.10H2O CaSO4.2H2O

Halite NaCl RHeq + 75% Statue exposée dans un bâtiment Désagrégation granulaire due à l hygroscopicité de NaCl Cristal Solution 0% 75% 100% Poudre de désagrégation Chapelle de la visitation, Carpentras

L altération biologique Algues Bactéries Lichens Champignons Arbustes, arbres Animaux Développement des végétaux supérieurs = défaut d entretien

Algues noires (cyanophycées) Cathédrale de Périgueux Chapelle fondation Prassinos saint Rémy de Provence

Carrière souterraine (Brézé) Crypte de l abbaye Saint Victor (Marseille) Algues vertes (milieu régulièrement très humide)

Lichens (champignons, bactéries) Dépôts inesthétiques (thalle) Production d enzymes et d acides organiques Formation de petits cratères = biopitting

La pollution atmosphérique polluants gazeux polluants particulaires dans les zones lessivées par les eaux, l acidification (SO2, NOx ) accentue les phénomènes de dissolution et le ravinement, l altération différentielle... Saint Gilles du Gard dans les zones non lessivées, l interaction polluants/pierre produit des couches d altération et de dépôt : patine, écaillage, pellicule, croûtes noires, poussières, couches d'épigénie

Croûte noire et couche de gypse épigénique CaSO 4.2(H 2 O) Pollution atmosphérique Calcaire sulfaté, Basilique St Denis, France

Parements de la cathédrale de Marseille Desquamation par sulfatation

Influence des propriétés de la pierre Propriétés mécaniques Compositions chimiques et minéralogiques Texture/structure (orientation préférentielle, veines ) Rôle de la porosité Propriétés de transfert Eglise de Saint Yriex, portail sculpté, altération saline, altération différentielle du granite et du calcaire dolomitique (chapiteaux)

Les minéraux argileux gonflants Desquamation en plaque Dilatation hydrique mm/m «Ramollissement hydraulique» Rc sat<< Rcsec Façade en tuffeau (Saumur, vallée de la Loire) Clocher de l église de Caromb (Vaucluse)

Rôle de l homme Défauts de mise en œuvre Usage et changement d usage Manque d entretien, traitements inadaptés, vandalisme

Conclusions Rôle primordial de l environnement Eau > sels solubles > pollution > action biologique Les interventions humaines ne sont pas négligeables. Elles peuvent être néfastes mais l entretien, les restaurations permettent de conserver les monuments Quel que soit l environnement, la nature et l intensité des dégradations dépendent des propriétés intrinsèques du matériau.