Présentation
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RÉSUMÉ
La pierre possède encore maintenant une réputation de matériau durable. Pour autant, la pierre d’œuvre subit avant sa mise en place des contraintes et des changements dus à son extraction, à son façonnage, qui contribue grandement à accélérer sa dégradation, et pour finir à sa mise en œuvre qui la soumet à de nouvelles contraintes mécaniques et à des expositions à des agents d’érosion atmosphériques. Cet article recense tout d’abord les diverses roches utilisées dans la construction, avec leurs domaines d’utilisation. Ensuite, sont présentées les réactions physico-chimiques qui altèrent son aspect, sa surface, puis sa structure, ainsi que les pathologies qui en découlent et qui peuvent aller jusqu’à mettre en danger l'ensemble de l'édifice.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Gilles MARTINET : Directeur général du Lerm, laboratoire d'études et de recherches sur les matériaux
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Bernard QUÉNÉE : Directeur général du Lerm, laboratoire d'études et de recherches sur les matériaux
INTRODUCTION
C'est écrit dans la pierre… Cette expression dit à elle seule combien, dans l'imaginaire, la pierre est un matériau durable par excellence. Sa dureté, sa résistance viennent apporter, aux écrits, aux lois, aux pensées humaines, le petit morceau d'éternité dont ils ont besoin. Matériau durable, la pierre l'est certainement. La pierre d'œuvre, paradoxalement, n'est pas fournie par la nature. Elle est extraite et façonnée de main d'homme à partir de la roche.
L'extraction de la roche de son milieu d'origine la soumet à une décompression générale, à un changement d'humidité, de température, d'équilibre chimique. Le matériau pierre connaît alors une modification de sa structure, parfois impossible à déceler à l'œil nu, qui la fragilise. Ensuite, le façonnage de la pierre multiplie sa surface de contact avec les agents extérieurs, contact qui contribue à l'accélération de son évolution.
Enfin, la mise en œuvre de la pierre dans l'édifice la soumet à de nouvelles contraintes et expositions. Les blocs subissent des pressions mécaniques nouvelles et les agents d'érosion atmosphériques : la pluie, le vent, les alternances de températures, le gel, les pollutions chimiques, les micro-organismes…
La pierre en œuvre connaît donc, à son interface avec son environnement, de nombreuses réactions physico-chimiques qui altèrent son aspect, sa surface, puis sa structure même, ce qui, à terme, met en danger l'ensemble de l'édifice qu'elle compose. L'altération des matériaux et la destruction progressive des ouvrages sont inéluctables. Loin d'intéresser seulement la pierre, cette altération concerne l'ensemble des matériaux de construction. Compte tenu de ces processus de destruction, l'élaboration des matériaux et leur mise en œuvre sont guidées par la recherche de propriétés et de performances fonctionnelles. Mais, par delà ces qualités, il est nécessaire de s'assurer de la durabilité des matériaux dans leur fonction d'emploi. Il convient donc d'étudier l'évolution de leurs propriétés sous les effets conjoints des caractéristiques physiques et chimiques de leur environnement.
Ce dossier, après une étude succincte des diverses roches utilisées dans la construction et de leurs différents domaines d'utilisation, détaillera les phénomènes d'altération qui affectent la pierre en œuvre.
Il est à mentionner que le document [COR 404] « Pierres de construction – Utilisation, études et diagnostics » complète utilement le présent article.
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Mécanisme de l'altération des pierres et des différentes pathologies associées
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1. Variété des roches dans la construction
Les matériaux naturels qui composent notre sous-sol sont très divers puisqu'ils varient, de roches dures et compactes (comme le granite ou les calcaires marbriers), à des roches meubles ou non cohésives (comme le gypse ou les sables). Depuis le début de l'époque historique, tous ces matériaux ont été utilisés par l'homme pour construire son habitat, ses monuments, ou pour aménager et façonner son environnement. Ainsi, quasiment tous les types de roches ou de formations géologiques ont été mis à contribution et employés.
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Il est possible de distinguer trois types de formations :
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le sol qui correspond à ce que nous nommons généralement la terre. Il s'agit de l'altération de la roche mère du sous-sol au contact de l'atmosphère (cycles de gel-dégel, par exemple) et de la biosphère (action des animaux, des végétaux, des micro-organismes, de l'homme) ;
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deux types de formations qui correspondent au sous-sol :
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les formations superficielles en surface ; elles correspondent à l'accumulation récente de sédiments, apportés par les rivières (alluvions), glissés sur les pentes (colluvions), ou transportées par le vent, les glaciers, etc.,
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les formations géologiques qui composent le réel substrat de nos régions. Il s'agit souvent de roches anciennes, épaisses, composant des couches plus ou moins continues dans l'espace.
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Dans ce dernier ensemble, source quasi exclusive de l'exploitation pour la construction en pierre, il est également nécessaire de différencier quatre grandes familles de roches :
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les roches magmatiques volcaniques, comme le basalte ;
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les roches magmatiques plutoniques, comme le granite ;
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les roches métamorphiques, comme l'ardoise ou le marbre sensu stricto ;
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les roches sédimentaires, comme le calcaire, la meulière, le grès.
Selon leur type, ces gisements de pierres ont des organisations différentes, les roches sédimentaires étant le plus souvent organisées en couches superposées, les matériaux volcaniques en coulées longitudinales, les roches plutoniques en filons ou en batholites, tandis que les roches métamorphiques ont des gisements à structure complexe, nettement définie par la tectonique et les plissements.
Le paragraphe ...
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