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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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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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2. Mécanisme de l'altération des pierres et des différentes pathologies associées
Les pierres de construction, indépendamment de leur nature et de leur texture, sont le fruit d'une longue maturation géologique, conditionnée par un environnement de genèse propre à leur grande diversité : coulées de laves volcaniques pour des basaltes, magmas en fusion pour des granites, sédimentation de boues pour des calcaires, échauffement et compression de calcaires anciens pour des marbres… Leur âge, dans l'absolu, reste celui de l'époque de leur formation qui peut ainsi s'échelonner entre quelques centaines d'années, pour des laves, à plusieurs centaines de millions d'années, pour des granites. Outre les différences de nature minéralogique et d'âge, l'histoire géologique des roches – dont la diagenèse des roches sédimentaires – est une composante à même d'influer sur des espérances de vie contrastées.
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Une première agression apparaît ainsi au cours de l'histoire géologique des roches qui suit leur genèse, lorsque les épisodes, qui ponctuent la formation de la surface de la terre, modifient leur milieu natif originel :
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influence de l'eau sous toutes ses formes ;
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influence des climats et des saisons ;
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érosion des sols ;
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décapage des couches superficielles et mise à jour de couches plus anciennes enfouies ;
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mouvements tectoniques entre plaques de la croûte terrestre entraînant des soulèvements ;
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fracturation et distorsion de formations géologiques plus ou moins rigides qui en conserveront les stigmates : failles, plissements (…), compressions et cuissons, au contact de roches en fusion.
Compte tenu de l'échelle de temps extrêmement longue durant laquelle pourront s'exercer ces agressions, les transformations acquises à ce stade seront inscrites durablement dans la texture de ces roches, les plus tendres ou les plus fragiles ayant tout simplement disparues, selon un principe universel de sélection naturelle des espèces les plus résistantes.
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Un second traumatisme apparaîtra à partir de l'extraction par l'homme des roches de leur cocon originel, à des fins d'utilisation dans la construction, leur conférant le nouveau statut de pierres de construction, matériau ubiquiste par excellence.
Extraites de leur milieu primitif et placées dans un nouvel environnement, les pierres subissent ainsi un bouleversement de l'équilibre physico-chimique dans...
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