Influence des propriétés physico-mécaniques de minéraux argileux dans l'altération de la pierre monumentale

Axe 3 - Interfaces, transport and reactivity

Thèse de Mathilde TIENNOT

Soutenue le 31 mars 2017

Salle Jean Jaurès
Ecole Normale Supérieure
29 rue d’Ulm - 75005 Paris

Laboratoires co-porteurs

• Laboratoire de Recherche des Monuments Historique (LRMH)
  Porteuse de projet : Ann Bourges
  Co-encadrant : Jean-Didier Mertz
• Laboratoire de Géologie de l'ENS Ulm
  Co-encadrant : Jérôme Fortin, Yves Guéguen

Projet de recherche

La desquamation en plaque est une forme de dégradation de la pierre monumentale fréquemment observée. Cette morphologie spécifique résulte de l’initiation et la propagation d’une fissure subparallèle à la surface, qui subit diverses sollicitations en conditions naturelles d’exposition. L’objectif de cette recherche est de mieux comprendre ces mécanismes d’altération et d’appréhender les paramètres déterminants dans l’initiation de la fissuration au sein des pierres mises en œuvre. Une approche en mécanique de la rupture a ainsi été proposée. L’influence des minéraux argileux, mis en cause dans ce phénomène, est étudiée et discutée.

Trois pierres ont été sélectionnées, une molasse, un grès et une kersantite, présentant de nombreux exemples de desquamation lorsqu’elles sont exposées. Leur comportement hydromécanique est caractérisé en tenant compte de leur anisotropie naturelle. Les propriétés élastiques, la résistance à la traction et la ténacité sont mesurées après saturation, pour plusieurs humidités relatives en phase d’humidification et de séchage, et après plusieurs cycles de variations d’humidité relative. Un couplage de mesure des dilatations et des vitesses d’ondes acoustiques a permis un suivi précis de l’endommagement au fil des cycles.

L’influence des minéraux argileux dans les processus d’altération a pu être vérifiée. Ces phases ont été identifiées comme des facteurs essentiels de la dégradation, car elles constituent des plans de fragilité favorisant l’endommagement et la fissuration du matériau, et ce d’autant plus qu’elles se dilatent lors des sollicitations naturelles.

Consulter la thèse sur HAL : https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01587726

Publications

• Tiennot M, Bourgès A and Mertz J-D
  Influence of the Villarlod molasse anisotropy on cracking : advances in the comprehension of scaling mechanisms
  Hughes J.J. and Howind T. (Editors), 2016, Science and Art : A Future for Stone. Proceedings of the 13th International Congress on the Deterioration and Conservation of Stone, University of the West of Scotland, Paisley, p.155-163
• Tiennot M and Bourges A
  Evaluation of small core-based specimens for characterization of stone deterioration
  International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 84, p.69-73, 2016
  DOI : 10.1016/j.ijrmms.2016.02.001
• Tiennot, M.; Mertz, J.-D.; Bourgès, A.
  Influence of Anisotropic Microcracking Due to Swelling on the Fracture Toughness of a Clay-Bearing Sandstone
  Doi : 10.1007/s00603-017-1273-4
  
• Mathilde Tiennot, Jean‑Didier Mertz, Ann Bourgès
  Sensitivity of kersantite toughness to moisture: influence of the phyllosilicates
  Environmental Earth Sciences, July 2018, 77:483
  DOI : doi.org/10.1007/s12665-018-7666-1
  Ref HAL : hal-01929950v1
• Tiennot M, Mertz J-D, Bourgès A
  Influence of clay minerals nature on the hydromechanical and fracture behaviour of stones,
  Rock Mechanics and Rock Engineering, pp 1–13
  DOI : 10.1007/s00603-018-1672-1
• Tiennot M. and Bourges A. ,2016
  Evaluation of small core-based specimens for characterization of stone deterioration
  International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,84 ,p.69-73
  DOI : 10.1016/j.ijrmms.2016.02.001
  Ref HAL : hal-01502194v1 
  
  

Conférences

• Tiennot M, Bourgès A and Mertz J-D, 2016
  Influence of the Villarlod molasse anisotropy on cracking : advances in the comprehension of scaling mechanisms
  Hughes J.J. and Howind T. (Editors), Science and Art : A Future for Stone. Proceedings of the 13th International Congress on the Deterioration and Conservation of Stone, University of the West of Scotland, Paisley, p.155-163