Les MORTIERS de CHAUX en bâti ancien. Vers une meilleure (re-)connaissance En collaboration avec Journée d’étude de l’Institut du Patrimoine wallon ● Centre des métiers du patrimoine Paix-Dieu - 24 avril 2015 Caractérisation des propriétés physico- mécaniques des mortiers historiques Stone Assistance sprl Spin-Off de l’Université de Mons Service de Génie Civil & Mécanique des Structures Dr Ir Fabrice DAGRAIN

Paix-Dieu - 24 avril 2015 Journée d’étude de l’Institut du Patrimoine wallon ● Centre des métiers du patrimoine Les mortiers de chaux en bâti ancien. Vers une meilleure (re-)connaissance Analyses en laboratoire. Chimie, physique, mécanique des mortiers… que peut-on savoir ? Fabrice D AGRAIN Problématique La caractérisation des propriétés mécaniques des géomatériaux se base sur des procédures normalisées imposant des échantillons de tailles et géométries imposées. Les matériaux doivent être échantillonnés sur le terrain dans des conditions parfois difficiles… – Par échantillonnage manuel – Par carottage –…–… Collégiale Ste Gertrude, Nivelles, Belgique Échantillonnage manuel dans les fondations Tour Henri VIII, Tournai, Belgique Échantillonnage manuel au cœur de la maçonnerie Échantillonnage par carottage à grand diamètre…

Paix-Dieu - 24 avril 2015 Journée d’étude de l’Institut du Patrimoine wallon ● Centre des métiers du patrimoine Les mortiers de chaux en bâti ancien. Vers une meilleure (re-)connaissance Analyses en laboratoire. Chimie, physique, mécanique des mortiers… que peut-on savoir ? Fabrice D AGRAIN Problématique Échantillons non adaptés aux normes en vigueur : – Géométrie pas adaptée – Trop petits – Hétérogènes – Abimés Selon les normes : pas de caractérisation possible  Des méthodes alternatives permettent de caractériser ce type d’échantillons

Paix-Dieu - 24 avril 2015 Journée d’étude de l’Institut du Patrimoine wallon ● Centre des métiers du patrimoine Les mortiers de chaux en bâti ancien. Vers une meilleure (re-)connaissance Analyses en laboratoire. Chimie, physique, mécanique des mortiers… que peut-on savoir ? Fabrice D AGRAIN La méthodologie de Stone Assistance Stone Assistance a mis au point sa propre méthodologie de caractérisation de matériaux utilisés dans les maçonneries historiques (pierres, briques, mortiers) sur base de tests non conventionnels pouvant être réalisés sur de très petits échantillons qui peuvent être prélevés sur site. Les propriétés investiguées peuvent être classées en cinq grandes catégories : 1.Les caractéristiques du milieu poreux 2.Les propriétés de stockage des fluides 3.Les propriétés de transfert des fluides 4.Les propriétés de résistance 5.Les propriétés élastiques

Paix-Dieu - 24 avril 2015 Journée d’étude de l’Institut du Patrimoine wallon ● Centre des métiers du patrimoine Les mortiers de chaux en bâti ancien. Vers une meilleure (re-)connaissance Analyses en laboratoire. Chimie, physique, mécanique des mortiers… que peut-on savoir ? Fabrice D AGRAIN 1- Caractéristiques du milieu poreux la porosité, la densité apparente, la distribution de la taille des pores. Pycnomètre à Helium Volumètre Balance de précision Poromètre

Paix-Dieu - 24 avril 2015 Journée d’étude de l’Institut du Patrimoine wallon ● Centre des métiers du patrimoine Les mortiers de chaux en bâti ancien. Vers une meilleure (re-)connaissance Analyses en laboratoire. Chimie, physique, mécanique des mortiers… que peut-on savoir ? Fabrice D AGRAIN 2- Propriétés de stockage des fluides la porosité à 48h le coefficient d'absorption d'eau en conditions atmosphériques.

Paix-Dieu - 24 avril 2015 Journée d’étude de l’Institut du Patrimoine wallon ● Centre des métiers du patrimoine Les mortiers de chaux en bâti ancien. Vers une meilleure (re-)connaissance Analyses en laboratoire. Chimie, physique, mécanique des mortiers… que peut-on savoir ? Fabrice D AGRAIN le coefficient de capillarité, La perméabilité. 3- Propriétés de transfert des fluides Perméamètre

Paix-Dieu - 24 avril 2015 Journée d’étude de l’Institut du Patrimoine wallon ● Centre des métiers du patrimoine Les mortiers de chaux en bâti ancien. Vers une meilleure (re-)connaissance Analyses en laboratoire. Chimie, physique, mécanique des mortiers… que peut-on savoir ? Fabrice D AGRAIN 4- Propriétés de résistance l'énergie spécifique intrinsèque par grattage, la résistance au micro-forage. Rock Strength Device 5 mm DRMS

Paix-Dieu - 24 avril 2015 Journée d’étude de l’Institut du Patrimoine wallon ● Centre des métiers du patrimoine Les mortiers de chaux en bâti ancien. Vers une meilleure (re-)connaissance Analyses en laboratoire. Chimie, physique, mécanique des mortiers… que peut-on savoir ? Fabrice D AGRAIN 5- Propriétés élastiques le module de Young

Paix-Dieu - 24 avril 2015 Journée d’étude de l’Institut du Patrimoine wallon ● Centre des métiers du patrimoine Les mortiers de chaux en bâti ancien. Vers une meilleure (re-)connaissance Analyses en laboratoire. Chimie, physique, mécanique des mortiers… que peut-on savoir ? Fabrice D AGRAIN Tests soniques Flexion normalisée Compression normalisée Test de grattage Test de micro-forage Carottage Tests de densité, porosité, perméabilité et capillarité Base de données

Paix-Dieu - 24 avril 2015 Journée d’étude de l’Institut du Patrimoine wallon ● Centre des métiers du patrimoine Les mortiers de chaux en bâti ancien. Vers une meilleure (re-)connaissance Analyses en laboratoire. Chimie, physique, mécanique des mortiers… que peut-on savoir ? Fabrice D AGRAIN Carte d’identité du matériau Une fiche technique caractéristique du matériau - Analyse pétrographique - Composition - Propriétés physiques - Propriétés mécaniques Informations nécessaires pour définir une formulation de mortier.

Paix-Dieu - 24 avril 2015 Journée d’étude de l’Institut du Patrimoine wallon ● Centre des métiers du patrimoine Les mortiers de chaux en bâti ancien. Vers une meilleure (re-)connaissance Analyses en laboratoire. Chimie, physique, mécanique des mortiers… que peut-on savoir ? Fabrice D AGRAIN Intérêts de la méthodologie Caractérisation sur des échantillons de taille réduite. Détermination de l'ensemble des propriétés sur un même échantillon, et de manière relativement rapide. Endommagement très superficiel des échantillons qui restent utilisables pour d'autres caractérisations dont notamment les analyses pétrographiques et physico-chimiques. Procédures expérimentales indépendantes des matériaux étudiés et les propriétés mesurées comparables entre divers matériaux constitutifs de la maçonnerie. Enfin, les propriétés déterminées peuvent même être combinées aux informations d'une base de données pour estimer les propriétés qui auraient été mesurées dans le cadre de tests normalisés.

Paix-Dieu - 24 avril 2015 Journée d’étude de l’Institut du Patrimoine wallon ● Centre des métiers du patrimoine Les mortiers de chaux en bâti ancien. Vers une meilleure (re-)connaissance Analyses en laboratoire. Chimie, physique, mécanique des mortiers… que peut-on savoir ? Fabrice D AGRAIN Cathédrale de Tournai 13 Caractérisation mortiers de fondations initiaux et des injections de ciment dans les fondations Caractérisation des mortiers historiques prélevés dans la maçonnerie, Caractérisation des mortiers directement par essais sur site

Paix-Dieu - 24 avril 2015 Journée d’étude de l’Institut du Patrimoine wallon ● Centre des métiers du patrimoine Les mortiers de chaux en bâti ancien. Vers une meilleure (re-)connaissance Analyses en laboratoire. Chimie, physique, mécanique des mortiers… que peut-on savoir ? Fabrice D AGRAIN Tour Henry VIII à Tournai 14 Caractérisation des mortiers historiques de diverses époques prélevés dans le bâtiment Tour Henry VIII, Tournai, Belgium (Guy FOCANT © SPW )

Paix-Dieu - 24 avril 2015 Journée d’étude de l’Institut du Patrimoine wallon ● Centre des métiers du patrimoine Les mortiers de chaux en bâti ancien. Vers une meilleure (re-)connaissance Analyses en laboratoire. Chimie, physique, mécanique des mortiers… que peut-on savoir ? Fabrice D AGRAIN Église St-Christophe de Racour 15 Caractérisation de la pierre de Lincent en vue du choix d’un matériau de substitution et de la formulation de mortier de restauration

Paix-Dieu - 24 avril 2015 Journée d’étude de l’Institut du Patrimoine wallon ● Centre des métiers du patrimoine Les mortiers de chaux en bâti ancien. Vers une meilleure (re-)connaissance Analyses en laboratoire. Chimie, physique, mécanique des mortiers… que peut-on savoir ? Fabrice D AGRAIN Ferme de l’Abbaye à Neufvilles Echantillonnage de briques en terre cuite (en haut) et de mortiers (à gauche) dans la Ferme de l’Abbaye à Neufvilles, Belgique.

Paix-Dieu - 24 avril 2015 Journée d’étude de l’Institut du Patrimoine wallon ● Centre des métiers du patrimoine Les mortiers de chaux en bâti ancien. Vers une meilleure (re-)connaissance Analyses en laboratoire. Chimie, physique, mécanique des mortiers… que peut-on savoir ? Fabrice D AGRAIN Église Saint-Nicolas en Havré à Mons 1.Caractérisation des propriétés physico- mécaniques de mortiers historiques et de briques en terre cuite 2.Evaluation sur site de l’efficacité d’un traitement de consolidation des briques à base de silicate d’éthyle