Caractérisation chemo-mécanique des mortiers de chaux : application à la conservation-restauration du patrimoine bâti

Contexte : Le Centre Interdisciplinaire de Conservation et de Restauration du Patrimoine (CICRP, ministère de la Culture) et le Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique (LMA, UMR 7031) collaborent depuis de nombreuses années pour caractériser les matériaux patrimoniaux en vue de comprendre les mécanismes de leur dégradation à des fins de conservation. Plus largement incluse dans un projet national Equipex+ ESPADON (En Sciences Du Patrimoine, L'Analyse Dynamique des Objets anciens et Numériques), cette collaboration a donné lieu à des avancées sur la compréhension des mécanismes de dégradation du marbre de Carrare [1] et la définition de l’état de conservation des statues sculptées dans ce matériau [2]. En parallèle, le CICRP est de plus en plus régulièrement sollicité pour définir précisément la formulation des mortiers de chaux mis au jour lors de fouilles archéologiques et de proposer celles qui doivent être mises en œuvre lors de chantier de restauration. Une poursuite de la collaboration avec le LMA est donc envisagée afin d’améliorer la compréhension du lien entre formulation, propriétés mécaniques et durabilité des mortiers de chaux.

Financement : Ecole doctorale Sciences pour l’Ingénieur (ED353) + Contrat de Mission d’Enseignements (facultatif)
Lieu : entre le CICRP et le LMA à Marseille, avec d’éventuels déplacements sur sites.
Contacts : Manda Ramaniraka (manda.ramaniraka@univ-amu.fr) / Cédric Payan (cedric.payan@univ-amu.fr) / Jérémie Berthonneau (jeremie.berthonneau@cicrp.fr) / Philippe Bromblet (philippe.bromblet@cicrp.fr)

Profil recherché : Ingénieur ou Master2 en Matériaux, Mécanique, Acoustique, Génie Civil, avec de bons résultats académiques (moyenne > 12) sur les 3 dernières années

Afin de répondre aux problématiques du projet, l’approche méthodologique suivante sera mise en œuvre :
1. Recherche bibliographique sur les formulations des mortiers de chaux antiques et caractérisation physico-chimique d’un corpus d’échantillons collectés dans le cadre de fouilles archéologiques (Gruissan, Olbia, Nabeul, etc.).

2. Formulation de mortiers analogues aux mortiers antiques à base de chaux aérienne mélangée avec différents types d’agrégats inertes (sable quartzeux) et réactifs (pouzzolane, ponce, tuileau), et de mortiers de restauration à base de chaux aérienne, de chaux hydraulique naturelle, d’agrégats réactifs et d’adjuvants modernes.

3. Evaluation chemo-mécanique des mortiers :

a. Suivi de la prise (vitesse, cinétique) des différentes formulations à l’aide de cellules ultrasonores UltraTest ;
b. Analyse physico-chimique du liant (analyse thermique différentielle) et des interfaces liant/agrégats (spectroscopie Raman, microscopie électronique à balayage couplée à la spectroscopie à énergie dispersive) ;
c. Caractérisation des propriétés pétrophysiques (porosité, capillarité, etc.), mécaniques (essais normalisés de résistance en compression et en flexion, mesure de la dureté de surface) et acoustiques (vitesse de propagation ultrasonore, atténuation, diffusion de l’énergie, spectroscopie de résonance non-linéaire) ;

4. Evaluation de la durabilité des mortiers :

a. Définition de cycles de vieillissements en conditions extrêmes (cyclages thermo-hygriques, enceinte à brouillard salin) ;
b. Suivi de l’évolution des réponses linéaires (vitesse de propagation ultrasonore, atténuation, diffusion de l’énergie) et non-linéaires (NRUS) au cours des cycles de vieillissement ;
c. Mise en œuvre des formulations les plus durables dans le cadre de tranches expérimentales de chantiers de restauration d’enduits.

En regroupant toutes les données acquises au cours de ce projet, il sera possible de relier la signature acoustique d’un mortier de chaux mesurée in situ à une formulation identifiée en laboratoire. Cela permettra vraisemblablement de proposer une méthode de caractérisation non- destructive et d’orienter les choix pour la restauration du patrimoine en place.

Voir les détails du projet et les références bibliographiques dans le fichier joint :