CEFRACOR : durabilité, utilisation, études et diagnostic des pierres de carrières et ornementales

Etudes et analyses / Diagnostic Pierres de carrières

Introduction : diagnostic, finalité et objectifs

Il est traité ici plusieurs points clés de la caractérisation et du diagnostic basés sur des démarches analytiques sur site et/ou en laboratoire. Les rubriques ci-après concernent :

Caractérisation normative et réglementaire des pierres de carrières destinées àï¿½ la construction contemporaine ;

Caractérisation de compatibilité des pierres des carrières visant àï¿½ être utilisées dans le cadre d'un projet de restauration d'un édifice ou de réhabilitation d'un bâtiment ;

Caractérisation des dégradations des pierres en oeuvre dans leur contexte originel : reconnaissance, états d'altération et de conservation permettant de proposer les procédés et protocoles les plus adéquats pour la restauration envisagée.

Caractériser une pierre de carrière

La réglementation de l'utilisation de la pierre dans la construction exige de respecter plusieurs séries d'exigences retranscrites dans la norme NF B 10-601, qui indique également les essais àï¿½ réaliser en fonction de la destination dans l'ouvrage. Ces essais sont différents en fonction de la situation de la pierre dans l'édifice car les contraintes imposées par le milieu extérieur sont variables. Ces contraintes sont majoritairement liées àï¿½ l'eau (capillarité, porosité, gel -) mais également àï¿½ la fréquence de passage (usure, glissance -) et aux caractéristiques mécaniques intrinsèques de la pierre (résistance mécanique en compression et en flexion, rupture au niveau du goujon de l'agrafe -).

Les prescriptions applicables, suivant la destination, sont regroupées en cinq familles :

Pierre naturelle massive,

Revêtements muraux collés,

Revêtements muraux attachés en pierre mince,

Revêtements de sol intérieur et extérieur hors voirie, scellé ou collé (sol et escalier),

Revêtements de sol extérieur de voirie.

Les essais retenus permettant de caractériser la pierre, selon les différentes destinations sont les suivants :

Détermination du coefficient d'absorption d'eau par capillarité selon la norme NF EN 772-11

Résistance àï¿½ la compression selon les normes NF EN 1926 ou NF EN 772-1

Détermination des masses volumiques réelle et apparente, et des porosités ouverte et totale selon la norme NF EN 1936

Détermination de la résistance au gel des éléments en pierre naturelle selon la norme EN 12371

Détermination de la résistance àï¿½ la flexion sous charge centrée selon la norme NF EN 12372

Détermination de l'effort de rupture au niveau du goujon de l'agrafe selon la norme NF EN 13364

Détermination de la résistance àï¿½ l'usure selon la norme NF EN 14 157

Détermination de la résistance àï¿½ la glissance selon la norme NF EN 14 231

Détermination de la résistance aux chocs thermiques selon la norme NF EN 14 066

Une prise en compte de la destination géographique de la pierre doit également être effectuée. La gélivité est ainsi un des critères les plus importants de mise en oeuvre du matériau. La carte de France, détaillée par canton, comporte 4 zones de gel, prenant en compte l'altitude, qui sont définies par les conditions suivantes :

A = gel très faible : pas plus de deux jours ayant atteint une température inférieure àï¿½ -5 ï¿½C.

B = gel faible : pas plus de quatre jours ayant atteint une température inférieure àï¿½ -6 ï¿½C.

C = gel modéré : pas plus de 10 jours ayant atteint une température inférieure àï¿½ -10 ï¿½C.

D = gel sévère : plus de 10 jours ayant atteint une température inférieure àï¿½ -10 ï¿½C.

Norme NF B10-601, Juillet 2006, " Produits de carrières - Pierres naturelles - Prescriptions générales d'emploi des pierres naturelles ", publication AFNOR

" Bien prescire la pierre en France ". Document Technique - Editions ProRoc - 19p. - 2005 - Pierreactual

Rechercher et sélectionner une pierre de substitution

Sur la base d'une sélection géologique et d'une étude pétrographique indispensables et primordiales et en parallèle des considérations esthétiques, plusieurs méthodologies d'approche existent pour remplacer les pierres en oeuvre trop dégradées pour être conservées.

La détermination du numéro d'identification des pierres calcaires est la plus ancienne et encore la plus utilisée et la plus courante (issue de l'ancienne norme d'identification indexée NF B 10-301, datant de 1975). Ce numéro est un outil de sélection basé sur trois caractéristiques physiques. Ce numéro d'identification I, compris entre 0,5 et 14, est déterminé àï¿½ l'aide de la formule suivante :

oàï¿½
V correspond àï¿½ la valeur moyenne de la vitesse de propagation du son (m/s)
D correspond aux valeurs mini et maxi de la masse volumique apparente (g/cm3),
R correspond àï¿½ la valeur médiane de la dureté superficielle mesurée par la largeur de la rayure (mm).

Appellation	Numéro d'identification
Tendre	0,5 - 1 - 1,5 - 2 - 2,5 - 3 - 3,5
Demi-ferme	4 - 4,5 - 5 - 5,5
Ferme	6 - 6,5 - 7 - 7,5
Dure	8 - 8,5 - 9 - 9,5 - 10 - 10,5
Froide	11 - 11,5 - 12 - 12,5 - 13 - 13,5 - 14

Les essais àï¿½ réaliser sur les pierres prélevées sont donc : la détermination de la masse volumique apparente, la mesure de la dureté superficielle àï¿½ l'aide du scléromètre de Martens et la mesure de la vitesse de propagation du son. Le tableau de correspondance entre les numéros d'identification obtenus, et les appellations ï¿½ tendre, demi-ferme, ferme, dure et froide ï¿½, est le suivant :

Des travaux plus récents (Dessandier et al, 2002) proposent une démarche àï¿½ la fois de compatibilité et de durabilité, en déterminant un indice nommé IDC pour lequel les mesures àï¿½ réaliser, en plus de la caractérisation pétrographique et minéralogique, sont : la quantification des argiles hydrophiles, la mesure de la porosité, de la résistance mécanique (échantillons secs et saturés) et des coefficients d'absorption et de capillarité. Cette méthodologie est àï¿½ retenir également mais reste aujourd'hui àï¿½ valider sur un nombre de cas représentatif.

En complément de cette démarche de laboratoire, il est possible d'affiner ces sélections par des investigations non destructives réalisées en carrière. Il peut s'agir d'examens visuels accompagnés de mesures de dureté superficielle, de vitesses du son et/ou d'auscultations par réflectométrie radar. Cette dernière technique peut être comparée àï¿½ une ï¿½ échographie ï¿½, au sens médical du terme. l'analyse des échos obtenus permet de visualiser et de localiser les éventuelles anomalies qui sont reportées pierre par pierre.
A l'issue, une cartographie des blocs auscultés permet de confirmer la présélection des blocs ou d'écarter les matériaux présentant des hétérogénéités marquées. Cette méthode permet de plus une traàï¿½abilité rigoureuse : suivi de l'échantillon lors de son passage en taillerie, de son débit et enfin sur le chantier lors de la pose des pierres.

Dessandier D., Blanc A., Bromblet P., Mertz J-D., 2002, ï¿½ Durabilité et compatibilité des pierres des monuments : proposition d'une méthodologie de sélection ï¿½ - Revue Pierre Actual n ï¿½791, Juillet 2002, pp. 66-75 - Pierreactual