Le rôle des sulfates de sodium dans l’altération des pierres du patrimoine bâti : méthodes indirectes d'identification pour l'approche expérimentale

par Mélanie Denecker

Thèse de doctorat en Sciences de la terre et de l'univers - Cergy

Sous la direction de Ronan Hebert et de Ann Bourgès.

Soutenue le 20-06-2014

à Cergy-Pontoise , dans le cadre de École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) , en partenariat avec Laboratoire Géosciences et Environnement (Cergy-Pontoise) (laboratoire) et de Laboratoire Géosciences et Environnement Cergy (laboratoire) .

Le président du jury était Beatriz Menendez.

Le jury était composé de Ronan Hebert, Ann Bourgès, Eric Doehne, Jean-Philippe Bigas, Jérôme Wassermann.

Les rapporteurs étaient Yves Géraud, Noushine Shahidzadeh.


  • Résumé

    Les sulfates de sodium sont admis comme étant les sels les plus destructeurs pour les pierres naturelles et autre matériaux poreux. Les processus de cristallisation de ces sels demeurent encore mal compris, plus particulièrement les relations entre l'heptahydrate (SS7, Na2SO4-7H2O) et la mirabilite (SS10, Na2SO4-10H2O). L'heptahydrate, métastable, a longtemps été négligée dans les travaux scientifiques portant sur l'altération saline jusqu'à récemment, et son rôle dans l'altération des roches n'est toujours pas établi à ce jour. Afin de mieux comprendre le rôle des différentes phases dans l'altération, il est important de pouvoir identifier quelle phase cristallise sous des conditions environnementales spécifiques. La cristallisation du sel se produit le plus souvent dans les matériaux poreux où les processus de cristallisation ne peuvent pas être observés directement in situ. Dans cette étude, nous utilisons le suivi de la température pour détecter et identifier la cristallisation des hydrates au cours de cycles de refroidissement/chauffage d'une solution de sulfate de sodium et de l'échantillon de calcaire saturé de cette même solution. En parallèle, d'autres approches expérimentales consistent à mesurer la réponse électrique et élastique des processus de cristallisation / dissolution se produisant dans le milieu poreux. Ces méthodes permettent d'identifier les différentes transitions de phases se produisant au cours de cycles de température et peuvent être utilisées dans des études expérimentales de vieillissement accéléré, afin d'estimer le rôle respectif des différents hydrates de sulfate de sodium dans l'altération des pierres par les sels.

  • Titre traduit

    The role of sodium sulfate in the stones weathering of heritage building : indirect methods of identification for the experimental approach


  • Résumé

    Sodium sulfates are well known to be the most damaging salts in building materials and rocks. The crystallization processes of sodium sulfates are not completely understood, and more specifically the transition between the heptahydrate (SS7, Na2SO4-7H2O) and the mirabilite (SS10, Na2SO4-10H2O). The metastable heptahydrate has long been neglected in scientific works on salt damage until recently, and its role in rock weathering has not been established so far. In order to better understand the role of the different phases in damaging process, it is important to be able to identify which phase crystallizes under specific environmental conditions. Unfortunately, salt crystallization occurs very often within porous material and crystallization processes cannot be observed directly in situ. In this study, we use temperature monitoring to detect and identify the hydrates crystallization during cooling/heating cycles a sodium sulfate solution and limestone samples saturated with the same solution. In parallel, other experimental approaches consist to measure the electrical and elastic responses of the crystallization/dissolution processes occurring in the porous media. These methods enable to characterize the different phases occurring during temperature cycle and can be used in further experimental studies about ageing test in order to estimate the role of the different sodium sulfate hydrates involved in the salt weathering of rocks.


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