Evaluation des risques d’altération d’origine thermo-hydro-mécanique des pierres du patrimoine bâti

Risk assessment of thermo-hydro mechanical stone decay in built heritage

• Auteur / Autrice : Asaad Alomari
• Direction : Muzahim Al-Mukhtar, Xavier Brunetaud, Kévin Beck
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 18/06/2014
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (2012-.... ; Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche sur la matière divisée (Orléans ; 2012-2014)
• Jury : Président / Présidente : Torok Akos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Muzahim Al-Mukhtar, Xavier Brunetaud, Kévin Beck, Torok Akos, Anne Pantet, Beatriz Menendez Villar
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Pantet, Beatriz Menendez Villar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chambord (Loir-et-Cher) -- Château

Pierre -- Détérioration

Effets des conditions météorologiques

Tuffeau

Pierre à bâtir

Mots clés libres

Pierres calcaires

Estimation du risque d’endommagement

Processus physiques de dégradation

Données météorologiques

Château de Chambord

Site d’Al-Narmud

Limestone

Damage risk assessment

Physical weathering processes

Meteorological data

Castle of Chambord

Al-Nimrud city

Résumé

Cette étude traite du vieillissement des ouvrages en pierres calcaires en interaction avec leur environnement, en se basant à la fois sur la caractérisation des matériaux et des conditions climatiques locales. L’objectif de cette thèse est d’étudier le rôle des conditions climatiques sur la dégradation des pierres par une estimation quantitative du poids des différents processus physiques de dégradation : gel-dégel, condensation and dilatations hygro-thermiques empêchées. Deux sites majeurs ont été sélectionnés : le Château de Chambord en France et le site d’Al-Namrud en Irak, qui est une ancienne capitale assyrienne datant de 1280 BC. Les matériaux français étudiés sont le tuffeau et la pierre de Richemont, qui a été abondamment utilisée comme pierre de substitution durant les restaurations du 20ème siècle. Les matériaux irakiens utilisés sont issus de prélèvements sur des pierres d’origines altérées, des pierres d’origine saines, ainsi que la pierre candidate pour la restauration du site. L’approche choisie pour l’estimation du risque d’endommagement commence par la réalisation d’une campagne expérimentale de caractérisation multi-physiques et multi-échelles des pierres calcaires utilisées à Chambord, ajouté à la collecte des données météorologiques à Chambord grâce à une station et des mesures dans la pierre. L’estimation du risque d’endommagement est obtenue en combinant l’utilisation des données climatiques et de la caractérisation des matériaux, grâce au calcul de l’impact des différents processus physiques de dégradation, qui a nécessité plusieurs développements méthodologiques. La méthodologie proposée pour l’estimation du risque d’endommagement est ensuite appliquée au site d’Al-Namrud. Finalement, un carnet de santé numérique préliminaire du plus édifiant monument d’Al-Namrud – la Ziggurat – est réalisé pour son diagnostic de durabilité.

This study deals with the ageing of limestone structures as a result of the interaction with their environment. It is based on the characterization of both the material and the local climatic conditions. The objective of this thesis is to study the role of climatic conditions in the degradation of stone by quantitative estimation of the weight of the different physical weathering processes: freezing-thawing, condensation and restrained hygro-thermal dilations. Two major historic sites were selected: the Château of Chambord in France and the site of Al-Nimrud City in Iraq, an ancient Assyrian capital, built in 1280 BCE. The French materials studied are tuffeau and Richemont stone, extensively used as a substitute for tuffeau restoration during part of the 20th century. The Iraqi materials studied are samples cored in situ in original weathered stones, original healthy stones, and the stone that could be used as a substitute for restoration. The approach chosen for damage risk assessment starts by the realization of a multiphysics and multiscale experimental characterization campaign of the limestone used at Chambord, added to the collection of meteorological data at Chambord thanks to a weather station supplemented by situ stone measurements. The damage risk assessment is obtained by the combined use of climate data and material characterization, through the calculation of the impact of thedifferent physical weathering processes, which required some methodological developments. The proposed damage risk assessment methodology is then applied to Al-Nimrud site. Finally, a preliminary digital health record of the most prominent monument of Al-Nimrud - the Al-Ziggurat - is carried out to diagnose its durability.