GLAM: Glass and Limestone Alteration: an innovative Methodology to study its mechanisms and kinetics

 

Les matériaux exposés à un environnement urbain sont soumis à des processus d’altération, qui dépendent de l’évolution des conditions environnementales (urbanisation densifiée, changements environnementaux). Dans ce contexte, les recherches axées autour du développement durable sont devenues un enjeu majeur. De plus, le bâti n’est pas limité à des constructions récentes, mais concerne également  des constructions anciennes que l’on a souhaité préserver dans un but culturel et touristique. Leur conservation constitue donc un défi environnemental, économique et culturel. Ainsi, le projet GLAM vise à modéliser les processus d’altération de  deux matériaux (les verres de vitraux et les pierres calcaires) utilisés dans des monuments historiques exposés à une zone urbaine.

Ce projet interdisciplinaire rassemble des scientifiques de différentes communautés (patrimoine culturel, sciences de l'environnement, des matériaux, de la physique et de la géochimie) afin de proposer une méthodologie innovante visant à comprendre l'altération des matériaux du patrimoine bâti et à développer des modèles d'altération permettant d'évaluer l'impact des changements climatiques et de la pollution sur leur altération.

 

 

FIGURE 1 : CROUTE NOIRE FORMEE SUR UNE GARGOUILLE EN CALCAIRE, CATHEDRALE DE METZ.

Pour prédire les vitesses d’altération de verres de vitraux et de calcaire dans un environnement en perpétuelle modification (changement climatique et évolution de la pollution), il est nécessaire de construire un modèle géochimique reposant sur des processus physico-chimiques et des paramètres cinétiques. Dans ce but, des expérimentations sont mises en place en environnement contrôlé afin d’altérer des matériaux dans des conditions réalistes de pluie, de condensation et de conditions insaturées. Pour évaluer le rôle de la formation de la couche d'altération sur les cinétiques d’altération, des matériaux présentant différents états d'altération sont étudiés : sains, altérés en laboratoire, et exposés à moyen et à long terme à un environnement réel. Leur altération en laboratoire est couplée avec des traçages isotopiques de transfert d’eau (D218O) et des zones de formation des phases secondaires (18O, 29Si et 34S), afin de localiser les zones de réaction et des données sur les mécanismes et la cinétique d'altération.

 

 
FIGURE 2 : MICROPHOTOGRAPHIES DE COUCHES D'ALTERATION FORMEES SUR DES VERRES DE VITRAUX DU 14EME SIECLE

 

 

En outre, une caractérisation fine des conditions environnementales (solution altérante, température, humidité relative, composition de l'atmosphère) et des matériaux (identification multi-échelle du faciès d’altération et du réseau de pores/fissures) fournit une formalisation conceptuelle des mécanismes. Tous ces paramètres expérimentaux sont utilisés comme données d’entrée dans un modèle numérique d'altération géochimique. La robustesse de modèle est validée par comparaison des données de sorties avec les faciès d'altération de matériaux issus de monuments historiques. De plus, différents types de scénario climatique seront testés afin d'évaluer leur impact sur la durabilité des matériaux.  

Ainsi, les résultats du projet GLAM ont des retombées majeures dans la communauté des sciences de l'environnement et de la conservation. Ce projet permettra d’élaborer des stratégies plus adaptées pour la préservation du patrimoine culturel. De plus, il fournira des outils d’évaluation de l'impact de la pollution sur le bâti, cet axe étant devenu un critère dans les politiques de réduction et de prévention de la pollution.

 

Projet ANR- 14-CE22-0007-01
Date: 10/2014-03/2019

Contacts LISA : M. Saheb, A. Verney-Carron
PI : M. Saheb

 

Partenaires :
LRMH
LMCM/MNHN