Résumé
Le tuffeau, calcaire siliceux, utilisé depuis de très nombreux siècles comme matériau de construction, subit des altérations dues notamment aux mouvements d'eau. On s'est efforcé de reconstituer en laboratoire, sur des blocs de tuffeau, de manière stylisée-sous forme de cycles imbibition-séchage-les transferts hydriques susceptibles de provoquer des altéractions. Par réitération de ces cycles, il a été mis en évidence une réduction de la cinétique des échanges hydriques entre blocs et milieu extérieur (air ou eau). Un modèle numérique simples, établi préalablement et dérivé du modèle classique de De Vries a été appliqué à la situation expérimentale décrite plus haut. Concernant l'évolution temporelle du stock d'eau d'un bloc de tuffeua, une bonne concordance expérimentation-simulation numérique nécessite la prise en compte dans cette dernière d'une diminution progressive de la porosité de la surface du bloc soumise à transferts. Des analyses macro-et microscopiques ten-dent à confirmer cette constation.
Abstract
The “tuffeau”, a siliceous limestone, has been used for many centuries as a building material even if it could be weathered, principally because of water movements. At attempt has been achieved to realize a laboratory simulation of the hydric transfers which are likely to induce alterations. This simulation consists in a simplified approach: wet-dry cycles to which the “tuffeau” blocks are submitted. When repeating these cycles, it has been stated that a decrease of the superficial hydric transfer kinetic between the “tuffeau” blocks and their environment (air or water) could be observed. A straightforward numerical model which had been established previously and derived from classical De Vries's model has been applied to recalled experimental circumstances. When analyzing the time-evolution of the water stock inside a “tuffeau” block, a good agreement between experimental and numerical simulation can be observed so long as, in that simulation, a progressive decrease of the superficial porosity of the attacked side of the block is taken into account. Macro- and micro-analysis tend to confirm this observation.
Abbreviations
- A:
-
Section des échantillons m2
- DTv :
-
Coefficient de diffusion de vapeur d'eau sous l'effet d'un gradient de température m2/s
- C:
-
Capacité calorifique volumique J/m3.K
- h:
-
Hauteur des échantillons m
- K1 :
-
Conductivité du matériau à la phase liquide m/s
- Kv :
-
Conductivité du matériau à la phase vapeur m/s
- Δm:
-
Prise de masse d'un matériau kg
- S:
-
Coefficient de remontée capillaire m/s1/2
- t:
-
Temps s
- T:
-
TempératureoC, K
- z:
-
Coordonnée cartésienne (verticale ascendante) m
- ε:
-
Porosité totale
- τ:
-
Diamètre d'accès aux pores m
- λ* :
-
Conductivité thermique apparente W/m.K
- ϱ:
-
Teneur en eau volumique m3/m3
- λ1 :
-
Masse volumique de la phase liquide kg/m3
- σ:
-
Tension superficielle air/eau N/m
- Ψ:
-
Potentiel de succion capillaire m
- b:
-
Constante (Équation de Campbell) −
- Ψc :
-
Potential d'entrée d'air (Équation de Campbell) m
Bibliographie
Hammecker, C., ‘Importance des transfers d'eau dans la dégradation des pierres en œuvre’, Thèse de Doctorat, Strasbourg, 1993.
Cautru, J. P., ‘Le tuffeau de Touraine et son altération’, The Conservation of stone, Int. Symp., Bologna. (Centro per la conservazione delle sculpture all'aperto, Bologna, 1975) 103–131.
Pauly, J. P., ‘Altération de la pierre en œuvre en relation avec la climatologie et l'architecture’, Thèse de Doctorat, Institut National Polytechnique de Lorraine, 1990.
Philippon, J., Jeannette, D. et Lefèvre, R. A., ‘La conservation de la pierre monumentale en France’ (Presses du CNRS, Paris, 1992).
Dessandier, D., ‘Étude du milieu poreux et des propriétés de transferts des fluides du tuffeau blanc de Touraine. Application à la durabilité des pierres en œuvre’, Thèse de Doctorat, Université de Tours, 1995.
Hoffmann, D., Niesel, K. and Plagge, R., ‘Water Retention and Conductivity of Porous Media’,The American Ceramic Society bulletin 74 (11) (1995) 48–50.
Kirchner, D. und Worch, A., ‘Processus physiques lors de la cristallisation de sels’ (uniquement disponible en allemand) ‘Physikalische Vorgänge bei der Salzkristallisation’,Bautenschutz und Bausanierung 16 (1993) 101–103.
Foucault, A. et Raoult, J. F., ‘Dictionnaire de géologie’ (Ed. Masson, 1980).
Dessandier, D. et Gaboriau, H., ‘Faciès, milieu poreux et propriétés de transfert des fluides de pierres de «Tuffeau» en œuvre sur la cathédrale Saint Gatien de Tours’, Conservation commune d'un patrimoine commun, 2e Colloque du Programme Franco-Allemand de Recherche pour la conservation des Monuments Historiques, Bonn, 12–13/12/1996, 257–266.
Al Sheikh Hassan, N. et Bastian, G., ‘Réponse d'une paroi de mortier à un échelon hygro-thermique prolongé’,Rev. Gén. Thermique 374 (1993) 98–107.
Daïan, J. F., ‘Processus de condensation et de transfert d'eau dans un matériau méso et macroporeux. Étude expérimentale du mortier de ciment’, Thèse d'État. Grenoble, 1986.
Essais et recommandations pour mesurer l'altération des pierres et évaluer l'efficacité des méthodes de traitements’,Mater. Struct.,13 (75) (1980) 175–217.
De Vries, D. A., ‘Simultaneous transfer of heat and moisture in porous media’,Transactions of the American Geophysical Union,39 (5) (1958) 909–916.
Milly, P. C. D., ‘Moisture and heat transport in hysteretic, inhomogeneous porous media: a matrix head-based formulation and a numerical model’,Water Resources Research 18 (1982) 489–498.
Crausse, P., Laurent, J. P. et Perrin, B., ‘Influence des phénomènes d'hystérésis sur les propriétés hydriques de matériaux poreux’, Rev. Gén. Thermique 35 (1996) 95–106.
Laurent, J.P., ‘Modelling water and heat transfers in stones under climatic influences: physical basis’, 8th Int. Congress on the Deterioration of stone, Berlin, 30/9–4/10 1996.
Laurent, J. P., ‘Simulation par le logiciel “STEP” des mouvements d'eau dans le tuffeau de la cathédrale de Tours’, Conservation commune d'un patrimoine commun, 2e Colloque du Programme Franco-Allemand de Recherche pour la conservation des Monuments Historiques, Bonn, 12–13/12/1996, 303–310.
Patankar, S. H., ‘Numerical Heat Transfer and Fluid Flow’ (Hemisphere Publishing Corporation, USA, 1980).
Campbell, G. S., ‘Soil physics with Basic’, Elsevier, Amsterdam, 1985).
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Chéné, G., Bastian, G., Brunjail, C. et al. Vieillissement accéléré de blocs de tuffeau en laboratoire sous l'effet de cycles d'imbibition-séchage. Mat. Struct. 32, 525–532 (1999). https://doi.org/10.1007/BF02481637
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DOI: https://doi.org/10.1007/BF02481637