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2. Thématique / Domaine / Contexte : Génie Civil, conservation du patrimoine bâti, et durabilité des maçonneries en pierres.

Ce travail de thèse s'inscrit dans l'axe 'Patrimoine bâti' de l'équipe Génie Civil du laboratoire LaMé. La thèse est reliée à un projet de recherche, soumis à financement auprès de la région Centre - Val de Loire, ayant pour but d'améliorer les connaissances et la compréhension du développement de la desquamation en plaque, maladie principale du tuffeau, pierre des châteaux de la Loire et réunissant plusieurs laboratoires (LaMé, BRGM, Institut Jean Lamour, CESR), des partenaires non-académiques comme la DRAC et les directions de différents châteaux (Chambord, Amboise, Chaumont-sur-Loire) et une entreprise de restauration (O. Rolland).

3. Mots-clés : pierre de construction, mesure des déformations, Patrimoine bâti, desquamation en plaque, durabilité, tuffeau

4. Résumé : Cette étude contribue à l’un des thèmes de l’équipe Génie Civil du LaMé relatif à la compréhension des processus d’altération des pierres de construction en conditions réelles. En effet, la desquamation en plaques est une forme d’altération des pierres calcaires comme le tuffeau, pierres des châteaux de la Loire, dont les mécanismes de formation sont encore mal connus. Parmi les hypothèses émises pour expliquer ce phénomène qui engendre la fissuration de pierres de construction sur une zone parallèle à la surface exposée à l’environnement extérieur, les déformations différentielles provoquées par l’humidification partielle de la pierre pourraient être à l’origine de la fissuration. Ce sujet prend la suite des travaux de thèse de Asaad Al-Omari (2014) et de Mohammed Ahmed Hassine (2018) sur la mesure des déformations induites dans les pierres par des variations environnementales de type thermo-hydro-chimiques. Ces études ont montré https://www.mechlabgabriellame.fr/ l’intérêt de la mesure locale des déformations, en utilisant des jauges de déformation, comparativement aux mesures globales par lvdt, tout en soulignant l’incertitude induite par l’hétérogénéité des matériaux. En effet, Hassine a montré que l’effet d’une pollution de la pierre par du gypse modifiait localement le comportement en déformation du tuffeau lors d’une imbibition d’eau. Son travail de thèse a permis une avancée majeure dans la compréhension des mécanismes d’altération par desquamation du tuffeau, sans pour autant établir les processus de formation des desquamations en plaques. Son travail a aussi montré que l’utilisation des jauges de déformation limite les possibilités d’observation due à la taille des jauges qui restreint et localise les zones de mesures, et due à leur collage sur la surface qui, gênant le transfert d’eau, peut perturber les mesures. Dans le cadre du sujet de thèse proposé, nous comptons également utiliser des méthodes de mesure non locale et sans contact, comme la corrélation d’images, pour évaluer le champ de déformation. Ceci permettrait de compléter les mesures par jauges de déformation pour l’estimation précise des déformations différentielles de la pierre soumise à des cycles de vieillissement par imbibition-séchage par de l’eau polluée ou non. Le rôle de la pollution par du gypse sur le comportement hydrique du tuffeau, à la fois en imbibition et en séchage, est une des perspectives du travail de thèse de M. Hassine, et sera un des points majeurs à explorer dans le cadre du travail de thèse proposé. La compréhension des mécanismes d’endommagement par desquamation des pierres calcaires doit aussi être vue avec une approche multi-échelles. En effet, l’altération d’une pierre peut être liée uniquement au matériau mais aussi à son interaction avec les autres matériaux d’une maçonnerie (pierres et mortiers). En effet, les travaux de thèse menés par Sarah Janvier-Badosa (2012) ont montré le rôle non-négligeable des pierres et des mortiers environnant les pierres de tuffeau desquamées dans le cas du château de Chambord. Des mortiers ou des pierres de restauration plus dures que le tuffeau, comme la pierre de Richemont qui a été massivement utilisé lors des précédents travaux de restauration, pourraient engendrer des déformations empêchées dans les pierres de tuffeau bloquant leur déformation hydrique naturelle. Ainsi, l’étude du comportement dilatométrique se fera sur une structure maçonnée en laboratoire soumise à des sollicitations hydriques ou mécaniques, et le rôle des mortiers (mortiers à base de chaux, à base de ciment, à base de plâtre) sera particulièrement étudié. Ce travail de thèse permettra d’élucider de nombreuses hypothèses émises par les précédentes thèses de doctorant ayant travaillé sur ce problème (Janvier-Badosa, 2012 ; Al-Omari, 2014, Hassine, 2018), et visera à discriminer les paramètres de déclenchement des desquamations en plaques dans les matériaux de constructions poreux.

Janvier-Badosa S., 2012. Le carnet de santé d’un monument : application au château de Chambord. Thèse de doctorat, Université d’Orléans, 324 p.

Al-Omari A., 2014. Hydro-mechanical properties and degradation of stones: Case study of degradation of stones of monuments linked to local weathering conditions. Thèse de doctorat, Université d’Orléans, 337 p.

Hassine M-A., 2018. Contribution aux études des mécanismes de desquamations dans les pierres calcaires. Thèse de doctorat, Université d’Orléans, 214 p.

Descriptif résumé du projet de thèse :

Objectifs

- Déterminer le rôle de la déformation (gonflement) induite par les mouvements d'eau du tuffeau dans la formation de la desquamation en plaque Méthode

- caractérisation physico-chimique et mécanique des matériaux (tuffeau, pierres calcaires de substitution, mortiers à base de chaux, mortiers à base de plâtre).

- mesures des déformations hydrique et hygrique des matériaux seuls et de la maçonnerie de manière locale par jauge de déformation et de manière globale par corrélation d'images.

- essais de vieillissement artificiel en laboratoire et comparaison avec les prélèvements de matériaux vieillis naturellement prélevés sur les châteaux. Résultats attendus

- Étude de la durabilité des tuffeaux en laboratoire.

- Critique de la discrimination des paramètres de déclenchement des desquamations à partir des données in situ et en laboratoire.

- Etablissement des processus de formation des desquamations dans les monuments en tuffeau.

Objectifs de valorisation des travaux de recherche du doctorant

- Publications dans des revues scientifiques internationales à comité de lecture

- Participations à des conférences nationales (AUGC) et internationales sur la thématique de la durabilité des maçonneries

- Tournage d'un web doc de vulgarisation scientifique et création d'une exposition sur l'altération du tuffeau et les procédés de restauration

5. Profil et compétences recherchées : Mécanique des matériaux, avec une sensibilité à la physico-chimie des matériaux et au travail pluridisciplinaire sur la conservation des matériaux du patrimoine bâti

6. Informations administratives :

? Etablissement : Université d'Orléans

? Spécialité : Génie Civil

? Unité de recherche : LaMé - Laboratoire de Mécanique Gabriel Lamé (EA7494)

? Nom du Directeur de thèse : Kévin Beck (kevin.beck@univ-orleans.fr)

? Nom du co-Directeur de thèse : Xavier Brunetaud

? Unité : LaMé EA7494

? Début de la thèse : 01 octobre 2021

? Date limite de candidature en ligne sur ADUM : 26 avril 2021 (candidature à faire obligatoirement sur le site internet de ADUM : https://www.adum.fr/ )