Kalkboek. Het gebruik van kalk als bindmiddel voor metsel- en voegmortels in verleden en heden

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5 Résumé

Cette publication traite de la mise en oeuvre de mortiers de maçonnerie et de jointoiement d'un type particulier et spécifique: les mortiers de chaux. Nous y évoquetons l'historique des techniques de construction mais nous nous pencherons surtout sur les techniques de restauration actuelles. Dans ce cas précis, la question qui se pose n'est pas tant de savoir ce que ces mortiers apportent actuellement mais plutôt ce qu'ils pourraient apporter.

À l'heure actuelle, le liant contenu dans les mortiers principalement utilisés pour la maçonnerie et le jointoiement est essentiellement ou uniquement le ciment Portland. De ce fait, une grande partie des connaissances relatives aux mortiers de chaux se sont perdues. Depuis la fin du dix-neuvième siècle, les mortiers liés au ciment ont remplacé petit à petit les ciments de chaux. Cela est dû à plusieurs raisons. La principale est peut-être qu'un mortier de ciment atteint sa résistance définitive beaucoup plus rapidement. La construction a été contrainte de s'adapter au besoin de plus en plus croissant en bâtiments tels que maisons, usines, écoles et ouvrages de génie civil. Ceci était surtout la conséquence de la croissance démographique et de l'industrialisation. Dans ce cadre, l'explosion de la construction de bâtiments qui a suivi directement la fin de la Seconde Guerre Mondiale, dans le but de reconstruire les dommages de la guerre et de répondre simultanément au grand besoin de logement, constitue une étape majeure. Construire rapidement était devenu une nécessité et les mortiers de ciment le permettaient. Et le permettent encore de nos jours. Néanmoins, on assiste actuellement à la redécouverte des mortiers liés à la chaux, notamment pour leur emploi dans le secteur de la restauration et de la rénovation. Cette utilisation repose sur le principe de la compatibilité: les mortiers de restauration doivent bien se combiner avec les matériaux historiques. Dans les travaux de restauration courants actuels, les mortiers employés sont souvent incompatibles ou insuffisamment compatibles. Cela aboutit à des ouvrages moins durables et peut, à terme, provoquer des dommages. Dans de nombreux cas, la compatibilité des mortiers de chaux avec les maçonneries historiques est meilleure que celle des mortiers de ciment destinés à la construction neuve. Les mortiers anciens, rencontrés sur des constructions historiques et demeurés en bon état de conservation, montrent que ce mortier -s'il possède la composition adéquate et s'il est mis en oeuvre dans les règles de l'art- peut être extrêmement durable. Cette publication traite la mise en oeuvre des mortiers liés à la chaux et des mortiers de jointoiement et a été egalement inspirée par l'admiration portée à ce matériau.

La recette du mortier de chaux

Le liant des mortiers de chaux est constitué par la chaux aérienne (hydroxyde de calcium, Ca(OH)₂) ou par la chaux hydraulique. La chaux hydraulique est constituée d'un mélange d'hydroxyde de calcium et d'une grande partie de silicate de calcium qui réagit au contact de l'eau en durcissant. L'hydroxyde de calcium est obtenu en éteignant d'eau la chaux anhydre. La chaux anhydre (CaO) s'obtient en calcinant (dans des fours à chaux) du calcaire ou des coquillages (les matières premières à la base de la chaux). Le calcaire et les coquillages sont constitués en grande partie de carbonate de calcium (CaCO₃).

Un mortier s'obtient en mélangeant un liant avec un granulat. Le mortier est principalement constitué par le granulat (agrégat). Dans le cas d'un mortier de maçonnerie ou de jointoiement, it s'agit le plus souvent de sable. Le liant doit assurer la liaison entre les grains du granulat et la liaison entre les grains et la brique. Des additifs sont parfois ajoutés. La nature et les proportions de tous ces composants ont une influence déterminante sur le processus de durcissement et sur les propriétés lors de la mise en oeuvre après le durcissement. Le chapitre 3 traite des composants des mortiers de chaux (§ 2: Les matières premières du mortier de chaux). Les propriétés du mortier ne sont pas uniquement établies par les propriétés des matières qui le composent mais aussi par les proportions du mélange. Le choix de la formulation du mortier doit être fait sur la base de la fonction spécifique à laquelle le mortier est destiné. Cet aspect est également abordé au chapitre 3, paragraphe 6: Les composants et leurs proportions. Par ailleurs: cette publication n'est pas un livre de recettes! La composition d'un mortier est un travail de spécialistes et doit donc être confiée uniquement aux technologues des liants et granulats. Les entrepreneurs et les jointoyeurs sont spécialisés dans la mise en oeuvre et c'est là qu'ils doivent consacrer leurs efforts plutôt qu'inventer eux-même les recettes de mortier ou persister de fa§on incompréhensible à utiliser leur propre recette. Comme nous le montre trop souvent la pratique, les monuments peuvent en être les victimes.

Durcissement

Après la composition du mortier, le processus de durcissement est le sujet du § 7: Le durcissement du mortier de chaux.

Le durcissement des mortiers de chaux peut être résumé par le cycle de la chaux: le processus de transformation de pierre à pierre. Des morceaux de

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calcaire ou de coquillages (carbonate de calcium) sont transformés en oxyde de calcium par calcination. En arrosant avec de l'eau, l'oxyde de calcium réagit pour former de l'hydroxyde de calcium. Après transformation, il se forme alors de la chaux pétrifiée: en se combinant avec le dioxyde de carbone de l'air, l'hydroxyde de calcium est transformé en carbonate de calcium, après quoi le cycle est achevé.

La chaux fabriquée à partir de calcaire (chaux en roche) est parfois, selon la composition minéralogique de la matière première, constituée non seulement de chaux mais aussi d'éléments hydrauliques secondaires. Ceux-ci réagissent en présence de l'eau et du calcaire pour former des gels durcissants. Ces gels assurent le durcissement primaire du liant. S'il reste encore de la chaux libre (hydroxyde de calcium) dans le mortier après ce durcissement primaire, un second durcissement a lieu, dû à la réaction de l'hydroxyde de calcium avec le dioxyde de carbone (du moins, lorsque la construction n'est pas isolée de l'air, par exemple parce qu'elle a lieu sous l'eau). Cette dernière réaction correspond donc au durcissement de la chaux aérienne. On peut donc considérer la chaux en roche comme le mélange d'un composant hydraulique et de chaux aérienne. Le premier durcit relativement rapidement, même sous l'eau, le second relativement lentement et uniquement si le dioxyde de carbone contenu dans l'air peut entrer au contact de la chaux. La proportion de l'un et de l'autre composant détermine si la chaux est fortement ou peu hydraulique.

En l'absence de composants (suffisamment) hydrauliques, il est possible d'ajouter des pouzzolanes au mortier de chaux afin d'augmenter l'hydraulicité et la résistance finale du mortier. Avec ces pouzzolanes, la chaux durcit d'une manière similaire à la chaux hydraulique. Les pouzzolanes peuvent être des matériaux naturels concassés - comme le trass - ou des produits artificiels comme des tuiles broyées ou autres matériaux légers en céramique cuite.

Une longue histoire

Le chapitre 2 est essentiellement une rétrospective de l'emploi traditionnel des mortiers de chaux. L'emploi de la chaux dans la composition des mortiers de construction connaît une histoire à la fois longue et riche. Elle est exposée en détail au § 2: L'emploi de la chaux au fil des siècles. À titre de préambule, un paragraphe évoque les autres liants ayant été employés et employés à l'heure actuelle dans la composition des mortiers. Depuis l'Antiquité jusqu'à un passé récent, des mortiers à base de glaise ou de plâtre, par exemple, étaient aussi employés pour la construction. Hors de l'Europe occidentale, notamment dans les pays en voie de développement, un liant comme la glaise, ici totalement oublié, est aujourd'hui encore beaucoup utilisé.

Recherche

Le chapitre 5 commence par un paragraphe sur la recherche. Lorsque l'on étudie les mortiers de chaux historiques, il s'avère qu'une grande diversité de mortiers de chaux étaient mis en oeuvre dans le passé. Les différences portent essentiellement sur la proportion entre liant et sable, le type de chaux utilisé (chaux aérienne ou chaux hydraulique) et la présence ou l'absence de composants secondaires, par exemple sous forme de trass. D'une part, ces différences peuvent s'expliquer par l'emploi de matières premières provenant de lieux d'extraction locaux et régionaux (calcaire, coquillages). D'autre part, l'évolution des connaissances techniques au fil du temps joue aussi un rôle. De ce fait, les compositions des mortiers pouvaient être de mieux en mieux adaptées aux circonstances de mise en oeuvre et à la fonction que devait remplir le mortier (maçonnerie en élévation, ouvrage d'endiguement, etc.).

Si nous voulons employer les mortiers de chaux dans la restauration ou dans la rénovation, nous devrons acquérir une bonne notion de la pierre et du mortier historique auquel nous devons accoler. Les conditions atmosphériques et le vent ont également une importance, ainsi que d'autres influences environnementales. Le chapitre 4 se penche sur ces influences environnementales et détaille les notions d'altération et de dégradation et les caractéristiques qui y sont liées, comme la durabilité. Ce chapitre est une base importante pour la dernière partie du chapitre 5 qui est consacrée a l'emploi et à la composition des mortiers de chaux (§ 3.2) et évoque des exemples tirés de la pratique (§ 4).

Etat des lieux

Le présent ouvrage se propose de dresser un ‘état des lieux’ technique. Les auteurs -en faisant appel à leur propre expérience, en se basant sur des publications anciennes et récentes et grâce à la contribution du groupe de travail- ont tenté de brosser un tableau aussi complet que possible des mortiers liés à la chaux et destinés à la maçonnerie et au jointoiement. Ceci n'a pas uniquement été fait dans l'intention de démontrer que l'on peut fabriquer des mortiers avec de la chaux qui sont aussi bons -voire meilleurs- que les mortiers à base de ciment utilisés, les plus utilisés actuellement. Un argument de poids a aussi été la conviction que la conservation des monuments historiques bénéficierait de l'intégration plus large de ce matériau dans la gamme de produits disponibles pour la restauration. Si ce matériau était mieux connu, it serait également plus souvent mis en oeuvre.