Caractérisation de l’endommagement des lauzes calcaires du Massif central

par Yannick Igor Fogue djombou

Thèse de doctorat en Mécanique et Génie Civil

Sous la direction de Eric Garcia-Diaz.

Soutenue le 29-05-2019

à l'IMT Mines Alès , dans le cadre de École Doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015) , en partenariat avec Centre des Matériaux des Mines d'Alès (Alès) (laboratoire) et de Centre des Matériaux des Mines d'Alès / C2MA (laboratoire) .


  • Résumé

    La lauze désigne un matériau naturel en plaquette (sédimentaire (lauze calcaire, lauze de grès), métamorphique (lauze schiste) ou magmatique (lauze de phonolite), obtenu par clivage le long des zones de fragilité horizontale de la roche. Cet éco-matériau est utilisé dans l'architecture vernaculaire et patrimoniale dans de nombreuses régions d'Europe, notamment dans le Massif central en France, où, il constitue un élément clé des paysages culturels agropastoraux méditerranéens du périmètre «Causses et Cévennes» inscrit au patrimoine mondial de l'UNESCO. Ce matériau soumis à des conditions environnementales rudes peut se retrouver endommagé, compromettant ainsi sa fonction d’étanchéité. La variété d’environnements propices à la formation des lauzes du Massif central fait qu’elles ont une diversité de caractéristiques diagénétiques. Cette thèse a pour objectif de caractériser et de comprendre les processus d’endommagement des lauzes calcaires notamment lorsqu’elles sont soumises à divers cycles thermo-hydriques (gel/dégel, absorption/séchage, choc thermique), en se basant sur leur comportement en vibration, en relation avec leur caractéristiques diagénétiques. Pour cela, différents aspects ont été abordés, notamment, d’une part l’utilisation de l’analyse modale expérimentale pour caractériser l’endommagement de lauze calcaire soumise à des cycles de gel/dégel. Et d’autre part la caractérisation du rôle et de l’importance des processus hydriques et thermiques dans les mécanismes de dégradation de ces matériaux, vis-à-vis de leurs propriétés physiques et de leurs caractéristiques diagénétiques, ont été examinées. Les méthodes de diagnostic des structures basées sur leur réponse en vibration et les méthodes d’identification mixtes numériques/expérimentales constituent des méthodes pratiques, robustes, pertinentes et non-invasives pour l’étude des processus d’endommagement de ces géomatériaux. Par ailleurs, la présence caractéristiques diagénétiques telles que les fissures et les stylolites au sein des lauzes influence leur performance mécanique et leur durabilité. Les processus hydriques qui sont l’origine des dégradations de ces matériaux s’opèrent au sein de ces défauts diagénétiques. Enfin il est possible de prédire la susceptibilité d’une lauze à être gélive, soit à partir de l’évaluation de la quantité de glace formée dans les défauts diagénétiques, soit en se servant du savoir-faire traditionnel des artisans qui consistent à se servir du son produite par les lauzes.

  • Titre traduit

    Characterization of the damage processes of limestone tilestone of the Massif central area in France


  • Résumé

    Tilestone is a natural stone material (sedimentary (limestone, sandstone), metamorphic (schist slate) or magmatic (phonolite lauze), splits along horizontal lines of weakness of stone, that can be used for roofing. This eco-material is used for roofing in many regions in Europe (France, Italy, Spain, Great Britain) and contribute to the authenticity of a region, such as in the Massif Central area in France, where they constitute a key element of the Mediterranean agropastoral cultural landscape of the “Causses and Cévennes” perimeter registered on the UNESCO World Heritage List. Limestone tilestone subjected to aggressive climatic conditions could undergo mechanical damage, compromising its roof sealing function.The variety of environments conducive to the formation of the limestone tilestone of the central massif makes them have a diversity of diagenetic characteristics. This thesis aims to characterize and understand the damage processes of limestone tilestone, especially when they are subjected hydro-thermal cycles, based on their vibration response and related to their diagenetic features. Thus, different aspects will be investigated, such as, on the one hand the use of experimental modal analysis to characterize the damage occurring to the limestone subjected to freeze-thaw cycles. And on the other hand, the characterization of the role and importance of hydric and thermal processes in the degradation mechanisms of these materials, related to their physical properties and their diagenetic characteristics, was investigated. Vibration-based monitoring methods and mixed numerical/experimental identification methods are practical, robust, relevant and non-invasive methods for studying the damage processes of these geomaterials. Moreover, the presence of diagenetic features such as cracks and stylolites within limestone tilestone influences their mechanical performance and durability. The hydric processes leading to the degradation of these materials occurs inside these flaws. Finally, it is possible to predict the frost susceptibility of limestone tilestone, either from the evaluation of the ice quantity of formed inside the diagenetic flaws, or by implementing the traditional technic of slate roofer consisting in using sound produced by tilestone.


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