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This study is extracted from a case study of the chapel of Maurepas, in the national estate of Chambord, in France. It is focused on the diagnosis of two corner quoins made of tuffeau stonework in the inner side of the chapel. These corner quoins visually suffer from severe powdering. Both matter loss quantification and chemical analysis were performed to assess the intensity and the origin of this powdering. A 3D survey was performed using a laser scanner to quantify the matter loss where the powdering is maximal. The processing of 3D data revealed a reduction up to 37% of the section of the pillar. Samples were drilled at different heights and different depths to assess the nature and proportion of potential salts, added to the quantification of water content. XRD analyses showed the presence of NaCl while ion chromatography could quantify its content, up to 10%. Even if the pillars are located in the inner side of the chapel, there is a significant water content in the stonework, especially where it is polluted by NaCl. All evidences tend to conclude the phenomenon of powdering is still in progress even if some remediation was already attempted in 1992 in this chapel.

The main historic monuments of the Loire Valley in France are built with tuffeau. This very porous and soft siliceous limestone presents many technical and aesthetic advantages justifying its wide use. Among the most damaging degradations of tuffeau, spalling is the most destructive one. This study aimed at verifying the profiles of gypsum content observed in spalling of tuffeau at the castle of Chambord during a previous study. Here, samples from both the Castle of Chambord and from the Castle of Chaumont-sur-Loire were collected, to provide more extensive and thus representative data for monuments made out of tuffeau in the Loire Valley.For all samples, in both castles, a systematic presence of gypsum was observed in areas subjected to spalling. The gypsum content is always very low at the surface and progressively increases (always around 1%) up to the depth of the zone where the crack is present, and then decreases along depth. No other salt was detected. This study also proved that preexistent cracking is not necessary for gypsum to crystallize. All these statements are totally in accordance with the previous study, hence allowing to confirm its representativeness.

The current study aims to assess the compatibility between tuffeau and Richemont stone exposed to salt weathering, the most frequent physical-mechanical weathering process. Different experimental tests, both in macro- and in micro- scale, were performed on the aged stone samples underwent 20 wetting-drying cycles using salt solution of sodium chloride. The results of the aged samples were then compared with the already results belonged to the fresh samples. In the accelerated ageing tests the stone samples were situated in two different methods: the isolated stone samples and the pair of stone samples, i.e. one tuffeau sample linked to one Richemont sample. The linked test method was adopted to simulate the in-situ situation of the stones. The main results show that the microstructural characteristics of the stone (pore size distribution, water transfer properties and tensile strength) strongly reflect the stone resistance versus the salt weathering. Moreover, the results indicate that the integrity of tuffeau stone samples increased when linked to the Richemont stone samples referring to the presence, in partial way, the compatibility between the two stones. However, the limited conditions of the salt crystallization test (i.e. only 20 wetting-drying cycles) were not sufficient to detect the complete behavior of the two stones towards the salt weathering. Therefore, the current results confirm that the compatibility assessment between the stones cannot be judged based on the results presented in this study.

International audience; Charles VIII (1483-1498) construction period in the castle at Amboise took place from 1492 to 1498. In 1495-1496, an account book was written mainly about the well-preserved Tour des Minimes, a tower one could climb up on horseback. A comparative study of the building, along with the account book, cut stones (petrography and statistics), mortars (grain size distribution and lime) and the whitewash jointing, requires a specific methodology and a constant dialogue between architectural historians, geologists, and archaeologists. The research enables to identify the name of the stones and the technical vocabulary used at the end of the middle ages. Moreover, it proves that achief stone dresser probably worked on the tower, and that the building site was likely to have been split into several centresand workshops; and it also reveals the rhythm of work to have been intense, since for the tower only, more than 15m of vaulted masonry had been created. All this have been allowed thanks to workers with an empirical knowledge of materials, the high quality of the chosen materials and the remarkable implementation they did. It resulted in an outstanding genuine edifice in which four revolutions and a half climb around an openwork newel.; Le chantier de Charles VIII (1483-1498) au château d’Amboise se déroula entre 1492 et 1498. L’année 1495-1496 est documentée par un livre de compte concernant notamment la tour cavalière des Minimes, aujourd’hui bien conservée. L’étude croisée du bâti, du livre de compte, des pierres de taille (pétrographie et statistique), des mortiers (granulométrie et analyses de la chaux) et du badigeon recouvrant les joints a nécessité la mise en place d’une méthodologie précise, demandant de continuels échanges entre historiens de l’architecture, géologues et archéologues. Ces investigations permettent d’identifier les dénominations des pierres et le vocabulaire technique en usage à la fin du Moyen Âge. Mais bien au-delà, elles démontrent l’intervention probable d’un appareilleur, l’organisation du chantier régi en plusieurs pôles et ateliers, ainsi que son rythme très soutenu puisque, pour la seule tour, plus de 15 m de maçonneries voûtées furent élevées. Ce fut possible grâce à la connaissance empirique des matériaux qu’avaient les hommes œuvrant à la construction, à la qualité des matériaux employés et à la remarquable mise en œuvre qui en fut faite. Il en résulte un ouvrage hors du commun, d’une rare audace où quatre révolutions et demie de voûtes d’ogives montent autour d’un noyau creux.

National audience; The insulation of old buildings made with tuffeau stone requires the implementation of materials suitable to the wall hygrothermal behavior. Indeed, inadequate techniques can lead to moisture disorders. Six insulation techniques were selected for this study. For the numerical investigation of the hygrothermal behavior of different multilayer walls, real dynamic weather data were used as boundary conditions. The time lag and decrement factor were used to evaluate these techniques for heat transfer as for moisture transfer.; L’isolation des bâtiments en pierre de tuffeau nécessite la mise en œuvre de matériaux respectueux du comportement hygrothermique de la paroi. En effet, un réaménagement inadapté peut entraîner des désordres hydriques préjudiciables à la pérennité de la paroi. Six techniques d’isolation ont été sélectionnées pour cette étude. Afin d’étudier le comportement hygrothermique des différentes parois multicouches, des données météorologiques ont servi en tant que conditions limites appliquées à la surface extérieure.. Le déphasage et le facteur d’amortissement ont servi pour l’évaluation de ces techniques pour le transfert thermique comme pour le transfert d’humidité.

National audience; La rénovation thermique des bâtiments nécessite l'augmentation de la résistancethermique des parois, par des techniques d'isolation par l'intérieur (ITI) ou l'extérieur (ITE).Cependant, l'ITE ne permet pas de conserver la signature architecturale des bâtiments, notamment lesbâtiments en tuffeau de la vallée de la Loire. Cette étude s'inscrit dans cette recherche de techniquesd'ITI adaptées aux parois en tuffeau. Le logiciel WUFI est utilisé comme un outil de prédiction dutemps de stabilisation des profils de température et de teneur en eau dans les parois. Ces tempspermettront ensuite d'établir des plans d'expérience tenant compte de ces contraintes temporelles.

The conservation of built heritage requires a good knowledge of the materials and the history of the monument in question. One objective of the SACRE Project (Suivi des Alterations, Conservation et Restauration des Monuments en Pierres Calcaires [Degradation Monitoring, Characterization and Restoration of Limestone Monuments]) is to establish the health record of a monument. Chambord Castle was built out of tuffeau limestone in 1519. This limestone, which comes from the Loire Valley, is extremely fragile, causing spalling and exfoliation to occur on the surface of the stone. The south facadethe entrance to the Castle—and the east tower are studied. The mapping of the different origins and dates of the stones forms the basis of the health record of the Castle. The comparison between this mapping and the location of damages on the facades shows different type and degree of degradation concerning tuffeau. The topography and the orientation of the building are also significant parameters that contribute to th...

This thesis is dedicated to the establishment of a methodology to study the built cultural heritage, applied to the castle of Chambord. It consists in realizing the health record of the monument, and completing it by an experimental sequence in laboratory, in order to provide a diagnosis of the state of degradation.Historical archives about the castle were gathered and analysed to obtain mappings of dating and nature of stone. By mean of in situ observations, a mapping of degradation has been added. A synthesis of the information concerning the past and the present of the monument allowed establishing a list of the main factors associated to degradations and to a chronology of development of these degradations, so as to estimate their kinetics.Spalling, which is the most damaging and complex usual degradation, has been chosen as case of study for the diagnosis of degradation. The physic-chemical characterisations made on in situ coring lead to systematically found gypsum in spalling’s cracks. Various artificial ageing tests have been performed to enlighten the role of gypsum, its transport mode, and its origin. Atmospheric pollution including gaseous SO2 reproduces well the distribution of gypsum observed in spalling at Chambord. A global mechanism taking into account this phenomenon has been proposed to clarify the development of this degradation., Ce travail de thèse consiste en l’élaboration d’une méthodologie d’étude de monuments historiques, appliquée au château de Chambord. Il s’agit de mettre en place le carnet de santé de l’édifice, et de le compléter par une expérimentation en laboratoire, afin de réaliser un diagnostic d’altération.Les archives historiques concernant le château ont été rassemblées et analysées pour concevoir des cartographies de dates de pose et de nature des pierres. L’examen in situ des façades a ensuite conduit à réaliser des cartographies d’altération. La synthèse des informations concernant le passé et le présent du monument a permis d’établir une liste des principaux facteurs environnementaux associés aux altérations, de même que la chronologie de leur développement, pour ainsi aboutir à une première estimation des cinétiques de progression.C’est la desquamation en plaques, détérioration courante du tuffeau, à la fois la plus dommageable et la plus complexe, qui a été ciblée pour le diagnostic d’altération. Les analyses physico-chimiques réalisées sur des prélèvements in situ ont conduit à l’identification systématique du gypse dans les fissures des desquamations. Des simulations expérimentales ont été mises en place pour appréhender le rôle du gypse, son mode de transport et son origine. La pollution atmosphérique mettant en oeuvre du SO2 gazeux reproduit bien la distribution du gypse telle que mesurée dans les desquamations en plaques observées au château de Chambord. Un mécanisme incluant ce phénomène a été proposé, pour expliquer le développement de cette altération, et qui pourrait être à la base des prévisions de l’évolution des altérations, afin d’envisager le futur du monument.

The main objective of this work is the study, by a multi-scales approach, of the behaviour of building stonesof monuments with respect to deterioration. To this end, two building limestones, of which a few maincharacteristics are very close (total porosity, mechanical resistance), are studied: white tuffeau, which islargely employed in constructions of castles of the Loire Valley, and Sébastopol stone, used in Paris area.First of all, an observation of the various types of in-situ weathering and a case study on a naturallydeteriorated stone were carried out in order to note the various morphologies of deterioration and to identifywater like the agent vector of the phenomena of deterioration.In the second time, a multi-scales characterization was carried out in order to observe the fresh stones fromthe point of view of their mineralogical constitution, the morphology of their porous media and especially oftheir water properties (water retention capacity, properties of transfer of water in liquid form and vapourform) but also of their hydro-mechanical behaviour.The last part is devoted to the durability of the building stones with the study of compatibility betweenstones used in restoration. Indeed, behaviours of the stones during an artificial ageing test are compared.The different reaction of the two stones in relation with this same process of deterioration is to be linked totheir very dissimilar water properties. At last, a formulation and a hydro-mechanical characterization ofjoints of mortar are proposed in order to determine the criteria of compatibility between the mortar and thestones.; L'objectif principal de cette thèse concerne l'étude, par une approche multi-échelles, du comportement despierres de monuments vis-à-vis de l'altération. A cet effet, deux pierres de construction, dont certainescaractéristiques principales sont assez semblables (porosité totale, résistance mécanique), sont étudiées : letuffeau blanc, qui est largement employé dans les constructions des châteaux du Val de Loire, et la pierre deSébastopol, utilisée en région parisienne.Tout d'abord, une observation des différents types de dégradations rencontrées in-situ ainsi qu'une étude decas sur une pierre altérée naturellement ont été réalisées afin de constater les différentes morphologiesd'altération et d'identifier l'eau comme l'agent vecteur des phénomènes d'altération.Dans un second temps, une caractérisation multi-échelles a été effectuée afin de bien connaître les pierresnon-altérées du point de vue de leur constitution minéralogique, de la morphologie de leur milieu poreux etsurtout de leurs propriétés hydriques (capacité de rétention d'eau, propriétés de transfert de l'eau sous formeliquide et sous forme vapeur) mais aussi de leur comportement hydro-mécanique.La dernière partie est consacrée à la durabilité des pierres mises en oeuvre avec l'étude de la compatibilitéentre les matériaux utilisées en restauration. En effet, le comportement des pierres durant un essai devieillissement artificiel est comparé. La réaction différente des deux pierres face à ce même processusd'altération est à relier directement à leurs propriétés hydriques très dissemblables. En dernier lieu, uneformulation et une caractérisation hydro-mécanique de joints de mortier est proposée afin de déterminer lescritères de compatibilité entre le mortier et les pierres en oeuvre.

Among the parameters influencing stone deterioration, moisture and water movements through the pore network are essential. This communication presents differents methods to characterize stones and to determinate the water transfer properties. Results are analysed for two limestones having similar total porosity, but characterized by different pore networks. These different porous systems govern dissimilar water properties.

The main objective of this work is the study, by a multi-scales approach, of the behaviour of building stonesof monuments with respect to deterioration. To this end, two building limestones, of which a few maincharacteristics are very close (total porosity, mechanical resistance), are studied: white tuffeau, which islargely employed in constructions of castles of the Loire Valley, and Sébastopol stone, used in Paris area.First of all, an observation of the various types of in-situ weathering and a case study on a naturallydeteriorated stone were carried out in order to note the various morphologies of deterioration and to identifywater like the agent vector of the phenomena of deterioration.In the second time, a multi-scales characterization was carried out in order to observe the fresh stones fromthe point of view of their mineralogical constitution, the morphology of their porous media and especially oftheir water properties (water retention capacity, properties of transfer of water in liquid form and vapourform) but also of their hydro-mechanical behaviour.The last part is devoted to the durability of the building stones with the study of compatibility betweenstones used in restoration. Indeed, behaviours of the stones during an artificial ageing test are compared.The different reaction of the two stones in relation with this same process of deterioration is to be linked totheir very dissimilar water properties. At last, a formulation and a hydro-mechanical characterization ofjoints of mortar are proposed in order to determine the criteria of compatibility between the mortar and thestones., L'objectif principal de cette thèse concerne l'étude, par une approche multi-échelles, du comportement despierres de monuments vis-à-vis de l'altération. A cet effet, deux pierres de construction, dont certainescaractéristiques principales sont assez semblables (porosité totale, résistance mécanique), sont étudiées : letuffeau blanc, qui est largement employé dans les constructions des châteaux du Val de Loire, et la pierre deSébastopol, utilisée en région parisienne.Tout d'abord, une observation des différents types de dégradations rencontrées in-situ ainsi qu'une étude decas sur une pierre altérée naturellement ont été réalisées afin de constater les différentes morphologiesd'altération et d'identifier l'eau comme l'agent vecteur des phénomènes d'altération.Dans un second temps, une caractérisation multi-échelles a été effectuée afin de bien connaître les pierresnon-altérées du point de vue de leur constitution minéralogique, de la morphologie de leur milieu poreux etsurtout de leurs propriétés hydriques (capacité de rétention d'eau, propriétés de transfert de l'eau sous formeliquide et sous forme vapeur) mais aussi de leur comportement hydro-mécanique.La dernière partie est consacrée à la durabilité des pierres mises en oeuvre avec l'étude de la compatibilitéentre les matériaux utilisées en restauration. En effet, le comportement des pierres durant un essai devieillissement artificiel est comparé. La réaction différente des deux pierres face à ce même processusd'altération est à relier directement à leurs propriétés hydriques très dissemblables. En dernier lieu, uneformulation et une caractérisation hydro-mécanique de joints de mortier est proposée afin de déterminer lescritères de compatibilité entre le mortier et les pierres en oeuvre.

Cette communication présente les résultats d'un essai de vieillissement basé sur des cycles d'imbibition-séchage sur une pierre régionale : le tuffeau. Une cinquantaine de cycles qui ont duré trois ans ont été appliqués sur une face d'un échantillon cylindrique. Les mouvements d'eau semblent induire des modifications texturale et minéralogique dues aux phénomènes de dissolution des minéraux, de transport des sels et de recristallisation. Ceci provoque le ralentissement de l'imbibition et témoigne de l'altération de l‘échantillon de la pierre testée. De plus, le test d'imbibition permet de montrer la présence de deux zones d‘altération distinctes, notamment une patine sur la face cyclée, zone moins poreuse que dans le reste de l'échantillon.

Meknès - Maroc; Cette communication présente les caractéristiques hydriques et mécaniques d'un mortier à base de chaux hydraulique et de poudre de tuffeau (pierre calcaire employée dans la construction des châteaux dans le Val de Loire – France). Les différents tests mécaniques et hydriques sur les échantillons de mortier confectionnés avec différents pourcentages de chaux hydraulique ont pour objectif de déterminer le mortier compatible avec le tuffeau.

Water plays a fundamental role in the phenomena of stone deterioration. A highly porous limestone called tuffeau used in the Loire castles in France is characterized. Several techniques for pore space investigation and anisotropy determination are presented and their range of application is discussed. Water retention and transfer properties related to the pore space characteristics are determined as a function of relative humidity. The experimental set-up and tests presented have been chosen for their simple execution and interesting data produced for both fresh and deteriorated stone.