L'Eglise de Villars : origine de la fissuration des piles de l'église

En octobre 2003, le LERM a réalisé une étude diagnostique sur la fissuration des piles de l'église de Villars (Loire). En effet, une intense fissuration affecte la base des piles (massifs de frettage en béton) ainsi qu'un important écaillage à l'interface pierre / béton. Les investigation sur site et les essais en laboratoire ont notamment permis de mettre en évidence un réseau d'armatures hétérogène au centre, et surtout de relier les désordres observés à des réactions de gonflements internes au sein des colonnes, liées à l'utilisation inadéquate de plâtre lors de réparations anciennes...

Le LERM, en tant que laboratoire conseil spécialiste de l'étude des pathologies des pierres et des bétons, a été chargé, sous la conduite de Monsieur Goulois, architecte du patrimoine, de rechercher l'origine des fissurations affectant les piles de l'église de Villars et de préconiser des solutions de réparation adaptées.

LES DESORDRES VISIBLES

Les piles de l'église, en pierre calcaire, semblent reposer, en partie basse, sur des massifs de béton. Le contact entre les deux ne permet pas de savoir si les colonnes en pierre se prolongent au sein des massifs béton. La pierre présente de nombreuses réparations et parties enduites. Les fissurations sont observées au contact avec le massif de frettage, jusqu'à une hauteur pouvant atteindre pusieurs mètres. Cette fissuration affecte également les massifs de béton, jusqu'à leur base (fig 1). A l'interface pierre / béton un important écaillage fait apparaître une pierre peu cohésive, voire pulvérulente, ainsi que des moulurages apparemment au plâtre (fig 2).

Plan de l'église	Fig 1	Fig 2

AUSCULTATION DES MASSIFS EN BETON

Les auscultations ont été réalisées à l'aide d'un radar de conception et fabrication LERM. Elles permettent de conclure à la bonne homogénéité du béton des massifs et sur l'absence de vides internes préjudiciables à la bonne tenue de l'édifice.
Parallèlement, la technique radar a également permis de détecter et de positonner les armatures internes. Leurs contitution est hétérogène et varie selon les piles auscultées. Certaines armatures ne sont détectées que sur une partie de la hauteur du massif et des éléments probablement métalliques sont détectés à une profondeur correspondant au contact pierre / béton.

Une structure métallique importante (de type IPN) a également été détectée dans la partie en pierre calcaire d'une pile.

ETUDE AU LABORATOIRE DES MATERIAUX EN OEUVRE

L'analyse minéralogique par diffraction des rayons X des échantillons prélevés (fig 3) a confirmé la nature plâtreuse de certaines parties des colonnes, et révélé la présence de la pollution par le plâtre voisin. Les efflorescences observées en surface de la pierre apparaissent essentiellement constituées de différentes familles de composés sulfatiques consécutifs à l'emploi de plâtre dans l'église.

Les examen au MEB (microscope électronique à balayage) permettent d'observer les éventuelles pathologies des échantillons de pierres et de bétons prélevés. Outre une forte carbonatation du béton en surface, de multiples cristallisations d'ettringite à faciès expansif sont observées plus en profondeur (fig 4 et fig 5, diagramme EDS), appremment en relation avec des fissurations visibles.
En ce qui concerne la pierre et l'enduit, des produits géliformes composés de sulfate de magnésium sont observés, parfois associés à un réseau de fissures.

Le dosage des sels solubles dans la pierre des piles montre des valeurs très importantes (proches de 18,6% de SO3 en surface), illustrant clairement la pollution par les sulfates provenant des multiples parties en plâtre des piles. Les teneurs mesurées pour différents sels confirment le caractère étanche des massifs béton, concentrant l'évaporation des remontées humides (et de fait la précipitation des sels en surface) dans une frange proche du contact béton / pierre et accentuant les désordres dans cette zone (efflorescences, écaillages, pulvérulence de la pierre).

CONCLUSION

Les désordres observés ne sont pas seulement liés à la dégradation des matériaux, mais également à un problème structurel ancien, notamment liés à un contexte géotechnique peu favorable (proximité d'exploitations souterraines abandonnées, venues d'eau...). Plusieurs préconisations de réparation ont été faites. Cependant, les travaux de réparation n'ont pas encore été définis et le marché de maîtrise d'oeuvre de leur exécution est en cours...