Étude comparative de trois produits consolidants inorganiques utilisés pour les enduits pulvérulents

Anouk MODESTE[1], Domitille COUËTOUX[2] & Marie-Laure GASCON[3]

Introduction

Altérations et traitements des enduits de chaux

Les enduits de chaux servent de mortier pour les maçonneries, d’enduits pour les surfaces maçonnées, ou de support pour les peintures murales. Utilisés depuis l’Antiquité, ces enduits peuvent subir de multiples dégradations en lien avec leurs conditions de conservation, qui se répartissent en deux phénomènes principaux : décollement de l’enduit de la surface sur laquelle il a été apposé, ou perte de cohésion interne de l’enduit[4]. Pour cette dernière catégorie d’altération, il existe deux familles de consolidants : les consolidants organiques et les consolidants inorganiques. La présente étude porte exclusivement sur ces derniers, nouvellement arrivés sur le marché de la conservation.

Les professionnels de la conservation-restauration que nous avons rencontrés nous ont appris que les consolidants organiques ne sont plus satisfaisants pour la conservation des œuvres sur le long terme, mais que les solutions alternatives ne sont pas encore adaptées. Outre que peu d’études ont été menées sur ces matériaux, nous nous sommes aperçues que celles-ci se sont jusqu’à présent contentées d’aborder des problématiques spécifiques et limitées. La comparaison des atouts respectifs des consolidants organiques et inorganiques a été réalisée par le Laboratoire de recherche des Monuments historiques (LRMH) en 2002[5], et 2012[6], ce qui rend les résultats un peu datés. Ces études montrent que sur le long terme les consolidants organiques ne sont plus conformes à la déontologie actuelle de la conservation-restauration. Une étude portant plus spécifiquement sur les consolidants inorganiques est certes en cours au LRMH, mais ses résultats ne sont pas encore publiés. Les informations que nous avons réunies sont donc issues des études mentionnées précédemment, mais aussi pour partie des discussions que nous avons eues avec les professionnels.

Les consolidants sélectionnés

Les consolidants inorganiques ont l’avantage de se comporter de la même manière que le matériau original, c’est-à-dire l’enduit, lui aussi inorganique. En principe, la porosité des matériaux est également conservée : les échanges hydriques continuent de s’effectuer sans engendrer d’altérations plus graves que celles provoquées par le simple passage du temps. Du fait de leur nature inorganique, ces consolidants sont supposés ne pas provoquer de changement de couleur ni de brillance[7]. Ces qualités restent cependant très théoriques puisque, nous l’avons dit, ces matériaux sont peu connus, encore en cours d’expérimentation, et de ce fait peu utilisés.

Nous avons sélectionné trois des produits proposés sur le marché :

  • la nano-chaux (Nanorestore®),
  • le silicate d’éthyle (Estel® 1000),
  • le silicate de lithium.

La nano-chaux est très compatible avec les enduits carbonatés puisque sa composition est la même que la chaux utilisée dans les enduits. Elle est composée de particules de chaux de taille nanométrique qui réagissent avec le dioxyde de carbone de l’air pour former du carbonate de calcium[8]. Nous avons utilisé le produit Nanorestore, fabriqué par l’entreprise CTS[9], dilué dans l’alcool isopropylique.

Le silicate d’éthyle est l’un des consolidants les plus utilisés sur des matériaux poreux, notamment en sculpture. Il est peu recommandé pour des matériaux humides et/ou contaminés par des sels mais convient dans des conditions moins extrêmes[10]. Les esters éthyliques de l’acide silicique apportés par le produit réagissent avec l’humidité de l’air en formant de la silice hydratée et de l’alcool éthylique ([Si(0Et)4]n + 2nH20 → nSi02 + 4nEtOH). Les molécules de silice créent des ponts entre les grains de l’enduit, tandis que l’alcool éthylique créé s’évapore à mesure de la réaction[11]. Nous avons choisi de tester le produit le plus couramment employé, à savoir l’Estel 1000 de CTS.

Le silicate de lithium est peu employé car encore très peu connu. Il semble cependant posséder une efficacité consolidante même dans des conditions extrêmes d’humidité et de contamination saline. Le silicate de lithium réagit avec de l’eau et du CO2 pour former du carbonate de lithium compatible avec le carbonate de calcium. Selon les recommandations du marchand, nous l’avons dilué de moitié dans l’eau avant usage[12].

Mise en œuvre des plaques tests

Préparation des plaques et pose de l’enduit

Dans un contexte de peinture murale in situ, la perte de cohésion se manifeste par une pulvérulence de l’enduit. Cette altération est produite notamment par un appauvrissement en liant de l’enduit, drainé par la circulation de l’eau dans la maçonnerie[13]. Le protocole expérimental a consisté à reproduire cette insuffisance de liant dès la mise en œuvre des échantillons, en mêlant à l’enduit une quantité de chaux délibérément réduite. Par souci de reproductibilité, les échantillons ont été réalisés dans la même demi-journée et avec un enduit préparé juste avant son application, par la même opératrice. Neuf plaques de pierre de Charly[14], ainsi qu’une plaque sacrificielle plus petite, ont été burinées et humidifiées avant de recevoir l’enduit, appliqué à la truelle sur une épaisseur de 5 millimètres.

Pour l’enduit, six parts de sable ont été mélangées à une part de chaux aérienne, et additionnées d’eau. Cette disproportion du mélange – habituellement composé d’une part de chaux pour trois parts de sable – permet d’obtenir un enduit peu cohérent, pulvérulent, donc adapté à nos expérimentations. Nous avons utilisé de la chaux aérienne et du sable[15] préalablement tamisés. Des pigments ocre rouge de la marque Marin beaux-arts ont été ajoutés au mélange afin d’observer plus facilement les changements de couleur de l’enduit. Un temps de carbonatation d’un mois a été respecté[16].

Application des consolidants

Avant d’appliquer les consolidants, la surface enduite des neuf plaques a été séparée en quatre carrés égaux [fig. 1a] : l’un des carrés est préservé à titre de témoin tandis que les trois autres ont reçu un produit de consolidation différent. Les consolidants ont été appliqués au pinceau, à travers une feuille d’intissé fin, jusqu’à saturation de l’enduit [fig. 1b]. Le Nanorestore a nécessité une deuxième application ainsi qu’une étape supplémentaire, conseillée par le CSGI[17] : de la pulpe de cellulose humidifiée a été posée pendant trois jours sur l’échantillon afin d’absorber les résidus de chaux laissés en surface lors de la carbonatation de la nano-chaux et éviter ainsi les blanchiments [fig. 1c]. Il est utile de noter que le silicate de lithium et la nano-chaux rendaient les enduits mous et particulièrement fragiles pendant le temps d’évaporation des solvants. L’application de ces deux consolidants demande donc de plus grandes précautions pour ne pas mettre en danger l’intégrité des enduits.

figure 1. a. enduit sec ; b. application du consolidant Estel 1000 à travers un intissé ; c. pose de pulpe de cellulose sur l’échantillon consolidé à la nano-chaux. Un intissé est utilisé comme interface.

Matériel et instruments de mesures

Les paramètres suivants sont évalués :

  • les changements de couleur et de brillance, mesurés à l’aide d’un colorimètre et d’un brillancemètre ;
  • l’efficacité du consolidant, évaluée au moyen d’un test mécanique d’arrachage ;
  • la conservation de la porosité évaluée grâce à un test à la goutte d’eau.
Colorimétrie

Les mesures de couleurs ont été prises avec un colorimètre[18] calibré selon l’espace chromatique dénommé « L*a*b* CIE 1976[19] », lequel attribue à chaque couleur des coordonnées L*, a* et b* [fig. 2] telles que :

  • L* exprime la clarté, dont les valeurs s’échelonnent de 0 (noir) à 100 (blanc) ;
  • a* exprime une teinte sur un axe allant du vert au rouge ;
  • b* exprime une teinte sur un axe allant du bleu au jaune.

figure 2. Représentation de l’espace L*a*b*.

Sur chacune des neuf plaques et pour chacun des quatre échantillons, nous avons pris trois points de mesure (soit 108 points de mesure en tout). L’appareil a donné la moyenne de chacune de ces trois mesures, autrement dit la moyenne de chacun des quatre échantillons de chaque plaque, soit 36 valeurs cohérentes dont aucune n’a été trouvée aberrante. Enfin, nous avons réalisé une moyenne représentative pour chaque consolidant et pour l’échantillon témoin, afin d’obtenir quatre valeurs L*a*b* que nous pouvons comparer.

Brillancemétrie

Afin de mesurer la brillance de la surface, nous avons utilisé un brillancemètre[20]. La brillance est déterminée en projetant un faisceau lumineux d’intensité et d’angle fixe (ici 60° et 85°) sur une surface. L’appareil mesure la lumière réfléchie par cette dernière. Au vu du peu de changement de brillance et du nombre des échantillons, nous avons jugé suffisant de ne prendre qu’une mesure par échantillon.

Test d’arrachage

Cette mesure permet de tester l’efficacité ou non de l’action consolidante en mesurant la masse de matière qui est retirée à l’arrachage d’une bande adhésive posée sur chacun des enduits. Nous considérons que plus le grammage est élevé – plus il y a de matière présente sur la bande –, moins l’action consolidante du produit est bonne. Les pesées sont réalisées à l’aide d’une balance de précision au milligramme près.

Test à la goutte d’eau

À l’aide de nos observations et d’un chronomètre, nous avons pu estimer le temps approximatif de pénétration d’une goutte d’eau posée sur l’enduit. Le but est de pouvoir comparer les temps d’absorption de la goutte selon les échantillons.

 

Résultats

Examen visuel

L’examen visuel des échantillons révèle que les consolidants ont changé de manière non négligeable la couleur des enduits. Le silicate d’éthyle et le silicate de lithium semblent avoir « saturé » la surface, tandis que la nano-chaux a provoqué de forts blanchiments [fig. 3]. Il faut noter que les auréoles blanches sur l’enduit consolidé au silicate d’éthyle [fig. 3a] correspondent aux tests à la goutte d’eau.

figure 3. a. Effet visuel des trois consolidants par rapport au témoin (bg), nano-chaux (hd), silicate d’éthyle (hg) et silicate de lithium (bd) ; b. déplacage de l’enduit consolidé au silicate d’éthyle ; c. désolidarisation des bord de l’enduit consolidé au silicate de lithium.

L’aspect de surface de l’enduit consolidé au silicate de lithium est différent des autres enduits : il semblerait qu’un peu de sable ait migré à la surface.

L’enduit consolidé à la nano-chaux s’est entièrement déplaqué [fig. 3c], et l’enduit consolidé au silicate de lithium s’est désolidarisé sur les bords [fig. 3b], comme s’il avait subi une rétractation sévère.

Colorimétrie

Les valeurs L*a*b* [fig. 4] comparées montrent les différences colorimétriques des enduits des quatre échantillons. Plus la valeur L* est grande, plus l’enduit est « clair » ; plus la valeur a* est grande, plus l’enduit est « rouge » ; et plus la valeur b* est grande, plus l’enduit est « jaune ». Ainsi, le consolidant nano-chaux rend l’enduit plus « clair », contrairement aux silicates de lithium et d’éthyle qui le rendent plus « sombre ». Nous pouvons également remarquer que les valeurs a* et b* les plus proches des valeurs de l’enduit témoin sont celles de l’enduit consolidé au silicate de lithium, les deux autres consolidants ayant des valeurs légèrement supérieures ou inférieures.

figure 4. Représentation graphique des valeurs moyennes L*a*b* des quatre enduits.

Brillancemétrie

Les surfaces des enduits étant toutes restées très mates, même consolidées, nous n’avons pas relevé de réelles différences de brillance ou de matité. Ainsi, nous relevons des valeurs comprises entre 0,2 et 0,5 sur l’ensemble des consolidants pour une mesure à 60°, et 0 pour une mesure à 80°, soit des valeurs de surfaces très mates.

Mesure de résistance à l’arrachage

Nous notons un bon pouvoir consolidant du silicate de lithium – qui apparaît comme étant le meilleur selon cette méthode de mesure – ainsi que du silicate d’éthyle. Tous deux subissent un enlèvement de matière bien moins important que les enduits témoins [fig. 5 ; tabl. 1]. De leur côté, les enduits consolidés à la nano-chaux subissent un enlèvement de matière plus important que les enduits témoins Cela peut s’expliquer par le fait que la nano-chaux a aggloméré des grains de l’enduit pulvérulent, sans consolider à cœur. Lors de l’arrachage, les bandes adhésives ont enlevé ces agglomérats, comportant donc plus de matière.

 

figure 5. Bandes adhésives de même longueur, après arrachage plus ou moins important de matière sur chacun des échantillons. REF : échantillon témoin ; ETH : silicate d’éthyle ; LIT : silicate de lithium ; NAN : nano-chaux.

tableau 1. Matière présente sur la bande adhésive en milligrammes. En rouge, la valeur la plus haute. En vert, la valeur la plus basse.

Mesure de la perméabilité

Nous avons effectué des pré-tests de perméabilité quelques jours après l’application des consolidants sur la plus petite plaque sacrificielle [fig. 6]. Contrairement aux autres produits, la surface de l’enduit consolidé au silicate d’éthyle s’est alors montrée complètement imperméable. Ce phénomène s’est estompé progressivement après plusieurs semaines.

figure 6. Premier test à la goutte d’eau sur la plaque sacrificielle.

Lors de nos tests suivants, réalisés quelques semaines après l’application des consolidants, la goutte d’eau pénétrait immédiatement ou quasi immédiatement dans les enduits témoins et dans les enduits consolidés à la nano-chaux [tabl. 2]. Quelques secondes au maximum suffisent à la goutte pour pénétrer les enduits consolidés au silicate d’éthyle (entre 1 et 5 secondes) et ceux consolidés au silicate de lithium (entre 1 et 8 secondes). Ces tests ont été réalisés plusieurs semaines après l’application des consolidants, après donc que le silicate d’éthyle ait perdu son imperméabilité de surface initiale.

tableau 2. Mesures chronométriques des deux séries de test à la goutte d’eau, réalisées à quelques jours d’écart.

Discussion des résultats

Il apparaît que, à conditions d’application égales et après deux passages du produit, la nano-chaux n’a aucune réelle efficacité de consolidation pour les enduits pulvérulents, contrairement aux promesses de son fabricant. Dans le milieu professionnel, la nano-chaux est utilisée pour consolider des couches picturales pulvérulentes très fines – en ce cas, elle est mixée longuement et filtrée pour éviter les blanchiments, et appliquée parfois en une dizaine de passages.

Les silicates d’éthyle et de lithium sont tous deux de très efficaces consolideurs, mais ils occasionnent des modifications optiques – particulièrement de saturation de la couleur – ou comportementales de l’enduit. Le silicate d’éthyle modifie la porosité de l’enduit en le rendant presque imperméable mais ce phénomène s’atténue jusqu’à disparaître quelques semaines après son application.

Le silicate de lithium a soulevé plus d’interrogations. À la concentration proposée par le fabricant, nous avons observé une grande efficacité de consolidation de l’enduit. Il semblerait cependant qu’après application l’enduit se rétracte et « tuile », allant jusqu’à se séparer de la pierre. Des altérations optiques importantes ont été observées, notamment la migration de grains de sable à la surface de l’enduit et une saturation très importante de la couleur. La porosité de l’enduit est en revanche parfaitement conservée.

Limites du protocole et analyse critique

Il apparaît assez clairement que ce protocole de test ne peut aucunement s’apparenter à une réalité de terrain. Les échantillons ne présentent comme altération que la seule pulvérulence, ce qui en réalité n’est jamais le cas : les enduits sont généralement gorgés de sels et d’eau, et diverses altérations se superposent les unes aux autres. Il ne s’agit donc pas de prendre nos expérimentations comme référence pour les conditions d’utilisation des consolidants.

Enfin, nous avons utilisé les consolidants en faisant le choix de suivre exactement les recommandations des fabricants ou des vendeurs indiquées sur la fiche technique des produits. En discutant avec plusieurs professionnels et en expérimentant nous-même les produits, nous nous sommes rendues compte que divers aménagements dans la mise en œuvre étaient nécessaires : dilution plus importante du silicate de lithium, qui est trop concentré dans la recette du fabricant ; mixage et filtrage de la nano-chaux pour éviter les blanchiments, ainsi qu’une application répétée pour un meilleur pouvoir consolidant.

Conclusion

Cette étude a été l’occasion de comparer l’efficacité de trois consolidants – la nano-chaux, le silicate de lithium et le silicate d’éthyle – dans des conditions de mise en œuvre similaires. Peu d’expériences avaient été menées dans ce sens auparavant. Les précédentes études, utilisées comme sources dans ce projet, ne présentaient que des résultats spécifiques pour chaque consolidant, sans les mettre en relation. Il était donc difficile pour les conservateurs-restaurateurs d’estimer dans quelle mesure et en quelles circonstances préférer l’un aux autres.

Ces trois consolidants présentent chacun des qualités différentes. Sur la base de nos observations et en utilisant nos méthodes de mesures comparatives, il devient possible de les confronter et de faire un choix plus éclairé entre eux – dans la limite toutefois des conditions idéalisées qu’étaient les nôtres. Cette étude ouvre le champ de nombreuses réflexions. D’une part, grâce à la comparaison des consolidants dans des conditions réelles d’utilisation, ou du moins plus réalistes, c’est-à-dire à un taux hygrométrique plus élevé et en présence de sels, nous saurions quel consolidant privilégier ou proscrire selon le contexte. D’autre part, de nouvelles études pourraient également être poursuivies sur le silicate de lithium, en plus faible concentration, ou encore en mélange avec d’autres produits consolidants.

Remerciements

Nous tenons à remercier Stéphanie Duchêne, ingénieure d’étude au LRMH, pour nous avoir conseillées sur la mise en œuvre de nos échantillons. Nous remercions également très chaleureusement Claire Dandrel, conservatrice-restauratrice de peinture murale, pour son expertise et ses conseils avisés. Nous remercions Marion Vincent sans qui nous n’aurions pas disposé du matériel nécessaire. Enfin nous remercions Chloé Ranchoux, Elsa Perruchini et Sandie Le Conte pour nous avoir conseillées et guidées dans l’utilisation des différents instruments de mesures.

Annexe

annexe. Récapitulatif des caractéristiques des consolidants Nanorestore, Estel 1000 et silicate de lithium.

[1] Élève restauratrice, spécialité sculpture, promotion 2019-2024, département des Restaurateurs de l’Institut national du patrimoine.

[2] Élève restauratrice, spécialité peinture, promotion 2019-2024, département des Restaurateurs de l’Institut national du patrimoine.

[3] Élève restauratrice, spécialité peinture, promotion 2019-2024, département des Restaurateurs de l’Institut national du patrimoine.

[4] S. N., Enduits à base de chaux. Règles de l’art et pathologie, Paris, Société d’éditions du bâtiment et des travaux publics, coll. « Recherche et développement métier », 2015 [disponible en ligne], https://www.ffbatiment.fr/-/media/Project/FFB/FFB/Articles/GMH-461/PDF/guide-enduits.pdf [lien valide en juillet 2022].

[5] Philippe BROMBLET, Jean-Didier MERTZ, Véronique VERGÈS-BELMIN & Lise LEROUX, « Consolidation et hydrofugation de la pierre », Monumental, 2002, p. 201-243 [disponible en ligne], https://www.lrmh.fr/lrmh/digitalCollection/DigitalCollectionAttachmentDownloadHandler.ashx?parentDocumentId=62401&documentId=209318&skipWatermark=true&skipCopyright=true [lien valide en juillet 2022].

[6] Francis SURMA & Vincent DETALLE, « Peintures murales : consolidation, restauration et conservation préventive. Comparaison de différents consolidants organiques et minéraux : essais en laboratoire », Monumental, 2012, p. 108-111 [disponible en ligne], https://www.lrmh.fr/Default/doc/SYRACUSE/81837/peintures-murales-consolidation-restauration-et-conservation-preventive-comparaison-de-differents-co [lien valide en juillet 2022].

[7] Philippe BROMBLET, Jean-Didier MERTZ, Véronique VERGÈS-BELMIN & Lise LEROUX, « Consolidation et hydrofugation de la pierre ».

[8] Informations fournies par la fiche produit du Nanorestore élaborée par l’entreprise CTS.

[9] À ce jour, CTS est le seul fournisseur de ce type de produit.

[10] Claire DANDREL, « Rapport d’étude et intervention. Chartres, cathédrale Notre-Dame, salle capitulaire, peintures murales », rapport remis à la Conservation régionale des Monuments historiques (Drac Centre-Val de Loire), 2017.

[11] Informations fournies par la fiche produit du silicate d’éthyle élaborée par l’entreprise CTS.

[12] Andrew THORN, « Lithium silicate consolidation of wet stone and plaster, in S. N. (dir.), Proceedings of the 12th International Congress on the Deterioration and Conservation of Stone, 22-26 October 2012, New York, s. l., 2014, p. 1-10.

[13] Claire DANDREL, « Rapport d’étude et intervention. Chartres, cathédrale Notre-Dame, salle capitulaire, peintures murales ».

[14] Le calcaire de Charly est un calcaire gris-beige, finement grenu, homogène, assez tendre (packstone à pellets). La formation est datée du Bathonien inférieur à moyen. C’est un calcaire bioclastique qui contient des débris fins d’échinodermes et de bivalves, des foraminifères benthiques et des ostracodes. Pour une description technique complète, voir : https://webissimo.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/cen0026_l-exploitation_de_calcaire_bathonien_de_charly_a_blet_cle6dcf8c.pdf [lien valide en juillet 2022].

[15] Sable pour mortier et ciment Ultibat® de classe granulaire 0/2.

[16] Mise en œuvre de l’enduit suivant l’ouvrage de Jean-Claude MISSET, Préparation des supports pour peintures et enduits. Les règles d’or, Issy-les-Moulineaux, Massin, 2004.

[17] Nous avons suivi les recommandations de la fiche produit du Nanorestore établie par le Consorzio per lo Sviluppo dei Sistemi a Grande Interfase (CSGI ; également appelé en anglais Research Center for Colloids and Nanoscience).

[18] L’échantillon est éclairé par un rayon de lumière qui traverse ensuite des filtres rouge, vert et bleu (RVB) qui indiquent la quantité de lumière rouge, verte et bleue réfléchie par l’échantillon.

[19] ’L*a*b* CIE 1976 (ou CIELAB) est l’espace chromatique le plus utilisé en colorimétrie moderne car il est particulièrement adapté aux mesures de colorants ou de pigments, ainsi qu’aux estimations de mélanges. Voir Bernard LEBLANC, [article] « Colorimétrie », Universalis.fr, s. d. [en ligne], https://www.universalis.fr/encyclopedie/colorimetrie/ [lien valide en juillet 2022].

[20] Brillancemètre Haze Novo-Gloss à trois angles (20°, 60° et 85°), portable et numérique.



Citer ce billet
INP (2022, 19 juillet). Étude comparative de trois produits consolidants inorganiques utilisés pour les enduits pulvérulents. Variations patrimoniales. Le carnet de l’INP. Consulté le 13 juin 2024, à l’adresse https://doi.org/10.58079/qd15

Vous aimerez aussi...

Rechercher dans OpenEdition Search

Vous allez être redirigé vers OpenEdition Search