Évaluation de l’efficacité de l’isolation thermohydrique offerte par une housse de protection textile pour sculptures extérieures (en période hivernale)

Joséphine DELENGAIGNE[1], Aourelle COHADON[2], Lena DA ROS[3]

Comportement des matériaux en extérieur

En Europe et notamment en France, les collections de sculptures présentées en extérieur rassemblent une large gamme de matériaux. Parmi les matériaux pierreux, le calcaire est largement employé du fait de sa facilité de taille et de l’accessibilité des carrières. Le marbre, roche métamorphique, a longtemps été considéré comme « noble » et privilégié pour la sculpture. Bien que formées dans des contextes géologiques différents et possédant des qualités qui leur sont propres, ces pierres appartiennent à la même famille des roches carbonatées, composées en majeure partie de carbonate de calcium (CaCO3), dont l’une des caractéristiques est d’être sensible à l’eau. Le calcaire est en outre un matériau à porosité ouverte : il présente un réseau de canaux (capillaires) à travers lequel sont susceptibles de circuler fluides et gaz. Durablement soumis aux intempéries hivernales, ces matériaux s’altèrent.

Nature des altérations

Les variations d’humidité sont liées aux variations de température de l’air ; on parle d’humidité relative (HR). Ces variations peuvent augmenter significativement en hiver, et occasionner de nombreuses altérations mécaniques et chimiques dans la pierre telles que des déformations, des fissures allant jusqu’à la fracture, des détachements, des figures induites par une perte de matière, des altérations chromatiques, des dépôts tels que les affleurements de sels (efflorescences, subflorescences), des encroûtements (croûtes noires, etc.), des colonisations par des micro-organismes.

Types de protections en période hivernale

Des plans de conservation préventive sont mis en place suivre l’évolution des œuvres réalisées dans ces matériaux, et limiter l’action des facteurs d’altération, notamment en hiver où ils sont plus présents[4].

Déplacer des sculptures durant cette période dans un espace climatique contrôlé permettrait de les soustraire à l’imprévisibilité météorologique. C’est cependant une solution rarement employée, à la fois pour des raisons techniques (dimensions ou fixations des œuvres, risques et coûts des manœuvres, espaces de stockage nécessaires) et déontologiques (retirer une œuvre de son contexte de création et d’exposition). Afin de protéger les œuvres des atteintes mécaniques directes (chutes de neige, giboulées), des abris provisoires en bois sont parfois mis en place in situ – c’est le cas en Allemagne et au Canada[5]. Mais ces protections ne peuvent rien contre les variations d’humidité relative et de température.

Dans de nombreux pays d’Europe, des badigeons de protection sont utilisés. Il s’agit d’une fine couche de protection superficielle, synthétique, hydrofuges[6] ou à base de chaux[7]. Certaines œuvres en marbre de Versailles sont protégées de la sorte.

Enfin, des protections textiles sont parfois mises en place sur les œuvres. Une large gamme est employée, de la simple couverture de laine aux textiles techniques (bâche, tissu hydrofuge, etc.). Ces textiles isolent du ruissellement tout en promettant, sous la couverte, une certaine stabilité climatique.

Méthodologie

Notre expérimentation a pour objectif d’étudier l’efficacité de l’isolation thermohydrique produite par une housse de protection textile spécifique. Il est attendu de la housse qu’elle réduise les infiltrations d’eau sous forme liquide, qu’elle limite la formation de condensation au sein de la protection, et qu’elle crée de la sorte un climat interne (HR et température) stable[8].

L’analyse des variations climatiques à l’intérieur et à l’extérieur des housses exposées à différents types de précipitations, à température constante, permet d’établir un premier constat de la la capacité de ces protections à éviter de fortes variations hydriques.

Réalisation et choix des housses testées

Sur la base des réponses reçues à un questionnaire adressé aux directions régionales des Affaires culturelles (Drac), à Geneviève Rager (Centre des monuments nationaux, CMN) et à Jean Didier Mertz (Laboratoire de recherche des Monuments nationaux, LRMH), nous avons déterminé le textile à tester. Notre choix s’est porté sur une toile imperméable[9] de la marque LATIM®, utilisée pour les housses de protection des sculptures des jardins du château de Versailles. Cette toile est considérée comme un tissu technique, ce qui signifie qu’elle a été conçue dans un but spécifique afin de répondre à un cahier des charges précis[10] – en l’occurrence : empêcher l’infiltration de l’eau.

Les deux faces du textile ont subi un traitement propre à la rendre imperméable à l’eau tout en la laissant perméable à l’air[11]. Cette propriété est obtenue par l’application d’un apprêt hydrofuge qui enrobe les fibres. Les apprêts les plus utilisés dans l’industrie sont les savons d’aluminium, les émulsions de cire et les paraffines, en présence éventuelle de sels métalliques, d’agents de réticulation hydrophobes, de silicone ou de dérivés perfluorés[12]. Dans le cas du textile testé, il n’a pas été possible d’obtenir ce type d’informations ni d’analyser l’apprêt employé.

Plan d’expérience

figure 1. Déroulé du protocole expérimental.

Les housses sont soumises à un cycle de pluie d’une heure [fig. 1] suivi d’un temps de séchage d’une heure. L’humidité relative et la température à l’intérieur et à l’extérieur de la housse sont mesurées à intervalles réguliers (toutes les 10 secondes) au moyen de thermohygromètres[13]. En parallèle, un suivi photographique des housses est réalisé en début et fin du cycle de pluie, ainsi qu’à la fin de l’expérience. Ce suivi a pour but de qualifier visuellement le comportement de la pluie sur le textile. Pour finir, un test au buvard est réalisé. Il consiste à mesurer la prise de poids d’une feuille de papier buvard à l’issue d’un contact d’une minute avec la housse humidifiée[14]. Cette mesure permet de quantifier l’eau liquide résiduelle présente à l’intérieur et l’extérieur de la housse.

figure 2. Photos et schéma du dispositif de pluie forte. Pour la pluie faible, un nébuliseur à ultrason a été utilisé.

Selon les recherches météorologiques, les précipitations[15] en France durant la période hivernale se manifestent préférentiellement sous forme liquide. Trois types de pluies ont été retenues pour notre plan d’expérience : pluie faible (PFA), pluie modérée (PM) et pluie forte (PFO). La quantité d’eau à déverser pour chacune a été rapportée à la surface des échantillons [tabl. 1].

  valeur théorique[16] valeur d’expérience
pour une housse de
15 cm2
pluie faible (PFA) ≤ 2,5 ml/cm² 37,5 ml
pluie modérée (PM) comprise entre 2,5 et 7,5 ml/cm² 75 ml (soit 5 ml/cm²)
pluie forte (PFO) ≥ 7,5 ml/cm² 1 012 ml

tableau 1. Tableau des valeurs d’eau reçue (en millilitres) par la housse en 1 heure d’exposition.

Le système adopté pour l’expérimentation s’est largement inspiré des spray tests employés pour le contrôle industriel de l’imperméabilité[17] : nous avons mis en place un aérographe[18] calé par un dispositif permettant d’obtenir un écoulement constant, régulier et répétable des pluies modérées et fortes [fig. 2]. La pluie faible fut quant à elle produite par un nébuliseur à ultrasons[19].

Le choix des instruments de mesure s’est porté sur des thermohygromètres[20], qui permettent d’enregistrer à distance et simultanément les deux paramètres, en limitant les interactions avec le dispositif expérimental. Afin de comparer les données entre elles, les deux enregistreurs ont été calibrés en compensant l’écart des valeurs mesurées à vide[21], et les manipulations se sont déroulées sous une hotte aspirante[22] fermée afin que la climatisation de la pièce ait le moins d’influence possible sur les mesures. Les dimensions du thermohygromètre et de l’asperseur du module de pluie ont déterminé la dimension des housses : 15 cm x 15 cm pour une hauteur de 5 cm, soit une capacité d’1,12 m3. Afin de permettre une meilleure étanchéité mais aussi une plus grande vitesse de mise en œuvre, les housses sont conçues de façon à limiter au maximum le nombre de coutures.

Par souci de reproductibilité, 3 housses ont été testées pour chaque type de pluie.

Résultats d’expérience et discussion

Résultats

Pour chaque type de pluie testée, une moyenne des valeurs obtenues à partir des 3 échantillons a été établie. Ces valeurs sont représentées sous forme de courbes[23] [fig. 3] afin de faciliter la comparaison des deux climats.

figure 3. Climat durant les expériences : a. sans pluie ; b. pluie forte ; c. pluie moyenne ; d. pluie faible.

En l’absence de pluie, la température à l’intérieur et à l’extérieur de la housse est identique (environ 20 °C) et les deux climats restent stables. L’humidité relative suit également la même tendance constante à l’intérieur et à l’extérieur (environ 40 %) [fig. 3a].

Sous une pluie forte, la température diminue dans un premier temps de 20 à 18 °C, de la même façon à l’intérieur et à l’extérieur de la housse. Cependant, alors que la température à l’intérieur reste constante (18 °C), la température extérieure augmente progressivement après arrêt de l’humidification jusqu’à revenir à 20 °C. L’HR à l’extérieur de la housse augmente de manière discontinue de 53 à 83 % lors de la phase d’humidification. Pendant la phase de séchage, elle diminue brutalement jusqu’à se rapprocher de sa valeur initiale (environ 55 %) puis reste relativement constante. En revanche l’HR à l’intérieur de la housse croît progressivement tout au long de l’humidification, jusqu’à atteindre un palier à 86 % au bout d’1 h 50. Elle reste constante le long de la phase de séchage, et diminue légèrement dans les 30 dernières minutes jusqu’à atteindre 84 % [fig. 3b].

Pour la pluie modérée, les variations de température diminuent légèrement pendant la phase d’humidification, à l’intérieur comme à l’extérieur de l’échantillon. Au cours du séchage, la température à l’extérieur remonte légèrement. L’HR à l’intérieur croit progressivement de 43 à 66 %. Après 1 heure, elle augmente à 68 % en 5 minutes puis décroît très progressivement jusqu’à 60 % à la fin de la phase de séchage. À l’extérieur de l’échantillon, cette courbe suit une tendance similaire avec cependant un faible maximum de 48 % et une valeur minimale de 42 % à la fin de l’expérience [fig. 3c].

Les mesures hydriques de la pluie fine augmentent significativement à l’intérieur et à l’extérieur de l’échantillon. Cependant à l’intérieur de la housse, le maximum atteint est 92 % contre 86 % à l’intérieur de l’échantillon. La variation de température est minime, et similaire à l’intérieur et à l’extérieur pendant toute l’expérience. On observe une légère diminution non significative [fig. 3d].

Les résultats du test de buvard [annexe 6] ont mis en évidence un écart de 0,2 g en moyenne entre l’extérieur et l’intérieur des housses. Quelle que soit la pluie, une absence de liquide a été observée à l’intérieur des housses.

Le suivi photographique [annexe 5] permet d’observer qu’après une heure sous pluie faible et moyenne, l’eau forme des gouttelettes d’eau et des coulures. En cas de pluie moyenne apparaît un assombrissement de la zone d’impact de la pluie (absent en pluie faible et forte ou là les zones d’impacts ont été plus diffuses sur toute la surface de la housse). Cet assombrissement de la surface, qui dénote l’imprégnation des tissus, s’étend à toute la surface de la housse en cas de pluie forte – les gouttelettes se concentrant sur les pourtours. Après une heure de séchage, même si les gouttelettes sont moins nombreuses, aucune des housses ne présente une surface sèche.

Analyse des effets des trois pluies testées

Suite à l’expérience menée, les trois graphiques des différentes pluies présentent plusieurs points communs :

  • Lors de la phase d’humidification (quel que soit le type de pluie testé), l’HR à l’intérieur de la housse augmente progressivement et tend même à dépasser le taux hydrique de l’extérieur (le pic du taux d’HR est en moyenne obtenu au bout de 5 minutes après l’arrêt de l’humidification).
  • Lors de la phase de séchage, l’HR de l’extérieur de la housse chute rapidement alors que celle de l’intérieur ne décroît que très lentement et reste encore élevée après 1 heure de séchage. On observe plus de 20 % d’écart entre les deux valeurs finales.
  • La température varie entre 2 et 3 °C, et reste dans la majorité des cas plus froide à l’intérieur qu’à l’extérieur de l’échantillon.
  • Aucune des surfaces extérieures des housses n’est sèche après une 1 heure hors pluie.
  • Aucune infiltration d’eau ou formation de condensation n’a été observée à l’intérieur des housses, quelle que soit la pluie testée.

La courbe d’HR de la pluie moyenne s’avère néanmoins difficilement exploitable pour comparaison des mesures, car le taux d’HR à l’intérieur de l’échantillon est étonnamment bien supérieur à celui de l’extérieur – et ce dès le début de l’expérience. Cela pourrait s’expliquer par une difficulté de l’hygromètre à enregistrer les variations extérieures, le jet de pluie moyenne étant très concentré sur la housse.

Discussion

À la suite de cette expérience, nous observons que la housse testée semble limiter les variations hydriques en permettant une augmentation de l’HR de manière progressive et douce. Mais elle ne permet pas d’éviter l’augmentation de l’HR, et maintient un taux élevé sous la housse même lorsque ce taux diminue à l’extérieur en l’absence de pluie. Pour autant, dans les conditions de l’expérience, ce type de protection permet d’éviter le contact de l’eau directe : ni infiltration ni condensation n’a été observée même, sous la pluie forte.

Conclusion

Ainsi, la housse apparaît protéger des variations subites d’HR mais n’empêche pas la formation d’un climat très humide. Au contraire, elle le favorise en générant et en maintenant à long terme une forte humidité intérieure. L’étude montre par ailleurs que ce comportement de la housse est indifférent au type de pluie subie. Si éviter les brusques pics d’humidité relative est un objectif majeur pour la conservation d’une œuvre en pierre, son exposition longue à une atmosphère à plus de 80 % d’HR n’est pas sans risque : cela conduit à augmenter la quantité d’eau présente à la surface voire au sein du matériau, donc favorise entre autres le développement de micro-organismes et augmente sa sensibilité au gel.

La température à l’intérieur de la housse suit globalement celle de l’extérieur. Dans des conditions de brusque chute de température comme lors de périodes de gel, l’œuvre reste donc exposée, en dépit de la housse de protection. Il serait cependant intéressant d’effectuer des tests spécifiques de variation de température pour confirmer cette observation.

Il serait également intéressant d’étudier l’efficacité dans le temps de ces housses afin de connaître leur durée de vie. Une étude sur le temps de séchage complet de la housse pourrait enfin compléter celle-ci. Elle pourrait se poursuivre par une autre étude portant sur le suivi d’œuvres déjà protégées de cette manière, idéalement sur plusieurs années.

Remerciements

Nous tenons à remercier le personnel du laboratoire de l’INP Sandie Le Conte (responsable du laboratoire et adjointe au directeur des Études), Elsa Perruchini et Chloé Ranchoux pour nous avoir guidées et conseillées tout au long de ce travail. Merci à Véronique Rouchon et Éléonore Kissel qui nous ont également encadrées lors de ce PEEX, pour nous avoir communiqué de précieux contacts et pistes de réflexion.

Nous remercions le personnel de l’INP : Marion Vincent (adjointe technique) et Anne Gouzou (responsable administrative du site et des concours du département des Restaurateurs) pour leur aide apportée afin que nous ne manquions de rien tout au long de ces mois de travail. Nous remercions aussi Hélène Dreyfus (responsable de l’atelier sculpture) pour ses retours, conseils et pistes de réflexion.

Pour finir, nous remercions ceux qui ont pris le temps de répondre à notre questionnaire : Brigitte Liabeuf (conseillère pour les musées des départements couverts par la Drac Auvergne-Rhône-Alpes), Jean-Didier Mertz (LRMH) et en particulier Geneviève Rager (CMN) pour avoir pris le temps de nous répondre et de nous conseiller.

Annexes

annexe 1. Variations thermohydriques sans pluie (PP) (le thermohygromètre E3 mesure le climat extérieur à la housse, l’appareil E6 son climat intérieur).

annexe 2. Variations thermohydriques sous pluie faible (PFA) (le thermohygromètre E3 mesure le climat extérieur à la housse, l’appareil E6 son climat intérieur).

annexe 3. Variations thermohydriques sous pluie moyenne (PM) (le thermohygromètre E3 mesure le climat extérieur à la housse, l’appareil E6 son climat intérieur).

annexe 4. Variations thermohydriques sous pluie forte (PFO) (le thermohygromètre E3 mesure le climat extérieur à la housse, l’appareil E6 son climat intérieur).

annexe 5. Prises de vues des échantillons au cours de l’expérience. PP : sans pluie ; PFA : pluie faible ; PM : pluie moyenne ; PFO : pluie forte.

 

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

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

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

[4] Debra DALY HARTIN, Wendy BAKER, Robert BARCLAY & George PRYTULAK, « Le soin des objets exposés à l’extérieur », in INSTITUT CANADIEN DE CONSERVATION, Lignes directrices relatives à la conservation préventive des collections, Ottawa, Gouvernement du Canada, 2018 [en ligne], https://www.canada.ca/fr/institut-conservation/services/conservation-preventive/lignes-directrices-collections/objets-exterieur.html [lien valide en juillet 2022].

[5] S. N., « Le soin des objets de musée exposés ou remisés à l’extérieur. Notes de l’Institut canadien de conservation (ICC) 15/2 », in INSTITUT CANADIEN DE CONSERVATION, Notes de l’Institut canadien de conservation (ICC), Ottawa, Gouvernement du Canada, 1993 [en ligne], https://www.canada.ca/fr/institut-conservation/services/publications-conservation-preservation/notes-institut-canadien-conservation/soin-objets-musee-exterieur.html [lien valide en juillet 2022].

[6] Geneviève ORIAL, Sabine CASTANIER, Gaële LE MÉTAYER & Jean-François LOUBIÈRE, « La biominéralisation : un nouveau procédé pour protéger la pierre calcaire appliquée aux monuments historiques », rapport remis au Laboratoire de recherche des Monuments historiques (direction des Patrimoines, ministère de la Culture), Champs-sur-Marne, s. d. [disponible en ligne], https://www.lrmh.fr/default/digitalCollection/DigitalCollectionAttachmentDownloadHandler.ashx?parentDocumentId=58977&documentId=149283&skipWatermark=true&skipCopyright=true [lien valide en juillet 2022].

[7] Béatrice VILLEMIN, « Restauration d’une peinture murale française du XVe siècle déposée, provenant du logis abbatial de Clermont en Mayenne (Louvre) », mémoire de fin d’études de restaurateur du patrimoine soutenu à l’Institut national du patrimoine (Paris, 2004).

[8] Adèle CAMBON DE LAVALETTE, « Les systèmes de protection hivernale des sculptures en pierre placées en extérieur. État des lieux des connaissances », in Véronique VERGÈS-BELMIN (dir.), Jardins de pierres. Conservation de la pierre dans les parcs, jardins et cimetières, actes des 14e journées d’étude de Section française de l’Institut international de conservation en collaboration avec le comité international Pierre de l’Icomos et le Laboratoire de recherche des Monuments historiques (Paris, Institut national du patrimoine, 22-24 juin 2011), Ternay, Éditions Le Mausolée, 2012, p. 24.

[9] Commercialisée sous la référence « CPN Conforme F.I.4-52 – vert IR OTON 448U 2i », il s’agit d’une armure toile chaîne et trame retors (1/1, 410g/m2, 2i) composée à 67 % de coton et à 33 % de polyester.

[10] Hugues JACQUET, « Omniprésence », in Hugues JACQUET (dir.), Les Textiles, Arles / Paris, Actes Sud / Fondation d’entreprise Hermès, coll. « Savoir & Faire », 2020, p. 277-279.

[11] Daniel WELDMANN, « Les apprêts », in Technologies des textiles. De la fibre à l’article, Paris, Dunod, 2012, p. 109-113.

[12] Maggy BAUM & Chantal BOYELDIEU, [article] « Hydrofugation », in Le Dictionnaire des textiles, Lille, Les éditions du Paillié, 2006, p. 319.

[13] Enregistreur de données RS PRO RS-172.

[14] Les mesures sont effectuées avec une balance Mettler® AE 200 (précision à 0,01 g).

[15] On entend par précipitations « toutes les eaux météoriques qui tombent sur la surface de la terre, tant sous forme liquide (bruine, pluie, averse) que sous forme solide (neige, grésil, grêle) et les précipitations déposées ou occultes (rosées, gelée blanche, givre…). Elles sont provoquées par un changement de température ou de pression », selon la définition donnée par André MUSY dans le cours en ligne « Hydrologie générale » assuré dans le cadre du cursus Science et Ingénierie de l’environnement et de génie civil de l’École polytechnique fédérale de Lausanne, et du cursus de géographie des universités de Fribourg et Lausanne : https://echo2.epfl.ch/e-drologie/. Voir chapitre 3, « Les précipitations » : https://echo2.epfl.ch/e-drologie/chapitres/chapitre3/chapitre3.html [lien valide en juillet 2022].

[16] Voir la rubrique « Normales climatiques en France » sur le site internet Météo Contact : https://www.meteocontact.fr/climatologie/france/normales-saisonnieres [lien valide en juillet 2022].

[17] AATCC 22.

[18] Aérographe Paasche®, modèle VL 3AS.

[19] Mountain Breeze®, Ultrasonic Humidifier.

[20] Le commerçant indique ±1 °C pour la température et ±3,5 % d’erreur pour l’humidité relative (HR).

[21] ±0,2 °C pour la température et ±1,4 % d’HR.

[22] La hotte n’était pas en fonction, elle permettait uniquement de créer un milieu clos isolé.

[23] L’ensemble des courbes obtenues pour chaque housse, ainsi que les courbes moyennes sont disponibles ci-dessous [annexes 1 à 4].



Citer ce billet
INP (2022, 21 juillet). Évaluation de l’efficacité de l’isolation thermohydrique offerte par une housse de protection textile pour sculptures extérieures (en période hivernale). Variations patrimoniales. Le carnet de l’INP. Consulté le 21 avril 2024, à l’adresse https://doi.org/10.58079/qd17

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