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Le Laboratoire des monuments et décors monumentaux

Des monuments aux sites archéologiques, en passant par les maisons classées, la Belgique est riche d’un patrimoine bâti d’une grande valeur, souvent somptueusement décoré d’ornements, de sculptures, de peintures murales ou de mosaïques. Les analyses et recherches que nous réalisons contribuent à une meilleure connaissance de notre patrimoine en pierre et apportent un soutien à sa gestion ou à sa restauration durable.

Études préalables à la restauration

Ingénieurs en construction, géologues, chimistes, conservateurs-restaurateurs, ingénieurs industriels, techniciens de laboratoire… Notre équipe, la plus grande de l’IRPA, se compose de profils très variés, entièrement dévoués au soin de notre patrimoine bâti.

« Nous consacrons la majorité de notre temps à réaliser des analyses en laboratoire ou sur site dans le cadre des études préalables à la restauration de bâtiments classés », explique Laurent Fontaine, le responsable du laboratoire. « Pour la plupart des chantiers, nous venons sur place pour prélever des échantillons. Puis, nous identifions en laboratoire la composition et les propriétés physiques des matériaux mis en œuvre (pierre naturelle, brique, mortier) ainsi que leurs éventuelles couches de finition. Les études que nous réalisons tiennent compte des spécificités de chaque bâtiment pour proposer les solutions les plus adaptées en termes de conservation et de restauration. »

À quel moment intervenons-nous dans le cadre d’une restauration ?

Nous intervenons de préférence dès la phase initiale, lors de l’étude préalable. Nous accordons un soin tout particulier à l’analyse rigoureuse et à l’interprétation des résultats, de même qu’à la formulation de recommandations concrètes concernant les traitements ou interventions à effectuer. C’est pourquoi nous intervenons dans une moindre mesure lorsque le chantier a déjà débuté.

Archéologie

Vous pouvez également faire appel à notre expertise dans le cadre d’études archéologiques, notamment pour réaliser des analyses de composition de peintures murales et de mortiers ou pour déterminer la provenance de pierres naturelles. Ces recherches sont menées en étroite collaboration avec d’autres ateliers et laboratoires de l’IRPA, à savoir l’Atelier des sculptures en pierre, la Cellule des décors de monuments, l'Atelier des peintures murales, le Laboratoire de datation radiocarbone et le Laboratoire de dendrochronologie.

Les études que nous réalisons tiennent compte des spécificités de chaque bâtiment pour proposer les solutions les plus adaptées en termes de conservation et de restauration.

Laurent Fontaine, responsable du laboratoire

Étude des mortiers historiques

L’analyse de la composition des mortiers historiques contribue à notre connaissance de l'histoire du bâtiment et à la recherche d'un mortier de réparation compatible. Le mortier est le matériau qui sert de « colle » entre les pierres et/ou les briques. On l’utilise également sous forme d’enduit comme revêtement de maçonnerie. Un mortier est composé principalement d’un liant de chaux ou de ciment et d’un agrégat (sable dont la taille et la minéralogie des grains peuvent être fort variables). Sur la base d’un échantillon de seulement 5 cm3 (± 50 g), nous identifions les différents ingrédients ainsi que leurs proportions. Pour ce faire, nous utilisons trois techniques complémentaires :

  • L’examen pétrographique en lame mince consiste à observer par transparence, au moyen d’un microscope polarisant, une fine tranche de mortier. Il nous permet de recueillir toute une série d’informations concernant les caractéristiques de l’agrégat, le type de liant, la présence d’inclusions ou d’additifs éventuels...
  • L’analyse TGA/DSC ou analyse thermique simultanée est une technique combinant thermogravimétrie (TGA) et calorimétrie différentielle à balayage (DSC). Lors de cette analyse, l’échantillon de mortier est chauffé progressivement jusqu’à 1200°C. Ainsi, nous pouvons déduire notamment les propriétés hydrauliques du mortier, c’est-à-dire dans quelle mesure il a durci au contact de l’eau, contrairement à des mortiers aériens qui durcissent uniquement au contact de l’air.
  • Le dosage du résidu insoluble nous permet enfin de déterminer les proportions du mélange liant/agrégat dans le mortier. À cette fin, l’échantillon de mortier est plongé dans une solution d’acide chlorhydrique, puis est filtré et calciné.

Identification de pierre naturelle

À l’aide d’une loupe à grossissement x10, nos experts parviennent généralement à identifier directement la pierre à partir de ses caractéristiques macroscopiques. Si ce n’est pas possible, un examen pétrographique en lame mince nous permet de caractériser la pierre. Ce type d’analyse requiert un échantillon représentatif d’au moins 1 cm3.

Pour préciser la provenance exacte de la pierre naturelle, nous pouvons effectuer des recherches complémentaires. En général, nous nous plongeons dans la littérature spécialisée ou nous faisons appel à notre vaste réseau professionnel.

Identification des couches de finition et des peintures murales

Dr Marina Van Bos : « Nous étudions les couches de finition peintes et les peintures murales dans les intérieurs et les extérieurs, aussi bien sur bois que sur pierre, stuc ou métal. »

L’identification des différentes couches et des pigments, des liants ou des applications de métaux mis en œuvre nous permet d’avoir une meilleure connaissance :

  • des couleurs et pigments originaux, parfois dissimulés sous une épaisse accumulation de couches de peinture
  • des interventions de restauration antérieures et parfois même de leur datation
  • des phénomènes de dégradation
  • de la compatibilité entre les « anciennes » couches de finition et les nouvelles couches de peinture à appliquer
  • ...

Étude de l’humidité et des sels

Vincent Crevals et Julie Desarnaud : « L’humidité et les sels peuvent tous deux contribuer à la dégradation des pierres et des briques. Ils peuvent former des efflorescences salines et des taches d’humidité apparentes, mais aussi causer des dégâts aux matériaux pierreux, comme la désagrégation granulaire et la fragmentation qui peuvent engendrer d’importantes pertes de matière. Il faut donc tenir compte de ces deux facteurs lors de la conservation-restauration de bâtiments anciens, de sculptures ou de sites archéologiques. »

Pour déterminer la teneur en humidité et en sels, nous mettons en œuvre plusieurs techniques, telles que la gravimétrie, la chromatographie ionique, la diffraction des rayons X et la modélisation du comportement des sels dans différentes conditions climatiques. Elles nous permettent ainsi d’établir un diagnostic scientifiquement fondé de l’état actuel et de proposer des interventions visant à améliorer les conditions de conservation du monument ou de l’objet.

En outre, nous effectuons également des essais d’assainissement des sels. Sebastiaan Godts : « Nous essayons ainsi de ramener les concentration en sels à un niveau acceptable. Si cela est impossible, nous proposons une autre approche, comme la création de conditions climatiques qui permettent de maintenir les sels aussi stables que possible. Nous évitons ainsi que le problème ne s’aggrave. »

Étude de la migration d’humidité

La détermination des teneurs en humidité et en sels peut également être menée dans le cadre d’une étude globale de la migration d'humidité dans les maçonneries de façade. Ce type d’étude examine comment les matériaux de façade absorbent l'eau lorsqu'il pleut et la manière dont ils sèchent pour évaluer les risques de dommages dus au gel ou à la pénétration de la pluie. Cette évaluation des risques est basée sur :

  • une étude des caractéristiques physiques des matériaux de façade et des éventuels traitements de façade antérieurs. Ces caractéristiques sont établies sur la base de mesures in situ de l'absorption d'eau à la pipe de Karsten et d’analyses en laboratoire pour étudier l'absorption, le séchage et la structure des pores (porosimétrie au mercure).
  • la modélisation des flux d'humidité à travers la maçonnerie de façade sur la base des conditions climatiques réelles à l'aide du logiciel Delphin de la Technische Universität Dresden.

Une telle étude nous permet de mieux comprendre les causes des dégradations et d'évaluer l’impact potentiel des différents traitements de conservation et de restauration dans le but de proposer des interventions durables.

Traitements de consolidation et autres interventions stabilisatrices

Afin de stabiliser ou de prévenir les dégradations causées aux façades monumentales et aux sculptures, un traitement de consolidation s’avère parfois nécessaire. Or, un même traitement ne convient pas à toutes les situations et une intervention inadaptée risquerait d’aggraver les dégâts. Aussi, nous pouvons vous aider :

  • à déterminer si un traitement de consolidation de la pierre est nécessaire et, si c’est le cas, de quelle manière il doit être réalisé
  • en formulant des recommandations sur les traitements et produits les plus appropriés, comme les mortiers de réparation, les moyens de fixage, les couches de protection (traitement hydrofuge, par exemple) ou les couches de finition.

Tanaquil Berto : « Comment notre équipe procède-t-elle pour déterminer la nécessité d’un traitement de consolidation ? Nous mesurons le profil de dureté de la brique ou de la pierre naturelle à l’aide d’un appareil DRMS. Cela nous permet de déterminer le degré et la profondeur de la dégradation. Nous forons avec une mèche spéciale un trou de 4,8 mm de diamètre perpendiculairement à la surface de la pierre. Si nous constatons une désagrégation granulaire significative lors du test, nous effectuons des essais de consolidation sur la maçonnerie. Ensuite, nous renouvelons les mesures DRMS après traitement pour évaluer les résultats. De cette manière, nous pouvons formuler des recommandations concrètes au gestionnaire du projet ou au chef de chantier. »

Étude climatique et suivi

Le laboratoire réalise également des études climatiques pour aider à la gestion des problèmes d'humidité et de sels. Les études visant à évaluer et à optimiser le climat intérieur pour la bonne conservation des collections (objets d’art, orgues, …) sont menées en étroite collaboration avec la Cellule de conservation préventive. Nous fournissons aussi des conseils sur les possibilités et les risques liés aux rénovations énergétiques de bâtiments historiques.

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Laurent Fontaine
Laurent Fontaine
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