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Sauvegarder les premiers ouvrages en béton

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La conservation du patrimoine de la première moitié du XXe siècle se singularise, par rapport à la rénovation des ouvrages en béton plus récents, par la nécessité de préserver l'aspect des façades souvent laissées brutes de décoffrage. Il n'est pas question ici, comme on le fait habituellement, de fouiller les parties désagrégées, pour mettre en oeuvre après traitement des armatures, un mortier de réparation classique.

Il faudra, au contraire, prendre soin de respecter l'esthétique du support. La formulation du nouveau béton sera suivie d'essais dits de « convenance ». Car l'objectif est de s'assurer qu'il n'y pas de différence visible avec le béton en place dont l'apparence a forcément évolué au fil du temps. Il pourra même être question d'utiliser des outils coffrants recréant la texture d'origine : par exemple, le relief de planches en bois.

Mais l'esthétique n'est pas tout. En effet, il faut aussi que les caractéristiques mécaniques et élastiques soient similaires afin de garantir un comportement d'ensemble homogène entre parties anciennes et restaurées. Il n'y a donc pas de réponse toute faite d'autant que l'on trouve au cours de cette période des bétons pour le moins hétérogènes. Quant aux défauts constructifs, ils tiennent le plus souvent à des problèmes d'exécution que de conception des ouvrages.

1 - Les défauts de conception

Les experts estiment que les erreurs de conception ne sont pas si nombreuses. En effet, comme les connaissances sur le comportement intrinsèque du matériau étaient limitées, les constructeurs de l'époque avaient tendance en général à surdimensionner les ouvrages, en augmentant les coefficients de sécurité : on ne connaissait pas les règles de calcul BAEL ni la durabilité du béton vis-à-vis des agents agressifs qu'ils soient exogènes (la pollution) ou endogènes (les alcalis-réaction)...

Tout reposait donc sur les connaissances empiriques et, parfois, sur le talent comme le montrent, par exemple, les constructions des frères Perret. Bernard Chagnaud, chef du service « maçonneries et monuments historiques » raconte cette anecdote lors de l'expertise menée sur l'église du Raincy, près de Paris, baptisée la « Sainte chapelle du béton armé » en raison de ses formes élancées : « Il s'agit d'une architecture audacieuse malgré des bétons hétérogènes. Qu'on en juge : A certains endroits, il nous était impossible d'effectuer des carottages pour la bonne raison que nous ressortions du sable ! A d'autres, nous avons mesuré des résistances à la compression de 60 MPa, dignes aujourd'hui de bétons à hautes performances. Ainsi, lorsque j'ai marché sur la toiture composée de voûtes pour l'inspecter, j'ai relevé à l'endroit où je me tenais seulement 4 cm d'épaisseur de béton ! »

Les problèmes structurels tiennent souvent à un changement ultérieur d'affectation des locaux. Du coup, les surcharges d'exploitation changent et imposent le renforcement des planchers, souvent à l'aide de profilés métalliques.

2 - Les défauts de mise en oeuvre

Les défauts sont liés, essentiellement, à un manque de connaissance sur les caractéristiques intrinsèques du matériau et, plus particulièrement sa rhéologie. Faute de certitudes, on n'hésitait donc pas à surdoser la proportion de ciment pour être sûr d'atteindre des caractéristiques mécaniques suffisantes. Bernard Quénée, directeur général du Lerm, remarque que « contrairement à ce que l'on pourrait penser, on trouve généralement des dosages suffisants en ciment de l'ordre de 250 à 350 kg/m3 ».

Mais la véritable signature caractéristique de ces bétons est leur grande porosité liée à un rapport E/C (eau sur ciment) élevé. Ce choix s'est traduit par des désordres à commencer par d'inévitables ségrégations : des nids de cailloux apparaissent généralement en pied de voile avec, à la clé, des épaufrures.

La raison de ce choix tient aux difficultés de mise en oeuvre sur le chantier et, plus particulièrement, du béton dans les banches. Comme on ne disposait pas de fluidifiant et que le vibrage n'existait pas (les aiguilles sont apparues après la seconde guerre mondiale), on compensait cette lacune par l'ajout d'eau (rapport E/C élevé). Conséquence : des fuites de laitance par tous les interstices laissés libres entre les planches en bois du coffrage (peu étanche) et en pied de banche. De plus, on coulait le béton sans prendre de précautions quant à la hauteur de chute libre.

Le problème du ferraillage des ouvrages tient à la fois à des problèmes de conception et de mise en oeuvre. D'une part, la disposition des fers se faisait de façon plus ou moins aléatoire avec ce que l'on trouvait sur place (fers doux de faible section). « C'est ce qui explique pourquoi les parties mises en charge sont souvent sujettes au phénomène de fluage du béton sans pour autant entraîner de rupture de l'ouvrage : du coup, on assiste à un glissement des armatures par effet de relaxation des contraintes », commente Bernard Quénée. De plus, les fers étaient insuffisamment enrobés donc sensibles au phénomène de carbonatation du béton (la pollution urbaine n'a fait qu'amplifier le problème).

3 - Les méthodes de diagnostic des pathologies

« Compte tenu de la grande hétérogénéité des bétons, y compris sur un même ouvrage, il faut orienter judicieusement les prélèvements », indique Bernard Chagneaud. L'objectif est aussi de limiter les investigations ultérieures toujours coûteuses et relativiser chaque désordre. « Car rien ne remplace le regard de l'expert qui pourra déjà, à l'oeil nu, diagnostiquer des pathologies visibles : carbonatation, efflorescences, faïençage, fluage... », ajoute Bernard Quénée.

On peut relever trois approches d'un diagnostic :

- géotechnique pour évaluer des problèmes de tassements différentiels avec mesure du taux de portance au droit des fondations ;

- structurelle pour évaluer des fissures avec le recalcul des descentes de charges, détection de l'emplacement des armatures à l'aide de radar et de pachomètre, mesures de résistance à la compression grâce au carottage ;

- matériau : mesure du pH pour évaluer la profondeur de carbonatation, de la compacité grâce à la mesure de la vitesse de propagation du son ou par le rebond d'une bille calibrée sur le support ou, encore, essais en laboratoire : par exemple, analyse chimique des sulfates, chlorures, alcalins au microscope et examen au microscope à balayage électronique

4 - La recherche de l'aspect d'origine

Pour la réparation des bétons anciens, bruts de décoffrage, la recherche de l'aspect est aussi importante que les caractéristiques intrinsèques. En effet, la reconstitution locale des ouvrages suppose de recréer des bétons ayant une teinte voisine de l'existant (mesures colorimétriques), impliquant une recherche au niveau du ciment et des agrégats (couleur, examens pétrographiques et granulométriques). «En outre, il convient de formuler un béton de réparation dont les caractéristiques mécaniques et élastiques sont proches du béton ancien tout en présentant de bonnes performances quant à la tenue au gel, à l'adhérence ou à la résistance à la carbonatation», précise Daniel Garnier, ingénieur au service «maçonnerie et monuments historiques» du CEBTP.

5 - La maintenance préventive

Plutôt que d'opérer au coup par coup à la suite de désordres constatés mieux vaut avoir une démarche préventive pour plusieurs raisons : tout d'abord, pour éviter des réparations ponctuelles onéreuses en raison de la dégradation avancée de l'ouvrage. En second lieu, des décrochements de parties d'édifices peuvent blesser les passants. Si une inspection périodique est souhaitable il peut être intéressant d'instrumenter en continu l'édifice. Il existe même aujourd'hui des modèles numériques prédictifs pour simuler la durée de vie résiduelle des ouvrages.

PHOTOS :

Un rapport E/C (eau sur ciment) élevé pour le béton s'est traduit par des désordres à commencer par d'inévitables ségrégations : des nids de cailloux apparaissent généralement en pied de voile avec, à la clé, des épaufrures.

Plots d'essais et épreuve de convenance sont nécessaires avant de commencer un chantier (ici, l'église du Raincy).

Grâce à des jauges, on mesure les variations dimensionnelles d'un ouvrage au cours d'une longue période.

L'église Notre-Dame du Raincy (93) édifiée par les frères Perret, au début des années 20, se singularise par des formes élancées, notamment au niveau des voûtes et des poteaux. Les règles de calcul actuelles n'auraient jamais permis une architecture aussi audacieuse.

Bernard Quénée, directeur général du Lerm, chargé du développement commercial : « Contrairement à ce que l'on pourrait penser, on trouve généralement des dosages suffisants en ciment de l'ordre de 250 à 350 kg/m3 ».

Bernard Chagneaud, chef du service « maçonneries et monuments historiques » du CEBTP : « Compte tenu de l'hétérogénéité des bétons, il faut orienter judicieusement les prélèvements ».

Daniel Garnier, ingénieur au service « maçonneries et monument historiques » du CEBTP : « Il convient de formuler un béton dont les caractéristiques mécaniques et élastiques sont proches ».

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