Introduction
Cette earthcache citadine a pour but d’illustrer différents mécanismes d’altération des pierres de parement.
Dans notre exemple, l’ensemble architectural est réalisé en molasse, pierre très friable qui s’est usée avec le temps. Les altérations vont donc être nombreuses et bien visibles: idéal pour s’initier à leur observation.
L’altération des pierres de parement
Les altérations de la pierre liées à son environnement sont multiples et dépendent de nombreux facteurs liés entre eux. Elles peuvent être classées selon leurs morphologies, les facteurs ou les mécanismes mis en jeu. Elles varient aussi en fonction des propriétés même de la pierre.
Pour simplifier, on peut classer les altérations de la pierre selon cinq catégories :
- Fissures et déformation (fracture, clivage...)
- Détachement (boursoufflure, éclatement, délitage, désagrégation, desquamation)
- Figures induites par des pertes de matière (alvéolisation, érosion, dégât mécanique, partie manquante, perforation, pitting)
- Altération chromatique et dépôt (croûte, dépôt, altération chromatique, efflorescence, encroûtement, aspect luisant, graffiti, patine, encrassement)
- Colonisation biologique (colonisation biologique, algue, lichen, mousse, moisissure, plante)
La présence d'eau est déterminante dans l’apparition de la plupart des altérations. L'eau mobilise les sels solubles, gèle, dissout les minéraux, favorise l’implantation et l'activité des organismes vivants, modifie les propriétés mécaniques...
Impact de la pluie
Dans les villes et les banlieues où la pollution atmosphérique liée au trafic automobile, aux industries et aux installations de chauffage est importante, on distingue souvent deux grandes zones sur un parement ou une sculpture :
- Les zones blanches sont celles qui sont exposées aux ruissellements, aux pluies battantes. La pierre est plus ou moins attaquée par les eaux qui dissolvent ses constituants les plus solubles, dont la calcite (0.02 gramme par litre). Aucun dépôt ne peut se fixer sur ces surfaces qui sont en quelque sorte lavées par les pluies.
- Dans les zones noires abritées et des pluies et des ruissellements, il n'y a pas de lessivage par les eaux, mais la vapeur d’eau des brumes et brouillards ou les eaux de condensation peuvent mouiller épisodiquement la pierre. Les particules atmosphériques se fixent sur les surfaces et sont cimentées par des cristallisations de sels, en particulier le gypse (sulfate de calcium hydraté de formule CaSO4, 2 H2O), formés en grande partie par interaction de l'eau et les polluants gazeux atmosphériques (SO2, NOx) avec la pierre. Les dépôts, appelés croûtes noires, sont indurés, fins et lisses ou bourgeonnants.
La capillarité
L’eau peut monter par capillarité depuis le sol jusqu’à quelques mètres à la base des murs. Dans ces zones de remontées capillaires, les dégradations sont fréquentes. L’eau imbibe les matériaux qui montrent des taches d’humidité plus ou moins sombres. En se concentrant et en s’évaporant, l’eau permet aussi la cristallisation de sels solubles qui forment des efflorescences, des croûtes salines superficielles et qui, en contaminant plus en profondeur la pierre, sont capables de produire différents types d’altérations : selon le cas, la pierre se desquame (formation d’écailles) ou se désagrège (formation d’un sable) de façon uniforme ou en créant des figures particulières ressemblant à des alvéoles.
Le mécanisme physique de transfert capillaire ne s’exerce pas uniquement vers le haut mais de façon homogène dans toutes les directions. On peut ainsi dans certains cas observer des figures d’altération liées à une alimentation capillaire latérale ou descendante...
Infiltration au travers des maçonneries
Il y a bien sûr les traces d’humidité que l’on peut observer à l’intérieur des monuments qui vont induire des altérations de type trace noire par exemple.
Il y a aussi, l’action combinée de l’eau et de la température qui va être à l’origine de dégradations purement mécaniques. Ainsi, en période de gel, lors du passage de l’état liquide à l’état solide, l’eau augmente de volume de 9% et exerce des pressions internes suffisantes pour fissurer la plupart des pierres.
Des desquamations peuvent aussi résulter de phénomènes de dilatation différentielle qui se produisent à la surface de certaines pierres, en particulier les pierres argileuses, au gré des alternances de phases d’imbibition (pluies) et d’évaporation (séchage).
L’action des sels
Les sels solubles sont responsables d'une grande partie des dégradations sur les monuments historiques et plus généralement du bâti. Ces sels sont des espèces minérales solubles dans l'eau et donc facilement mobilisables par les solutions. Ainsi, le gypse qui est l’un des moins solubles de ces sels (2,4 grammes par litre d’eau pure) est encore 150 fois plus soluble que la calcite qui est le principal constituant des roches calcaires. Ces sels, une fois solubilisés, se concentrent et précipitent dans les zones d'évaporation des solutions que constituent les surfaces des pierres.
Les sels les moins solubles se forment à la base du mur (carbonates et sulfate de calcium) tandis que les chlorures et les nitrates très solubles se trouvent au sommet de la frange capillaire. Ces concentrations de sels dans la pierre sont à l’origine d’altérations spectaculaires.
Les sels en cristallisant exercent des pressions de cristallisation importantes qui peuvent dépasser les résistances mécaniques des pierres les plus dures.
Les altérations biologiques
De nombreux organismes vivants sont actifs dans l’environnement et interfèrent avec les pierres en œuvre. Les micro-organismes responsables des dégradations peuvent être séparés en deux groupes. Ceux qui entraînent la formation de dépôts visibles, tels que les algues, champignons, lichens. Ceux, plus insidieux qui, comme certaines bactéries, provoquent une décohésion du matériau au travers de leurs réactions métaboliques sans former de dépôt visible.
Nous ne citerons que les algues pour illustrer les phénomènes. Selon les colorations visibles, on distingue différentes salissures biologiques :
- Les salissures vertes : On va les rencontrer sur des supports très lisses (vitraux) jusqu’à des supports très rugueux (pierre) et toujours très humides et exposés à la lumière. On y trouvera un mélange de chlorophycées (algues vertes) et de cyanobactéries (algues bleues).
- Les salissures noires se rencontrent en extérieur sur des supports rugueux et plutôt orientés à l’ouest, mais également en situation intérieure dans une ambiance très humide. Les responsables sont principalement des cyanobactéries ou algues bleues. Les salissures noires d’origine biologique se développent sur des surfaces bien exposées aux pluies ou aux ruissellements et ne peuvent donc pas être confondues avec les croûtes noires qui se forment dans les zones qui ne sont jamais lavées.
- Les salissures rouges : Les algues dominantes dans ce type de recouvrement sont les chlorophycées de la famille des Trentepolhia. On les rencontre sur des substrats exposés aux vents pluvieux (nord ou nord-ouest) dans le nord et l’ouest de la France.
Les sources bibliographiques
Pour valider la Earthcache
ATTENTION, vous êtes devant un lieu de culte et un monument funéraire d’une conception unique. Veuillez faire la découverte de cette cache géologique dans le respect de ce lieu.
Pour pouvoir valider cette EarthCache, vous devrez répondre correctement aux questions suivantes et ajouter à votre log une photo de vous, de votre GPS ou de votre pseudo au waypoint de la cache (OPTION). Cette photo permettra de valider le « trouvé » en cas de mauvaise réponse aux questions.
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Vous pouvez loguer la cache "trouvé" sans attendre ma confirmation, je vous contacterai en cas de problème.
Rappel concernant les Earthcaches: Il n'y a pas de conteneur à rechercher ni de logbook à renseigner. Il suffit de se rendre sur les lieux, de répondre aux questions et de me renvoyer les réponses.
Question 1 : Dans la photo ci-dessous, pouvez-vous me dire quel type d’altération vous observez sous les zones rose et bleu ? Pouvez-vous expliquer les mécanismes qui ont conduit à ces altérations ?
Question 2 : Dans la photo ci-dessous, qui correspond à la façade de l’église juste devant le Pendentif, pouvez-vous me dire quel type d’altération vous observez sous les zones verte, rouge et bleu ? Pouvez-vous décrire ce que vous observez et expliquer pourquoi ces altérations sont présentes ?
Introduction
This urban earthcache aims to illustrate different mechanisms of alteration of facing stones.
In our example, the architectural ensemble is made of molasse, a very crumbly stone that has worn away over time. The alterations will therefore be numerous and clearly visible: ideal to learn how to observe them.
The alteration of the facing stones
The alterations of the stone linked to its environment are multiple and depend on many factors linked together. They can be classified according to their morphologies, factors or mechanisms involved. They also vary according to the properties of the stone itself.
In our example, the architectural ensemble is made of limestone, a rather friable stone that has worn with time. The alterations will therefore be numerous and clearly visible: ideal for learning to observe them.
For simplicity, stone weathering can be classified into five categories:
⁃ Cracks and deformation (fracture, cleavage...)
⁃ Detachment (blistering, splintering, delamination, disintegration, scaling)
⁃ Figures induced by material loss (honeycombing, erosion, mechanical damage, missing part, perforation, pitting)
⁃ Chromatic alteration and deposition (crusting, deposition, chromatic alteration, efflorescence, crusting, shiny appearance, graffiti, patina, fouling)
⁃ Biological colonization (biological colonization, algae, lichen, moss, mold, plant)
The presence of water is crucial in the appearance of most alterations. Water mobilizes soluble salts, freezes, dissolves minerals, promotes the establishment and activity of living organisms, changes the mechanical properties...
Impact of rain
In cities with significant air pollution from automobile traffic, industries, and heating plants, there are often two main areas on a siding or sculpture:
⁃ White areas are those exposed to runoff, driving rain. The stone is more or less attacked by the waters that dissolve its most soluble constituents, including calcite (0.02 grams per liter). No deposits can settle on these surfaces, which are somehow washed away by the rains.
⁃ In black areas sheltered from rain and runoff, there is no water washout, but water vapor from mists and fogs or condensation water can episodically wet the stone. Atmospheric particles settle on the surfaces and are cemented by crystallizations of salts, especially gypsum, formed largely by the interaction of water and atmospheric gaseous pollutants (SO2, NOx) with the stone. The deposits, called black crusts, are indurated, fine, smooth or budding.
The capillarity
Water can rise by capillary action from the ground to a few meters at the base of the walls. In these zones of capillary rise, degradations are frequent. The water soaks the materials which show more or less dark spots of humidity. By concentrating and evaporating, the water also allows the crystallization of soluble salts which form efflorescences, superficial saline crusts and which, by contaminating the stone more deeply, are capable of producing different types of alterations: depending on the case, the stone flakes (formation of scales) ordisintegrates (formation of sand) in a uniform manner or by creating figures resembling cells when the rock is not homogeneous.
The physical mechanism of capillary transfer is not only upward but homogeneous in all directions. Thus, in some cases, we can observe alteration patterns linked to a lateral or descending capillary supply...
Seepage through masonry
There are of course the traces of humidity that can be observed inside the monuments that will induce alterations of the black trace type for example.
There is also the combined action of water and temperature which will cause purely mechanical deterioration. Thus, in periods of frost, during the passage from the liquid state to the solid state, the water increases in volume by 9% and exerts sufficient internal pressure to crack most stones.
Finally, the desquamations in plate can result from phenomena of differential dilatation which occur on the surface of certain stones, in particular the argillaceous stones, according to the alternations of phases of imbibition (rains) and evaporation (drying).
Action of salts
Soluble salts are responsible for a large part of the degradation of historical monuments and more generally of the building. These salts are mineral species soluble in water. Thus, gypsum which is one of the least soluble of these salts (2.4 grams per liter of pure water) is still 150 times more soluble than calcite which is the main constituent of limestone rocks. These salts, once solubilized, concentrate and precipitate in the evaporation zones of the solutions that constitute the surfaces of the stones.
The less soluble salts form at the base of the wall (carbonates and calcium sulfate) while the highly soluble chlorides and nitrates are found at the top of the capillary fringe. These concentrations of salts in the stone are at the origin of spectacular alterations.
The salts crystallizing exert significant crystallization pressures that can exceed the mechanical strength of the hardest stones.
Biological alterations
Many living organisms are active in the environment and interfere with the building. The micro-organisms responsible for degradation can be separated into two groups. Those that cause the formation of visible deposits, such as algae, fungi, lichens. And those, more insidious which, like certain bacteria, cause a decohesion of the material through their metabolic reactions without forming visible deposit.
We will only mention the algae to illustrate the phenomena of biological alteration. According to the visible staining, different biological fouling can be distinguished:
- Green dirt: We will meet them on very smooth supports (stained glass) to very rough supports (stone) and always very wet and exposed to light. One will find a mixture of chlorophyceae (green algae) and cyanobacteria (blue algae).
- Black dirt can be found outdoors on rough and rather west-facing surfaces, but also in indoor situations in a very humid environment. The culprits are mainly blue-green algae. Black dirt of biological origin develops on surfaces that are well exposed to rain or runoff and can therefore not be confused with the black crusts that form in areas that are never washed.
- Red dirt: The dominant algae in this type of cover are the chlorophyceae of the Trentepolhia family. They are found on substrates exposed to rainy winds (north or northwest) in northern and western France.
Bibliographic sources
To validate the Earthcache
ATTENTION, you are in front of a place of worship and a funerary monument of a unique design. Please make the discovery of this geological cache in the respect of this place.
In order to validate this EarthCache, you will have to answer the following questions correctly and add to your log a photo of you, your GPS or your nickname at the waypoint of the cache (OPTION). This photo will validate the "found" in case of wrong answers to the questions.
Please send your answers via my profile or via the geocaching.com messaging system, do not give them in your log. The logs recorded without answers will be deleted.
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Reminder about Earthcaches: There is no container to search or logbook to fill in. Just go to the location, answer the questions and send me back the answers.
Question 1 : In the photo below, can you tell me what type of alteration you see under the pink and blue areas? Can you explain the mechanisms that led to these alterations?
Question 2 : In the photo below, which is the front of the church just in front of the Pendant, can you tell me what type of alteration you see under the green, red and blue areas? Can you describe what you see and why these alterations are present?