CD - REproduction des ALtérations aux Interfaces pierre/mortier par Simulations Expérimentales de variations environnementales

Offre de thèse

Date limite de candidature

29-05-2026

Date de début de contrat

05-10-2026

Directeur de thèse

MECHLING Jean-michel

Encadrement

Thèse directeur / codirectrice (50 % / 50 %)

Type de contrat

Concours pour un contrat doctoral

Candidater à cette offre

école doctorale

C2MP - CHIMIE MECANIQUE MATERIAUX PHYSIQUE

équipe

DEPARTEMENT 2 - CP2S : 207 - Matériaux pour le génie civil

contexte

Malgré leur apparente immuabilité, les matériaux des monuments historiques sont sujets aux altérations et se dégradent au fil du temps. L'eau est un facteur primordial d'endommagement qui peut réagir avec les pierres et les mortiers, pénétrer dans la maçonnerie et apporter des désordres (lixiviation, dilatation due au gonflement des argiles, développement de micro-organismes, cristallisation de sels, gel/dégel). D'autre part, la température joue également un rôle important et intervient notamment dans des altérations liées à l'expansion thermique, aux chocs thermiques, ou encore au gel/dégel. Température et humidité agissent en synergie et leur action combinée intensifie les phénomènes d'altération (Benavente et al., 2008; Koch & Siegesmund, 2004; Vázquez et al., 2011). Dans ce cadre, plusieurs approches sont possibles. Dans le cadre d'un monument historique, les prélèvements n'étant pas toujours autorisés, des analyses in situ directement sur le bâtiment sont utiles pour comprendre les altérations d'un monument dans son environnement. Ce type d'analyse est souvent limité par la technologie portable et ne permet pas une compréhension poussée des phénomènes. D'un autre côté, les analyses en laboratoire de vieillissement artificiel permettent de comparer la résistance des matériaux à certains types d'altération (NF EN 14066 chocs thermiques, NF EN 12371 gel, sels NF EN 14147) mais les conditions expérimentales utilisées pour quantifier rapidement l'altération ne sont pas toujours fidèles aux conditions réelles et peuvent mener à des conclusions erronées (Crewdson, 2008; Lubelli et al., 2014). Des essais en laboratoire se voulant plus réalistes sont développés pour reproduire des variations et comprendre l'altération in situ de pierres naturelles ((Warke & Smith, 1998; Thomachot-Schneider et al., 2018; Huby et al., 2022).

spécialité

Sciences des Matériaux

laboratoire

IJL - INSTITUT JEAN LAMOUR

Mots clés

altération, pathologie, patrimoine bâti, variations environnementales, pierre/mortier, conservation

Détail de l'offre

Ce projet vise à développer un dispositif expérimental innovant reproduisant les sollicitations environnementales réelles (pluie, variations thermiques, ensoleillement) pour étudier les mécanismes d'altération de maçonneries historiques. L'objectif est de caractériser le comportement thermo-hydro-mécanique des assemblages pierre/mortier et de quantifier les transferts d'eau lors de l'évaporation. Un suivi multi-paramètres (déformation, teneur en eau, température) permettra d'identifier les zones critiques et les cinétiques de dégradation. L'analyse des données obtenues permettra une meilleure compréhension des phénomènes d'altération du patrimoine bâti de l'Est de la France.

Keywords

alteration, pathology, historical building, environmental variations, stone/mortar, conservation

Subject details

This project aims to develop an innovative experimental device that replicates real environmental variations (rain, temperature variations, solar radiation) to study the alteration mechanisms of historical masonry. The objective is to characterize the thermo-hydro-mechanical behavior of stone/mortar assemblies and quantify water transfers during evaporation. A multi-parameter monitoring (strain, water content, temperature) will enable the identification of critical zones and degradation kinetics. Analysis of the obtained data will improve the understanding of stone and mortar weathering affecting built heritage of the Eastern region of France.

Profil du candidat

• Bonnes connaissances, théoriques et pratiques, des sciences des matériaux (propriétés de base centrées autour de la masse volumique et porosité des matériaux, propriétés mécaniques, techniques de diffraction rayons X, Microscopie électronique, etc.) – des connaissances spécifiques des pierres, mortiers ou matériaux du génie civil seraient appréciées ;
• Des notions d'acquisition et de traitement de données ;
• Intérêt pour le patrimoine bâti ;
• Maîtrise du français et de l'anglais ;
• Autonomie et rigueur.

Candidate profile

• Strong theoretical and practical knowledge of material science (fundamental properties including density and porosity, mechanical properties, x-ray diffraction, electron microscopy) – specific knowledge in the domains of stones, mortars or materials used in civil engineering would be appreciated
• Experience in data acquisition and processing
• interest in built heritage conservation
• Proficiency in French and English
• Autonomy and meticulousness

Référence biblio

Benavente, D., Cultrone, G., & Gómez-Heras, M. (2008). The combined influence of mineralogical, hygric and thermal properties on the durability of porous building stones. European Journal of Mineralogy, 20(4), 673–685.
Crewdson, M. (2008). Outdoor weathering must verify accelerated testing. Q-Lab Weathering Research Service, 1005, 33034-1725.
Huby, E., Thomachot-Schneider, C., Vázquez, P., Fronteau, G., & Beck, K. (2022). Experimental thermo-hydric study to simulate natural weathering conditions. Journal of Cultural Heritage, 58, 12-22.
Koch, A., & Siegesmund, S. (2004). The combined effect of moisture and temperature on the anomalous expansion behaviour of marble. Environmental Geology, 46(3-4), 350–363
Lubelli, B., van Hees, R. P., & Nijland, T. G. (2014, October). Salt crystallization damage: how realistic are existing ageing tests. Proceedings of the international conference on salt weathering of buildings and stone sculptures (SWBSS 2014), Aedificatio Publishers, Brussels (pp. 259-273).
Thomachot-Schneider, C., Gommeaux, M., & Fronteau, G. (2008). Modifications of the porous network of sandstone accompanying the formation of black varnish. Environmental Geology, 56(3), 571–582.
Vázquez, P., Siegesmund, S., & Alonso, F. J. (2011). Bowing of dimensional granitic stones. Environmental Earth Sciences, 63(7-8), 1603–1612
Warke, P. A., Smith, B. J., & Magee, R. W. (1996). Thermal Response Characteristics of Stone: Implications for Weathering of Soiled Surfaces. Urban Environments. Earth Surface Processes and Landforms, 21(3), 295–306
NF EN 14066 - Méthodes d'essai pour pierres naturelles - Détermination de la résistance au vieillissement accéléré par choc thermique
NF EN 12371 - Méthodes d'essai pour pierres naturelles - Détermination de la résistance au gel
NF EN 14147 - Méthodes d'essai pour pierres naturelles - Détermination de la résistance au vieillissement accéléré au brouillard salin