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Les Carrières de la Couronne de l’Antiquité à l’époque contemporaine

 | 
Cécilia Pédini

Troisieme partie : la mise en œuvre du calcaire de la couronne

Chapitre 5. Qualités techniques et mécaniques du calcaire de la Couronne

Texte intégral

1« Un matériau est une substance solide, destinée à un emploi donné, présentant un certain caractère de permanence » (Grolier et al 1991, p. 6). Le vieillissement d’une pierre dépend de ses qualités, des éléments naturels et environnementaux et des contraintes subies en raison de son emplacement dans l’édifice. Ses capacités, fournies par la géologie et par ses qualités techniques, renseignent sur son adaptation à la contrainte et la possibilité de la mettre en œuvre dans certains niveaux architecturaux.

2Les revues techniques ne fournissent que les capacités des matériaux issus de carrières encore exploitées. Le calcaire de La Couronne n’apparaît donc plus dans ce type de documentation. La détermination des capacités a donc été faite par la confrontation de trois types de sources.

3Les différents usages de la pierre de La Couronne, entre l’Antiquité et le XIXe s., permettent de préjuger de ses aptitudes ; les ouvrages destinés aux professionnels de la pierre fournissent des données techniques complémentaires ; enfin, la comparaison avec d’autres matériaux a permis, par analogie, d’en déduire les capacités.

  • 122 Association française de normalisation.

4Les propriétés sont définies selon un système mis en place par l’AFNOR.122 Huit éléments entrent dans la qualification d’une roche. On distingue d’abord les propriétés physiques des propriétés mécaniques. La première catégorie correspond à la nature même de la roche, (densité, porosité, capillarité) à sa durabilité et sa perméabilité. Les propriétés mécaniques regroupent les aptitudes du matériau comme la résistance à la compression et à l’usure, l’élasticité…

5.1. Les qualités techniques

5.1.1. La densité apparente

5Elle détermine la résistance à l’écrasement.

6L’étude du mobilier lapidaire de l’Alcazar a permis d’attribuer une densité à la pierre de La Couronne, par analogie notamment avec certaines « pierres du Midi », comme celle de Fontvieille par exemple. La valeur estimée est comprise entre 1700 et 1800 kg/m3 (Vacca-Goutoulli 2001). Victor Leroy lui attribue, dans sa notice de construction des maisons de Marseille en 1847, une variation, selon le grain, de 1500 à 1800 kg/m3 (Leroy 1847, p. 14).

5.1.2. Le coefficient de taille

7Il est initialement prévu pour apprécier la difficulté de taille du matériau et estimer le temps nécessaire au travail. Les professionnels de la pierre classent les matériaux selon une échelle de dureté, en leur attribuant un coefficient de taille de 1 à 14, de la plus tendre à la plus froide. Cette classification est fonction de la densité et de la résistance à l’écrasement du matériau.

8La plupart des faciès de calcaire de La Couronne appartiennent à la catégorie des pierres demi-fermes, c’est-à-dire présentant un indice de taille autour de 5. Il arrive plus rarement de trouver des matériaux tendres (indice de taille de 3) ou fermes (indice de taille de 6).

9La dureté de certains faciès justifie leur emploi dans la confection de pavements, dallages et escaliers. Victor Leroy évoque un durcissement à l’air de ce matériau qui lui confère une plus grande dureté.

5.1.3. Porosité, capillarité et coefficient d’imbibition123

  • 123 On peut également l’appeler coefficient d’absorption.

10La porosité est conditionnée par l’indice de taille et la densité du matériau. Plus l’indice de taille est élevé, moins la roche est poreuse (Collectif 1976, p. 16). Une pierre froide de coefficient 14 a une porosité nulle, à contrario une pierre très tendre, d’indice 1, a une porosité supérieure à 46 %.

  • 124 Rapport 2003 du PCR, la pierre de construction à Marseille de l’Antiquité au XIXe s., sous la dir (...)
  • 125 Simonet 2001 : SIMONET (R.) - La restauration du bâti : doctrine et techniques. Dans : les cahier (...)

11La pierre de La Couronne présente une porosité qui varie entre 36 % (indice 3) et 19 % (indice 6). La plupart des matériaux retrouvés ont un indice de 5, ce qui lui confère une porosité moyenne d’environ 24 %. Les analyses pétrographiques, faites par P. Gaudon, confirment la variabilité de la porosité de la pierre de La Couronne, d’un bloc à l’autre. Ainsi, ceux du quai de la Bourse et du dallage du forum ont une porosité faible alors que la cuve de sarcophage prélevée sur le même site est taillée dans un matériau présentant une porosité inter et intragranulaire importante.124 La porosité doit être complétée avec la capillarité et le coefficient d’imbibition du matériau. La capillarité est l’ensemble des phénomènes relatifs au comportement des liquides. Elle détermine donc la surface pouvant être remplie par de l’eau ou du gaz entraînant à long terme une fragilisation de la roche. Plus la roche est poreuse, plus son coefficient de capillarité est élevé, plus la pierre va s’altérer rapidement.125 Elle est importante car elle va déterminer le développement d’une altération. Le coefficient d’imbibition correspond à la vitesse d’absorption et de saturation en eau d’un matériau. Il s’agit, par conséquent, de la capacité de rétention d’eau (Al Mukhtar, Beck 2005, p. 58). La durabilité d’un matériau dépend de sa nature, de sa porosité, de son coefficient d’absorption, de sa capillarité et de sa résistance mécanique une fois qu’il est imbibé d’eau. Ces propriétés sont par conséquent essentielles parce qu’elles déterminent la « pérennité » de la pierre (Blanc et al. 2002, p. 66).

12Les contraintes environnementales sont déterminantes dans le développement des altérations. La mise en action des ces facteurs (climat, sels solubles, pollutions…) est régie par la présence d’eau (remontée du sol, pluie, ruissellements…). Son action combinée aux variations de température peut engendrer une dégradation mécanique de la pierre, comme c’est le cas dans les cycles de gel et dégel par exemple. L’eau entraîne aussi une dissolution des sels minéraux, particulièrement en bord de mer, qui peut également affecter la résistance du matériau (Bromblet et al. 2002, p. 58).

13L’eau étant le principal facteur externe d’altération des pierres, il est capital de bien qualifier et quantifier le milieu poreux avant la mise en œuvre de la pierre. L’utilisation en fondation d’un matériau poreux de forte capillarité permettrait aux eaux contenues dans les sous-sols de pénétrer dans la pierre, de la fragiliser, mais aussi de mettre en péril la totalité de la structure de l’édifice.

14Le calcaire de La Couronne est un matériau qualifié de peu poreux (24 %), on le trouve d’ailleurs très fréquemment en fondation. Sa capillarité est très faible, ce qui lui confère un coefficient d’imbibition faible. C’est en tout cas ce dont témoignent les différentes utilisations qui en sont faites, compte tenu de la situation géographique des carrières et des monuments qui la mettent en œuvre. Les embruns marins entraînent une dégradation plutôt modérée en comparaison de l’action de certains autres sels minéraux solubles. Ils peuvent toutefois affecter la pierre dès la carrière, avant même son extraction, dans le cas d’une exploitation littorale.

15L’utilisation de ce matériau dans la confection de piles, fontaines, bassins et dans la construction des quais du port romain évoque une faible porosité. Il présente également dans la plupart des cas observés une bonne résistance aux eaux de ruissellement et une grande qualité d’étanchéité. L’importante porosité de certains matériaux mis en œuvre dans le bassin d’eau douce semble liée à une mauvaise cimentation de la roche, ce qui peut être perçu comme un défaut, puisque la pierre de La Couronne est le plus souvent bien cimentée.

5.1.4. La gélivité

16La carte du gel, établie par le L.E.R.M, fixe La Couronne et les lieux d’utilisation du matériau dans une zone de gel très faible, comme c’est le cas de Marseille, Berre et Martigues, et plus rarement faible, comme à Toulon, Aubagne ou Roquevaire (Collectif 2005, p. 48). Le calcaire de La Couronne est réputé non gélif, ce qui signifie qu’il résiste assez bien aux cycles de gel et de dégel.

5.2. Les aptitudes mécaniques

5.2.1. La résistance à l’écrasement

17Elle est conditionnée par la densité du matériau.

  • 126 On procède aujourd’hui également au calcul de la résistance à la traction par flexion afin d’avoi (...)

18La carte géologique, établie par le B.R.G.M., attribue à ce matériau une résistance moyenne à l’écrasement de 187 kg/cm2. C’est également la résistance estimée pour le bloc n° 36 du quai romain, rue de la République, qui a subi ces tests en laboratoire (Vacca-Goutoulli 2006b, fiches d’analyse). Il s’agit par conséquent d’un matériau qui offre une bonne qualité de résistance, particulièrement aux chocs frontaux. La pierre peut recevoir plusieurs coups sans casser. Cette résistance justifie son utilisation pour la construction de bâtiments élevés mais surtout sa fréquence d’emploi en fondation.126

5.2.2. La vitesse de propagation du son

19Elle est utilisée pour déterminer la qualité d’un matériau. Plus les compétences techniques du matériau sont élevées, plus la propagation du son est rapide. Elle dépend des propriétés élastiques de la roche ainsi que de son état (lié à la porosité, à la présence de fissures…). Elle n’a pas été calculée pour les matériaux extraits à La Couronne. On peut néanmoins la déduire, par analogie avec certains faciès de calcaire du Burdigalien du territoire arlésien. La vitesse de propagation du son de la pierre de Fontvieille est de 2621 m/s et celle de la pierre extraite aux Baux de Provence est comprise entre 2452 et 2789 m/s (Collectif 1976, p. 43, 25). On peut estimer que celle de la pierre de La Couronne est assez proche de ces valeurs.

20Ce calcaire est réputé pour ses qualités d’élasticité qui ont permis son emploi dans les fortifications notamment. Il est très résistant aux engins de balistique, ce qui explique son utilisation dans les édifices militaires.

5.2.3. La largeur de la rayure

21Elle permet de déterminer la dureté superficielle du matériau, sa résistance à l’usure, à l’érosion et aux chocs. Ce test n’a pas été fait sur les matériaux de La Couronne. Toutefois, à valeur comparative on peut prendre en considération les mesures obtenues sur la pierre de Fontvieille (indice 3) et celle des Baux (indice 3). La largeur est de 1,867 mm dans le premier cas et comprise entre 1,7 et 2,250 mm dans le second. Pour se faire une idée de la dureté de la pierre, la largeur de la rayure observée sur la pierre de Cassis (indice 13) est de 0,500 à 0,600 mm, ce qui signifie qu’elle se raye bien moins facilement que les deux autres. On peut supposer que le test sur la pierre de La Couronne aurait fourni un résultat assez proche de ceux des pierres « d’Arles » (Collectif 1976, p. 43, 25 et 31).

  • 127 Elle se calcule souvent à l’aide d’éprouvettes de pierre soumises au frottement d’une meule. On m (...)

22La résistance à l’usure est surtout calculée pour les matériaux mis en œuvre dans des éléments qui y sont fortement soumis, tels que les dallages et lieux de passage important127 (Collectif 1976, p. 16). Elle n’a pas été calculée pour les pierres de La Couronne, mais l’utilisation de ce matériau dans la réalisation de dallages et marches d’escaliers suppose une bonne résistance à l’usure qui ne peut hélas être quantifiée.

5.2.4. Propriétés thermiques

23Aucune étude n’a bien entendu été faite sur les matériaux de La Couronne afin de déterminer la conductivité et la résistance thermique du matériau. Toutefois, la pierre de La Couronne est fréquemment employée dans la réalisation de fourneaux et particulièrement de fours à pains au XIXe s. (Leroy 1847, p. 16). Elle résiste au feu modéré.

5.3. Conclusion

24La connaissance des qualités techniques et mécaniques des matériaux est primordiale pour sa bonne utilisation. On fait toujours le choix d’un matériau en raison de ces qualités propices à la réalisation que l’on souhaite faire. Le calcaire de La Couronne a en règle générale toujours été utilisé selon ses possibilités techniques qui autorisent, il est vrai, un usage assez large. Les utilisations paraissent être en adéquation avec sa nature pétrographique, les qualités techniques qui en découlent et les aptitudes mécaniques qui en ressortent. Tous ces éléments justifient qu’il soit employé sur une période aussi longue et dans un large panel architectural.

25La construction en pierre impose des règles simples sur les emplacements des différents types de matériaux qui permettent d’éviter bien des désagréments. On préconise en général l’utilisation de matériaux tendres dans les élévations, demi-fermes à fermes dans les éléments sur lesquels on est susceptible d’avoir des ruissellements et des matériaux plutôt durs dans les parties basses, en contact avec l’humidité du sol. Toutefois, nous avons pu constater au fil de l’étude de la mise en œuvre du calcaire de La Couronne qu’il est fréquemment employé en fondation et que les matériaux ne semblent pas atteints d’altérations particulières.

  • 128 Archives Toulon : AIG art 8, cart 1, n° 27.

26Nous avons évoqué précédemment le danger que représente l’eau sur la « santé » des pierres. Elle est à l’origine de nombreuses pathologies qui peuvent parfois s’avérer sérieuses, voire catastrophiques. De ce fait, plus le matériau est poreux et son coefficient de capillarité élevé, plus la pierre s’altère et vieillit rapidement. La pierre de La Couronne n’a pas souffert d’altérations sévères liées la circulation de l’eau. Cela s’explique d’abord par le fait que la zone d’exploitation et d’utilisation est classée dans les régions de gel très faible mais aussi par sa faible capillarité, qui limite tout simplement la circulation d’eau dans le matériau. Elle est en revanche sensible aux embruns, dont l’attaque paraît cependant être assez modérée. Lors de la construction de l’Arsenal de Toulon, les architectes ont refusé la mise en œuvre du calcaire de La Couronne en extérieur parce que l’air de Toulon est plus « dévorant » qu’à Marseille et qu’il « mange » la pierre (Cros 1998, p. 56).128

27Quelques rares altérations ont été signalées sur ce matériau. La plus sévère, signalée par P. Gaudon et A. Hartmann-Virnich, se trouve sur un pilier de l’abbaye Saint-Victor composé de matériaux à texture « crayeuse et grumeleuse, signe d’une altération pulvérulente ». Il pourrait s’agir d’une désagrégation sableuse, liée essentiellement à la dissolution par l’eau du liant naturel de la pierre.

28On trouve aussi quelques érosions de surface, comme par exemple du bloc n° 114 mis au jour sur le chantier de l’Alcazar. Certains éléments de la pierre présentent une dissolution. C’est encore une fois un problème lié à la circulation d’eau, d’autant que, dans ce cas, le faciès du matériau est détritique, de qualité médiocre, donc probablement mal cimenté. Un des deux panneaux sculptés en bas-relief mis au jour à Saint-Julien-les-Martigues est affecté d’une usure importante, ce qui révèle une qualité de calcaire de résistance faible (Rivet 1987, p. 120).

29La plupart des pierres en contact avec l’eau souffrent d’une dépigmentation. Nous avons déjà évoqué cette altération à plusieurs reprises, nous ne reviendrons donc pas dessus.

30Les matériaux issus des chantiers de fouilles archéologiques de Marseille témoignent en règle générale d’une bonne conservation de la pierre.

31Toutefois, ces dix dernières années plusieurs chantiers de restaurations ont concerné des monuments en calcaire de La Couronne, comme par exemple la Vieille-Charité, le château d’If, l’église Saint-Laurent, ou les forts Saint-Jean et Saint-Nicolas. Lors des travaux sur ces édifices, deux qualités de calcaire de La Couronne ont été mises en évidence. La première sans coquilles, veinée rouge, est plus compacte et résiste mieux dans le temps. La seconde est très coquillière et détritique et s’use rapidement.

  • 129 Le diagnostic fait lors de la restauration des édifices en calcaire de La Couronne m’a aimablemen (...)

32Ce second faciès est fréquemment atteint d’alvéolisation, liée aux pénétrations d’eau et aux infiltrations de sels marins, amenés par le vent.129 Cette pathologie trouve son origine dans la dissolution de sels solubles (Simonet 2001, p. 9) et a pour conséquence la formation d’alvéoles plus ou moins profondes qui s’accompagne d’une décohésion du matériau.

33Dans les soubassements, les matériaux souffrent parfois d’une desquamation et d’une migration des sels, matérialisées par la présence de plaques qui se décollent du parement. La couche de sulfocalcin (ou sulfin) empêche les sels de migrer hors du matériau, ils stagnent et s’accumulent, entraînant à terme une perte de cohésion du matériau. La couche superficielle finit par se décoller du parement et laisser des surfaces pulvérulentes. Les infiltrations d’eau, notamment par remontées capillaires, sont à l’origine de ces phénomènes (Simonet 2001, p. 10).

34On note également d’importantes attaques de champignons dues à l’impossibilité d’évaporation des eaux de rejaillissement liée à la présence de bitume.

35Enfin, la pollution a aussi des effets extrêmement néfastes sur les matériaux. Les gaz se dissolvent dans l’eau et entraînent la formation d’un sulfin sur la pierre. Contrairement au calcin, il ne protège pas le matériau, mais favorise justement l’apparition d’altérations. Cette croûte noire est spécifique des atmosphères urbaines denses et agressives (Simonet 2001, p. 8). L’action combinée du milieu aqueux, des sels et de la pollution entraîne notamment une dissolution du fond de la pierre.

36Le calcaire de La Couronne rencontre donc l’ensemble des pathologies caractéristiques de toutes les pierres. Ces altérations dépendent de la situation du monument (contexte urbain ou rural), de son implantation sur le site et de son exposition (vent, pluie, littoral…) mais aussi de son environnement (sols, pollutions, trafic alentour pouvant engendrer des vibrations [routes, chemin de fer, aéroport, métro…]) et enfin de la nature et de l’état des éléments de la construction (toiture, corniches…). (Fig. 169 à 171)

Fig. 169. Altération de l’épiderme de la roche en rapport avec la présence de bitume- Clocher de La Couronne (C.P).

Fig. 169. Altération de l’épiderme de la roche en rapport avec la présence de bitume- Clocher de La Couronne (C.P).

Fig. 170. Altération de la roche en raison de diverses pollutions urbaines – Porte de l’Hôpital maritime de Toulon (C.P).

Fig. 171. Altération de la roche par différentes attaquesde pollution – Vieille Major de Marseille (C.P).

Notes

122 Association française de normalisation.

123 On peut également l’appeler coefficient d’absorption.

124 Rapport 2003 du PCR, la pierre de construction à Marseille de l’Antiquité au XIXe s., sous la direction de H. Tréziny.

125 Simonet 2001 : SIMONET (R.) - La restauration du bâti : doctrine et techniques. Dans : les cahiers techniques, edit. Le Mausolée, Ternay 2001. p. 8.

126 On procède aujourd’hui également au calcul de la résistance à la traction par flexion afin d’avoir une parfaite connaissance de la contrainte à la rupture (par traction). Cette étude est nécessaire, tout comme la résistance à la compression. Elle permet de s’assurer que le matériau utilisé dans la réalisation de linteaux par exemple offre une résistance suffisante par rapport aux contraintes de pression qui s’exercent.

127 Elle se calcule souvent à l’aide d’éprouvettes de pierre soumises au frottement d’une meule. On mesure ainsi la diminution de hauteur de l’éprouvette suite aux passages successifs.

128 Archives Toulon : AIG art 8, cart 1, n° 27.

129 Le diagnostic fait lors de la restauration des édifices en calcaire de La Couronne m’a aimablement été communiqué par Mr. Efimieff, tailleur de pierre, qui a travaillé sur les principaux chantiers concernés par cette étude.

Table des illustrations

Titre Fig. 169. Altération de l’épiderme de la roche en rapport avec la présence de bitume- Clocher de La Couronne (C.P).
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© Publications du Centre Camille Jullian, 2013

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