3.7 Diagnostic Et Traitement Pathologies

DIAGNOSTIC ET TRAITEMENT DES PATHOLOGIES STRUCTURELLES DU BÂTIMENT José Luis González Moreno-Navarro 1. INTRODUCTION Domaine d’application Principes de l’ICOMOS en rapport (rappel) Importance de la connaissance globale préalable Causes des désordres structurels Présentation du plan de l’exposé 2. ÉLÉMENTS STRUCTURELS DE L’HABITAT MÉDITERRANÉEN 3. PRINCIPES DE DÉTERMINATION ET D’EXPLICATION Approche globale Rapport espace habitable / forme constructible Efficacité de la production Intégrité à long terme - entretien Apprivoisement du milieu Adéquation esthétique Application aux éléments Les murs Les éléments de connexion avec l’extérieur Les ouvertures Les espaces semi-extérieurs Les éléments horizontaux rectilignes Les planchers et les charpentes de couverture Les éléments horizontaux arqués Les arcs et les arcades Les voûtes Les coupoles Application au bâtiment dans son ensemble La relation entre tous les éléments 4. POSSIBLES DÉSORDRES STRUCTURELS ET DIAGNOSTIC Types d’effets : apparents et non apparents Causes accompagnées d’effets apparents Causes lointaines, causes directes Modifications de l’équilibre (action/réaction) comme cause essentielle Inventaire des effets apparents (indices ou symptômes) Tableau d’ensemble Exemples concrets de causes directes et effets associés Cause directe dans les fondations Cause directe dans les murs Le diagnostic 5. L’INTERVENTION Critères généraux Dans les fondations Dans les murs Baisse du coefficient de sécurité Suite à une perte de résistance due à la dégradation de la maçonnerie Suite à l’augmentation des contraintes de compression Désolidarisation des couches des murs Fissures dues à des causes extérieures au mur Dans les voûtes et coupoles Dans les planchers Dans l’ensemble du bâtiment

DIAGNOSTIC ET TRAITEMENT DES PATHOLOGIES STRUCTURELLES DU BÂTIMENT José Luis González Moreno-Navarro 1. INTRODUCTION Domaine d’application Cette présentation traite des éléments qui assurent la stabilité de l’ensemble des organes de fermeture créant un espace différencié de l’espace naturel, dans lequel les habitants du bassin méditerranéen réalisaient les activités de la vie quotidienne avant la révolution industrielle. La caractéristique fondamentale distinguant ces éléments de ceux que l’on trouve aujourd’hui réside en ce que les éléments qui assurent la stabilité coïncident avec ceux qui enclosent l’espace, de sorte que la structure fait office d’organe de fermeture et l’organe de fermeture de structure. En d’autres termes, parler de structure, en matière de bâtiments traditionnels, c’est parler également, dans près de 90 % des cas, d’organes de fermeture, le domaine d’application de cette présentation embrassant, à ce titre, la totalité du bâtiment. Ce type de conception des bâtiments est en général étranger aux professionnels du bâtiment formés au XXIe siècle, la spécialisation des éléments constructifs actuels voulant que certains assurent la stabilité pendant que d’autres séparent de l’extérieur, d’où l’utilité de souligner cette différence dans cette entrée en matière. Principes de l’ICOMOS en rapport (rappel) Les critères adaptés à la restauration ou à la réhabilitation de ces éléments structurels que nous aborderons ici ne nous appartiennent pas en propre, mais ils se basent sur une série de principes débattus, ces dernières années, dans les cercles d’experts en restauration, sous l’égide de l’organisation internationale mandatée par l’UNESCO pour exercer ces compétences en matière de conservation du patrimoine, à savoir l’ICOMOS. Nous citerons ici deux des documents qui recueillent ces critères et qui

constituent les véritables piliers soutenant les développements de notre exposé : La Charte du Patrimoine Bâti Vernaculaire (1999) Principes pour l’analyse, la conservation et la restauration des structures du patrimoine architectural (2003) Le second document est particulièrement important, étant donné qu’il porte sur les éléments structurels des bâtiments patrimoniaux relevant du patrimoine monumental aussi bien que domestique ou vernaculaire. Par ailleurs, nous partageons, évidemment, à cent pour cent tous les critères décrits dans l’ouvrage Architecture Traditionnelle Méditerranéenne. Importance de la connaissance globale préalable Ajoutons, dans cette introduction, qu’on ne saurait aborder l’étude des aspects structurels de tout bâtiment patrimonial sans l’intégrer à un cadre plus vaste d’études abordant toutes les variables de cet édifice, telles que ses aspects historiques et sociologiques, son comportement depuis sa construction, l’entretien dont il bénéficie habituellement ou encore ses types d’usage actuels, etc. Cet ensemble de variables nous fournit en effet une série d’informations indispensables si l’on veut comprendre son comportement structurel, mais aussi les éventuelles défaillances ou pathologies dont il pourrait être l’objet. C’est pour cela que l’expert, qui a une vision partielle des problèmes pathologiques, doit faire partie d’une plus large équipe et mener un dialogue continu avec les autres spécialistes dans les domaines divers de l’histoire, de la sociologie, etc. La connaissance d’un bâtiment et de ses problèmes requiert de manière quasi systématique une connaissance de son histoire quotidienne réelle, tant de son passé le plus ancien que de son histoire récente. Causes des désordres structurels La question que nous venons de mentionner prend toute son importance lorsqu’on constate, comme l’a pertinemment exprimé Abdelmajid

Choukaili lors de son intervention à Marrakech sur « Les désordres spécifiques à l’utilisation des matériaux », qu’on peut considérer, de manière générale, l’habitat traditionnel comme le résultat d’une optimisation sur une longue période historique de types associés à des usages, aboutissant finalement à une conception en adéquation avec le lieu et le mode de vie de ses occupants. Mais au XXe siècle, les conditions d’usage connaîtront une transformation radicale, qui s’est traduite par : - l’augmentation des charges actives par suite d’ajouts dans les parties supérieures accentuant l’effort sur les murs en rez-dechaussée, - l’augmentation de la population utilisant un même parc bâti, - la perte d’une tradition d’un mode d’entretien nécessaire à la conservation des éléments assurant une résistance aux agents atmosphériques, tels que les revêtements fondamentaux pour la préservation des capacités porteuses des murs, qui, à l’instar du pisé, sont très sensibles à cette exposition aux intempéries. Nous sommes ainsi conduits à analyser des bâtiments qui se trouvaient peut-être dans un parfait état de conservation au XIXe siècle, pour ne citer que cette époque, et qui commencent à se dégrader, le XXe siècle finissant, non pour des raisons de conception défaillante, mais à cause du considérable changement survenu dans les conditions d’usage et d’entretien qui caractérise le siècle dernier. Justification du plan de l’exposé La conséquence immédiate de cette hypothèse explicative des pathologies implique que l’étude des problèmes pathologiques et de leur résolution, tant sur un plan général que pour des cas particuliers, aborde en premier lieu la description de ces éléments structurels dans leur état originel, avant d’expliquer les causes présidant à leur état actuel. Dans une troisième partie, nous examinerons les principes qui déterminent et expliquent ces éléments structurels. Une fois que nous aurons saisi les facteurs expliquant en quoi consistent ces éléments, ou en quoi ils consistaient à l’origine, il nous sera bien plus facile de comprendre pourquoi ils sont

passés d’un bon état originel à un état final dégradé. Renseignés sur leur état originel, sur leur état actuel et sur le pourquoi de leur dégradation, nous serons alors en mesure d’envisager les méthodes actuelles – qui ne seront pas nécessairement des méthodes de pointe, les méthodes traditionnelles améliorées pouvant faire l’affaire – capables de nous faire passer de la dégradation à un état le plus proche possible de l’original. Et ce, non seulement par volonté de conservation du patrimoine historique, mais surtout parce que, face à des conditions, à un lieu et à un usage donnés, il n’y a pas de meilleure façon d’assurer leur stabilité, d’un point de vue purement pratique, que de leur restituer leur état et leur mode d’entretien originels.

2. ÉLÉMENTS STRUCTURELS DE L’HABITAT MÉDITERRANÉEN Comme nous l’avons vu en introduction, nous ne pourrions pas trouver de meilleure illustration pour le titre de cette partie que celle comprise entre les pages 66 et 96 de l’ouvrage Architecture Traditionnelle Méditerranéenne. Nous n’allons pas répéter ici ce qui est expliqué dans ce livre, mais nous allons projeter quelques images choisies parmi les magnifiques illustrations de cet ouvrage.

3. PRINCIPES DE DÉTERMINATION ET D’EXPLICATION DES ÉLÉMENTS STRUCTURELS Notre objectif, dans cette partie, sera d’exposer de manière systématique les raisons expliquant les propriétés des éléments constructifs de l’architecture méditerranéenne. Pour ce faire, nous appliquerons la méthode employée à l’Ecole d’Architecture de Barcelone, selon laquelle tout élément est la conséquence d’une nécessité de : - créer un espace au moyen d’une forme bâtie stable dès le départ - au moyen d’une méthode de production la plus efficace possible - en assurant au bâti la plus longue durée possible grâce à un entretien approprié - en contribuant à améliorer le milieu - de sorte que l’assemblage des formes et des matériaux satisfasse les aspirations esthétiques que tout peuple éprouve, même le plus primitif, du fait de sa nature humaine.

Approche globale Rapport espace habitable / forme constructible L'analyse d'une construction prise au hasard des images vues dans la deuxième partie nous permet de constater que ces bâtiments visent à créer un espace différent de l’espace naturel, au moyen, dans la plupart des cas, d’élévations verticales servant de soutien à d’autres éléments supérieurs de forme inclinée, horizontale ou en arc.

Cela étant, ces formes allongées verticales, horizontales ou en arc doivent être constructibles, et elles n’existent dans l’imagination du constructeur qu’à condition d’avoir été construites auparavant, et non pas à l’état de formes imaginaires en dehors de toute expérience acquise. Mais tout acte de construction, comme nous en avons tous fait l’expérience dans notre enfance, soulève une grande difficulté, qui n’est autre que l’action de la gravité : si les éléments ne sont pas bien disposés, ils tombent. Cette forme constructible doit ainsi être stable pour faire face à la gravité d’entrée de jeu. Cette question fondamentale continue à marquer l’existence d’un nombre illimité de bâtiments, sans constituer pour autant une explication suffisante, et il nous faut donc passer aux variables suivantes.

Efficacité de la production Derrière tout bâtiment populaire, on trouve la rareté des ressources qui oblige à user d’ingéniosité ; la mise en œuvre de toute solution doit produire un maximum de bénéfices avec un minimum d’efforts physiques, non seulement de la part du constructeur, mais aussi de l’ensemble de la population, pour ce qui est de l’extraction et de l’approvisionnement en matériaux. La totalité, pratiquement, de l’habitat méditerranéen traditionnel fait appel à des matériaux accessibles, proches de l’emplacement du bâtiment, et se base sur des formes constructibles stables dès le départ. Intégrité à long terme - entretien Mais le temps passe, il pleut, il y a du vent, il fait chaud, il fait froid, et ce qui constituait, au départ, une solution aux problèmes perd sa forme initiale ou une partie de ses matériaux et se dégrade. Pour parer à ces désordres, le constructeur essaye de détecter les défauts survenus et met au point une nouvelle méthode qui se révèlera peut-être plus durable, en même temps qu’il détermine les soins réguliers que requiert le bâtiment. Résultat : un espace bien construit et durable, où l’on doit pouvoir vivre, de plus, dans un certain confort intérieur.

Apprivoisement du milieu C’est là la raison d’être de la construction du logis. De tout temps, tous les peuples ont cherché à améliorer les conditions environnementales extérieures : éviter de se mouiller sous l’effet de la pluie ou de l’humidité du sol ; ne pas avoir trop chaud ni trop froid ; parer à l’excès de lumière. Résultat : un espace équilibré, efficacement produit et conçu pour durer. Adéquation esthétique Mais cet espace doit aussi engendrer un paysage agréable à la vue, qui suscite l’orgueil et témoigne de la personnalité de ses habitants : les textures, couleurs, dessins et formes qui s’offrent au regard doivent, en plus d’apporter une solution aux problèmes pratiques, s’accorder à une culture donnée. S’il en est ainsi, c’est qu’on a créé de l’architecture.

S’il s’agit d’un matériau homogène comme le pisé banché, toute l’épaisseur est constituée du même matériau. S’il se compose de petits éléments, on aura besoin, en fonction du rapport entre la taille de ces éléments et l’épaisseur totale, de deux, voire trois couches ou feuilles. Dans les deux cas, il est indispensable que l’ensemble des deux ou trois feuilles soit parfaitement assemblé pour éviter que chacune d’elles agisse indépendamment des autres, ce qui entraînerait un risque élevé de bombement partiel.

Application aux éléments Les murs La forme des murs s’organise selon un parallélépipède dont les dimensions longue (longueur) et courte (épaisseur) sont perpendiculaires entre elles et parallèles au sol ; la troisième dimension, ou hauteur, est située à la verticale. Cette forme résulte de leur rôle de structuration de l’espace en même temps qu’elle constitue, comme nous le savons tous depuis l’enfance, la meilleure manière d’assurer la stabilité d’un élément vertical face à sa contrainte la plus immédiate, à savoir l’action de la gravité. La longueur est déterminée par le plan au sol du bâtiment, la dimension intermédiaire, ou hauteur, dépend de la hauteur de l’espace recherchée, et la troisième dimension, l’épaisseur, essentielle dans le comportement structurel, est conditionnée par la stabilité comme par le matériau et le procédé constructif employés.

Une fois le matériau fixé, cette épaisseur dépend : - de la hauteur du bâtiment et des charges des différents niveaux, avec leurs planchers ou leurs voûtes. - de la sveltesse, ou rapport entre hauteur et épaisseur, de chaque pan de mur, la hauteur étant comprise comme la distance entre l’appui inférieur du mur et l’élément supérieur qui sert de fixation par un procédé quelconque.

Toutes les charges produites par le bâtiment se transmettent aux murs du rezde-chaussée, et de ceux-ci au terrain par l’intermédiaire des fondations. Habituellement, la maçonnerie des murs montre une résistance à la compression de l’ordre de 10, 15, 20 kg/cm2, ou guère plus. Mais, la plupart des sols ayant des résistances sensiblement inférieures, autour de 3, 4, 5 kg/cm2, il devient inévitable

d’élargir la zone de contact entre le mur et le sol au moyen des fondations. Cette surlargeur se calcule en général proportionnellement à l’épaisseur du mur, un élément qu’il conviendra de connaître parce qu’il est à la base de la stabilité de tout l’ensemble du bâti.

Dans de nombreuses régions, la stabilité des murs est assurée par des éléments en bois qui constituent la véritable structure ; les lois régissant leur stabilité diffèrent radicalement de celles que nous venons d’aborder.

Les éléments de connexion avec l’extérieur Les ouvertures En tout cas, les murs sont des éléments qui doivent être traversés, soit de portes pour l’accès intérieur, soit de fenêtres qui assurent l’entrée d’air et de lumière et ouvrent la vision sur l’extérieur. On ne doit pas considérer ces ouvertures comme une fragilisation, mais plutôt comme une partie intégrante des murs, même s’il est indéniable que la capacité portante globale diminue en proportion du nombre des ouvertures pratiquées. En matière d’ouvertures, le point clé, c’est l’élément supérieur qui permet de transmettre aux montants de la baie, ou jambages, les charges de la partie supérieure du mur. C’est d’ordinaire un

linteau, le plus souvent en bois, ou un arc surbaissé fait dans le même matériau que le reste du mur.

Les espaces semiextérieurs D’autres éléments verticaux délimitent les porches ou les espaces semiextérieurs : les piliers ou les piédroits dont les dimensions sont fonction des éléments horizontaux selon lesquels le porche s’organise, droits ou en arc.

Les éléments horizontaux rectilignes Les planchers et les charpentes de couverture La subdivision sur le plan vertical de l’espace généré par les murs et la fermeture supérieure, ou couverture, se fait le plus souvent à l’aide d’éléments végétaux, en général des troncs d’arbre ou de palmiers, dont la principale caractéristique est la résistance à la traction et à la compression et, partant, à la flexion. Ces éléments doivent répondre à deux exigences essentiels: ne pas céder et éviter une flexion excessive, et leurs performances à cet égard sont fonction de leur forme (portée couverte et section, ou dimension verticale), du matériau utilisé, de leur résistance à la traction et de leur rigidité.

Pour des questions d’économie, on réduit le recours aux éléments rectilignes de grande longueur permettant de franchir la portée totale, généralement plus coûteux, en les combinant avec des éléments courts de couvrement placés entre deux éléments rectilignes principaux. Les matériaux franchissant la portée de l’élément de couverture font d’ordinaire office de poutres obliques sans former une véritable charpente triangulée, du fait de la difficulté engendrée par la réalisation de deux assemblages entre les différents éléments. On trouvera le plus souvent un entrait sur lequel un poinçon, ou poteau court, reçoit deux poutres obliques égales à la moitié de la portée qui portent les plans d’évacuation des eaux.

Dans les régions plus sèches, on rencontre les couvertures plates, semblables aux planchers sur le plan statique, hormis les charges supérieures auxquelles elles sont soumises, en raison de tout le poids ajouté selon un procédé de superposition de couches jamais totalement imperméables, afin d’assurer l’imperméabilité de l’ensemble.

Les éléments horizontaux arqués Les arcs et les arcades Les arcs sont en général réalisés selon trois méthodes possibles : - avec des voussoirs bien taillés permettant des joints très fins entre les pierres, - avec des moellons plus bruts, d’épaisseur relativement faible, permettant

de former la structure de rayonnement et de créer l’arc en le hourdant au mortier, ou - au moyen de briques disposées dans le sens du rayon de la circonférence de l’arc et fixées au mortier, le joint de mortier se chargeant de donner les différentes épaisseurs en intrados et en extrados pour obtenir la courbe.

Dans les deux derniers cas, le mortier joue un rôle fondamental d’adhérence entre les différentes pièces. Dans le premier cas, au contraire, les joints fins servent simplement à égaliser les surfaces. Pour comprendre les arcs, il faut tenir compte d’un point-clé, à savoir le fait que leur construction requiert un élément auxiliaire provisoire, le cintre, dont les caractéristiques dépendent de la maçonnerie de l’arc et des techniques mises en œuvre localement.

En tout cas, l’arc génère des forces obliques, ou poussées, qui agissent sur les contreforts, comme l’indique la figure. L’intégrité de l’arc requiert dès le départ des contreforts ou des appuis totalement indéformables. Le moindre mouvement rotatif ou déplacement de la culée augmentant un tant soit peu la portée couverte par l’arc entraînerait sa rupture.

Les performances de stabilité de la culée sont fonction de son dimensionnement sur le plan de l’arc. Historiquement, les bâtisseurs ont mis au point des règles simples mettant en rapport la portée de l’arc et l’épaisseur de la culée. Dans le cas d’une arcade où les arcs retombent symétriquement sur un pilier, les poussées des arcs s’équilibrent entre eux, générant ainsi uniquement une charge verticale, ce qui n’est pas le cas pour les arcs situés aux deux extrémités qui requièrent un piédroit plus large.

Les voûtes Comme les arcs, les voûtes peuvent être réalisées à l’aide de voussoirs parfaitement taillés – un exemple plutôt rare parce que d’une grande difficulté –, de maçonnerie en pierre faisant appel à des pièces relativement plates, comparables aux briques, qui permettent d’obtenir la courbe en jouant sur les épaisseurs de mortier, ou encore de briques disposées de chant.

Ceci dit, il existe toute une tradition, dans une grande partie du bassin méditerranéen, de fabrication de voûtes où les briques sont positionnées non pas de chant, mais à plat, en parallèle à l’intrados. Ces voûtes reçoivent des noms différents selon les régions, comme la voûte tabicada, de maó de pla, in foglio, ou encore la voûte sarrasine ; les maçons catalans l’ayant diffusé dans toute l’Espagne, en France, en Amérique du Nord et du Sud, elles sont également connues sous le nom de voûte catalane ou catalan vault. Elles requièrent un minimum de deux couches de briques, la première étant fixée avec du plâtre. Ce système permet de résoudre le problème fondamental soulevé par la construction de tout élément arqué, à savoir le cintre. Les voûtes catalanes peuvent s’en passer.

Une multitude de techniques ont été mise en œuvre pour réduire au minimum le besoin de supports provisoires pour les voûtes ; c’est le cas, par exemple, des voûtes en briques de chant dont la construction commence par les coins. Tout cela peut être analysé en observant l’appareil de l’intrados. Dans tous les cas, pour recevoir les forces inclinées, ou poussées, exercées par les voûtes, les appuis requièrent une épaisseur supérieure à celle qu’exigent de simples planchers. Comme pour les arcs, il est important d’être renseigné sur la règle suivie par les constructeurs depuis des temps immémoriaux, faite de connaissances empiriques accumulées, pour mettre en rapport la forme de la voûte, la portée couverte et l’épaisseur correspondante du mur assurant la stabilité.

Ainsi, par exemple, une règle en usage au XVIIe siècle sur le territoire espagnol pour les voûtes en berceau dictait ce que l’on peut observer sur cette figure.

Dans le cas de berceaux croisés, comme les voûtes d’arête ou en croisée d’ogives, les charges sont transmises aux arêtes ou aux arcs diagonaux, et de ceux-ci aux quatre appuis requis. La règle associée à la construction gothique met en rapport portée, forme de l’arc et épaisseur de la culée, comme nous pouvons le voir sur cette figure.

Nous pouvons raisonnablement supposer que tous les bâtisseurs traditionnels possèdent dans ce domaine leurs propres règles, transmises du maître à l’apprenti, des règles qu’il est indispensable de connaître dans chaque cas. Insistons encore une fois sur le fait qu’un bâtiment à planchers n’est pas comparable à un édifice à voûtes. Ces dernières produisent des charges excentrées à la base des murs et sur les fondations, ce qui n’est pas le cas des planchers horizontaux. Une charge excentrée parfaitement répartie au départ est susceptible de provoquer, au fil du temps, de petits tassements différentiels au sein des fondations qui peuvent entraîner un léger basculement du mur et des fondations, et l’apparition d’une petite fissure sur la voûte. Cela n’aura peut-être pas de conséquences majeures, mais cela peut aussi signifier le début d’un enchaînement négatif aboutissant à l’effondrement du mur.

Les coupoles On peut considérer les coupoles comme un type particulier de voûtes et leur appliquer toutes les considérations antérieures, auxquelles s’ajoute une caractéristique essentielle : leur plan circulaire ou quasi circulaire permet d’établir un système d’équilibre des poussées au moyen d’un tirant circulaire, qui élimine ces poussées. La coupole ne transmet plus alors que des charges verticales, permettant une réduction très sensible de l’épaisseur des murs. La vérification de l’état de conservation de cet élément de compensation périmétrale situé à la base de la coupole fait partie du travail de recherche préalable pour tout bâtiment à coupole.

La statique graphique est, aujourd’hui encore, un outil d’une remarquable utilité pour essayer de comprendre et de déterminer les degrés de précarité de la stabilité des édifices traditionnels. Pour l’heure, le recours aux outils informatiques, comme la méthode des éléments finis, etc., ne comporte aucun avantage par rapport aux conclusions que nous apporte l’emploi de la statique graphique.

Application au bâtiment dans son ensemble La relation entre tous les éléments La construction d’un bâtiment implique de la part du constructeur l’intelligence de la relation unissant tous les éléments que nous avons abordés jusqu’ici. Leur explication demande de les analyser un à un, mais le bâtiment est le résultat synergique de l’ensemble, c’est-à-dire, qu’il est plus que la simple disposition de ces éléments les uns à côté des autres. C’est là un point fondamental si l’on veut

comprendre son comportement sur le long terme. Prenons le cas des murs, par exemple : l’union d’un mur à un autre au moyen d’un angle de bonne facture peut lui permettre d’être bien moins épais qu’un mur isolé, et le dotera en outre d’une stabilité très supérieure contre des forces horizontales. D’où l’on déduit que la disposition des murs selon une forme de caisse, formant des angles ou des unions en T, constitue une question-clé dans le comportement des bâtiments à murs. Au bout du compte, la stabilité ne peut se comprendre que comme stabilité de l’ensemble des murs réunis.

Et cela nous amène à la dernière variable qui rentre en jeu, en matière de durée à long terme : dans les zones où l’activité sismique est nulle, les seuls phénomènes pouvant affecter la stabilité du bâtiment au fil du temps, comme nous l’avons mentionné au départ, sont à rechercher du côté de l’augmentation des charges, de la réduction des épaisseurs, ou encore de la dégradation des matériaux. Il est cependant indispensable de tenir compte de l’activité sismique dans les régions exposées à un fort risque. Et il est nécessaire, à ce titre, de comprendre le comportement d’ensemble de tous les éléments. Un mur isolé soumis à un mouvement sismique perpendiculaire à son plan tombera facilement. Si ce même mur forme un U avec deux autres murs perpendiculaires, il peut tout à fait offrir

une stabilité à l’épreuve de mouvements sismiques bien supérieurs encore. Dans des contextes de forte activité sismique, l’expérience des constructeurs les conduit à ajouter des éléments d’assemblage plus efficaces, comme des barres de fer reliant des murs opposés.

Ailleurs, la stratégie adoptée combine la maçonnerie et des éléments de bois constituant l’ossature du mur, qui fait alors preuve d’un tout autre comportement qu’un mur plein.

4. POSSIBLES DÉSORDRES STRUCTURELS ET DIAGNOSTIC Toutes ces observations sur la raison d’être des éléments constructifs constituent un premier inventaire des possibles pathologies structurelles liées à la défaillance d’une des clés que nous estimons fondamentales pour un comportement structurel correct. Nous pourrions baser notre approche sur cet inventaire, mais il est préférable d’aborder directement les désordres les plus courants, selon ce que nous enseigne l’expérience, en commençant par les causes possibles, pour passer ensuite à leurs effets apparents, ce qui nous permettra une approche du bâti et de ses pathologies comparable à la démarche du médecin auscultant son patient. A travers ces effets apparents ou ces symptômes, nous essaierons de déceler les causes, à la manière du médecin qui sait qu’un même symptôme peut correspondre à des causes très diverses. Cela étant, certains cas peuvent ne pas avoir d’effets apparents. Types d’effets : apparents et non apparents La plupart des causes produisent des effets parfaitement visibles, fissures, ruptures, déformations, affaissements, etc., qui représentent, comme pour une maladie, un avertissement explicite sur les changements affectant les équilibres initiaux. Mais une baisse du coefficient de sécurité peut également se produire, sans indice apparent, par suite d’un changement d’usage poussant à l’extrême la capacité de résistance d’un mur sans la dépasser. Quand il est connu, il est nécessaire d’intervenir sur un désordre de ce type, car il comporte un grave danger pour les usagers, le moindre changement pouvant entraîner une défaillance. On peut observer un phénomène similaire, en apparence, quand on applique au bâti existant les normes de sécurité structurelle du neuf, apparues au XXe siècle, que certaines législations nationales ont rendu obligatoire en matière de procédures de réhabilitation. Dans la plupart des cas, le bâti existant n’est pas aux normes, ce qui nous amène à conclure alors à une subite pathologie structurelle du bâtiment concerné, sans qu’aucun symptôme ni changement ne se soit manifesté. La situation varie selon que les normes renvoient uniquement à l’action

de la gravité ou incluent les activités sismiques. Dans le premier cas, tout dépend du coefficient de sécurité requis par les normes ; il peut osciller entre 2,5 et 3 pour le neuf. Si le calcul de ce coefficient pour un édifice existant donne 2, on pourrait en déduire un manque de sécurité. Il serait pourtant insensé de le soumettre à une procédure complexe et agressive de renforcement, vu que le constat d’un équilibre existant sur des dizaines d’années, en l’absence de dommage, constitue une preuve aussi scientifique, si ce n’est plus, que l’application d’une norme. La réalisation d’études géotechniques donne lieu à un cas particulier. Ces études indiquent fréquemment que le terrain sur lequel est assis un bâtiment depuis 200 ou 300 ans n’est pas en condition de garantir sa stabilité. L’erreur peut non seulement dériver de l’application d’un coefficient de sécurité disproportionné, mais aussi du fait que l’étude a été menée hors du bâtiment, sur un terrain distinct de celui situé sous ses fondations. Le problème est autre quand les normes prennent en compte les activités sismiques. Dans les régions où les séismes de grande ampleur obéissent à des fréquences très espacées, leurs effets ne sont pas gravés dans la mémoire collective. De ce fait, les constructeurs ne dotent pas le bâti de mesures antisismiques. Une nouvelle réglementation, basée sur des données historiques et géologiques précises inconnues jusqu’alors, peut avertir de la probabilité d’un nouvel épisode sismique, auquel le bâti serait manifestement vulnérable. A l’évidence, nous ne sommes pas là devant un cas de pathologie, mais la procédure de réhabilitation n’en devrait pas moins servir à introduire les renforcements nécessaires. Causes accompagnées d’effets apparents Causes lointaines, causes directes Les causes directes des effets visibles sont à leur tour, de manière quasi systématique, des effets d’autres causes, que l’on appellera causes secondes ou lointaines et qui, même éloignées de la localisation du symptôme, sont les causes à l’origine du problème. L’affaissement d’une partie des

fondations sera la cause directe d’une fissure dans le mur, mais la cause qui produit ce tassement des fondations peut venir d’une modification survenue de manière naturelle dans le niveau phréatique des lieux, ou bien d’un changement dans la circulation des eaux souterraines à la suite des travaux réalisés par un voisin éloigné. Les recherches doivent donc être menées selon un parcours qui va du symptôme à la cause directe ou immédiate, et de celle-ci à la cause seconde ou lointaine réellement à l’origine du désordre ou de la pathologie.

Ajoutons ici une cause dont les effets très apparents – fissures et crevasses – ne sont pas attribuables à une modification de l’équilibre : l’oxydation et l’inévitable augmentation de volume des éléments métalliques encastrés dans la maçonnerie. Au cours de la deuxième moitié du XIXe siècle et d’une partie du XXe, la construction de planchers ou de tirants de coupole en acier oxydable était monnaie courante. En se dégradant, ces éléments cassent, fissurent et lézardent tous les matériaux à l’entour.

Modifications de l’équilibre (action / réaction) comme cause essentielle L’état originel d’un bâtiment présente une situation d’équilibre total : à toute action dérivée de la charge ou de l’usage correspond une réaction égale dans le sens contraire qui l’équilibre. Une pathologie structurelle a pour cause essentielle une variation dans ce rapport d’équilibre, qui peut découler d’une variation des actions ou des réactions. Les actions sont en général le résultat de facteurs anthropiques, comme l’augmentation des charges provoquée par la transformation d’une chambre à coucher en magasin, par exemple. Mais elles peuvent également être le fruit d’une dégradation survenue dans les éléments constructifs, telle que la rupture du tirant d’une voûte à tirant qui produit une nouvelle action absente de l’état originel. Les réactions sont elles aussi sujettes à variations, la plus courante étant la modification de la capacité des résistances de la maçonnerie par suite de la détérioration des matériaux. Mais il faut également considérer de possibles changements dans la forme des éléments dus à des actions des usagers, comme le percement, par exemple, d’une ouverture dans un mur existant, qui a forcément des répercussions sur l’équilibre original, la partie restante du mur devant fournir une réaction supérieure face aux actions existantes. L’expérience nous enseigne également qu’une pathologie est le plus souvent le résultat de deux causes concomitantes, si ce n’est plus. Le principe de prudence exige en toute logique d’examiner les causes en profondeur, parce que le seul fait d’en détecter une ne résoudrait pas le problème.

Inventaire des effets apparents (indices ou symptômes) Tableau d’ensemble Le tableau ci-joint met en regard les diverses causes directes et le lieu, la zone ou la partie de l’élément où elles produisent leurs effets. Selon le lieu, l’effet sera plus ou moins visible ; s’il se produit dans les parements du mur, il sera aisément perceptible ; si l’effet est un affaissement ou une déformation du mur, il sera uniquement observable en vue de profil, si c’est possible, etc.

Si la cause directe est : a) variation du rapport entre charges et capacité portante b) variation entre les axes principaux d’action et de réaction b.1) par suite de modification dans les actions vertical, horizontal (traction, compression) b.2) par suite de modification dans les réactions courte, longue, inversée

Si la zone principale de manifestation de l’effet est : a) parements des murs b) plan transversal du mur

parements des murs

cause directe variation du rapport entre CHARGES ET CAPACITE PORTANTE

variation entre les axes principaux d’action et de réaction par suite de modification dans les ACTIONS vertical

horizontal a compression

horizontal a traction dans les REACTIONS

longue

courte

inversée

plan transversal du mur

Exemples concrets de causes directes et effets associés Cause directe dans les fondations a) effets principaux sur les murs a.1) sur les parements tassements différentiels aux extrémités du bâtiment tassements différentiels au centre du bâtiment

déplacement du terrain

a.2) dans un plan perpendiculaire au mur basculements et affaissements différentiels

b) effets différés sur les éléments adjacents (couvertures, voûtes, planchers)

Si l’on dispose de témoignages (photographiques, par exemple) montrant que le bâtiment était en parfait état par le passé, les causes lointaines sont à rechercher du côté de la variation des conditions initiales. Ces causes peuvent ainsi résider dans la détérioration des matériaux, comme nous l’avons vu, dans l’action des eaux ( variation du niveau phréatique, variation du taux d’humidité pouvant provoquer expansion ou rétraction des argiles, ou diminution des résistances) ou dans la proximité d’un chantier produisant affouillements et entraînements déblais ou remblais.

b) effets différés sur les éléments adjacents (couvertures, voûtes, planchers)

Les seules causes lointaines possibles sont l’accroissement des charges ou la dégradation des matériaux.

Cause directe dans les éléments adjacents (couvertures, voûtes, planchers) effets : affaissements, basculements, etc., sur murs.

Cause directe dans les murs a) effets : rupture par compression, bombement global des feuilles, rupture par effort de cisaillement

Les causes lointaines possibles sont des poussées latérales des couvertures, voûtes, planchers, dues à l’accroissement des charges, la rupture de tirants, le mouvement du bois ou l’oxydation des éléments métalliques.

Le diagnostic Face à des altérations visibles, le diagnostic consiste à identifier les causes en remontant l’enchaînement qui les a produites dans cet ordre : dommage-effet-cause directe-cause lointaine. La conduite du diagnostic doit suivre toutes les phases d’une investigation. Il démarre par l’observation directe et la plus détaillée possible des dégâts. S’il s’agit de fissures similaires à celles que nous venons de décrire, il est nécessaire, dans un premier temps, d’essayer d’en déterminer la cause immédiate. Pour ce faire, l’observation détaillée doit identifier à quel mouvement des lèvres correspond la fissure en question, et l’observation d’ensemble doit déboucher sur le dessin le plus précis possible du phénomène. Grâce à la comparaison avec l'inventaire précédent, nous pourrons obtenir une première hypothèse explicative du rapport de cause à effet ; le nombre des causes excédant celui des effets, il est cependant nécessaire de mettre le bien-fondé de cette première hypothèse à l’épreuve des faits. Si elle indique un excès de charge ou l’apparition d’une nouvelle action, il faudra modéliser l’ensemble au moyen d’une simple descente de charges ou d’une analyse statique graphique. Si la cause relève d’un autre type, il est important de s’assurer de l’existence de tous les effets associés à celle-ci dans d’autres parties du bâtiment. En supposant que nous avons trouvé la cause immédiate, il nous faut encore trouver la cause lointaine en continuant d’appliquer la méthode de la vérification des hypothèses. Quoi qu’il en soit, il est nécessaire de savoir si le dommage a pour origine un phénomène passé ou s’il est en train de se produire sur le moment ; si l’on a affaire à une fissure, on parle en la circonstance de fissure arrêtée ou active. Dans le cas d’une fissure active, il est indispensable de connaître sa vitesse de propagation. L’ensemble des opérations d’observation, d’instrumentation et d’expérimentation décrites dans la conférence de Xavier Casanovas Les outils et instruments pour le diagnostique constitue toujours un instrument incontournable pour un bon diagnostic.

Pour conclure, je pense qu’il est intéressant de citer quelques Principes tirés du document établi par l’ICOMOS à ce sujet, les qui viennent appuyer et élargir notre propos : 2.5 La conservation des structures du patrimoine bâti requiert simultanément des analyses qualitatives et quantitatives. Les premières sont fondées sur l’observation directe des désordres et de la dégradation des matériaux. Elles s’appuient sur les recherches historiques et archéologiques. Les secondes concernent essentiellement les tests spécifiques, le suivi des données et l’analyse des structures. 2.6 Avant de prendre une décision concernant une intervention sur des structures il est indispensable de déterminer les causes des désordres, et ensuite d’évaluer le niveau de sécurité de la structure. 2.7 L’évaluation du niveau de sécurité (qui est la dernière étape dans le diagnostic ou le besoin de traitements est effectivement déterminé) doit tenir compte des analyses quantitatives et qualitatives et de l’observation directe, des recherches historiques, de la modélisation mathématique le cas échéant et, en tant que besoin des résultats expérimentaux. 2.8 Le plus souvent l’application de coefficients de sécurité conçus pour les ouvrages neufs conduit à des mesures excessives, inapplicables pour les édifices anciens. Des analyses spécifiques devront alors justifier de la diminution des niveaux de sécurité.

les matériaux d’origine, afin d’éviter les effets secondaires non souhaitables.

5. L’INTERVENTION Critères généraux Les Principes tirés de ce document qui a trait au patrimoine monumental sont également porteurs de critères généraux d’intervention, applicables à plus forte raison au bien plus fragile patrimoine domestique méditerranéen. Nous avons extrait six de ces critères qu’il est indispensable de connaître avant d’entrer dans le détail des cas particuliers : 3.1 La thérapie représente le champ des actions exercées sur les causes profondes des désordres, et non sur les symptômes. 3.2 La meilleure thérapie pour conservation est l’entretien préventif.

la

3.4 Aucune action de doit être entreprise sans que son caractère indispensable n’ait été démontré. 3.5 Les interventions doivent être proportionnées aux objectifs de sécurité fixés et être maintenues au niveau minimal garantissant stabilité et durabilité avec le minimum d’effets négatifs sur la valeur du bien considéré. 3.7 Le choix entre les techniques “traditionnelles” et les techniques “innovantes” doit être fait au cas par cas, en donnant la préférence aux techniques les moins envahissantes et les plus respectueuses des valeurs patrimoniales, tenant en compte les exigences de sécurité et de durabilité. 3.9 Les mesures choisies doivent être réversibles autant que possible, de telles sorte que, si de nouvelles connaissances le permettent, des mesures plus adéquates puissent être mises en œuvre. Si les mesures ne peuvent être réversibles, on doit s’assurer que des interventions ultérieures puissent encore intervenir. 3.10 Tous les matériaux utilisés pour les travaux de restauration, particulièrement les nouveaux matériaux, doivent être testés de manière approfondie et apporter les preuves non seulement de leurs caractéristiques mais également de leur compatibilité avec

L’adoption de ces critères, manifestement rationnels, suppose l’abandon des techniques d’emploi courant dans la seconde moitié du XXe siècle qui n’y répondent pas, et se sont avérées, en outre, nettement préjudiciables, peu de temps après leur mise en œuvre. A n’en pas douter, les interventions que l’on peut projeter sur la base de ces critères requièrent, d’une part, une connaissance approfondie du bâtiment à réhabiliter, c’est-à-dire une mise en œuvre poussée des points abordés à propos du diagnostic, et, de l’autre, une connaissance approfondie non seulement des techniques actuelles les moins agressives, mais surtout des savoir-faire traditionnels qui ont façonné le bâti d’origine, tout cela étant pour le moins complexe. Les techniques que nous allons examiner maintenant visent avant tout à neutraliser les causes directes de manière générale, chaque bâtiment possédant ses caractéristiques spécifiques, en même temps que les causes de la pathologie propre à chaque édifice. Seule l’étude particulière de chaque cas, par la mise en œuvre des critères et des méthodes que nous avons exposées, permettra une intervention adaptée. Et n’oublions pas les causes lointaines derrière les causes directes. Nous exposerons ces techniques en les associant directement aux causes immédiates des pathologies les plus fréquentes. Dans les fondations Les effets visibles peuvent être les fissures dont nous avons parlé ou des affaissements de murs, provoquant l’apparition de fissures sur les voûtes, etc. Le plus souvent, la cause directe est une perte de résistance du terrain, attribuable à son tour à une seconde cause, ou cause lointaine, qui peut être une cause quelconque parmi celles que nous avons vues. L’intervention peut prendre trois directions : augmenter la surface de contact des fondations afin de réduire la contrainte de compression, raccorder la fondation à un

terrain plus résistant en profondeur, ou augmenter la résistance du terrain. L’augmentation de la surface de contact est une opération délicate et coûteuse, mais réalisable à l’aide de techniques exclusivement traditionnelles. Il s’agit de remplacer le terrain sous la fondation par une maçonnerie plus large.

En général, il n’est pas du tout nécessaire d’armer cette nouvelle maçonnerie. Au vu des petites charges caractérisant l’architecture domestique méditerranéenne, c’est la solution la plus appropriée. Comme on le voit sur la figure, l’opération doit s’exécuter par tronçons alternés afin de ne pas laisser une trop grande largeur de fondation hors appui.

Le raccordement de la fondation à un terrain plus résistant en profondeur met en œuvre la technique des micropieux. En réalité, cette solution n’est nécessaire que dans très peu de cas. C’est assurément une option très agressive, à laquelle on ne devra recourir que dans les cas extrêmes. Pour accroître la résistance du terrain, nous disposons à l’heure actuelle des techniques qui ne sont pas accessibles dans toutes les régions. Il s’agit manifestement de techniques qui n’ont rien de traditionnel, faisant appel à des matériaux qui n’existaient pas par le passé, potentiellement porteurs d’effets secondaires. Rappelons ici qu’il est essentiel de déterminer la cause lointaine de cette perte de résistance du terrain et n’oublions pas qu’elle ne tient « peut-être » qu’à un rapport géotechnique. Etant donné la complexité de toutes ces interventions possibles, il peut être envisageable de ne pas agir sur les causes, mais uniquement sur les effets. Face à l’affaissement d’un mur à la suite d’une défaillance du terrain, par exemple, il est toujours possible de monter un contrefort pour en neutraliser le mouvement ou de l’entretoiser sur des parties saines du bâtiment.

Dans les murs Baisse du coefficient de sécurité Suite à une perte de résistance due à la dégradation de la maçonnerie Si la dégradation vient d’une perte de mortier sur les joints extérieurs, il est nécessaire de les reconstituer par rejointoiement. Si cette perte est interne aux murs, on réalisera des injections de coulis pour colmater les interstices.

introduites par perforations obliques venant coudre les pièces de la maçonnerie en augmentant leur enchevêtrement. Il semble presque superflu d’ajouter que le changement conceptuel et pratique entraîné par ces procédés, aux résultats douteux à long terme, ne se justifie que dans des cas très spéciaux. Si le renforcement s’avère indispensable et que l’on veut suivre les principes exposés auparavant, cette augmentation de la surface portante devra se faire au moyen d’une surépaisseur de la même maçonnerie et liaisonnée au maximum avec l’ancienne.

Désolidarisation des couches des murs

Les pierres endommagées peuvent être remplacées si l’on dispose de pièces de même nature. Si la dégradation affecte de grands pans de mur, la solution exige alors une reconstruction totale des zones affectées. Si la dégradation affecte la totalité du mur, on devra procéder à un remplacement fonctionnel en élaborant une nouvelle structure parallèle dont la maçonnerie sera probablement différente de l’originelle. Suite à l’augmentation des contraintes de compression Cette cause directe ne peut avoir pour causes lointaines que les seules actions anthropiques, telles que changement d’usage, réduction des surfaces par suite de percements d’ouvertures ou actions similaires. Au vu des difficultés soulevées par toutes les interventions possibles, il est évident que la solution à ce problème consiste à ne pas accepter ces changements effectués ou proposés par les usagers ou les promoteurs. Une solution couramment envisagée consiste à disposer des deux côtés du mur des renforcements épais en béton liaisonnés entre eux. Une autre préconise l’augmentation de la résistance au moyen de nombreuses barres d’acier

Ses effets se traduisent par un renflement des parements, la portance des murs s’en trouvant sensiblement réduite, comme nous l’avons signalé. L’intervention la mieux adaptée passe par l’étayage de la partie affectée, prélude à un démontage et une reconstruction à l’aide du plus grand nombre possible de parpaings ou boutisses de liaison des couches.

Fissures dues à des causes extérieures au mur Quand on a remédié aux causes directes et lointaines des fissures, il convient de boucher ces dernières pour assurer la continuité de la transmission des charges et l’étanchéité. La méthode la plus radicale, qu’on appelle cucci e scucci en italien, consiste à désassembler la maçonnerie des deux côtés de la fissure pour la remonter en colmatant l’ouverture créée au démontage.

Le rejointoiement est la méthode la plus courante. En général, l’emploi d’éléments métalliques faisant office d’agrafes est dépourvu de sens. Quand on a remédié aux causes, les agrafes ne servent à rien, et si les causes sont encore actives, elles sont tout aussi inutiles, vu que la maçonnerie ne peut pas assumer les tractions et, à défaut de céder sur la zone « agrafée », elle cédera un peu plus loin.

Dans les voûtes et coupoles Comme nous avons pu le constater précédemment, les poussées des voûtes et des coupoles peuvent constituer les causes directes ou lointaines des fissures ou des affaissements survenant dans les murs, et les fissures qui peuvent apparaître sur ces voûtes et coupoles ont pour origine soit ces affaissements mêmes, soit des désordres dans les fondations. Si les causes lointaines sont sous contrôle, les murs ou les fondations renforcées, il faut alors les rejointoyer. Ceci dit, devant le prix élevé de ces renforcements, comme nous l’avons vu, on décide souvent de s’attaquer à la cause, à savoir la voûte, en annulant ses poussées. Nous sommes face à deux méthodes

possibles : la pose de tirants ou la réalisation d’une deuxième voûte en béton armé sur l’extrados de la première, qui met un terme au problème en évitant sa déformation. Au vu de nos principes, il est clair que cette solution est difficilement acceptable. Le tirant constitue certainement une solution traditionnelle bien plus recevable.

Ce doublage sur l’extrados s’emploie également comme renforcement face à de nouvelles charges d’exploitation. L’intervention doit tendre à éviter ces nouvelles charges et quand cela s’avère impossible, à exécuter le renforcement en augmentant l’épaisseur de la voûte à l’aide d’une maçonnerie identique. A la base des coupoles, une pathologie peut manifester ses symptômes en intrados comme en extrados, à savoir l’oxydation du tirant circulaire. L’intervention requiert en général son extraction et son remplacement par un élément similaire depuis l’intérieur ou l’extérieur de la coupole.

Dans les planchers La perte de résistance des principaux éléments en bois est attribuable à la dégradation ou à la perte de section provoquée par des agents biologiques, tels que champignons de la pourriture ou insectes. Si la perte affecte l’élément dans son ensemble, la solution est le remplacement. Si elle n’affecte que les parties encastrées dans les murs, les parties affectées peuvent être remplacées par des résines qui en reproduiront la forme

originelle et amélioreront la résistance et la durabilité de la poutre, en armant ces résines pour assurer l’assemblage avec la partie bois. Si la perte est due à un vieillissement inévitable de poutres déjà rares à l’origine, une solution simple et efficace, bien que peu séduisante, consiste à ajouter une poutre transversale sur la partie inférieure, de sorte à diviser la portée couverte. Si l’on préfère, on peut également réaliser ce renforcement sur la partie supérieure en augmentant la section des poutres ou de l’ensemble du plancher à l’aide de panneaux de particules de bois faisant office de chape de compression.

voir s’est longtemps fait au nom des contraintes sismiques, mais outre le fait d’être difficilement acceptables sur un plan conceptuel, ses effets peuvent se révéler contreproductifs en cas d’épisode sismique. Une fois encore, les solutions traditionnelles sont plus compatibles avec le bâti traditionnel, en toute logique.

En guise de conclusion, il est utile de rappeler certains des principes sur lesquels cette partie s’est ouverte :

Quant à la chape de béton armé, tellement répandue, c’est une solution à éviter si possible. Dans l’ensemble du bâtiment Nous avons déjà abordé deux situations pour lesquelles l’intervention affecte l’ensemble du bâtiment : les entretoisements destinés à éviter des affaissements ou des déformations de murs. La mise en œuvre systématique de cette solution entre tous les murs permet de réduire efficacement la vulnérabilité sismique de l’ensemble du bâtiment.

3.7 Le choix entre les techniques “traditionnelles” et les techniques “innovantes” doit être fait au cas par cas, en donnant la préférence aux techniques les moins envahissantes et les plus respectueuses des valeurs patrimoniales, tenant en compte les exigences de sécurité et de durabilité. 3.10 Tous les matériaux utilisés pour les travaux de restauration, particulièrement les nouveaux matériaux, doivent être testés de manière approfondie et apporter les preuves non seulement de leurs caractéristiques mais également de leur compatibilité avec les matériaux d’origine, afin d’éviter les effets secondaires non souhaitables.

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Le renforcement au béton armé de la surface des planchers que nous venons de

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