Influence de l’humidité sur la résistance à la compression et la déformabilité des maçonneries en briques

Les mécanismes d’influence de l’humidité sur la résistance à la compression des briques

La résistance à la compression est une caractéristique fondamentale des matériaux de construction, notamment des briques utilisées en maçonnerie. L’humidité joue un rôle crucial dans la modification de cette propriété mécanique. En effet, la présence d’eau modifie la microstructure des matériaux, génère des interactions physico-chimiques complexes et impacte directement leur durabilité. Comprendre ces mécanismes est essentiel pour assurer la pérennité des ouvrages.

Les briques, en particulier celles destinées à des structures anciennes ou patrimoniales, présentent une forte porosité et une absorption d’eau importante. Ces facteurs favorisent la pénétration d’humidité qui altère le comportement mécanique du matériau. Une des principales causes de la diminution de leur résistance en milieu humide est la réduction des forces de friction au niveau des interfaces entre les cristaux de la céramique. De plus, l’eau peut dissoudre partiellement les liaisons dans la matrice interne, affaiblissant les contraintes internes.

Cette interaction affaiblissante est également accentuée par la présence de pores de taille variée, notamment ceux situés entre 0,01 μm et 1,0 μm. Selon les études réalisées sur des briques anciennes, plus ce type de pores est nombreux, plus la baisse de la résistance à la compression en condition humide est marquée. Par exemple, des tests récents ont montré une diminution moyenne de la résistance comprise entre 7% et 23%, avec une moyenne à 14,4% pour des briques à faible résistance intrinsèque.

La salinité joue aussi un rôle aggravant. Des expérimentations sur des briques provenant de sites historiques, notamment à Venise, ont relevé jusqu’à 50% de réduction de résistance à la compression en état saturé d’eau, attributaire à la présence de sels dissous qui provoquent des dégradations supplémentaires.

Les mortiers utilisés en maçonnerie apportent aussi leur contribution. Lorsqu’ils sont soumis à une forte humidité, leur résistance est encore plus affectée que celle des briques. Par exemple, des mortiers à base de chaux manifestent une diminution de résistance pouvant atteindre 54%. Ce phénomène est dû en grande partie à la dissolution et au lessivage progressif du liant, causant une désagrégation du matériau. Les méthodes de caractérisation comprennent l’examen chimique, notamment par dissolution dans l’acide chlorhydrique, permettant d’évaluer le rapport liant-agrégat.

Pour schématiser, les facteurs clés affectant la résistance à la compression des briques en fonction de l’humidité sont :

• La porosité et la taille des pores favorisant la pénétration de l’eau.
• La composition chimique et la salinité susceptibles de provoquer la dégradation microstructurale.
• La nature et la composition des mortiers accompagnant les briques dans la maçonnerie.
• Les interactions physico-chimiques au niveau des interfaces entre grains et liants.

Ces effets cumulés conduisent à ce que la résistance à la compression des briques en condition humide soit systématiquement inférieure à celle mesurée en condition sèche, un paramètre qu’il faut impérativement prendre en compte dans l’évaluation de structures anciennes ou exposées à un environnement humide.

Analyse détaillée des effets de l’humidité sur la déformabilité des maçonneries en briques

La déformabilité des matériaux de maçonnerie est une autre propriété mécanique influencée de manière significative par la présence d’humidité. Alors que la résistance diminue généralement en milieu humide, la réaction de la structure aux contraintes, notamment son comportement en termes de déformation, se complexifie et varie selon le type de cimentation et la qualité de l’ouvrage.

Les essais réalisés sur plusieurs colonnes en briques, montées avec différents types de mortiers, ont montré que les courbes contrainte-déformation exhibent un comportement non linéaire avec des chemins post-critiques caractéristiques, dépendants de l’état d’humidité.

Sur ces essais, la déformabilité des colonnes étudiées dans un état saturé en eau est généralement plus importante comparée à celle observée en condition sèche. Pour certains mortiers, notamment ceux moins résistants, l’effet de l’eau peut tendre à augmenter la flexibilité, en diminuant la rigidité globale. Paradoxalement, pour d’autres, une augmentation du module d’Young est possible, signe que l’humidité agit différemment selon la composition et la structure interne.

Cette situation est notamment liée à des phénomènes microscopiques tels que la lubrification des interfaces dans les joints, le gonflement des particules, ou des réactions chimiques qui peuvent rigidifier la structure dans certains cas. Ainsi, la déformabilité accrue en milieu humide témoigne d’une fragilisation fonctionnelle, susceptible d’affecter la stabilité globale d’une maçonnerie sous charges répétées ou dynamiques.

Notamment, on constate que la déformation maximale avant rupture est environ trois fois supérieure à la déformation mesurée au point de charge maximale, ce qui signifie que la phase post-critique est dominée par des phénomènes plastiques ou d’endommagement progressif.

Pour garantir une bonne interprétation des caractéristiques de déformabilité, il est primordial de mesurer rigoureusement le module d’élasticité, souvent calculé comme un module de traction à sec et en conditions humides, en tenant compte des différentes déformations obtenues à des niveaux de contraintes définis, telles que 0.1 et 0.33 fois la résistance maximale de la maçonnerie.

En résumé, l’humidité joue un double rôle pour la déformabilité :

• Elle peut induire une plus grande flexibilité par réduction de la cohésion interne, augmentant les déformations sous charge.
• Dans certains cas, elle peut aussi provoquer une légère augmentation de la rigidité liée à des phénomènes chimiques secondaires.

Ces effets soulignent la nécessité de considérer l’état d’humidité comme un paramètre obligatoire dans la conception et l’entretien des maçonneries, en particulier pour les ouvrages anciens où la gestion des déformations est cruciale pour la conservation.

Caractéristiques physico-chimiques influençant la résistance des briques et mortiers en présence d’humidité

Le comportement mécanique des maçonneries dépend non seulement de la qualité intrinsèque des briques et des mortiers, mais aussi de leurs caractéristiques physico-chimiques, qui sont modifiées par la teneur en eau.

Les briques testées pour comprendre cet impact sont caractérisées par des propriétés singulières :

Propriété	Valeur typique Mortier 1	Valeur typique Mortier 2	Unité
Densité apparente	1800	1900	kg/m³
Absorption d’eau	16.5	19.3	%
Porosité	29	34	%

Ces données illustrent un niveau élevé d’absorption et de porosité, caractéristiques typiques des matériaux anciens, qui exposent la maçonnerie à une sensibilité accrue devant les phénomènes liés à l’humidité.

La porosité influe directement sur la capacité des matériaux à capter et retenir de l’eau, ce qui amplifie les effets négatifs sur la résistance à la compression. En comparaison, les matériaux modernes présentent souvent une porosité plus faible, améliorant ainsi leur résistance à l’eau et à la détérioration.

Le rapport liant-agrégat des mortiers varie également : mortier 1 présente un ratio d’environ 1:4.4, tandis que mortier 2 est à 1:2.5, preuve d’une composition plus riche en liant et donc d’un comportement mécanique probablement différent en milieu humide.

L’analyse chimique par dissolution acide souligne que le lessivage du liant, surtout dans les mortiers à base de chaux, provoque une perte mécanique accélérée avec l’augmentation du temps d’exposition à l’eau. Cette altération est d’autant plus prégnante dans les milieux soumis à des cycles d’humidification et de séchage répétés.

L’interaction entre la microstructure poreuse des briques et celle plus fine des mortiers détermine la réponse globale de la maçonnerie sous charge et en conditions d’humidité variable.

La forte absorption d’eau conduit à une augmentation des contraintes internes lors du gonflement, favorisant un phénomène appelé « déstabilisation des frottements internes » qui diminue l’efficacité mécanique du matériau. Ces particularités physiques et chimiques doivent donc impérativement être prises en compte lors de l’élaboration de projets visant à la restauration ou à la construction utilisant des matériaux poro-composites.

Évaluation expérimentale et modélisation de la réduction de résistance liée à l’humidité en maçonnerie

Pour quantifier l’effet de l’humidité sur la résistance à la compression des maçonneries, des essais sur colonnes de briques encastrées avec deux types de mortiers ont été réalisés. Ces colonnes, provenant d’une structure centenaire, présentaient une qualité de pose variable, notamment avec des joints irréguliers allant de 8 mm à 32 mm d’épaisseur, certains n’étant pas totalement remplis.

Les colonnes ont été testées dans deux états :

• En condition air-dry (sèche)
• En condition saturated (humide ou saturée d’eau)

Les résultats ont montré une réduction de la résistance comprise entre 6% et 39%, selon la nature du mortier et le mode d’humidification. En moyenne, pour les colonnes avec mortier 1, le coefficient de réduction (kMA) était de 0,87, tandis que pour celles avec mortier 2, il était plus faible (0,75-0,76).

La relation empirique classique selon la norme EN 1996-1-1 modélise la résistance de la maçonnerie f en fonction des résistances des briques (fB) et des mortiers (fM) :

f = K × fB^0,7 × fM^0,3, avec K = 0,55 pour des maçonneries en briques.

Cette formule peut être adaptée pour prendre en compte l’état humide en exprimant les coefficients de réduction :

kMA = kB^0,7 × kM^0,3

où kB et kM représentent les coefficients de réduction de résistance dus à l’humidité pour les briques et les mortiers respectivement, tandis que kMA est celui pour la maçonnerie globale.

Des analyses complémentaires ont montré qu’une fonction modifiée :

kMA = 0,95 × kB^0,5 × kM^0,25

permet d’obtenir une meilleure adéquation avec les résultats expérimentaux, restant avec une marge d’erreur inférieure à 15%. Ceci illustre la capacité à modéliser fiablement l’impact de l’humidité sur la résistance globale, tout en soulignant que la réduction ne résulte pas uniquement de la baisse des propriétés individuelles, mais aussi de la dégradation des interfaces entre briques et mortiers.

L’étude des modes de rupture, comparant les échantillons secs et saturés, a révélé des mécanismes similaires, notamment des fissures verticales et des effritements localisés. En condition humide, l’extrusion de l’eau sous pression depuis les joints a été observée, mettant en lumière l’interaction fluide-structure qui complexifie encore la résistance globale.

Ces résultats renforcent l’importance de mesures expérimentales adaptées ainsi que de modèles prédictifs prenant en compte divers paramètres physiques, chimiques et mécaniques, pour une évaluation précise des effets combinés de l’humidité et autres contraintes environnementales.

Pratiques de construction et conseils pour limiter l’impact de l’humidité sur la résistance des maçonneries en briques

Pour maîtriser l’effet de l’humidité sur la résistance et la déformabilité des maçonneries en briques, plusieurs bonnes pratiques s’imposent dès la conception et durant la phase de construction. Ces recommandations sont également les piliers pour la préservation des édifices anciens et l’amélioration des performances des nouvelles constructions.

Premièrement, le choix des matériaux doit tenir compte de leur sensibilité à l’absorption d’eau. Opter pour des briques à faible porosité et des mortiers ayant un taux liant-agrégat équilibré garantit une meilleure résistance ; par exemple, un rapport liant-agrégat proche de 1:2,5 tend à produire un mortier plus résistant face à l’humidité que des ratios plus dilués.

Ensuite, le soin apporté à la mise en œuvre est déterminant. Il est primordial d’avoir des joints réguliers, bien remplis et d’une épaisseur contrôlée (environ 8 à 20 mm) pour limiter les infiltrations d’eau capillaire. Certains outils spécialisés comme le mètre à craie ou des niveaux spécifiques facilitent une pose précise, évitant des défauts souvent sources de dégradation.

Pour éviter la stagnation d’eau, des dispositifs d’étanchéité et de drainage doivent être prévus dès la conception, ainsi que des barrières anti-capillarité au niveau des fondations et des éléments porteurs. La ventilation adéquate des parois limite aussi la rétention d’humidité.

Par ailleurs, la surveillance régulière des façades et des structures en brique permet de détecter tôt les zones à risque. L’intervention rapide en présence d’humidité excessive permet d’éviter des dégâts coûteux, d’autant que le processus de dégradation peut être rapide, potentiellement amplifié par le lessivage des liants dans les mortiers et la formation de sels nuisibles.

Voici une liste des préconisations clés :

1. Sélectionner des briques de qualité avec une porosité maîtrisée.
2. Utiliser des mortiers adaptés, favorisant une meilleure cohésion en milieu humide.
3. Assurer une pose rigoureuse avec des joints uniformes et complétés.
4. Mettre en place des protections contre la pénétration d’eau (barrières, drainage, ventilation).
5. Effectuer un suivi régulier des structures en usage pour intervention précoce.

L’expérience de professionnels du bâtiment, ainsi que des sociétés spécialisées en maçonnerie comme Eden General Construction, illustre combien l’association de bonnes pratiques et de matériaux adaptés peut significativement prolonger la durée de vie et la fiabilité des ouvrages en briques, même dans des environnements soumis à un taux élevé d’humidité.