Gel et gélivité : pourquoi deux pierres du même mur n'éclatent pas ensemble

Chaque hiver produit son lot de dégâts sur les façades anciennes : une pierre qui s'écaille, un appui qui se feuillette, une brique dont la face se détache, un enduit qui se soulève par plaques. On dit alors que le matériau était gélif, comme s'il s'agissait d'une qualité intrinsèque, définitive, contre laquelle on ne peut rien.

C'est en partie faux, et c'est la partie fausse qui est intéressante, parce qu'elle est celle sur laquelle on peut agir.

Ce qui se passe réellement quand l'eau gèle dans un mur

En gelant, l'eau augmente de volume. Si elle est enfermée dans un pore rempli, cette augmentation exerce une pression sur les parois. Quand la pression dépasse la résistance en traction du matériau, celui-ci se fissure. C'est l'explication qu'on donne d'ordinaire, et elle est incomplète.

Un pore rempli à moitié ne pose aucun problème : la glace se forme et occupe simplement l'espace libre. Le seuil critique se situe très haut dans le taux de remplissage. Autrement dit, une pierre humide ne gèle pas dangereusement ; une pierre saturée, si. Toute la question est de savoir ce qui amène un matériau au voisinage de la saturation.

Un second mécanisme, moins connu, aggrave le premier. Dans un matériau à porosité fine, l'eau contenue dans les pores les plus petits gèle à une température plus basse que celle des gros pores — l'abaissement du point de congélation par confinement. La glace se forme donc d'abord dans les gros pores, et elle attire à elle l'eau encore liquide des pores fins environnants. Ce transfert alimente la croissance des cristaux et fait monter la pression bien au-delà de ce que l'expansion seule expliquerait.

C'est pourquoi les matériaux à porosité mixte — gros pores et pores fins mêlés — sont souvent les plus sensibles, alors qu'un matériau à porosité uniformément grossière encaisse très bien le gel.

Ce qui distingue une pierre gélive d'une pierre qui résiste

Trois propriétés, dans cet ordre d'importance.

La répartition des pores. Une pierre à pores larges et bien connectés se vide vite, se sature difficilement, et laisse à la glace de la place. Une pierre à pores fins retient l'eau longtemps, se sature facilement et confine les cristaux. La porosité totale compte moins que sa distribution : un calcaire très poreux mais grossier peut mieux résister qu'un calcaire moins poreux mais fin.

La cohésion et la résistance en traction. Une pierre à ciment naturel solide résiste à une pression interne plus forte. Un grès à liant siliceux tient très bien ; un calcaire tendre à liant faible se désagrège dès les premières pressions.

L'anisotropie et le sens de lit. Une pierre sédimentaire posée en délit, strates verticales, offre des plans de faiblesse parallèles au parement. Le gel y détache des lamelles entières. La même pierre posée sur son lit résiste beaucoup mieux. Le sens de pose peut ainsi rendre gélive une pierre qui ne l'est pas.

Les matériaux de la région face au gel

Les comportements sont contrastés, et il vaut mieux savoir de quoi son mur est fait.

Le silex est pratiquement insensible au gel : c'est une silice compacte, sans porosité utile. Sur un mur de silex, ce ne sont jamais les rognons qui gèlent, ce sont les joints.

Le calcaire tendre est le matériau le plus exposé. Sa porosité est importante et fine, sa cohésion faible. Les altérations par le gel s'y manifestent par desquamation en plaques, par arénisation — la pierre se réduit en sable — et par éclatement des arêtes.

La craie, quand elle est employée en moellon ou en remplissage, est très gélive. Elle est presque toujours protégée par un enduit, et son exposition directe après dépose d'enduit provoque des dégâts rapides.

Le grison, grès ferrugineux du sud du département, résiste correctement quand il est sain, mais ses zones altérées, plus poreuses et déferrifiées, gèlent facilement. Sur un même bloc, la partie saine tient et la partie altérée se creuse.

La brique ancienne dépend entièrement de sa cuisson. Une brique bien cuite, dense, tient. Une brique sous-cuite, poreuse et fine, gèle dès qu'elle est exposée et saturée.

Les mortiers de chaux sont vulnérables pendant leur prise et robustes ensuite, à condition d'être restés perméables. Un mortier fermé qui retient l'eau gèle mieux qu'un mortier ouvert qui l'évacue.

Ce qui décide, plus que le matériau : le taux de saturation

Voici le point qu'il faut retenir avant tout autre. Sur une même façade, faite d'une seule et même pierre, certaines assises éclatent et d'autres non. La différence ne vient pas de la pierre, elle vient de sa teneur en eau au moment du gel.

Ce qui amène un matériau près de la saturation :

Le pied de mur. C'est la zone la plus mouillée d'une façade — remontées capillaires, rejaillissement, neige accumulée, sol imperméable. C'est aussi celle où l'on trouve la quasi-totalité des dégâts de gel.

Le manque de séchage. Un mur qui ne sèche pas entre deux épisodes de pluie aborde l'hiver chargé. Une façade nord, une rue étroite, un fond de vallée, un mur masqué par une haie sont dans ce cas.

Un revêtement fermé. Enduit ciment, peinture filmogène, hydrofuge, joint cimenteux. Le mur continue d'absorber par les défauts et ne rend plus. Il arrive à saturation à un endroit et gèle sous le revêtement. C'est le mécanisme des enduits qui se soulèvent en plaques après un hiver rigoureux.

Une eau qui ruisselle. Une descente d'eau pluviale débranchée, un appui sans larmier, un débord de toit insuffisant. Sous ces points, le mur est saturé toute la saison.

Une eau qui stagne en partie haute. Une couronne de mur de clôture non protégée, un chaperon dégradé, une corniche sans rejet : l'eau entre par le haut, s'accumule dans l'épaisseur, et c'est la première partie à geler.

Cette dernière observation mérite d'être soulignée : les dégâts de gel se concentrent aux extrémités — pied et couronnement — parce que ce sont les deux endroits où l'eau entre en volume. Une façade dont ces deux zones sont bien traitées subit très peu de gel dans sa partie courante, quelle que soit la nature de la pierre.

Le rôle des sels, qui n'est pas anecdotique

Sels et gel se renforcent mutuellement, et le mélange est bien plus destructeur que chacun pris isolément.

Une solution saline abaisse le point de congélation : l'eau salée reste liquide plus longtemps, puis gèle par étapes en concentrant progressivement la saumure. Chaque descente de température provoque une cristallisation partielle, chaque remontée une dissolution partielle. Là où une eau pure produirait un cycle de gel par épisode, une eau chargée en sels en produit plusieurs.

Sur un pied de mur salpêtré, un hiver doux mais oscillant autour de zéro fait donc plus de dégâts qu'un hiver franchement froid et stable. C'est contre-intuitif, et c'est ce qu'on observe.

Ce que le nombre de cycles change

Un matériau ne casse pas au premier gel. Il accumule des microfissures, cycle après cycle, jusqu'à ce que la cohésion superficielle cède. C'est un phénomène de fatigue.

Deux conséquences pratiques.

Le nombre de cycles compte plus que leur intensité. Un climat océanique doux, comme celui de la région, avec de nombreuses alternances autour de zéro, est plus agressif pour la pierre qu'un climat froid et continu où l'eau reste gelée tout l'hiver. Un mur normand subit beaucoup de gels superficiels ; un mur de montagne subit un gel profond mais peu de cycles.

Les dégâts apparaissent brutalement après une longue période sans rien. La pierre a accumulé des fissures invisibles, puis une plaque se détache. Le propriétaire attribue le dégât à l'hiver en cours, alors qu'il a été préparé par dix hivers précédents. C'est pourquoi une intervention qui a fermé un mur ne montre ses conséquences que plusieurs années plus tard, quand plus personne ne fait le lien.

Reconnaître un dégât de gel

Il faut le distinguer des autres altérations, parce que le traitement diffère.

La desquamation par gel détache des plaques d'épaisseur assez régulière, parallèles au parement, aux bords nets. Elle se produit préférentiellement en pied et sur les faces les plus humides, pas nécessairement les plus froides.

L'arénisation réduit la surface en sable, sans plaque. Elle signale une désorganisation profonde et souvent une combinaison gel et sels.

L'éclatement d'arête touche les angles saillants, les nez d'appui, les moulures, parce que l'eau y est piégée et que le matériau y est exposé sur plusieurs faces.

Le soulèvement d'enduit en plaques avec une face arrière humide, souvent après un hiver marqué, signale un gel derrière un revêtement fermé.

La différence avec l'altération par les sels tient à la finesse : les sels produisent des écailles fines, souvent poudreuses, avec parfois un dépôt blanchâtre. Le gel produit des plaques plus épaisses, sans dépôt. Dans la pratique, les deux coexistent souvent.

La différence avec l'usure mécanique est l'orientation : une usure suit les zones de contact et de ruissellement, un dégât de gel suit les zones humides.

Ce qu'on peut faire, et ce qui ne sert à rien

Ce qui fonctionne, dans l'ordre :

• Assécher. Dégager le pied de mur, rétablir les pentes de terrain, raccorder les descentes d'eau, éloigner les végétaux, supprimer les dallages accolés. C'est la seule action qui agisse sur la cause.
• Rouvrir. Retirer les enduits fermés, dégarnir les joints cimenteux, laisser le mur évacuer. Une façade qui sèche entre deux pluies ne gèle presque pas.
• Couvrir ce qui doit l'être. Un chaperon sur un mur de clôture, une couvertine sur un muret, un débord de toit correct, un larmier fonctionnel. Empêcher l'eau d'entrer par le haut est plus efficace que tous les traitements de surface.
• Réparer avec des matériaux compatibles. Mortier de chaux plus tendre que le support, pierre de remplacement de même nature et de même sens de lit, brique de récupération de dureté proche.
• Choisir la saison. Aucun mortier de chaux ne se pose avant une période de gel. Un enduit ou un joint neuf qui gèle avant sa prise est perdu, et il faut le refaire intégralement.

Ce qui ne sert à rien, voire nuit :

• Hydrofuger. L'hydrofuge ne supprime pas l'eau qui vient du mur ; il l'empêche de sortir. Le gel se produit alors sous la couche traitée, et la face du matériau se détache avec elle. C'est la pire réponse possible à un problème de gel, et c'est la plus proposée.
• Peindre. Même mécanisme, avec en prime un décollement esthétiquement irrattrapable.
• Consolider chimiquement une pierre encore mouillée. Le consolidant ne pénètre pas, il forme une croûte, et la croûte gèle.
• Remplacer par plus dur. Une pierre dense insérée dans un mur tendre ne gèle pas, mais elle fait travailler ses voisines.
• Attendre que ça s'arrête. Le phénomène est cumulatif : chaque hiver prépare le suivant.

Les trois pièges : appui, couronnement, soubassement

Ces trois ouvrages concentrent l'essentiel des dégâts de gel, et ils partagent la même faiblesse : ils sont horizontaux, ou presque.

L'appui de baie. C'est une surface horizontale exposée, qui reçoit toute l'eau du vitrage et la neige. Si sa pente est insuffisante ou annulée par des rebouchages successifs, il retient l'eau. Si son larmier est bouché, l'eau revient dessous. Un appui saturé qui gèle se feuillette d'abord sur sa face supérieure, puis en nez.

Le couronnement. Chaperon de mur de clôture, arase de pignon, tête de souche de cheminée, corniche. L'eau entre par le haut dans toute l'épaisseur du mur, et le couronnement gèle avant tout le reste parce qu'il est exposé sur plusieurs faces et qu'il n'a rien au-dessus pour l'abriter. Un mur ancien dont le chaperon a disparu perd quelques assises par hiver.

Le soubassement. Remontées capillaires, rejaillissement, neige repoussée contre le mur, sol imperméable. C'est la zone la plus mouillée et donc la plus gélive. Beaucoup de soubassements ont en outre été enduits au ciment, ce qui verrouille le mécanisme.

Traiter ces trois ouvrages — pente et larmier d'appui, chaperon avec débord et rejet, dégagement du pied — supprime la plus grande partie des dégâts de gel d'une façade ancienne, sans toucher à la pierre.

Le gel qu'on ne voit pas

Une part des dégâts se produit dans l'épaisseur du mur, et ne se manifeste que bien plus tard.

Un mur ancien de moellons est en général constitué de deux parements et d'un remplissage intérieur — le blocage — fait de pierres de petite taille noyées dans un mortier maigre. Ce remplissage est la partie la plus poreuse et la moins cohésive de l'ouvrage. Quand l'eau entre par le haut ou par une fissure et qu'elle stagne dans le blocage, le gel y désorganise le mortier.

Le mur ne montre rien pendant des années. Puis un parement se déverse légèrement, une fissure verticale apparaît, ou une pierre bouge sous la main. À ce stade, la réparation n'est plus un rejointoiement : c'est une reprise de maçonnerie.

C'est la raison de fond pour laquelle un couronnement dégradé est plus urgent qu'une pierre écaillée en façade. La pierre écaillée se voit et ne met rien en cause ; l'eau qui descend dans le blocage ne se voit pas et attaque la structure.

Ce que la région montre

Les configurations locales expliquent bien la répartition des dégâts.

À Verneuil-sur-Avre et à Bourth, les murs de grison montrent une dégradation sélective : les blocs sains passent les hivers sans dommage, les zones altérées se creusent. La restauration consiste souvent à traiter quelques blocs, pas un mur.

À Gaillon et aux Andelys, en pied de coteau crayeux, l'apport d'eau latéral maintient les pieds de mur près de la saturation toute la mauvaise saison. C'est le contexte le plus défavorable de la zone, et les dégâts de gel s'y concentrent sur les deux premiers mètres de hauteur.

Au Neubourg et sur les plateaux ouverts, la pluie battante charge les façades ouest, mais le vent les sèche aussi : les dégâts de gel y sont moins fréquents qu'on ne l'attendrait, sauf aux points où l'eau stagne.

À Conches-en-Ouche, l'éperon rocheux crée des expositions très différentes à quelques dizaines de mètres. On y voit régulièrement une face nord dégradée par le gel et une face sud intacte sur le même bâtiment, avec la même pierre.

Le geste le plus rentable avant l'hiver

Si l'on ne devait faire qu'une chose, ce serait un tour du bâtiment en novembre, par temps de pluie.

On cherche les endroits où l'eau arrive en volume : gouttière qui déborde, descente qui fuit à un raccord, appui qui déverse contre le mur, sol qui renvoie l'eau vers la façade, couronnement de mur qui boit. Chacun de ces points est un foyer de gel pour les quatre mois à venir.

La réparation de ces points est presque toujours plus simple et moins coûteuse que la restauration des pierres qu'ils vont détruire. C'est le meilleur rapport entre l'effort et le résultat de tout l'entretien d'une façade ancienne.

Ce qu'il faut retenir

La gélivité n'est pas seulement une propriété du matériau : c'est la rencontre d'un matériau, d'une teneur en eau et d'un nombre de cycles. On ne change pas le matériau et on ne change pas le climat, mais on agit sur la teneur en eau, et c'est là que tout se joue.

Un mur qui sèche ne gèle presque pas. Un mur qu'on a fermé pour le protéger gèle sous ce qui devait le protéger.

Le gel ne révèle pas la mauvaise pierre. Il révèle l'endroit où l'eau s'est arrêtée.