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01/12/2011

La coloration du béton

Que ce soit pour des fonctions purement esthétiques, sociétales et spirituelles, l'homme a toujours cherché à colorer les parois de ses bâtiments et de ses habitations. Les peintures pariétales des grottes préhistoriques en constituent le plus ancien exemple. Deux voies de coloration des parois existent. La première consiste à tirer parti de la couleur intrinsèque du matériau utilisé: le marbre, par exemple, offre aux architectes toute une gamme de teintes de de textures. La seconde consiste à colorer artificiellement la surface du matériau via l'application d'une peinture. Cette seconde solution ouvre bien entendu du champ d'application beaucoup plus vaste que la première, avec pour seule limite l'imagination de l'artiste. Aujourd'hui, les matériaux et les modes de construction ont changé, mais ce principe général subsiste : ma couleur d'un parement provient soit du matériau utilisé, soit de son revêtement. Le béton, matériau omniprésent dans la construction actuelle, ne déroge pas à cette règle.

La coloration du béton

Si les Romains avaient déjà mis au point un matériau très similaire, dont la recette s’est perdue à la chute de l’Empire, l’invention du béton tel qu’on le connait aujourd’hui remonte au XIXe siècle, avec les premiers travaux de l’industrie et de la chimie sur l’hydraulicité de la chaux.

Le béton est un matériau composite, constitué d’un ensemble de charges minérales et de granulats liés entre eux par une matrice cimentaire. Cette matrice est obtenue par hydratation d’une poudre appelée « ciment », fabriquée par cuisson d’un mélange de calcaire et d’argile. Mélangé à de l’eau, le ciment forme une pâte visqueuse, qui durcit au cours du temps par des mécanismes de dissolution – précipitation jusqu’à former une matrice solide capable de résister à des contraintes en compression élevées.

Les propriétés attractives du béton – facilité de mise en oeuvre, faible coût de revient, champ d’application étendu – ainsi que son utilisation massive dans la reconstruction d’après-guerre, ont contribué à en faire le matériau de construction le plus utilisé dans le monde, avec une production mondiale annuelle équivalente à un mètre cube par habitant.

Couleur intrinsèque des bétons

La couleur d’un béton est essentiellement dictée par celle du ciment qui le compose. Les charges, à moins d’affleurer en surface, ont peu d’influence sur l’aspect final du matériau.

Le ciment est un matériau faiblement chromatique, qui absorbe toutes les longueurs d’onde de la même façon. Par conséquent, sa « couleur » varie en fait sur une échelle de gris : des matières premières très pures donneront un ciment blanc, des matières premières contenant des traces d’oxydes, en particulier d’oxyde de fer, donneront un ciment plus ou moins gris. C’est d’ailleurs cette caractéristique du ciment qui a contribué à l’élaboration de la perception négative du béton par le grand public : « gris, terne, déprimant », autant de termes péjoratifs que l’évocation du béton éveille dans l’imaginaire collectif.

Par conséquent, pour que le béton soit intrinsèquement coloré, il est nécessaire de lui ajouter une source de couleur extérieure, sous forme de pigments. Ceux-ci doivent être inertes chimiquement et stables dans le milieu basique qu’est le béton frais. Leur gamme se limite par conséquent à des pigments d’origine minérale.

Développement d’une méthode alternative

Des recherches sont en cours au CEMEF pour développer une voie de coloration alternative. L’idée sous-jacente est de tirer parti de l’étape de coffrage pour introduire des pigments dans les premières couches du béton seulement. Les pigments sont dispersés dans l’agent décoffrant, produit organique appliqué sur les parois des coffrages pour faciliter le démoulage des parements, et transférés vers le béton au moment où celui-ci est coulé dans le moule.

Cette technique alternative constitue un compromis intéressant entre les deux méthodes de coloration traditionnelles : les pigments sont en surface comme dans le cas d’une peinture sans qu’il soit nécessaire de les y appliquer après décoffrage. Par ailleurs, la quantité de pigments utilisée est réduite d’un facteur considérable par rapport à la coloration dans la masse : là où la coloration du volume requiert plusieurs kilogrammes de pigments par mètre cube, la coloration par l’agent décoffrant ne nécessite que quelques grammes par mètre carré, quelque soit l’épaisseur du parement.

Similitudes avec la technique de la fresque

La coloration superficielle du béton via l’agent décoffrant s’apparente beaucoup à une technique de peinture murale qui a largement fait ses preuves en termes de durabilité : la peinture à fresque. Pratiquée depuis plusieurs millénaires, la technique de la fresque consiste à appliquer une couche de pigments sur un enduit encore frais qui, en faisant prise par la suite, va agir comme un liant. Traditionnellement, la fresque se pratique sur des enduits de chaux, pâte obtenue par mélange d’hydroxyde de calcium et d’eau. Lorsque le ciment a été inventé au XIXe siècle, des artistes curieux de nouveaux matériaux et de nouvelles techniques se sont risqués avec succès à la fresque sur enduit de ciment, que ce soit en France avec les muralistes de l’école de Maurice Denis ou outre-Atlantique avec les muralistes Mexicains.

Une étude menée en partenariat avec le Centre de Recherche et de Restauration des Musées de France a permis de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux qui régissent la formation et la durabilité d’une fresque, que ce soit sur chaux ou sur ciment.

A partir d’analyses comparées de quatre oeuvres différentes (fresques sur chaux de l’époque Romaine, fresques sur chaux de Botticelli, fresque sur chaux d’Henri Marret et fresque sur ciment du même artiste), il est apparu que la nature de l’enduit, chaux ou ciment, importe peu : la réussite d’une fresque durable repose sur la capacité des pigments à pénétrer sur plusieurs micromètres au sein même de la porosité capillaire de l’enduit avant sa prise. Cette pénétration dépend de plusieurs paramètres : la rhéologie de l’enduit, le cisaillement du pinceau sur la surface, la taille des pigments, mais surtout leur compatibilité avec l’eau capillaire. Le liquide dans lequel sont dispersés les pigments avant application doit impérativement posséder une affinité avec l’eau de l’enduit, sous peine d’empêcher le mélange des deux phases. Le muraliste Mexicain David Alfaro Siqueiros, par exemple, a malheureusement utilisé de la nitrocellulose comme liant pour ses fresques sur ciment, dont les couleurs sont aujourd’hui très altérées.

Forts de ces résultats, il est maintenant possible d’aborder la problématique de la coloration des bétons avec des outils adaptés. Par analogie avec la fresque, les paramètres à étudier et à contrôler sont maintenant connus : nature de l’agent décoffrant, rhéologie du béton, propriétés mécaniques de l’interface béton / coffrage au moment de la coulée, nature et taille des pigments. Par exemple, l’utilisation d’une huile comme agent décoffrant, incompatible avec l’eau du béton, est à proscrire. La recherche d’un produit de remplacement, capable à la fois d’assurer un décoffrage correct et de faire pénétrer les pigments au sein du béton, constitue le coeur même de la problématique.

Extrait des Carnets de Correspondances - Sophia Antipolis

La coloration du bton - MINES ParisTech

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