Journée d’étude: « Formation, structure, caractérisation, définitions d’un matériau

Journée d’étude

Formation, Structure, Caractérisation,
Définitions
d’un matériau

Organisée dans le cadre du projet collectif

« Argiles »

par Xavier Faivre

13 décembre 2018

 

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Résumés

Physique du matériau

Fabien Thomas

CNRS, LIEC, UMR 7360 CNRS-Université de Lorraine, Nancy

Les argiles : structure atomique et propriétés macroscopiques

Physico-chimiste des surfaces et des particules colloïdales dans l’environnement et les procédés industriels. C’est dans le domaine allant du nanomètre au millimètre que se situe la taille élémentaire de la matière solide transportée et accumulée dans les couches externes de la planète (sols, sédiments, milieux aquatiques, atmosphère) et dans nombre de procédés industriels. Ce domaine constitue la maille la plus fine pour la compréhension des mécanismes d’échange de matière et d’énergie entre la géosphère, la biosphère et l’hydrosphère.

Sous le nom générique « l’argile » se cachent des définitions très diverses, relatives aux propriétés utilisées dans leurs innombrables applications, et qui pourraient se résumer comme « des minéraux fins, lamellaires, à composition simple, ayant une forte interaction avec l’eau et les cations, et présentant une grande diversité de propriétés et d’applications ». Aucune autre espèce minérale n’a suscité autant de recherches dans des domaines aussi variés que la géologie, la géotechnique, la minéralogie, la physico-chimie. Il est remarquable que, pour quelques pourcents d’impuretés chimiques, une couche atomique supplémentaire, ou une forme plus ou moins lamellaire, leurs propriétés macroscopiques, leur devenir géologique, ou leurs applications artisanales et industrielles sont radicalement différentes. Ces paramètres microscopiques distinguent les deux principales familles d’argiles : d’une part la kaolinite, valorisée depuis le néolithique en matériaux cuits allant de la terre cuite à la porcelaine et aux céramiques , et d’autre part les smectites aux potentialités plus récemment découvertes dans les domaines des cristaux liquides ou des nano-composites. Pour ces dernières, leurs interactions avec l’eau définit des comportements spectaculaires, depuis l’échelle moléculaire jusqu’à celle du paysage.

Bruno Comentale

Institut de Géographie, Université de Nantes – CNRS, UMR 6554

Pays et paysages de l’argile. Approche géomorphologique des milieux argileux

L’étude des paysages de l’argile a été rarement entreprise en tant que telle, que parce que l’argile est un matériau ubiquiste, dont le comportement vis-à-vis de l’érosion est supposé prévisible dans ses grandes lignes (roche meuble facile à inciser et à exporter), donnant lieu à des reliefs « mous », modelés par des processus d’érosion liés à la présence d’eau sous forme liquide (glissements, mouvements de versants). Ces reliefs ont souvent été jugés comme banals car dépourvus de caractère spectaculaire, et répondant mal aux définitions habituelles de la géomorphologie structurale (reliefs plissés et faillés), et ont été inégalement étudiés. De même, les études de géomorphologie dynamique s’attachent d’abord aux agents d’érosion (pluie, ruissellement, vent, variations thermiques) ou à la vitesse de l’érosion, les roches argileuses étant en bloc considérées comme fragiles. De plus, le passage de l’échelle des minéraux argileux – qui confèrent aux roches leurs propriétés mécaniques, de la plasticité des kaolinites au pouvoir de gonflement des smectites – à celle des roches argileuses, elles-mêmes variées dans leur composition minéralogique et leur texture, complique l’analyse. Enfin, les modalités de l’imbibition en eau (quantité, rythme saisonnier), et par conséquent le caractère zonal des paysages de l’argile, jouent comme variable supplémentaire.

Une géomorphologie des paysages argileux peut cependant être entreprise de manière indirecte. Il est possible d’établir une typologie des formes modelées dans l’argile, ce qui permet de dégager des familles de processus d’érosion : formes en creux ou bosselées des versants des latitudes moyennes à fourniture d’eau constante ; formes de ravinement des milieux méditerranéens à fourniture d’eau saisonnière ; collines des tropiques humides, disséquées dans les épaisses formations d’argile d’altération ; formes planes des glacis créées par le balayage latéral des oueds, sur les marges désertiques. S’y superposent des paysages culturels, nés de la longue pratique d’utilisation de l’argile comme matériau : des « pays » de tuiles et de briques à la tonalité rouge, doublés de terroirs agricoles longtemps difficiles à cultiver et de moindre densité de peuplement ; des milieux humides aux anciennes argilières devenues étangs, jalonnés par une toponymie évocatrice.

Argiles et constructions

Léo Boulicot, Ingénieur matériaux, formateur (amàco)

La terre – science, technique et architecture

De la plaquette d’argile à l’architecture, ancienne ou contemporaine, comment construire avec ce que l’on a sous les pieds ?

À l’image de la ville rouge de Timimoun dans le Sahara algérien, des fermes en pisé dans le Dauphiné ou de la ville de Shibam au Yémen, la terre comme matériau de construction est présente sur tous les continents sous de multiples formes et héberge encore un tiers de la population humaine.

À la suite des travaux du chercheur Pierre-Gilles De Gennes, le travail des physiciens sur la compréhension de la matière en grains permet d’entrevoir les réponses à ce paradoxe pour notre société du béton de ciment, du verre et de l’acier : « Comment ça tient ? ». Béton de terre, empilement granulaire, chaînes de forces, ponts capillaires, argiles gonflantes, autant de termes illustrés par des expérimentations contre-intuitives permettant une compréhension sensible de la physique du matériau terre. À travers une série de manips de coin de table, cette présentation propose un point de départ à la réappropriation de la compréhension de cette matière à construire millénaire.

Julia Wattez, Inrap, CNRS, UMR 5140, Montpellier

Caractérisation micromorphologique des matériaux de construction en terre crue.
L’exemple des architectures néolithiques

La construction en terre crue est maintenant bien attestée dans les habitats néolithiques en France. Des restes de bâtiments, parfois associés à des sols aménagés, ont été reconnus dès le Néolithique moyen. Néanmoins, dès les premières découvertes, dans les années 1990, l’identification des formes du bâti est apparue difficile principalement en raison de l’absence de référence sur les procédés de mise en œuvre de la terre pour cette période. Pour documenter les modes d’usage de la terre crue dans les pratiques d’aménagement néolithiques, une approche technologique, menée selon les principes de la micromorphologie, a été entreprise sur différents types de structures de terre crue. La reconstitution des étapes de la chaîne opératoire de la construction, depuis le choix des matériaux jusqu’à leur mise en œuvre, a pour propos de préciser les modes de production des murs et des sols, et leur variabilité. En l’état actuel, cette recherche montre que les matériaux employés sont d’origine locale (contexte pédo-sédimentaire du site ou de ses environs immédiats). Ils sont principalement de texture limoneuse. Ils ont subi différents types de préparation et sont parfois enrichis par des ajouts minéraux ou végétaux. Les procédés de construction des sols sont variés (chape, épandage, pavement). Les murs en terre porteuse apparaissent édifiés par façonnage direct, selon des techniques diverses.

Argiles et restaurations

Mathilde Gelin, CNRS, ArScAn-APOHR, Nanterre

De la Physique du matériau à la restauration de vestiges architecturaux

(…)

 

Anne Liégey (Restauratrice indépendante)

La conservation-restauration des tablettes cunéiformes et des objets en terre crue

Les objets en terre crue posent des problèmes de conservation-restauration particuliers et leur traitement est souvent une gageure. La cuisson a longtemps été le traitement appliqué aux tablettes cunéiformes en terre crue pour les préserver. À la demande du département des Antiquités orientales du musée du Louvre, un traitement respectueux des objets et de la déontologie appliquée à la conservation-restauration des œuvres a été mis au point il y a plus de vingt ans. Il fallait pourtant s’assurer que la consolidation de la terre crue avec un silicate d’éthyle puis le dessalement des tablettes n’avaient pas d’incidences majeures sur leurs caractéristiques minéralogiques et chimiques. Ce protocole de traitement, expérimenté dans un premier temps sur des fragments de tablettes anépigraphes, a été étendu aux tablettes endommagées.

Nous exposons ici la méthode de traitement et certains résultats des programmes de recherches ArTéMIE puis RECOLLECT mis en place pour comprendre l’interaction entre le silicate d’éthyle et les argiles. Ces recherches ont également apporté un nouveau regard sur le matériau constitutif des tablettes et ont permis de préciser les conditions dans lesquelles utiliser ce consolidant.

 

Des argiles et des textes

Xavier Faivre (CNRS, ArScAn-HAROC, Nanterre)

Cécile Michel (CNRS, ArScAn-HAROC, Nanterre – Université de Hambourg)

Les mots pour dire l’argile. L’argile pour écrire les mots.
Texte et matérialité des tablettes cunéiformes

Les tablettes cunéiformes présentent une double particularité qui leur donne un statut à part dans la documentation de l’argile : leur texte et leur matérialité.

On y trouve des mots, imprimés sur l’argile fraîche, en sumérien et en akkadien, pour nommer l’argile dans ses différents états, aspects ou différentes formes ; d’autres pour évoquer la chaîne opératoire concernant ce matériau. Il n’y a pas de traité rationnalisant son utilisation. Les textes sont très divers, les données éparses : d’une part, des listes lexicales, dont la logique de classement nous échappe parfois ; d’autre part, des textes hétérogènes, où l’on perçoit parfois l’argile en creux, dans certaines expressions, derrière le praticien, le lieu de prélèvement, certains rituels….

Mais une tablette cunéiforme est avant tout un artefact comme un autre, un pâton d’argile imprimé de clous. À ce titre, le matériau est sélectionné, stocké, recyclé et donc économisé. La tablette est formée selon la taille ou le format voulu, selon différents principes, et parfois recouverte d’une enveloppe d’argile. Lorsque son contenu n’est plus utile, elle peut être réutilisée, encore molle, en l’effaçant ou en la malaxant, ou encore en la réhumidifiant. Une fois sèche, elle peut être recyclée dans l’architecture.

À travers ces deux aspects complémentaires, bien mis en évidence par les études récentes, les tablettes cunéiformes montrent un usage particulier des argiles en Mésopotamie, ce qui sous-tend la place hors pair de ce matériau.

 

Françoise Rougemont (CNRS, ArScAn – Protohistoire égéenne, Nanterre)

Le matériau « argile » à l’époque mycénienne : Réflexions sur les textes en linéaire B

À l’époque mycénienne, sans surprise, l’argile sert à de nombreux usages : on fabrique de la céramique, des figurines, et une variété d’objets en terre cuite ; on utilise de la brique crue dans la construction. Enfin l’argile sert d’outil administratif et de support pour l’écriture (scellés, tablettes, etc). On se donnera ici pour objectif de présenter spécifiquement les données qui peuvent être tirées des documents administratifs en linéaire B — qu’il s’agisse de leur contenu textuel ou de leur forme matérielle.

 

Adeline Bats (université Paris-Sorbonne)

L’argile dans les textes pharaoniques

L’argile est omniprésente dans la culture égyptienne de la préhistoire à nos jours. Matériau de base, elle est employée pour la réalisation architecturale, la production céramique, mais également dans de nombreux aspects de la vie quotidienne. Cependant, la documentation épigraphique livre peu d’informations permettant de documenter les techniques relatives au travail de la terre, de l’extraction au façonnage. Seuls quelques scènes et papyrus comptables témoignent des procédés et du vocabulaire associés. Ainsi, il apparaît rapidement que certains termes utilisés pour désigner le façonnage de l’argile entretiennent une proximité avec ceux relatifs aux travaux agricoles, et plus curieusement avec le vocabulaire de la guerre.

Les termes servant à désigner l’argile en tant que matériau sont également très peu nombreux, bien que les occurrences démontrent des emplois divers. Alors que les textes égyptiens livrent une quantité non négligeable de mots servant à désigner des conteneurs céramiques, l’argile semble relativement exclue de la documentation administrative. Cette absence soulève, dès lors, la question de la gestion de son extraction et de l’approvisionnement des ateliers royaux et provinciaux en matières premières.

 

Voir aussi les articles :

• Projet collectif « Argiles »

• Projet collectif « Argiles » : annuaire des participants

• Journée d’étude : « Des altérations à l’utilisation des céramiques »

• Atelier « Retour d’expérimentation »

• Journée d’étude / atelier : Retour d’expérimentation 2 – « Reproduire dans l’argile : Reconstitution, protocole, expérimentation »


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