L’approvisionnement en terre sur le château de Guédelon (Yonne)

Intervention de Florian Renucci (Chantier expérimental de Guédelon) lors du séminaire du vendredi 16 mars 2012

1. Introduction sur le matériau 

Les constructions en terre existent aux époques celte, antique et médiévale. On pratique alors la culture des mottes et creusements de fossé.

Description physique des terres : cf. CRATerre (Ecole d’Architecture de Grenoble) pour l’ensemble des données complémentaires à Guédelon.

Les trois composantes de la terre sont les sables, les silts et l’argile.

Les textures des terres :                                              

organiques /tourbe

graveleuses

sableuses

silteuses

argileuses

cailloux

Béton, graviers

Mortiers, sables

Limons, silts

Terres modelables, argiles, colloïdes

T Guédelon

T Guédelon

T Guédelon

200 cm/ 20mm

20mm/ 2mm

2mm/ 60µ

60µ / 2µ

> 2µ

Les courbes granulométriques

Le pourcentage de ces composants, présents dans toute la diversité des terres,  s’exprime  par une courbe granulométrique qui présente  en abscisse le volume pondéral des granulats et leur diamètre en ordonnée.

A Guédelon la courbe est rectiligne, c’est-à-dire que chaque pourcentage de grain est représenté. Cela induit une excellente imbrication des grains et une forte cohésion des terres.  (Courbe granulométrique réalisée par FR à CRATerre  Grenoble en 1999)

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 Les surfaces spécifiques

La surface spécifique exprime la surface des granulats qui entrent en friction en générant des charges électrostatiques qui provoquent  la « tenue » mécanique de la terre.

 Cette  teneur en fines (> 2µ)  « arme » les terres, elle est au cœur des choix anthropiques de préparation de torchis, pisé et mortiers.

SP Gros sables :     23cm²/g

SP  limons          :   454cm²/g

SP argiles      :  800 m²/g

Cela signifie que la surface développée des follicules d’argile, contenues dans 1 gramme, représente 800 mètres carrés.

Les possibilités d’utilisation :

Les actions anthropiques sur la terre sont mécanique, physique et chimique.

Action Densifier Armer Enchaîner Lier Imperméabiliser Hydrofuger
Ressource Pression Fibres Ciment Chaux Bitume (Hérodote) Huiles
Produit Pisé Torchis Brique stabilisée Mortier Briques Protection des murs

2. La terre dans les remblais

Evolution et rampes : la logique de creusement du site est à mettre en parallèle avec la gestion des terres de découvertes pour organiser le chantier de construction.

Les remblais de la cour de Guédelon représentent 50mX50m= 2500m² X 3m = 8000 m3

Ce travail a été réalisé mécaniquement  de 1998 à 2001 en 3 étapes de remblaiement qui ont accompagné la monté des murs d’escarpe.

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Des essais de déplacement de terre au tombereau et à la main peuvent donner une estimation du travail des terrassiers médiévaux.

Calcul du temps et du nombre de personnes nécessaire pour le déplacement des terres :  

Evaluation         1m3 de terre = 1,5 T (1500Kg)

1 tombereau de terre   = ½ m3 = 750 Kg

2 tombereaux de terre =  1 m3  = 1,5 T

Comparaison :   1 homme  peut porter 37,5 Kg/ voyage

20 voyages =     750 Kg

Si un voyage de terre dure 15 min, alors 20 voyages nécessitent 5h, et 40 voyages 10h.

En 10 heures de travail (une journée d’été) un homme transporte 1500 Kg = 1m3

Sur 4 ans il a fallu amener chaque année 2000 m3.

Si l’on considère que la corvée de terrassement annuelle est traditionnellement de 40 jours, le volume quotidien de terre est 50 m3.

 Pour déplacer quotidiennement 50 m3, il faut donc 50 hommes. Et pour les  approvisionner en terre, il en faut 50 autres.

L’estimation donne pour le terrassement de la cour, ramené à un travail de terrassier, une centaine d’hommes travaillant pendant 40 jours de façon consécutive et saisonnière pendant quatre années de suite.

 3. La terre et les mortiers

Les mortiers sont des cas particuliers de terre sableuse, stabilisée par de la chaux aérienne.

A Guédelon le travail de Christian Le Barrier a permis de révéler en 1998 l’avantage de mélanger la terre  sablo-argileuse  locale avec la chaux aérienne éteinte.

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L’utilisation de ce type de mortier pour construire le château  apporte des données inédites qui tranchent avec l’utilisation des sables et chaux industrielles sur les chantiers de restauration du patrimoine.

Quelle est la rapidité de prise des mortiers  dans les murs médiévaux ? Quid de la légende des mortiers « encore mous » après des siècles ? Quid d’un état des lieux approfondi sur la question avec une typologie comparée  de carottages profonds sur des monuments historiques ?

A Guédelon on peut constater que le mortier terre sableuse+chaux aérienne permet   de sceller les maçonneries en provoquant une immobilisation  immédiate des pierres. Cela  est dû à la présence des  fines (>2µ) qui  constituent le squelette du sable. La chaux durcit dans un deuxième temps, mais elle seule ne suffirait pas à sceller la pierre si le sable était acheté tamisé.

Concernant les joints de finition, nous avons deux types de joints :

  • Ceux qui sont fait en même temps que la pose des parements, avec le même mortier  qui a servi pour poser les pierres. Cependant ce joint ne « passe » le gel de l’hiver suivant que s’il a été réalisé d’avril à août.
  • Pour les parements posés en septembre et octobre, le joint de finition encore frais sera dégradé par le gel. Il appelle alors un rejointoiement réalisé au printemps de la saison suivante et qui tiendra lieu de joint définitif.

 Cette procédure témoigne du fait qu’il faut au moins 6 mois de séchage pour assurer la prise de 2 cm de mortier de parement.

Seuls des carottages systématiques profonds pourraient rendre compte de la prise du mortier à l’intérieur du mur.

© F. Renucci

Néanmoins, la réaction chaux/argile/sable est connue sous forme de deux réactions chimiques :

Réaction de prise par « carbonatation » : La chaux et la terre réagissent avec le dioxyde de carbone de l’air pour former des fibres carbonatées (prise de la chaux). Cette réaction concerne surtout les enduits, elle n’est pas forcément bénéfique aux maçonneries car elle consomme la chaux active disponible pour les réactions pouzzolaniques.

Réactions chimiques :

  • Les minéraux argileux  mélangés avec le milieu alcalin de la chaux et l’eau de gâchage, provoquent des échanges de cations. Les ions de calcium se substituent aux cations échangeables du complexe de la terre.
  • Il y a floculation et agglomération des particules de terre (magnésium, sodium, potassium) du fait de l’électrolyte liée à l’eau interstitielle.

Réaction pouzzolanique

  • Enfin,  l’augmentation du PH provoque la dissolution des minéraux argileux dans l’environnement alcalin. Il s’en suit une recombinaison de la silice et alumine des argiles avec le calcium pour former des silicates complexes d’aluminium qui cimentent les grains entre eux.

Ainsi les morteleurs du Moyen-âge pouvaient, sans le savoir, fabriquer des mortiers hydrauliques.

Cette problématique mérite d’être étudiée en détail. Il serait peut-être possible de mesurer les teneurs en silico-aluminate et de s’en servir comme marqueur pour déduire la concentration et la spécificité de la préparation de la de  chaux utilisée ?

4. Le torchis 

Guédelon présente depuis 1998 la mise en œuvre de torchis.

Le travail consiste à remplir une façade à  pan de bois par de la terre, armée par une ossature de bois plus légère, coincée entre les pans de bois.

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La préparation est liée aux performances de la terre locale. Nous utilisons le sable des remblais de la carrière qui est rendu cohésif par une adjonction de glaise prise dans les bois, dans une proportion d’un volume de glaise pour 4 volumes de sable.

Des fibres végétales sont  incorporées dans le mélange : paille coupée en brins de 5 à 7 cm, ou  foin ayant chauffé, non consommable par les animaux.

5. La production de terre cuite à Guédelon 

La terre argileuse de Guédelon est localisée dans la forêt à l’est du château, sur une profondeur d’une vingtaine de mètres.  La nature de l’argile locale est de l’Illite.

La production de tuiles et carreaux de pavement : L’atelier des tuiliers utilise la glaise de surface, sur une profondeur d’1 m sous la terre végétale. L’extraction se fait par une large fosse ouverte à proximité de l’atelier.

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La préparation : La glaise mise dans des baquets  est saturée d’eau puis rendue cohésive  par malaxage sur établis.  Une fois l’état plastique obtenu, elle est mise en pain.

Le moulage : Des cadres  en bois permettent de mouler tuiles et carreaux de pavement sur les établis. Des outils spécifiques réalisés par les forgerons permettent de racler le trop plein de terre et de serrer la pièce moulée. Les biseaux aident au démoulage des cadres.

Le séchage : Les pièces sont rangées sur des clayettes, empilées de façon à tenir une comptabilité dans la zone du séchoir. La production est saisonnière : d’avril à septembre les pièces sèchent entre deux et trois semaines.

L’enfournement : Tous les modes opératoires utilisés à Guédelon ont été « réinventés » à partir de l’observation de tuiliers de la Nièvre produisant des tuiles artisanales, cuites au feu de bois.

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La cuisson : 3000 tuiles sont réalisées en moyenne sur deux mois de production. Quatre cuissons sont organisées dans la saison. Une cuisson dure entre 15 et 16 h et consomme 12 à 14 stères de bois. Les pièces sont placées sur champs pour permettre à la chaleur de monter. Elles se superposent jusqu’à six rangs. Pour une bonne tenue dans le four les tuiles se groupent  en paquets  de 12 tuiles, mis en quiquonce. Les températures obtenues dans le four varient suivant les zones et les conditions météorologiques. Pour chaque cuisson on peut observer une disparité de couleurs des pièces liée aux différences de température. Suivant les cuissons, on trouve des pièces cuites à 950°C (oranger) et d’autres à 1100°C (violettes). La moyenne est de 1050°C (rouge/oranger).

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Le défournement : La moyenne de réussite est de 75 %. Chaque  tuile est sonnée. C’est au tintement clair et uniforme que l’on valide la tuile utilisable. Les pièces cassées ou fêlées sont mise en gravas pour recyclage.

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La préparation des carreaux de pavement historiés : C’est l’opération la plus technique car elle ajoute des étapes complexes.

Le motif du carreau est estampé en creux pour accueillir un engobe. Ce dernier est obtenu par un kaolin blanc qui affleure à Saint-Amand-en-Puisaye, à 10 km de Guédelon. Il doit être placé dès le démoulage du carreau pour que les deux terres s’agglomèrent sans tension avec une hygrométrie équivalente. Mis en séchage, c’est quand les terres ont un aspect « cuir » que le carreau peut être gratté par une lame métallique pour faire réapparaitre le motif. Le carreau peut alors sécher.

La dernière étape consiste à placer un émail  qui se vitrifiera  lors de la cuisson en créant une glaçure sur le carreau. Les expériences menées en 2011 ont montré que l’on pouvait obtenir des glaçures en mono cuisson (cuisson unique pour le carreau et l’émail).

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L’enjeu de 2012 est de réaliser un émaillage en utilisant le laitier résultant  des réductions de minerai de fer qu’organisent les forgerons de Guédelon.

6. Résultats de l’expérience Guédelon : 

  • Connaissance  empirique de la terre  crue
  • Connaissance empirique de la terre cuite

 Références :

 


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