Mise en œuvre de la pierre et des mortiers à Guédelon

Intervention de Philippe Delage  et Florian Renucci (Chantier expérimental de Guédelon) lors du séminaire du 18 janvier 2013

 Introduction

 L’expérience acquise par 15 ans de chantier à Guédelon permet :

  • d’identifier des savoir-faire de transformation de matériaux en relation avec des « cultures constructives »
  • de différencier  ce qui relève des choix volontaires (anthropiques) ou de données fortuites.
  • de déterminer des enchaînements logiques et chronologiques entre des opérations.

 Cela offre une  grille de lecture aux archéologues du bâti qui se posent des questions sur :

  • l’identification des « cultures constructives » et des savoir-faire.
  • ce qui relève de choix anthropiques ou fortuits dans les données archéologiques
  • l’identification et l’interprétation des « Unités Construites » pour proposer des diagrammes cohérents de construction et remaniements du bâti.

 La mise en œuvre des  mortiers 

Mortier : n.m. « Colle » permettant de sceller les pierres entre elles. On le désigne maigre lorsqu’il contient peu de chaux et gras lorsque la quantité de chaux est plus importante.

 A Guédelon, le mortier est composé de chaux (le liant), de granulat et d’eau.

Les analyses de mortiers médiévaux pris sur les châteaux voisins de Saint Fargeau et Ratilly (XIIIème siècle) nous ont servi de modèle pour leur restitution, avec le conseil scientifique de Christian Le Barrier, archéologue.

Les remblais de la carrière et le sable local : intervention de Christian Le Barrier

Comment faisait-on un mortier au 13 ème siècle ?

En 1998 Guédelon est ouvert au public depuis quelques mois, nous faisons nos mortiers avec de la chaux hydraulique en sac et du sable de Loire ; classique mais pas médiéval… C’est Anne Baud, archéologue spécialiste des chantiers qui nous fait rencontrer Christian Le Barrier, archéologue et chercheur spécialisé dans les mortiers.

Christian arrive en juillet sur le chantier et se fond dans le décor, il regarde, observe et demande à Maryline Martin d’aller chercher des échantillons de mortiers médiévaux, dans les constructions les plus proches de Guédelon que sont Ratilly et Saint Fargeau  pour qu’on les fasse analyser. Pendant ce temps Christian fait des mélanges avec de la chaux et le sable fin argileux et ocré de Guédelon. Il s’avèrera que le mortier fait sur place avec le sable de Guédelon aura la même composition chimique que les mortiers de nos deux vieux voisins !

Christian Le Barrier a été le libérateur, celui qui nous a vraiment mis sur la bonne voie : réunion de chantier avec les oeuvriers, réorganisation, petite révolution culturelle, on bâtit enfin comme au moyen-âge et depuis ce jour, nous nous achalandons en chaux grasse, de la chaux vive  éteinte que l’on mélange à notre sable plus ou moins tamisé pour faire nos mortiers de parement ou de blocage.

Les sources iconographiques d’après les enluminures,  les « morteleurs »  et la restitution des outils : les houes, l’organisation du gâchage, les loges couvertes

© F. Renucci
© F. Renucci – Chantier de Guédelon
© F. Renucci – Chantier de Guédelon
© F. Renucci – Chantier de Guédelon
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© F. Renucci – Chantier de Guédelon
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© F. Renucci – Chantier de Guédelon
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© F. Renucci – Chantier de Guédelon

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Les granulats argilo-sableux

  • Les sables de la carrière et du site :

Il est conseillé d’éviter la terre avec des blocs d’argile qui n’est pas aisée à mettre en œuvre et la terre trop végétale (racines et feuilles).

La meilleure terre est celle de la carrière sableuse, chargée d’argile et d’ocre. Le sable du site est de bonne qualité. Récupéré dans les creux, il est lavé par l’eau de ruissellement. Les couleurs de sable dépendent de la zone d’approvisionnement, il peut être plus ou moins argileux et varier d’une couleur jaune à rouge.

© F. Renucci – Chantier de Guédelon
© F. Renucci – Chantier de Guédelon

 

  • La tuile  pilée :

Les tessons de tuiles, obtenus à partir de la glaise du site  sont recyclés pour la fabrication de certains mortiers. Pilés finement ils rendent le mortier de chaux plus hydraulique. Des essais ont été faits pour le scellement de tuiles et les solins des cheminées.

La question du tamisage

Les besoins en mortier appellent l’utilisation de remblais criblés et de sables tamisés. Dans les premières années, des grands tamis ont été utilisés avec deux mailles principales : une maille large (5cm) pour retirer les cailloux, pour les gâchées de remplissage, et une maille fine (2cm) pour les gâchées de parement. Mais la pratique montre aussi qu’en élevant un tas de terre, les cailloux « roulent » sur les pentes, ce qui  revient à tamiser le tas.

© F. Renucci – Chantier de Guédelon
© F. Renucci – Chantier de Guédelon
© F. Renucci – Chantier de Guédelon
© F. Renucci – Chantier de Guédelon

La fabrication de la chaux

Le mortier que nous utilisons  est constitué  d’un mélange de chaux aérienne éteinte sous forme de pâte de chaux (chaux grasse), avec les remblais argilo-sableux de la carrière de grès ferrugineux (sol du site). Cette chaux est fabriquée par M. Pinel, chaufournier traditionnel, situé à Ebreuil, dans l’Allier. Il cuit un calcaire pur (appelé carbonate de calcium, moins de 5% d’argile) extrait sur son terrain, dans un four à chaux, avec une température de 900°C. La cuisson des roches calcaires pures donne un oxyde de calcium, appelé chaux vive.  Puis elle est éteinte par saturation d’eau, et reste hydratée 3 à 6 mois avant utilisation. L’addition d’eau sur cet oxyde de calcium s’appelle l’extinction et produit l’hydroxyde de calcium ou « chaux éteinte ».

© F. Renucci – Chantier de Guédelon
© F. Renucci – Chantier de Guédelon

Cette procédure donne à la chaux les caractéristiques physico-chimiques des chaux médiévales et romaines. La prise de la chaux aérienne est le résultat de deux réactions chimiques :

  • L’une est la carbonatation : l’hydroxyde de calcium réagit avec le CO2   de l’air et reforme le carbonate de calcium (roche calcaire) présent avant la cuisson. C’est une réaction qui se fait plutôt au contact de l’air extérieur.
  • L’autre réaction est dite « pouzzolanique» : l’oxyde de calcium va stabiliser les molécules d’argile en les rendant inertes à l’action de l’eau. Le mortier fait sa prise en profondeur comme un poudingue en collant les fines et les sables. L’analyse des mortiers de chaux doit appeler à étudier à la fois  les caractéristiques des chaux ainsi que les courbes granulométriques des zones d’affleurement des granulats.

 La conservation de la chaux

Utilisait-on de la chaux vive ou éteinte pour maçonner ? Sous quelle forme se transportait la chaux, vive ou éteinte ?

Pour des raisons de sécurité mais aussi par ce qu’il n’y a pas de calcaire présent sur le site, la chaux de Guédelon est fabriquée par un chaufournier qui la livre. Ce cas de figure pouvait se présenter sur des chantiers du XIIIème siècle dont les comptes de chantier livrent les coûts de fabrication et livraison de chaux.

La conservation de la chaux se fait dans des fosses recouvertes d’eau. Pour que la chaux se conserve pendant des mois, il faut qu’elle soit éteinte. La chaux vive pose des problèmes de stockage.

La gâchée de parement

Pour faire une gâchée d’un volume équivalent à un cinquième de mètre cube, contenu dans un bac faisant 1m² de surface sur 20cm de haut, nous mélangeons 40 mannes de sable et  20 mannes de chaux en pâte. (Une manne est le contenant d’une vannerie circulaire à deux anses, très présente dans les enluminures).

© F. Renucci – Chantier de Guédelon
© F. Renucci – Chantier de Guédelon
© F. Renucci – Chantier de Guédelon
© F. Renucci – Chantier de Guédelon
© F. Renucci – Chantier de Guédelon
© F. Renucci – Chantier de Guédelon

 

Chaque manne étant chargée à 7kg en moyenne, nous obtenons pour chaque gâchée : 40×7= 280 kg de sable + 20×7 = 140kg de chaux en pâte.

La pâte de chaux a besoin d’eau pour être mélangée avec le sable, mais il  y en a déjà dans la pâte, nous en ajoutons environ 30 litres, soit 30kg.

Le total d’une gâchée de mortier de parement (sans graviers) fait donc: 280+140+30 = 450Kg.

Méthode de gâchage pour une gâchée de parement :

On verse les 20 mannes de chaux dans le bac à gâcher avec 3 seaux d’eau (30 litres). Deux  ouvriers coupent la chaux pour la transformer en pâte liquide avec des racloirs. Pendant ce temps, deux autres ouvriers mesurent la quantité de sable avec des mannes. Les quarante mannes sont étalées par petits tas sur le plancher à gâcher, formant une couche de 25 cm d’épaisseur maximum. On mélange grossièrement les sables avec les raubes (ou rabot) et on humidifie par une quinzaine de litres d’eau suivant l’humidité du sable. On verse la chaux liquide sur le sable que l’on recouvre en totalité. On commence à mélanger le tout avec les raubes. Avec  les pelles on retourne le mélange en formant un « boudin », on verse le reste de chaux sur la crête et l’on mélange de nouveau avec les raubes, deux à deux, face à face, dans un mouvement de va et vient qui « pousse » la chaux en écrasant les grumeaux. La forme de la raube, convient bien à l’écrasement des boulettes de chaux en poussant. Avec les pelles on reforme un boudin, puis on rajoute de l’eau si le mélange est trop sec. Une dernière fois on étale le mélange avec les raubes, puis on reforme un tas avec les pelles et le mortier est prêt. S’il s’enroule bien quand on le retourne avec la pelle, il est assez mouillé. S’il s’effrite, il est trop sec. S’il s’étale, il est trop mouillé.

© F. Renucci – Chantier de Guédelon
© F. Renucci – Chantier de Guédelon

La gâchée de remplissage

On utilise 20 mannes de chaux+ 20 mannes de sable +20 mannes de terres caillouteuse, et on applique le même procédé que précédemment. On peut mettre un peu plus d’eau pour faciliter le mélange.

La qualité de fabrication

La compétence des équipes est une garantie de qualité : quelles solutions pratiques pour être sûr de la qualité de la gâchée avec du personnel non spécialiste ?

 La conservation des mortiers

Une gâchée peut être conservée plusieurs jours si elle est couverte par des bâches.

La mise en œuvre requiert la maîtrise de l’hygrométrie du mortier

L’ouvrabilité, la tenue du mortier, dépend du savoir-faire du maçon qui est lié à la maîtrise de la teneur en eau. Celle-ci se réactualise en fonction du climat, mais aussi du type de mortier à réaliser. Certaines règles s’appliquent : il est préférable qu’un mortier à maçonner les pierres soit assez humide, surtout en période sèche, pour que l’eau de gâchage « colle » les pierres, un mortier pour enduits, en revanche doit être posé assez sec, sur une surface humide, pour éviter les retraits, avec de la pression.

La pression pour assurer la prise des joints

Nous avons constaté à Guédelon que l’on améliore la dureté des joints en resserrant, en écrasant les joints plusieurs jours de suite en remouillant la maçonnerie.

© F. Renucci – Chantier de Guédelon
© F. Renucci – Chantier de Guédelon
© F. Renucci – Chantier de Guédelon
© F. Renucci – Chantier de Guédelon

Le volume de chaux par m3 de maçonnerie

On peut estimer que pour 1 m3 de maçonnerie (à la louche, parement + fourrure), il faut (en comptant large et riche en chaux) : 2/5ème de mortier et 3/5ème de pierre. En croisant les chiffres, cela donne pour 1 m3 de maçonnerie : 2×450= 900 kg de mortier, contenant respectivement : 2×30 = 60kg d’eau, 2×280 = 560 kg de sable et 2×140 = 280kg de chaux en pâte. Enfin la chaux en pâte a une densité moyenne de 1,2. 1 m3 de chaux en pâte pèse 1200Kg. Donc avec 1 m3 de chaux, on peut bâtir 1200/280 = 4,28 m3de maçonnerie.

Sur la base de l’expérience de Guédelon, on  peut dire qu’en moyenne, 1 m3 de chaux  permet de construire 4 m3 de maçonnerie de pierre.

Les différents mortiers, pour quels types d’ouvrages ?

Il existe autant de types de mortiers qu’il y a de besoins :

  • Mortier pour hourder les maçonneries : parement et remplissage
  • Mortier pour bâtir des voûtes sans coffrage, plus collant pour éviter le glissement des pierres
  • Mortier d’enduit
  • Mortier de pose de carreaux de pavement
  • Mortier avec tuile pillée pour citerne ou solin
  • Mortier pour enduire du torchis

Les problèmes de prise du mortier et de climat 

On observe une constante : le mortier à la chaux aérienne fait une prise lente (1mm par mois).

Deux agressions peuvent détruire le joint : le gel ou la sécheresse pendant la prise.

D’une manière générale, les joints réalisés d’avril jusqu’à fin août ont une chance de passer l’hiver et donc d’être définitifs. Des joints mis en œuvre en septembre peuvent être rendus pulvérulents par le gel de l’hiver suivant et appelleront un rejointoiement, avec un mortier différent que celui qui a servi à poser les pierres. Une période de canicule ou un été chaud et venteux peut stopper le travail des maçons.

Pour éviter le dessèchement des joints, il convient de couvrir les maçonneries par des bâches humides et d’organiser le chantier pour ne travailler que sur des postes qui ont accumulés l’humidité du remplissage du mur.

© F. Renucci – Chantier de Guédelon
© F. Renucci – Chantier de Guédelon

La question des joints de finition

Faut-il faire les joints de parement avec le mortier de pose ou avec un mortier différent ? La réponse est la saisonnalité du jointoiement et sa capacité à résister au gel ou au dessèchement estival.

Conclusion (reprenant les questions posées après la présentation)

  • Le savoir-faire technique du maçon est très poussé au XIIIème siècle : ses connaissances font appel à une prescience  sur des données physiques (stabilité des ouvrages, des étaiements, des sols, compactage du mortier) et chimiques (cuisson de la chaux, granulométrie, tamisage et adjuvants).
  • Les aires géographiques offrent des affleurements de sable différents : il y a autant de recettes de mortier que de qualité de terre. Les maçons traditionnels doivent tirer parti des granulats qui affleurent à proximité de leur chantier.  Suivant l’utilisation d’un sable de rivière ou d’un sable de carrière, le pourcentage d’argile diffère. La technicité du maçon consiste à faire varier le dosage de la chaux, la teneur en argile, par décantation, ou la granulométrie par tamisage, pour obtenir un mortier résistant. Il sait rajouter des adjuvants tels que la brique pillée, suivant l’utilisation du mortier.
  • La préparation d’un mortier ou d’un enduit requiert un savoir-faire et des choix anthropiques plus difficiles à appréhender que l’organisation des pierres ou le phasage d’une construction. Ils sont pourtant incontournables et constituent une signature de lieu, d’organisation, d’équipe, de savoir-faire, comme le reste du bâti.
  • En croisant les données des maçons de métier, des archéologues, des ingénieurs béton, des spécialistes CRATerre, il reste à définir une grille de lecture pour « faire parler » les mortiers anciens et parvenir à en faire des « fossiles directeurs ».

2 réflexions au sujet de « Mise en œuvre de la pierre et des mortiers à Guédelon »

  1. Bonjour
    J’ai trouvé du sable de plage d’environ 5 à 8mm de diamètre puis je l’utiliser pour un mortier à la chaux?
    Merci

  2. Bonjour,
    Je dois remonter des parois en pierre ( meulière et gres aux angles )d’une mare de drainage quel mortier dois je employer vu que pendant la saison d’octobre à fin mai juin celle ci est pleine d’eau.

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