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Posté par bentafat_rachid
Altération des matériaux organiques de construction due à l'atmosphère
Publié à l'origine en décembre 1973.
H.E. Ashton
La durabilité des matériaux utilisés en construction et exposés
subséquemment à l'atmosphère est d'un grand intérêt pour l'architecte,
l'entrepreneur et l'utilisateur final. Le présent Digest étudie les
effets exercés par les agents atmosphériques sur les matériaux de
construction classés sous la rubrique "organiques".
Composition des Matériaux Organiques
Il existe 92 éléments chimiques naturels. Peu d'entre eux,
cependant, sont assez abondants pour que l'on puisse en faire un large
usage. On peut employer les métaux, tels que le fer, l'aluminium, le
zinc et le cuivre sous leur forme élémentaire mais la plupart d'entre
eux sont cependant si réactifs qu'ils n'existent normalement qu'alliés
à un ou deux autres éléments dans de petites molécules simples. Le
chlorure de sodium (sel ordinaire) et l'hydroxyde de calcium (chaux
éteinte) sont des exemples de composés de ce genre.
Un élément, le carbone, peut donner naissance, à partir de lui-même
et en se combinant avec d'autres éléments, à des composés qui peuvent
contenir de deux à plusieurs centaines de milliers d'atomes par
molécule. La disposition générale des atomes de carbone, anneaux ou
chaînes, et l'ordre d'assemblage de différents groupes dans la molécule
engendrent, de plus, des composés différents. Il en résulte un nombre
presque illimité de composés du carbone et ce sont eux que l'on nomme
"organiques". Il existe, comme dans la plupart des classifications, une
zone intermédiaire dans laquelle les composés peuvent être considérés
comme organiques ou inorganiques; en général, cependant, la distinction
est nette.
Les composés organiques diffèrent de la plupart des composés
inorganiques par leurs points de fusion et d'ébullition relativement
bas. Un grand nombre des composés simples sont des liquides ou des gaz,
ce qui indique que les forces d'attraction entre les petites molécules
sont faibles. Comme l'a étudié ,
les molécules organiques doivent être grosses pour posséder les
propriétés permettant de les employer dans un matériau de construction.
Même la plupart des grosses molécules (polymères) fondent même ou se
décomposent à des températures allant de 300 à 400°C. Le carbone étant
susceptible de s'oxyder pour former le gaz carbonique, et l'hydrogène
ordinairement présent s'oxydant pour former de l'eau, les composés
organiques, à des températures élevées et en présence de l'air, sont
rarement aussi stables que les matériaux inorganiques. Malgré la
simplicité moléculaire qui peut caractériser ces derniers, les forces
d'attraction y sont généralement puissantes et se traduisent par des
points de fusion et des résistances structurales dont les valeurs sont
élevées. D'un autre côté, en raison de leurs bas points de fusion, les
polymères organiques sont faciles à modeler aux formes désirées et
généralement moins cassants.
Types de Matériaux Organiques de Construction
On peut classer les matériaux organiques employés à l'extérieur ou
l'intérieur des édifices d'après l'usage qu'on en fait. Ils comprennent
les produits liquides de revêtement (peintures), les plastiques, les
mastics d'étanchéité et les matériaux pour toitures. On place souvent
le bois dans une catégorie à part; il n'en est pas moins un matériau
organique de construction. Les matériaux organiques contiennent
fréquemment des composés inorganiques tels que des pigments; les
propriétés fondamentales du mélange dérivent cependant de la matrice
organique dans laquelle les particules sont dispersées. Les différences
existant entre les diverses sortes de matériaux organiques sont dues
surtout au type et au poids moléculaire de la résine ou du liant
utilisé.
Les revêtements étant appliqués sous forme de liquides destinés à se
solidifier, leur grosseur moléculaire originale varie de petite à
moyenne, et n'acquiert jamais des dimensions extrêmement importantes,
même lorsque le film est complètement durci. Dans le cas des matériaux
à faible poids moléculaire, le polymère final est généralement produit
après application, .
Si la résine est déjà polymérisée avant l'application, on nomme laque
le produit de revêtement s'il est dissous dans un solvant, ou peinture
au latex s'il est dispersé dans l'eau. En raison de leur grosseur
moléculaire, les revêtements ne bénéficient pas d'une grande résistance
structurale; aussi les applique-t-on sur des subjectiles.
Si l'on augmente les dimensions moléculaires dans le but d'obtenir
des revêtements plus résistants, la viscosité des résines dissoutes
croît tellement que la quantité de solvant nécessaire pour permettre
l'application conduit à des films minces inutilisables. Pareillement,
les résines dispersées durcissent trop pour s'écouler après application
en un film continu. Il est donc indispensable de recourir à d'autres
méthodes d'application. L'une d'elles consiste à fondre à chaud soit la
résine elle-même, soit une de ses solutions. Dans ce dernier cas, on
procède à l'application du matériau par pulvérisation à chaud, la
résine solide étant fondue après avoir été appliquée sous forme de
poudre sèche ou de dispersion.
À une augmentation du poids moléculaire correspond aussi un
accroissement de la résistance structurale résultant de l'attraction
moléculaire plus élevée et de l'enchevêtrement de longues chaînes. La
nécessité d'un subjectile disparaît lorsque le matériau devient assez
résistant pour se soutenir à la température d'emploi; on le désigne
alors sous le vocable de plastique. Au sens strict, tout matériau
présentant une fluidité plastique sous température normale est un
plastique; mais on en est venu à appliquer ce terme surtout aux
matériaux organiques auxquels on peut, à un moment opportun de la
fabrication, donner la forme désirée par moulage ou coulage à chaud, ou
sous pression, ou les deux à la fois. L'état des plastiques peut varier
de dur et cassant (chlorure de polyvinyle non plastifié) à mou et
flexible (mousse d'uréthane et caoutchouc synthétique). Là encore la
délimitation entre plastiques et revêtements est imprécise. Une résine
peut, dans certains cas, être appliquée fondue, alors qu'on la nomme
plastique, ou en solution, tandis qu'on la nomme revêtement.
Les mastics d'étanchéité contiennent des résines dont la grosseur
moléculaire est moyenne en comparaison de celle des résines entrant
dans les produits de revêtement avant leur application et de celle des
plastiques parce qu'ils doivent détenir certaines propriétés spéciales
leur permettant de remplir leur fonction. Ils doivent être suffisamment
fluides pour pouvoir être appliqués, sans l'être assez pour couler hors
des joints; ils sont, de ce fait, plus visqueux que les revêtements
liquides. Ils doivent cependant conserver leur élasticité et ne pas se
solidifier à la manière des revêtements. Les mastics d'étanchéité
subissent donc une réticulation moins prononcée en cours de
durcissement et s'apparentent de près aux caoutchoucs.
La composition des membranes organiques de toiture a été, jusqu'à
une époque récente, presqu'exclusivement basée sur l'asphalte ou le
goudron bitumineux amenés au point de viscosité permettant leur
application par emploi de solvants (application à froid ou "bitume
dilué") ou à chaud. La résistance structurale s'obtient généralement au
moyen de deux ou trois plis de renforcement, l'imperméabilité étant
assurée par la base de bitume ou de goudron. Absorbant, du fait de leur
couleur noire, la plus grande partie de la radiation incidente, ces
matériaux se détériorent sous l'action de la lumière solaire et les
films minces se craquellent rapidement en forme de petits carrés. On
doit donc les appliquer sur les toits sous forme de films relativement
épais et on encastre du gravier de couleur pâle ou blanche dans la
couche superficielle afin de les protéger contre la lumière solaire et
d'abaisser par réflexion la température de surface. On a introduit au
cours des dernières années une technique de confection des toits basée
sur l'application de résines synthétiques à l'état liquide ou sous la
forme de films. Ces matériaux sont disponibles en blanc ou en couleurs
claires, mais la plupart d'entre eux ont jusqu'à maintenant une
fâcheuse propension à capter la saleté ou à fariner.
Le bois est un matériau organique dont les molécules ont un poids
moléculaire extrêmement élevé. En plus des forces normalement
puissantes qui s'exercent entre grosses molécules, les groupes
chimiques de la cellulose exercent une attraction supplémentaire et
s'enchaînent en masses. Ils exercent également leur attraction sur
l'eau, phénomène qui explique la facilité avec laquelle le bois est
gonflé par l'eau; les masses qu'ils forment sont toutefois également
cimentées les unes aux autres par un matériau nommé lignine dont les
propriétés hydrofuges sont plus prononcées. En raison de cette
structure, aucun solvant n'agit sur la cellulose à moins qu'on ne l'ait
préalablement modifiée par un procédé chimique. Le bois se formant sous
l'action d'un organisme vivant qui doit lutter pendant son existence
contre certaines forces, sa structure présente une orientation très
marquée. Cette dernière est à l'origine des différences considérables
survenant dans les changements de résistance et de dimensions