Néoformation de sulfates comme facteur de dégradation des monuments : traçage isotopique (S, O, B) des sources internes et externes de pollution (projet « BOS »)

Durée : 2002 – 2009
CICRP : Philippe Bromblet, Jean-Marc Vallet
Partenariat(s) : BRGM, LRMH et Olivier Rolland, restaurateur

Ce programme de recherche initié en 2002 sur la cathédrale de Bourges a par la suite bénéficié d’un financement d’une durée de 2 ans (2004-2006) dans le cadre du projet national de recherche pour la conservation et la connaissance du patrimoine (PNRCC) sur le traçage isotopique des sources de sulfates conduisant à l’altération des pierres de monuments.

Les objectifs étaient :

  • de préciser l’origine des sulfates solubles responsables de la dégradation des pierres
  • de distinguer et quantifier les apports de différentes sources identifiées qui peuvent être, naturelles internes à la pierre (ex. pyrite) ou externes (aérosols marins), anthropiques involontaires (pollution atmosphérique urbaine) ou volontaires (plâtre, ciment romain).

Différents sites d’étude ont été choisis pour leurs caractéristiques environnementales et leur type de pierre : cathédrales de Bourges, Chartres, Marseille, châteaux de Chenonceau et de Versailles (jardin).

La nouveauté de la méthodologie employée réside dans l’emploi d’une « boîte à outils » multi-isotopique comprenant la mesure de la signature isotopique du soufre et l’oxygène constituant les sulfates (« SO4 ») solides et du bore présent en traces sous forme de borates (« BO3 »). Les analyses isotopiques ont réalisées sur les échantillons de pierre altérée, de mortiers, de plâtre, de croûtes noires, prélevées dans différentes situations sur les différents sites. Les analyses isotopiques ont donc permis de mettre en évidence les contributions respectives des sulfates en provenance de la pollution atmosphérique (assimilée au pôle « croûtes noires ») et celle originaire des matériaux (plâtre, mortiers). L’utilisation des dosages isotopiques du Soufre et de l’Oxygène constitue un outil prometteur pour déterminer l’origine des sulfates impliqués dans la dégradation de la pierre.

Publications :

  • Kloppmann W., Rolland O., Bromblet P., « Isotope study (S,O) of sulphate neoformations involved in the degradation of stones on Bourges Cathedral (France): internal versus external salt sources », proceedings of the 10th international congress on deterioration and conservation of stone, Stockholm, Sweeden, 2004, p. 595-602.
  • Vallet J.M., Gosselin C., Bromblet P., Rolland O., Vergès-Belmin V., Kloppmann W., « Origin of salts in stone monument degradation using sulphur and oxygen isotopes: first results of the Bourges Cathedral (France) », Journal of Geochemical Exploration, vol 88, 1-3, jan-march 2006, GES-7, 7th international symposium on the geochemistry of the Earth’s surface, 23-27 august 2005, Aix en Provence, p. 358-362
  • Kloppmann W., Vergès-Belmin V., Gosselin C., Rolland O., Bromblet Ph., Vallet J.-M., Dotsika E., « Isotope (sulphur, oxygen, boron) tracing of internal or external origin of sulphates involved in the degradation of French monuments (BOS project) », Proc. of the 7th European Conference « Sauveur », Safeguarded cultural heritage, understanding & viability for the enlarged Europe, 31st may – 3rd June 2006, Prague, Czech Republic, 2007, vol. 1, p.437-440.
  • Wolfram Kloppmann, Véronique Vergès-Belmin, Olivier Rolland, Philippe Bromblet, Jean-Marc Vallet, Christophe Gosselin, « Néoformation de sulfates comme facteur de dégradation des pierres des monuments : détermination par traçage isotopique (B, O, S) des sources internes et externes du soufre », Actes du colloque Science des matériaux du patrimoine culturel, 6 et 7 décembre 2007, Paris, France, Techné, Hors série, 2008, p.114-119.
  • Kloppmann W., Bromblet Ph., Vallet J.M, Vergès-Belmin V., Rolland O., Guerrot C., Gosselin C., « Building materials as intrinsic sources of sulphate: A hidden face of salt weathering of historical monuments investigated through multi-isotope tracing (B, O, S) », (2011) Sci Total Environ, 409, p. 1658-1669.