Soutenance mémoire
L’encrassement d’un revêtement de façade est parfois observé quelques années seulement après sa mise en œuvre . Les salissures peuvent être d’origine atmosphérique ou biologique. Les premières se développent lorsque le bâtiment est exposé aux poussières urbaines ou industrielles : l’encrassement, généralement homogène sur la façade, est souvent mis en évidence par contraste lors du ravalement d’un bâtiment voisin. Les salissures d’origine biologique sont, par contre, plus visibles car elles ne concernent que des zones très localisées de la façade. En effet, le développement biologique est initié à partir de points singuliers de l’enveloppe du bâtiment, soumis à une humidité importante. La formation de coulées verdâtres, rougeâtres ou noirâtres, est perçue comme un désagrément car elles rompent l’harmonie de la façade .
Impact économique des salissures de façade
La durabilité de l’aspect de l’enveloppe du bâtiment est un concept qui gagne de l’importance et revêt un caractère économique croissant. Ainsi, selon l’article L132-1 du Code de la Construction et de l’Habitation, les propriétaires sont tenus de faire ravaler les façades de leur immeuble au moins tous les 10 ans lorsque leur état de propreté n’est pas satisfaisant. Pour la seule région d’Île-de-France, les dépenses induites par les ravalements de façade étaient évaluées entre 229 millions et 1,1 milliard d’€ par an en 1999, soit 21 à 100 € par an et par habitant . Le coût du ravalement d’un immeuble parisien de six étages est ainsi compris entre 80 et 150€ par m² , en fonction de la nature du revêtement et du diagnostic. Cependant, l’impact des salissures de nature biologique n’est pas directement quantifiable d’un point de vue financier. En outre, bien que la conservation de l’aspect des façades soit une préoccupation pour les maîtres d’ouvrage , la durabilité esthétique n’est actuellement pas prise en compte dans les garanties liées à l’achèvement de la construction d’un bâtiment.
Toutefois, les fabricants de revêtements de façade recherchent des solutions pour réaliser des ouvrages plus résistants à l’encrassement. En effet, pour les fabricants qui fourniront un revêtement à efficacité durable contre le développement biologique, le marché de la façade représente un enjeu financier important. Ainsi, en France pour les seuls mortiers industriels, plus de 100 millions de m² de façades ont été enduits en 2005, correspondant à une production de 2,15 millions de tonnes . Plus de 90 % des travaux d’enduit sur maçonnerie individuelle neuve se font selon la technique monocouche . Leur part de marché diminue en logement collectif neuf au profit des revêtements organiques, tels que les revêtements plastiques épais et les peintures, représentant respectivement 28 % et 8 % des surfaces traitées. Enfin, en entretien et rénovation, les mortiers industriels représentent 50 % des surfaces traitées et les revêtements organiques, 40 %.
Le développement biologique en façade
Successions et impacts
La colonisation des matériaux de façade par une communauté de micro-organismes présente un aspect dynamique. En effet, des bactéries colonisent généralement rapidement les façades et sont suivies par l’établissement d’algues et de cyanobactéries. Ce biofilm primaire permet ensuite la colonisation successive de champignons, lichens et mousses, pouvant aller jusqu’au développement de végétaux supérieurs si rien n’est fait pour stopper la colonisation de la façade.
Les bactéries
Ces micro-organismes sont unicellulaires, de taille variant de 0,5 à 1,5 µm. Les bactéries se développent sur tout type de substrat et sont généralement pionnières dans le processus de colonisation. Au bout de quelques mois seulement, toute une variété de bactéries colonise les revêtements de façade, une sélection des espèces s’effectuant au cours du temps. Il existe ainsi plusieurs catégories de bactéries agissant à la surface des matériaux, telles que les bactéries ammonifiantes, nitreuses, nitriques ou encore sulfatoréductrices (LOUTZ & DINNE 2000).
Elles produisent, de par leur métabolisme, des acides intervenant dans la dégradation des matériaux. Elles peuvent ainsi entraîner une perte de cohésion du matériau par dissolution d’éléments calcaires, l’apparition de fissures suite à la transformation de composés cimentaires ou encore la corrosion d’armatures présentes dans le béton et l’alvéolisation de pierres (PERRICHET 1991, LOUTZ & DINNE 2000). Par ailleurs, si les colonies bactériennes sont invisibles à l’œil nu, ces micro-organismes modifient, de par leur développement et la création de biofilms, la bioréceptivité originale des revêtements de façade (GUILLITTE 1995) et favorisent ainsi l’établissement d’autres micro-organismes.
Les algues et les cyanobactéries
Les algues microscopiques et les cyanobactéries désignent une série d’espèces variées de végétaux unicellulaires ou pluricellulaires, de taille généralement comprise entre 0,5 µm et 1 mm. Elles colonisent toutes les surfaces soumises à une humidité abondante, se développant ainsi en milieu marin ou dulçaquicole , mais également sur divers substrats terrestres tels que des plantes, des roches, le sol ou encore… des bâtiments! C’est la présence d’algues vertes (Chlorophycées) et de cyanobactéries, ou algues bleues-vertes (Cyanophytes), qui se traduit par des salissures du revêtement de façade, de teintes caractéristiques verdâtres, rougeâtres ou noirâtres selon la composition du biofilm. Les algues et les cyanobactéries sont des organismes autotrophes , qui ne tirent donc pas leur matière nutritive du substrat. Cependant, selon certains auteurs, la sécrétion d’acides organiques concomitante au métabolisme des algues et des cyanobactéries pourrait dissoudre le carbonate de calcium des pierres calcaires, bétons et mortiers (PERRICHET 1991). Outre cet effet chimique, les algues et les cyanobactéries pénètrent le réseau poreux des matériaux, induisant ainsi par gonflement ou rétractation de leur mucilage , une influence mécanique sur leur environnement pouvant conduire à une fissuration du support (ORTEGA-CALVO et al. 1991). Ces mucilages hygroscopiques retiennent l’eau et entraînent également une élévation du taux d’humidité du matériau sous-jacent, propice à l’accélération du processus de colonisation par d’autres organismes. En outre, la croissance d’algues et de cyanobactéries s’accompagne de la production de déchets cellulaires nécessaires au développement de communautés hétérotrophes , telles que des champignons.
Facteurs favorisant le développement biologique
Les algues et les cyanobactéries se développent sur des surfaces très variées. L’ensemencement de toute nouvelle surface se fait par arrachement à un substrat colonisé, puis transport par le vent de spores , cellules ou fragments de filaments (BROWN et al. 1964). Les algues et cyanobactéries sont ainsi déposées sur des surfaces faiblement inclinées du bâtiment (toiture, rebord de fenêtre ou de balcon…) et, entraînées par l’eau de pluie, vont rapidement se développer et devenir visibles. Ce développement biologique est lié à des facteurs environnementaux, mais également à des éléments omniprésents dans le bâtiment (LOUTZ & DINNE 2000).
L’environnement géographique
Deux facteurs sont prépondérants pour la croissance des algues et des cyanobactéries : la lumière et l’humidité. Les façades de bâtiment, soumises à une exposition lumineuse et une humidification régulières, présentent ainsi une surface favorable à leur implantation. En outre, d’autres facteurs environnementaux peuvent avoir un impact sur la colonisation des façades. Leur combinaison peut mener à l’apparition de biofilms algaux une ou deux années seulement après l’application du revêtement :
– la pluie, facteur le plus évident, puisque les micro-organismes se développent en façade en suivant le cheminement de l’eau,
– l’humidité relative de l’air, source d’humidification du revêtement par condensation,
– la température extérieure, qui permet une évaporation plus ou moins rapide de l’eau,
– l’environnement végétal, qui est une source potentielle de contamination de la façade par les micro-organismes. En outre, la présence d’arbres et de buissons maintient une certaine humidité à proximité du bâtiment,
– le vent, qui peut avoir un impact ambivalent, puisqu’il intervient dans le transport et la dispersion des micro-organismes et des particules minérales et organiques, mais possède également une action desséchante sur les façades,
– la pollution atmosphérique liée à l’urbanisation, qui produit des particules qui sont déposées sur les revêtements de façade, favorisant l’accroche puis le développement biologique.
L’architecture du bâtiment
Outre l’environnement géographique, l’architecture même du bâtiment peut favoriser la colonisation de la façade. En effet, certaines parties de l’enveloppe du bâtiment vont induire localement une augmentation de l’humidité (GENEL 2005). À titre d’exemple, voici les cas les plus communément observés :
– colonisation préférentielle des façades exposées au nord et à l’ouest, soumises à une plus longue rémanence de l’humidité,
– exposition à la pluie des éléments en saillie (corniches , bandeaux , balcons…),
– remontées capillaires d’humidité et rejaillissement de la pluie aux soubassements,
– ruissellement préférentiel de l’eau à la jonction de différents revêtements,
– stagnation des eaux pluviales en terrasse ou en balcon,
– humidité générée à l’intérieur du bâtiment (cuisine, salle de bain) et qui se condense en façade.
Certaines protections architecturales ont été développées pour traiter ces points singuliers, dont quelques exemples seront présentés par la suite.
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Table des matières
INTRODUCTION
I. REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
I.1. Le développement biologique en façade
I.1.1. Successions et impacts
I.1.2. Facteurs favorisant le développement biologique
I.1.3. Moyens de lutte contre le développement biologique
I.2. Les algues et les cyanobactéries en façade
I.2.1. Espèces observées en France
I.2.2. Métabolisme
I.2.3. Ultra-structure générale
I.3. L’adhésion de micro-organismes
I.3.1. Formation d’un biofilm
I.3.2. Modèles de prédiction de l’adhésion
I.3.3. Paramètres influençant l’adhésion
I.3.4. Méthodes d’évaluation
I.4. Contexte dans lequel se place l’étude
II. MATÉRIELS ET MÉTHODES
II.1. Techniques de microbiologie
II.1.1. Milieux de culture
II.1.2. Isolement et repiquages
II.1.3. Conditions de culture
II.1.4. Dosage des algues et des cyanobactéries
II.2. Taxinomie des algues et des cyanobactéries
II.3. Écologie des algues et des cyanobactéries
II.3.1. Prélèvements
II.3.2. Analyses statistiques
II.4. Étude des matériaux
II.4.1. Préparation des matériaux
II.4.2. Carbonatation des mortiers
II.4.3. Test à la phénolphtaléïne
II.4.4. Spectrométrie d’énergie dispersive (SED)
II.4.5. Coefficient d’absorption d’eau par capillarité
II.4.6. Porosimétrie par intrusion au mercure (PIM)
II.4.7. Rugosimétrie laser
II.4.8. Banc d’essai par ruissellement d’eau
II.4.9. Analyse d’images
II.5. Étude de l’adhésion des algues
II.5.1. Affinité des algues pour des solvants (MATS)
II.5.2. Mesures d’angles de contact
II.5.3. Calcul des tensions de surface, du degré d’hydrophobie et des énergies libres d’adhésion
II.5.4. Surfaces modèles
II.5.5. Spectroscopie de photoélectrons X (XPS)
II.5.6. Cellule à flux laminaire
II.6. Étude des polymères sécrétés par les algues et les cyanobactéries
II.6.1. Microscopie électronique à balayage (MEB)
II.6.2. Microscopie électronique à transmission (MET)
II.6.3. Protocole d’extraction des polymères
II.6.4. Analyse chromatographique
II.6.5. Dosage des sucres
II.6.6. Dosage des sulfates
II.6.7. Zêtamétrie
II.6.8. Tensiométrie
II.6.9. Adsorption de polymères par réflectométrie
II.6.10. Protocole de dégradation enzymatique
III. DIVERSITÉ DES ALGUES ET DES CYANOBACTÉRIES COLONISATRICES DE FAÇADES EN FRANCE
III.1. Article 1: Diversity of algae and cyanobacteria growing on building façades in France
III.2. Synthèse et commentaires de l’article 1
III.3. Conclusion du chapitre III
IV. ÉVALUATION DES FACTEURS FAVORISANT L’APPARITION DE BIOFILMS ALGAUX EN FAÇADE
IV.1. Facteurs environnementaux et architecturaux
IV.1.1. Article 2 : Factors involved in the colonisation of building façades by algae and cyanobacteria in France
IV.1.2. Synthèse et commentaires de l’article 2
IV.2. Facteurs liés au revêtement
IV.2.1. Article 3 : An assessment of façade coatings against colonisation by aerial algae and cyanobacteria
IV.2.2. Effet de la carbonatation
IV.2.3. Synthèse et commentaires de l’article 3 et du paragraphe IV.2.2.
IV.3. Facteurs liés à l’étape d’adhésion
IV.3.1. Article 4 : Adhesion of façade coatings colonisers, as mediated by physicochemical properties
IV.3.2. Synthèse et commentaires de l’article 4
IV.4. Conclusion du chapitre IV
V. ÉTUDE DE LA CONTRIBUTION DE POLYMÈRES ALGAUX A L’ÉTAPE D’ADHÉSION
V.1. Article 5 : Capsular polysaccharides secreted by building façade colonisers: characterization and adsorption to surfaces
V.2. Synthèse et commentaires de l’article 5
V.3. Dégradation enzymatique des polymères
V.3.1. Protocole
V.3.2. Résultats
V.3.3. Synthèse et commentaires
V.4. Conclusion du chapitre V
CONCLUSION
SYNTHÈSE GÉNÉRALE ET PERSPECTIVES
RÉFÉRENCES
ANNEXE
