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LA DEFINITION DE MORTIE ;

Le mortier est le mélange à consistance de pâte ou de boue, d'un liant et d'agrégats avec de l'eau. Il est utilisé en maçonnerie comme élément de liaison, de scellement ou comme enduit. Techniquement parlant, c'est une colle.

Les professionnels du bâtiment qui utilisent le mortier sont le maçon, le couvreur, le carreleur et le tailleur de pierre. Jadis, la fonction était dévolue au gâcheur de mortier, qui le gâchait, c'est-à-dire le mélangea

Étymologie

Le latin mortarium, désigne d'abord l'auge du maçon, puis son contenu. Cette distinction nous est restée puisque le terme mortier désigne le récipient (Voir Mortier et pilon) et son contenu. Le Mortellier ^[1] qui désigne le fabricant d'auges de pierre qu'on appelle mortiers et ensuite celui qui brise certaines pierres dures pour en faire du ciment^[2], constitue une des premières organisation de métier, entérinée par le Livre des métiers d'Étienne Boileau, rédigé en 1268.

Typologie

Il existe plusieurs types de mortiers :

mortier de terre ;
mortier de chaux grasse ;
mortier de chaux hydraulique ;
mortier de plâtre ;
mortier de ciment Portland.

Le mortier de ciment et de chaux hydraulique (10 à 60 %) s'appelle un mortier bâtard.

Le mélange d'un liant, d'eau et d'adjuvants, sans agrégat, employés par exemple en badigeon ou en enduit, s'appelle selon le liant, coulis, barbotine ou eau de chaux. Si on ajoute des granulats (appelés aussi graves ou agrégats : sable, cailloux, gravillons) à un mortier, on obtient du béton. On a pu faire des rapprochement entre ces différents matériaux qui tiennent à leur proximité physico-chimique entre autres^[3]^,^[4]. On peut dire que les coulis et mortiers sont des cas particuliers simplifiés du béton ou le béton, un cas particulier de mortier.

Mortiers antiques

Beaucoup de constructions antiques, rustiques ou élaborées, étaient construites sans mortier : (maçonnerie à joints vifs, murs cyclopéen, grand appareil quadrangulaire romain, etc.). Dans le grand appareil, les pierres de grande taille, placées selon leur lit de carrière, avaient leur faces parfaitement dressées, ce qui permettait une parfaite répartition des efforts au niveau du joint. D'autres maçonneries en pierre sèche ont servi dans la construction de clôtures, ou de cabanes en pierre, constructions rustiques qui n'ont pas toujours défié le temps.

Des mortiers de qualité variable

Les témoignages historiques sont ceux qui ont défié le temps. Ce sont souvent des bâtiments de prestige réalisés en bonne maçonnerie - éventuellement réalisés à la chaux. Et puis ce sont des traités d'architecture - le premier, le De Architectura de Vitruve - dont la redondance pourrait laisser croire à une permanence des préparations^[6]. C'est ignorer la majorité des constructions réalisées avec des moyens plus immédiats, et qui n'ont pas franchi les âges, la simple ruine d'un toit pouvant dans ce type de construction entrainer la rapide dégradation des maçonneries. La maçonnerie romaine antique réalisée à la chaux, a toujours suscité l'admiration mais c'est sans parler des innombrables maçonneries antiques de moindre qualité ^{[A 1]}) ou réalisées en terre, qui ont disparu, sauf à Pompéi par exemple, où leur conservation est problématique^[7].

le role :

L'usage du mortier est donc indispensable dans des maçonneries constituées de moellons ou de pierres irrégulières, où c'est le mortier qui par la qualité de sa mise en œuvre va assurer cohésion et la bonne répartition des charges entre assises. Il assure également un rôle de colle, et lorsqu'il comble chacun des espaces entre les pierres à bâtir, il permet de réaliser des ensembles monolithiques à la résistance variable selon la nature du mortier.

Le mortier ferme le joint en retrait, à fleur ou à reflux, contribuant à l'esthétique et à l'étanchéité de la façade. Il est aussi utilisé comme enduit.

Enfin dans le cas du pisé ou de la bauge, c'est le mortier qui devient le matériau principal et il ne sert qu'à s'agglomérer à lui-même.

Résistance à la compression, résistance à la flexion, résistance au cisaillement, résistance thermique (Plus ou moins déterminante dans la transmission thermique d'une paroi), gélivité, couleur sont les caractéristiques couramment envisagées dans les mortier modernes^[8].

Mortiers obtenus par calcination de la pierre

La fabrication de liants par calcination de la pierre (dans les fours à calcination) serait aussi ancienne que l'art du potier^[9]. L’homme a dû s'apercevoir très tôt que certaines pierres constituant le foyer s’effritaient à cause de la chaleur en produisant une poudre se solidifiant une fois humide. L'Égypte antique, du troisième millénaire emploie du plâtre pour assembler les pierres des édifices et pour réaliser des enduits. Le plâtre est employé pour le jointoiement des blocs de la Pyramide de Khéops vers 2600 av. J.-C.^[10]. L’Égypte utilisait aussi en 2600 ans av. J.-C., comme mortier, un mélange de chaux, d'argile, de sable et d'eau : un des mortiers les plus anciens est celui de la pyramide d'Abu Roasch, qui fut probablement érigée sous la IVe dynastie^[11]. Plus généralement l'Orient est connu pour son emploi du plâtre et de la chaux. Le mortier de chaux n'a été utilisé en Grèce pour la construction des murs qu'à partir de la fin du IIe ou du début du I^er siècle av. J.-C. (maisons de Délos et de Théra). Dans les constructions antérieures, les pierres étaient liées par un mortier simplement fait de terre et d'argile^[10]. La chaux ne s'imposera véritablement dans les mortiers qu'avec l'Empire romain.

Plâtre

Le plâtre est un mélange pulvérulent préparé à partir de la calcination vers 120 °C - 200 °C du gypse (le sulfate de calcium dihydraté, le sulfate de chaux hydraté des anciens chimistes, la pierre à plâtre), roche sédimentaire rassemblées en masses énormes d'évaporites, que l'on retrouve parfois sous forme d'albâtre ou de cristaux de sélénite. La pierre est généralement extraite de mines ou de carrières souterraines puis cuite et ensuite cassée, broyée et moulue pour donner la poudre du plâtre.

Mortier de chaux

La chaux est obtenue par calcination de pierre calcaire vers 1000°C, dans des fours à chaux, opération pendant laquelle elle abandonne son gaz carbonique. Le produit restant, un oxyde de calcium est appelé chaux vive et prend l'apparence de pierres pulvérulentes en surface que l'on va hydrater ou éteindre par immersion dans l'eau. Cette immersion, provoque la dislocation, un foisonnement, ainsi qu'une forte chaleur. Le résultat est une pâte, qui prend le nom de chaux éteinte. C'est ce matériau plastique qui, mêlé à des agrégats, va constituer les mortiers. Une fois le mélange incorporé dans la maçonnerie, un phénomène de dessiccation suivi d'une cristallisation - en fait une carbonatation - s'opère au contact de l'air - et plus particulièrement du dioxyde de carbone présent dans l'atmosphère - qui fait retourner la chaux à l'état de calcaire. L'extinction de la chaux se faisait de préférence dans des fosses attenantes au chantier.

La présence d'argile associée au calcaire de calcination conduit à différents types de chaux. Il y a lieu de distinguer^{[A 2]}^,^[16]:

chaux aérienne : le phénomène de cristallisation s'opère en présence d'air. Les chaux aériennes se répartissent en:
- chaux grasses, obtenues à partir de calcaires très purs ou contenant de 0,1 à 1 % d'argile
- chaux maigres, obtenues à partir de calcaires contenant de 2 à 8 % d'argile
chaux hydraulique : le phénomène de cristallisation s'opère aussi en milieu aqueux, obtenues à partir de calcaires contenant plus de 8 % d'argile

Au-delà de 20 % d'argile, les calcaires sont impropres à la confection de la chaux (Vicat les appelle chaux limites. Ils trouveront par la suite à être employés dans la fabrication des ciments). À partir de 35 %, La roche devient tendre et friable. À partir de 50 % on parle de marne calcaire, elle devient plastique. Avec 70 % d'argile, elle devient marne argileuse.

La présence d'argile comme d'autres corps pouvant modifier la phase d'extinction, les Romains supposèrent, de manière erronée, que ces substances diminuaient la qualité de la chaux^[17]. Les Romains n'utilisèrent donc que de la chaux aérienne. Cet état de connaissance durera jusqu'au XIX^e siècle. En 1863, il suffit d'interroger les maçons et chaufourniers sur les diverses chaux du pays pour qu'ils désignent les chaux hydrauliques comme les plus mauvaises. Il fallait insister pour qu'ils en fassent mention. Une fois découvertes leur propriétés exceptionnelles^[18], les chaux hydrauliques sont alors recherchées activement.

La chaux grasse entreposée et recouverte d'argile pouvait se conserver fort longtemps, à l'état de pâte, des années éventuellement (Leon Battista Alberti rapporte -Livre II, chapitre 11 - que l'on trouva dans une fosse, de la chaux éteinte depuis environ 500 ans et que cette chaux était encore si moite si bien délayée et si mûre que le miel ni la moelle des bêtes ne l'étaient d'avantage). Cette caractéristique accompagnait donc les chaux grasses obtenues à partir de calcaires très pures, les marbres par exemple et était très prisée des Romains car elle permettait aux maçonneries à mesure qu'on les élève, de se tasser progressivement, assurant au niveau du joint une répartition uniforme des efforts^[19].

Vers le I^er siècle apr. J.-C., la Rome antique améliore la technique de la chaux par l’incorporation de sable volcanique de Pouzzoles - la pouzzolane - ou de tuileaux broyés et tamisés. Comme le dit Vitruve dans son De architectura (Livre II, Chapitre 6), le mortier peut résister à l'eau et même faire prise en milieu très humide. Cette vertu est due à la présence d'une grande quantité de silicate d'alumine. En ajoutant à la chaux aérienne de la pouzzolane ou des tuileaux, on la transforme artificiellement en chaux hydraulique. Ce n'est qu'en 1818 que Louis Vicat expliquera les principes de cette réaction, dans sa théorie de l'hydraulicité^[20], ouvrant la voie à la découverte du ciment Portland.

Dès le III^e siècle av. J.-C., un système constructif - l' Opus caementicium- s'impose sur l'appareillage en usage - le grand appareil. L' opus caementicium qui prend toute l'apparence d'un béton est composé in situ et non coulé, en utilisant matériaux tout venant, les caementa, maçonnées dans le meilleur des cas à la chaux, entre deux parois de petit appareil qui font office de coffrage perdu. Un système constructif performant, économique, rapide ne nécessitant aucune qualification de la main-d'œuvre, une bonne partie des matériaux étant employés sans préparation préalable. La systématisation de la construction en opus caementicium - associé à une main-d’œuvre servile issue de ses campagnes victorieuses, à commencer par les Guerres puniques - dressée plutôt que formée - permettra à la Rome antique de faire de l'architecture un art universel, alors qu'il était jusque-là réservé à la construction des temples et des fortifications^[21].

Beaucoup d'édifices antiques réalisés en opus caementicium sont toujours debout, du fait que l'appareillage était réalisé avec soin et avec une bonne chaux. On ne parle plus de la grande majorité des édifices qui ont disparu du fait de la médiocrité des maçonneries, souvent sommairement liées à l'argile ou à de la chaux de médiocre qualité, comme c'est souvent le cas à Pompei^[22].

D'après Viollet-le-Duc, au Moyen Âge, les mortiers [de chaux] sont de qualités très différentes ; ils sont de qualité médiocre pendant les IX^e, X^e et XI^e siècles. Il semble qu’alors on avait perdu les procédés de fabrication de la chaux, et ce n’est que par exception que l’on trouve, dans des édifices de cette époque, des mortiers offrant une certaine consistance. Au XII^e siècle, les mortiers commencent à reprendre de la force ; pendant les XIII^e, XIV^e et XV^e siècles, on en fait d’excellents^[23].

Mortiers de chaux hydraulique et de ciment

Jusqu'au début du XIX^e siècle la manière de faire le mortier a presque toujours été abandonnée aux ouvriers. En comparant les mortiers des anciens et surtout ceux qui ont été faits par les Romains, aux mortiers des temps modernes on suppose alors que les premiers étaient meilleurs. Plusieurs constructeurs annoncent alors avoir trouvé le secret des mortiers romains mais d'autres supposent avec raison qu'il n'a subsisté à travers le temps que les constructions faites avec de bonnes chaux dans de bons mortiers^[24]. On le voit, le terme innovation technique a, à la fin du XVIII^e siècle, une signification particulière. Celle-ci est en effet généralement attachée à une découverte archéologique (On redécouvre Pompéi) qui est à la fois source et caution. Antoine-Joseph Loriot par exemple invente un mortier dont il annonce avoir déduit le procédé des diverses interprétations qu'il a cru pouvoir donner aux ouvrages de Vitruve, de Pline et des autres auteurs anciens qui traitent des mortiers. L'antiquité est un matériau manipulé^[25].

Joseph Aspdin dépose en octobre 1824 un brevet et crée la marque « Ciment Portland ». C'est un jalon à partir duquel la fabrication du ciment va devenir progressivement une industrie chimique. La simple carbonatation entrant dans la solidification des chaux ne s'applique plus aux ciments. Les réactions complexes entrant dans la prise et la solidification des ciments seront longues à comprendre et à maîtriser. Qu'ils soient « naturels » ou « artificiels », les matériaux (calcaire, schistes argileux et scories) finement broyés sont portés à température de vitrification (En 1927 on parle de 1 500-1 650 °C), une élévation de température que seuls autoriseront les fours à calcination rotatifs (Cement kiln (en)), longs de 100 m. Le résultat appelé clinker est moulu très finement dans des broyeurs à ciment (Cement mill (en)), gigantesques cylindres remplis de billes d'acier.

La fabrication du clinker est pointée du doigt, fin XX^e siècle, comme responsable d’approximativement 5 % des émissions de gaz à effet de serre (GES) anthropiques^[26] à l'origine du récent réchauffement climatique.

Classification et usage

On distingue deux types de liants dans la confection des mortiers et bétons :

les liants hydrauliques : poudre minéralogique qui forme avec l'eau, une pâte faisant prise et durcissant à l'abri de l'air et notamment sous l'eau (tous les ciments et la chaux hydraulique naturelle -- code produit NHL) ;
les liants aériens : poudre minéralogique qui forme avec l'eau, une pâte faisant prise et durcissant grâce au dioxyde de carbone contenu dans l'air (chaux grasse et chaux aérienne éteinte pour le bâtiment -- code produit CL, anciennement CAEB).

Le mortier de chaux grasse fait prise en contact avec l'air. Il durcit en surface et reste souple à l'intérieur de la maçonnerie. Cette qualité en fait un mortier qui reste élastique et donc qui ne fissure pas. Ce mortier est employé dans la maçonnerie traditionnelle de pierres ou de briques. Mais il ne doit pas être utilisé dans un milieu humide (cave, mur souterrain, etc.).

Mise en œuvre ancienne des mortiers

À Paris, depuis le commencement du XVII^e siècle, on posait les pierres de taille sur des cales de bois et on les fichait au mortier, c’est-à-dire que l’on faisait entrer du mortier dans l’espace vide laissé entre ces deux pierres par l’exhaussement des cales, au moyen de lames de fer mince découpées en dents de scie, la fiche. Le ficheur était l'ouvrier employé à cet ouvrage^[27]. Ce procédé avait l’inconvénient de ne jamais remplir les lits d’un mortier assez compact pour résister à la pression. Les ficheurs étant obligés, pour introduire le mortier entre les pierres par une fente étroite, de le délayer beaucoup, lorsque la dessiccation avait lieu, ce mortier diminuait de volume et les pierres ne portaient plus que sur leurs cales^[27]. Cette mise en œuvre de maçonnerie sera abandonnée au profit du hourdage à bain (ou pose à bain de mortier ou à « plein bain de mortier »). Hourder à bain désignait l'emploi du plâtre ou du mortier en plus grande quantité qu'à l'ordinaire, en le mettant par augée pleine avant et après le placement des moellons, pour remplir toutes les cavités et le faire refluer par les lits et les joints^[28] : après avoir étendu sur le lit supérieur d’une première assise de pierre une épaisse couche de mortier peu délayé, on asseyait la seconde assise sur cette couche, en ayant le soin de la bien appuyer au moyen de masses de bois jusqu’au « refus », ce qui, en termes de maçons, veut dire jusqu’à ce que le mortier, après avoir débordé sous les coups de la masse, refuse de se comprimer davantage. On obtenait ainsi des constructions résistant à une pression considérable sans craindre de voir les pierres s’épauffrer, et on évitait des tassements qui, dans des édifices très-élevés sur des points d’appui légers, eussent eu des conséquences désastreuses^[27].

Mise en œuvre d'un mortier de ciment

Dans une auge, un bac de gâchage, une brouette, une bétonnière, ou à même le sol sur des plaques métalliques, on mélange de façon homogène et à sec, les matériaux solides (le mélange est moins efficace si les agrégats ne sont pas secs). Le dosage volumique de 1 par 3 - une brouette par exemple de ciment pour trois brouettes de sable - est commun^[29] mais il aura besoin d'être adapté suivant le type de maçonnerie envisagé. Le dosage en poids (en kg de ciment par/m3 de sable) est une autre manière de quantifier le mélange. On ajoute au mélange de l'eau propre, exempte de déchets organiques, industriels ou d'acides. On mélange soigneusement le tout, opération qui s'appelle « gâchage. »

Les liants gâché avec de l'eau forment une pâte grasse qui subit un retrait important lors du durcissement. La pâte peut être « amaigrie » par ajout de sable et le retrait est alors fonction de la granulosité : un mortier incorporant du sable à gros grains aura un retrait moins important qu'un sable fin (en outre le sable fin a besoin de plus de liant et de plus d'eau ce qui amplifie le phénomène de retrait). L'apport excessif d'eau augmente la fluidité du mortier mais nuit gravement à la dureté du mortier final. Moins il y aura d'eau superflue et meilleur sera le mortier fini. On veille à protéger le mortier des effets du gel en hiver et de la dessication en été, de la pluie et du vent. Les blocs, briques et moellons sont aspergés d'eau en période de forte chaleur pour éviter l'absorption de l'

↑ Boileau et Depping 1837
↑ Dictionnaire de la langue française
↑ Witier, p. 6
↑ Treussart 1829, p. 21
↑ Jean-François Bouchard. Contribution à l'étude de l'architecture inca: établissements de la vallée du Rio Vilcanota-Urubamba. Les Éditions de la MSH, 01 janvier 1983 - p. 26. Inca architecture - 119 pages. Consulter en ligne
↑ Stéphane Büttner et Daniel Prigent Archéologie des liants de maçonnerie : entre traités et réalité. Consulter en ligne
↑ Adam 2011, p. x1
↑ Choix des mortiers de maçonnerie sur le site du CSTC
↑ Adam 2011, p. x3
↑ ^{a et b} Les mortiers anciens. Histoire et essais d'analyse scientifique par Vinicio Furlan et Paul Bissegger. Consulter en ligne
↑ Augustin Maché, Ciments et mortiers, Armand Colin, coll. « Génie civil », 1935, « Introduction », p. 2
↑ Dictionnaire technologique, ou Nouveau dictionnaire universel des arts et métiers, et de l'économie industrielle et commerciale. Tome seizième. Paris. 1829
↑ Rondelet 1854 à 1868, p. 316
↑ D. Daligand, « Les enduits extérieurs : plâtre et chaux »
↑ Jeannine Guichardet. Balzac "archéologue" de Paris. Slatkine, 1986. Consulter en ligne
↑ Adam 2011, p. x5
↑ Adam 2011, p. x6
↑ Chateau 1863, p. x1
↑ Adam 2011, p. x7
↑ Vicat 1856, p. x1
↑ Adam 2011, p. x8
↑ Adam 2011, p. x9
↑ Viollet-le-Duc 1854 à 1868, tome 6 (Mortier), p. 402
↑ Treussart 1829, p. x2
↑ Les cahiers de la recherche architecturale CLASSICISME. Éditions Parenthèses. Consulter en ligne
↑ Émissions du ciment quelles perspectives sur le site http://www.construction-carbone.fr
↑ ^{a b et c} Viollet-le-Duc 1854 à 1868, tome 2 (Bain de mortier), p. 66
↑ Morisot 1814
↑ Technologie du gros œuvre. Matériaux de construction. Fonds de formation professionnelle de la construction. Bruxelles 1980

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[Boileau-1] Boileau et Depping 1837

[2] Dictionnaire de la langue française

[Witier.p.6-3] Witier, p. 6

[Treussart.p.21-4] Treussart 1829, p. 21

[5] Jean-François Bouchard. Contribution à l'étude de l'architecture inca: établissements de la vallée du Rio Vilcanota-Urubamba. Les Éditions de la MSH, 01 janvier 1983 - p. 26. Inca architecture - 119 pages. Consulter en ligne

[6] Stéphane Büttner et Daniel Prigent Archéologie des liants de maçonnerie : entre traités et réalité. Consulter en ligne

[Adam.p.x1-8] Adam 2011, p. x1

[9] Choix des mortiers de maçonnerie sur le site du CSTC

[Adam.p.x3-10] Adam 2011, p. x3

[Furlan-11] {a et b} Les mortiers anciens. Histoire et essais d'analyse scientifique par Vinicio Furlan et Paul Bissegger. Consulter en ligne

[12] Augustin Maché, Ciments et mortiers, Armand Colin, coll. « Génie civil », 1935, « Introduction », p. 2

[13] Dictionnaire technologique, ou Nouveau dictionnaire universel des arts et métiers, et de l'économie industrielle et commerciale. Tome seizième. Paris. 1829

[Rondelet-14] Rondelet 1854 à 1868, p. 316

[Enduitsplâtrechaux-15] D. Daligand, « Les enduits extérieurs : plâtre et chaux »

[16] Jeannine Guichardet. Balzac "archéologue" de Paris. Slatkine, 1986. Consulter en ligne

[Adam.p.x5-18] Adam 2011, p. x5

[Adam.p.x6-19] Adam 2011, p. x6

[Chateau.p.x1-20] Chateau 1863, p. x1

[Adam.p.x7-21] Adam 2011, p. x7

[Vicat1856.p.x1-22] Vicat 1856, p. x1

[Adam.p.x8-23] Adam 2011, p. x8

[Adam.p.x9-24] Adam 2011, p. x9

[Viollet.tome6.p.402-25] Viollet-le-Duc 1854 à 1868, tome 6 (Mortier), p. 402

[Treussart.p.x2-26] Treussart 1829, p. x2

[27] Les cahiers de la recherche architecturale CLASSICISME. Éditions Parenthèses. Consulter en ligne

[28] Émissions du ciment quelles perspectives sur le site http://www.construction-carbone.fr

[Viollet.tome2.p.66-29] {a b et c} Viollet-le-Duc 1854 à 1868, tome 2 (Bain de mortier), p. 66

[Morisot-30] Morisot 1814

[31] Technologie du gros œuvre. Matériaux de construction. Fonds de formation professionnelle de la construction. Bruxelles 1980

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