Consolidation et protection de surface du granite par oligomères polysiloxanes modifiés pour la restauration du patrimoine culturel

Pourquoi il est important de sauver les monuments en pierre

Partout dans le monde, temples, sculptures rupestres et statues de pierre portent les traces des civilisations passées. Dans la province du Fujian en Chine, nombre de ces trésors sont taillés dans le granite, une roche généralement perçue comme dure et durable. Pourtant, la pluie acide, l’humidité et la pollution attaquent lentement leurs surfaces, provoquant des desquamations, une perte de couleur et un affaiblissement des détails. Cette étude examine de nouveaux traitements protecteurs conçus pour renforcer le granite affaibli de l’intérieur tout en protégeant délicatement sa surface, dans le but de préserver ces monuments culturels et leur lisibilité pour les générations futures.

Comment les vestiges en granite sont attaqués

Le granite du Fujian subit une combinaison sévère d’humidité élevée, de fortes précipitations et de dépôts acides fréquents. Avec le temps, la pluie et les polluants atmosphériques s’infiltrent dans les pores et fissures microscopiques de la pierre. Des réactions chimiques dissolvent des minéraux, tandis que des contraintes physiques liées aux cycles de mouillage/séchage et de gel/dégel désagrègent les grains. Il en résulte une surface qui devient poudreuse, des motifs qui s’estompent et des fragments qui se détachent. Les restaurateurs ont besoin de traitements capables d’atteindre en profondeur ce réseau endommagé, de recoller les grains desserrés, de repousser l’eau et de permettre néanmoins à la pierre de « respirer » afin que l’humidité ne reste pas piégée à l’intérieur.

Un nouveau mélange de liquides pour renforcer la pierre

Les chercheurs ont testé une famille de matériaux appelés oligomères polysiloxanes modifiés, dilués dans un solvant doux connu sous le nom de D40. Les polysiloxanes sont des molécules à base de silicium qui peuvent s’infiltrer dans les pores de la pierre, puis former un réseau fin, presque invisible, qui lie les grains minéraux et repousse l’eau. Quatre mélanges ont été préparés avec des concentrations différentes de polysiloxane, étiquetés A (30 %), B (25 %), C (20 %) et D (15 %). Ils ont été comparés à un produit commercial largement utilisé, S-130. Des blocs de granite provenant d’une carrière du Fujian ont d’abord été vieillís artificiellement à l’acide pour simuler des reliques réelles, puis enduits des solutions testées et examinés à l’aide d’une large batterie de mesures, allant de la dureté et de la vitesse ultrasonique à la couleur, la brillance, l’absorption d’eau et l’imagerie microscopique.

Ce que les essais ont révélé sur la résistance et la protection

Chaque mélange a montré ses propres atouts. La solution A, avec la teneur en polysiloxane la plus élevée, a pénétré profondément et construit un cadre interne solide. Les tests de dureté et de vitesse de propagation du son à travers la pierre ont montré qu’A améliorait fortement la cohésion interne, rendant le granite auparavant friable plus dense et plus compact. Au microscope, les pores et microfissures étaient partiellement comblés sans former de croûte épaisse en surface, ce qui est important pour préserver l’aspect naturel de la pierre et permettre l’évacuation de la vapeur. La solution D, à plus faible teneur en polysiloxane et plus riche en solvant, a circulé plus facilement dans les espaces fins et s’est étalée uniformément en surface. Elle a offert une excellente répulsion de l’eau : les pierres traitées ont absorbé nettement moins d’eau que les échantillons non traités et même moins que celles recouvertes de S-130, tout en maintenant des modifications de couleur suffisamment faibles pour rester à peine perceptibles à l’œil nu.

Résister aux intempéries sévères en laboratoire

Pour simuler des décennies d’exposition extérieure en peu de temps, l’équipe a soumis les pierres traitées et non traitées à des cycles intensifs de « vieillissement artificiel ». Ceux-ci comprenaient lumière ultraviolette, conditions chaudes et humides, bains acides et alcalins, cristallisation de sels et cycles répétés de gel/dégel. Le granite non traité et le produit commercial ont tous deux montré des fissurations, un accroissement de la rugosité de surface et une perte de particules minérales sous ces contraintes. En revanche, les nouveaux mélanges de polysiloxane, en particulier D, ont très bien résisté. Les surfaces sont restées plus lisses, le motif minéral tacheté est demeuré reconnaissable, et l’imagerie microscopique a révélé moins de nouvelles fissures et moins de pertes de minéraux. Les mesures de dureté, de vitesse interne du son et d’imperméabilité ont peu diminué par rapport à leurs valeurs post-traitement, indiquant que le réseau protecteur a survécu à des conditions sévères.

Une recette pratique pour préserver le patrimoine en granite

En regroupant ces résultats, les auteurs proposent une stratégie simple en deux étapes pour une utilisation sur le terrain. D’abord, appliquer la solution A plusieurs fois pour renforcer en profondeur le granite affaibli, transformant sa structure intérieure lâche en un squelette plus continu et résistant. Une fois ce renforcement pris, appliquer la solution D en fine couche de surface pour créer une peau durable et hydrofuge qui laisse néanmoins s’échapper la vapeur d’eau et altère à peine l’apparence de la pierre. Les essais en laboratoire suggèrent que cette combinaison peut à la fois stabiliser l’intérieur et protéger l’extérieur des reliques en granite dans le climat exigeant du Fujian. Les auteurs soulignent toutefois qu’il s’agit de résultats préliminaires : des essais à long terme sur des monuments moins sensibles sont nécessaires pour confirmer que les traitements se comportent de façon sûre et prévisible en extérieur. Si ces essais sont concluants, cette approche pourrait devenir un outil puissant pour maintenir la clarté, la lisibilité et l’intégrité structurelle du patrimoine en granite pour les générations à venir.

Citation: Liu, Y., Ke, Y., Wang, Y. et al. Consolidation and surface protection of granite using modified polysiloxane oligomers for cultural heritage restoration. Sci Rep 16, 8295 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38623-3

Mots-clés: conservation du granite, patrimoine culturel, protection des pierres, revêtements hydrofuges, traitements aux polysiloxanes