Les nanoparticules sauvent des bâtiments historiques
Une équipe de chercheurs étudie à DESY des nanocristaux pour améliorer la résistance du grès
De nombreux bâtiments historiques ont été construits en grès, comme la cathédrale Saint-Étienne de Vienne. Le grès est facile à travailler, mais il résiste mal aux intempéries. Il est composé de grains de sable qui sont relativement peu liés entre eux, c'est pourquoi des parties de la pierre s'effritent régulièrement au fil des ans, ce qui nécessite souvent des restaurations coûteuses.
Altérations clairement visibles sur la cathédrale Saint-Étienne de Vienne.
Archiv der Dombauhütte St. Stephan
Il est toutefois possible d'augmenter la résistance de la pierre en la traitant avec des nanoparticules spéciales de silicate. Cette méthode est déjà utilisée, mais on ne savait pas exactement ce qui se passait et quelles nanoparticules étaient les plus appropriées. Une équipe de recherche de l'Université technique (TU) de Vienne et de l'Université d'Oslo a pu, grâce à des expériences complexes sur la source de rayons X PETRA III de DESY et à des examens microscopiques à Vienne, clarifier exactement comment se déroule ce processus de durcissement artificiel et déterminer ainsi quelles nanoparticules sont les plus appropriées. Les résultats sont publiés dans la revue spécialisée "Langmuir".
"On utilise une suspension, c'est-à-dire un liquide dans lequel les nanoparticules flottent d'abord librement", explique le directeur de recherche Markus Valtiner de l'université technique de Vienne. "Lorsque cette suspension pénètre dans la roche, la partie aqueuse s'évapore, les nanoparticules forment des ponts stables entre les grains de sable et confèrent une stabilité supplémentaire à la roche".
Cette méthode est déjà utilisée dans les techniques de restauration, mais on ne savait pas encore exactement quels étaient les processus physiques en jeu. Lorsque l'eau s'évapore, il se produit un type de cristallisation très particulier : normalement, un cristal est un arrangement régulier d'atomes individuels. Mais non seulement les atomes, mais aussi des nanoparticules entières peuvent s'agencer en une structure régulière - on parle alors de "cristal colloïdal".
Les nanoparticules de silicate s'assemblent en de tels cristaux colloïdaux lorsqu'elles sèchent dans la roche et créent ainsi ensemble de nouvelles liaisons entre les différents grains de sable. Cela permet d'augmenter la résistance du grès. Afin d'observer précisément ce processus de cristallisation, l'équipe de recherche de l'université technique de Vienne a utilisé les rayons X brillants de PETRA III. À la station de mesure P21.2, ils ont ainsi analysé la cristallisation pendant le processus de séchage.
"C'était très important pour comprendre exactement de quoi dépend la force des liaisons qui se forment", explique l'auteur principal Joanna Dziadkowiec de l'université d'Oslo et de l'université technique de Vienne. "Nous avons utilisé des nanoparticules de différentes tailles et de différentes concentrations et avons étudié le processus de cristallisation à l'aide d'analyses par rayons X". Il a ainsi pu être démontré que la taille des particules est déterminante pour une résistance optimale.
Pour ce faire, l'université technique de Vienne a également mesuré la force d'adhérence générée par les cristaux colloïdaux. Pour cela, on a utilisé son propre microscope interférentiel, spécialisé dans la mesure des forces minuscules entre deux surfaces. "Nous avons pu montrer : Plus les nanoparticules sont petites, plus elles renforcent la cohésion entre les grains de sable", explique Joanna Dziadkowiec. "Si l'on utilise des particules plus petites, il se crée davantage de points de liaison dans le cristal colloïdal entre deux grains de sable, et plus le nombre de particules impliquées est élevé, plus la force avec laquelle elles maintiennent les grains de sable augmente".
La quantité de particules présentes dans l'émulsion est également importante. "Selon la concentration de particules, le processus de cristallisation se déroule de manière légèrement différente, et cela a une influence sur la manière dont les cristaux colloïdaux se forment en détail", explique Markus Valtiner. Ces nouvelles connaissances doivent maintenant servir à rendre les travaux de restauration plus durables et mieux ciblés.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
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