Le mâchefer de charbon a été utilisé comme matériau de construction de la fin du XIXème jusqu’au début du XXème siècle.
Le mâchefer de charbon est un résidu solide de la fusion du minerai de fer, lors de la combustion de la houille (coke) dans les fours industriels. Il peut subir différents traitements destinés à le débarrasser de certaines impuretés.
L’architecte Gabriel Pagnerre l’a employé pour plusieurs de ses constructions, tout au long de sa carrière.
On trouve ce matériau au " Bel Abri " dès 1905, une construction qui reprend de nombreuses caractéristiques de l'architecte et qui peut lui être attribuée. Voir ici un complément sur le " Bel Abri ".
Puis Gabriel Pagnerre utilisera le mâchefer en 1912, également à Mons-en-Barœul pour le Vert Cottage. Il s'agit de sa réalisation la plus emblématique, l'emploi de ce matériau pour son deuxième cabinet d'architecture montre ici l'importance qu'il y accordait.
A la fin de sa carrière, on trouve une derrière trace de son usage en 1932, pour l’école du Colbras à Halluin et sans doute pour sa dernière réalisation en 1934 rue César Franck à Lille.
Le prix de revient et les caractéristiques techniques de ces scories ont intéressé les bâtisseurs, à une époque où le coût des matériaux était très nettement supérieur à celui de la main d’œuvre.
Le pisé de mâchefer, contrairement au pisé de terre, a la propriété de supprimer les problèmes d'humidité et d’augmenter les caractéristiques mécaniques du matériau.
Le mâchefer de déchets. A l’époque de Pagnerre, le mâchefer utilisé pour la construction ne provenait nullement des unités d’incinération. Le mâchefer de déchets ayant des caractéristiques impropres pour ce type d’usage, avec la présence d’impuretés et de polluants.
Les mâchefers de charbon et de déchets sont encore d’actualité avec des contraintes plus importantes pour les résidus d’incinération. On cite comme avantage une présence sur toute la planète indépendamment des ressources naturelles des carrières.
Références :
Le mâchefer un matériau prometteur (21 mars 2019)
Le mâchefer est le résidu de l'incinération du charbon ou des déchets dans les usines d'incinération. Le mâchefer de charbon, moins complexe à traiter car issu d’une seule matière première, est utilisé depuis des années dans la composition de ciment ou de béton. Le mâchefer issu de la combustion de déchets est, quant à lui, bien plus complexe à retraiter. Entretien avec Denise Blanc, spécialiste en mâchefer depuis 2010 et enseignante-chercheuse au laboratoire Déchets Eaux Environnement Pollutions (DEEP) de l’INSA Lyon depuis 2002.
Et quel avenir voyez-vous pour le mâchefer ?
Le mâchefer est un matériau qui intéresse de nombreux pays car il est produit dans le monde entier et permet une certaine indépendance vis-à-vis des pays producteurs de matières premières. Les Pays-Bas, pays avec une faible quantité de carrières, ont par exemple déjà ouvert l’utilisation du mâchefer pour d’autres applications qu’en sous couche des routes. Plus proche de chez nous, des étudiants de l'École Nationale Supérieure d'Architecture de Lyon (ENSAL) ont réalisé un projet de fin d’études pour concevoir du mobilier urbain avec du mâchefer. En lien avec le Grand Lyon et les Grands Ateliers, ils travaillent sur la réintégration de ce matériau dans nos usages quotidiens. Au sein même de l’INSA, des collègues chercheurs essayent d’utiliser le mâchefer pour traiter les biogaz à la place du charbon actif. Bref, le mâchefer a un bel avenir devant lui !
Le mâchefer dans la construction
Avant la guerre, le mâchefer n'était presque exclusivement employé que dans la construction des murs et des cloisons. En France, il était employé dans les régions pauvres en pierre à bâtir et riches en mâchefer : Lyon, St-Etienne, Roanne.
Les principaux avantages que l'on y trouvait étaient les suivants :
1° La légèreté du mâchefer, qui rend le coût de la main-d'œuvre moins élevée qu'avec le gravier.
2° Le prix d'achat, qui était nul ou presque.
3° Sa possibilité d'emploi par temps plus froid que pour le gravier.
On l'utilisait soit pour les murs en élévation au moyen de coffrages mobiles appelés banches, dont la mise en œuvre demande un certain tour de main que l'on rencontre chez les maçons des régions précitées. Il était employé également sous forme de dalles au mortier de chaux moulées à l'avance.
Aujourd'hui, le prix du mâchefer a augmenté dans des proportions très fortes. On payait normalement en octobre 1924 du mâchefer 20 francs le mètre cube, qui ne coutait, sur le même chan-lier, que 8 francs en octobre 1923, ce qui modifie le mode de construction dans le Sud-Est.
La construction en béton de mâchefer devient plus chère que celle en béton de gravier, malgré son prix de main-d'œuvre moindre. On peut dire qu'elle s’en va disparaissant, et on peut citer telle usine en construction à Lyon, occupant 20.000 mètres carrés de surface où le béton de gravier est exclusivement employé.
La principale cause d'augmentation du cout du mâchefer, est la disparition progressive des chaudières isolées et leur remplacement par des moteurs électriques, dont l'énergie est puisée aux rivières des montagnes.
Il ne restera bientôt comme sources de mâchefer que les foyers isolés qui ne peuvent être supprimés (usines où la chaleur est utile, locomotives à vapeur et usines à gaz).
Le mâchefer est donc devenu un matériau rare.
Pour que son emploi puisse persister, il faudrait qu'il ait par lui-même des qualités précieuses el spéciales, qui puissent le rendre utile dans certains cas particuliers. Or sur le gravier le mâchefer a les avantages suivants :
1° Il est plus léger,
2° C'est un mauvais conducteur de la chaleur et du son. (Coefficient de conductibilité, moitié de celui du gravier).
Sa légèreté peut être utile dans des constructions ou le poids propre est à considérer ; sa faible conductibilité de la chaleur lorsque l'on veut s'isoler de l'extérieur ; sa faible conductibilité all son pour séparer des pièces ou des appartements les uns des autres.
De ces trois considérations naissent les emplois principaux auxquels le mâchefer est appelé :
1° Faible poids propre : ponts, appontements, toiture, etc., là où la masse de l'ouvrage est considérable par rapport aux surcharges.
2° Faible conductibilité à la chaleur : toitures, planchers.
3° Faible conductibilité au son : planchers, cloisons.
Et nous voilà ainsi logiquement amenés au « béton de mâchefer armé ».
A l'appui de notre thèse, nous pouvons déjà citer des réalisations ; nous en avons mentionnées dans la « Revue du Béton Armé » de Février 1923 et de Mai 1923, et dans le « Génie Civil » du 24 Février 1921. Il est à remarquer, au sujet du plancher tronconique de la scène du Grand Théâtre de Lyon, que le parti qu'il fallait tirer de l’emplacement n’a pu être réalisé que grâce au béton de mâchefer plus léger que le béton de gravier. Nous venons de construire, à Lyon, une usine dont les bâtiments à sheds occupent 7.000 mètres carrés environ. Le plafond de ces sheds est constitué par un double hourdis en béton de mâchefer armé, ceci pour avoir une faible conductibilité thermique.
Nous avons exécuté des planchers à double hourdis et des cloisons insonores.
L'attention générale est désormais éveillée sur ce matériau. Nous ne pouvons que citer les remarquables recherches de l'Union Technique du Bâtiment, 9, Avenue Victoria, à Paris, où l'on étudie les propriétés du béton de mâchefer, de sa résistance, de sa rapidité de prise el aussi de ses dangers, car l'emploi du béton de mâchefer armé est extrêmement délicat et n'est pas sans motiver les plus grandes précautions. Il peut dans certains cas contenir des impuretés, notamment des sulfures qui peuvent avoir une action néfaste sur les aciers.
Lorsque l'Union Technique du Bâtiment aura mis au point ses recherches, et que les résultats obtenus par les promoteurs seront mieux connus, nous verrons probablement une poussée se produire en faveur de ce mode de construction qui est appelé à rendre dans des cas très différents, mais bien précis, les plus grands services.
Jean Clet, Ingénieur des Arts et Manufactures
Décembre 1924
Les briques de mâchefers (Hauts-de-France)
Mémoire de fin d’études présenté par Corentin Geay sous la direction de Marianne Puttemans enseignante d’histoire de l’architecture et de l’art - Année Académique : 2022-2023 (242 pages). " Le mâchefer dans la construction, un siècle d'évolution dans la Région Rhône-Alpes. " Extrait pages 85 à 92.
Nous pouvons retrouver des briques de mâchefer en région parisienne et dans le nord de la France. Les dimensions de cette brique sont classiques 22 x 10,5 x 6 cm. Cette brique n'est pas cuite comme une brique traditionnelle, c'est une brique compressée à la manière des moellons de mâchefer. Pour des raisons économiques et sa capacité énergétique, Gabriel Pagnerre fit bâtir le Vert Cottage, rue du Quesnelet, à Mons-en-Barœul, non loin de son premier cabinet, à partir de 1912, avec des briques de mâchefer grises et roses. Cette maison est considérée comme son chef d'œuvre.
Réalisée dans un style Arts and Crafts, l'architecte a su jouer avec la teinte des matériaux pour composer les murs. Ce sont des briques grisâtres, pas très appréciées pour leur couleur peu traditionnelle, qui sont finalement la signature de la maison. En plus des briques isolantes, la maison a de nombreuses particularités architecturales, comme des pavés de lumière et un système de chauffage au gaz, peu courant. L'architecte concevait des espaces confortables, innovant, alliant modernité et tradition. Il a aussi dessiné vitraux et mobilier, encore une fois, on voit le rapport entre modernité et artisanat. Pagnerre vend cette maison en 1922 et il s'installera à Lille (*).
(*) Eugène Gabriel Pagnerre, Architecte (4 octobre 1874 - 2 juin 1939) : LE LIVRE. (s. d.). Pagnerre blogspot.
Les briques de mâchefer sont constituées d'un liant au ciment, ce sont des briques qui ne sont pas cuites, les angles des briques ne sont pas saillants car le mâchefer a tendance à s'émietter au cours du temps. La surface du mur devient progressivement rugueuse. Comme énoncé plus haut, les dimensions de cette brique de mâchefer sont classiques, contrairement aux moellons de mâchefer dont les dimensions sont variables. Cependant la technique de compression-séchage reste la même. Ces deux techniques sont appelées « aggloméré de mâchefer ».
Les agglomérés étaient intéressants pour les architectes car les dimensions des moules pouvaient être personnalisées. Dans le mémoire de fin d'étude de Nathalie Ponchel de 1987 qui porte sur les travaux de l'architecte Gabriel Eugène Pagnerre, nous pouvons lire un article de l'architecte Pagnerre qui promeut l'utilisation de la brique agglomérée :
« AGGLOMERES DE MACHEFER »
« Le Crédit Mobilier de Lille refuse catégoriquement d'employer les blocs agglomérés de ciment pour la construction des habitations à bon marché. Il y a là un parti pris qui prouve que ce matériau n'est pas apprécié à sa juste valeur. C'est pourquoi, je crois faire œuvre utile en prenant sa défense par l'exposé qui va suivre et ou je me suis appliqué à n'appuyer mon opinion que sur des données techniques rationnellement interprétées. Quelques-uns de mes camarades de la Société Française des Architectes ont visité avec moi récemment, l'Usine d'agglomérés de M. Delcourt, ingénieur I.D.N., à Sequedin. Nous avons été émerveillés de la perfection de sa fabrication et de la qualité des matériaux produits.
Il s'est rencontré des agglomérés défectueux, nul ne songe à le contester. Mais la mauvaise brique est beaucoup plus fréquente. D'autre part, le prix de la brique devient de plus en plus inabordable. Le temps n'est pas loi ou les constructeurs renonceront au préjugé de la brique et à l'obsession du mur de 0.34, où le mur portant fera place au poteau. L'ossature monolithe en Béton armé à résistance précise et mathématique se prête avec souplesse à tous les efforts. Elle est comparable au squelette des êtres inanimés et appelle un matériau de remplissage d'un type nouveau dont les qualités principales seront la légèreté, l'isothermie et l'hydrofugie.
Or, le parpaing de mâchefer recouvert d'un enduit de ciment de 2 centimètres répond parfaitement à ces conditions. J'ai eu l'occasion, au cours de mes voyages d'études en Allemagne et en Hollande, d'examiner comment on l'emploie, et quel usage considérable, on en fait. Il est utilisé pour les constructions les plus importantes par des architectes dont les noms seuls sont une référence mondiale : W. Gropius, Hannes Meyer, Mies Van der Rohe, Hilberseimer, Ernst May, Bruno Taut, Franc weber, etc...
Il en est résulté que la fabrication des parpaings s'est intensifiée, industrialisée et perfectionnée dans ces pays où les organisations sont si grandioses et si intelligentes.
Deux techniques sont employées en Allemagne pour l'utilisation des parpaings perfectionnés : D'une part, le bloc avec assemblage, les dispositifs creux ; d'autre part, le parpaing creux. On emploie également la plaque parpaing 3m. + 1.50 en 10 cm. en double cloison, avec matelas d'air de 5 à 10 cm. Jamais, je n'ai entendu articuler le moindre reproche contre les agglomérés de mâchefer ainsi utilisés.
Au Bauhaus de Dessau, en 1927, j'ai entendu une conférence de Hannes où il traitait de l'utilisation du béton de mâchefer considéré au point de vue de son intérêt social. Il citait notamment, l'opinion de M. Rabut, inspecteur général des Ponts et Chaussée en France, qui a établi par des études minutieuses et des calculs précis que le béton de mâchefer est généralement plus résistant, à dosage égal, que le béton de gravier. D'ailleurs, ne tombe-t-il pas sous le sens de tout technicien averti que la résistance d'un béton de mâchefer à 200 kg de Portland, et mécaniquement comprimé à forte pression, ne peut être que supérieure à celle de la brique ?
Une preuve décisive du parti que l'on peut tirer des agglomérés de mâchefer est fournie par l'usage exclusif qui en a été fait pour l'exposition de Stuttgart, en 1927. Le retentissement de cette innovation fut considérable, car elle marque le point de départ d'une nouvelle technique allemande qui a permis de réaliser un programme d'une ampleur telle, que le programme Loucheur n'est à ses côtés qu'un timide essai.
Je me propose de revenir dans un prochain article sur ce point de vue. En attendant, je ne saurais trop recommander à ceux de mes confrères qui boudent les méthodes modernes d'aller visiter le nouveau Berlin-Friednau et les quartiers les plus récemment bâtis de Francfort-sur-le-Mein. Ils renonceront à leurs partis pris. »
Gabriel PAGNERRE.
L'usine Delcourt était située à proximité de la centrale électrique de Sequedin. L'usine électrique produisait de l'électricité pour la ville de Lille à partir de 1906 (**).
(**) Flanquart, Hervé. (1989). Les débuts de l’électricité dans quelques villes du nord de la France. Bulletin d’histoire de l’électricité, 13(1), p.31-42.
Le mâchefer était transformé en aggloméré de plusieurs dimensions (***).
(***) Voir annexe 6
En 1932, l'architecte Pagnerre fera appel à la même société de fabrication d'agglomérés de mâchefer pour le chantier de l'école du Colbras Jules Guesde à Halluin. Il est important de montrer que l'architecte conçoit un appareillage particulier pour la construction des murs de l'école. C'est un système avec double paroi, séparé d'une lame d'air, quelques agglomérés sont disposés en boutisse afin d'étançonner les des parois verticales (****). L'école fut démolie en 2009.
(****) Voir annexe 7, à la fin
En conclusion
Gabriel Pagnerre était un architecte qui n'avait pas d'appréhension à utiliser ces nouveaux matériaux. A l'époque, beaucoup de ses confrères ne voulaient pas utiliser cette brique agglomérée. Mais pour des raisons financières et de confort thermique, il n'hésitera pas à promouvoir ce matériau. Car la brique traditionnelle devient trop chère et certaines s'avèrent être de moindre qualité.
La brique de mâchefer en parement extérieur reste très fragile, très friable elle demande une attention particulière. Elle fut très peu employée, telle quelle. Quelques exemples sont visibles dans la région parisienne, plus particulièrement à Saint-Denis. Cette brique n'a pas été utilisée dans la région lyonnaise, qui n'a pas une culture de la construction en brique. Les briques, comme les blocs béton de mâchefer, sont vouées à être enduites. Il est rare de trouver des briques de cette nature apparente du fait de sa médiocre qualité. La maison de Gabriel Pagnerre est unique en son genre.
La disposition des bâtiments est la suivante :
En bordure de la rue et séparées de celle-ci par une avant-cour, se trouvent, de chaque côté du terrain, les maisons d'Instituteurs entourées d'un jardin de 200m et au centre une allée centrale avec entrée en exèdre formant dégagement conduit à chacune des entrées d'écoles.
Celle-ci se trouve à environ 50 m de la rue, la façade principale orientée au Nord Est et la façade postérieure au Sud-Ouest.
CONSTRUCTION
Le bâtiment des classes comprend deux salles au rez-de-chaussée et une à l'étage, il sera possible d'y adjoindre une 4° classe le cas échéant.
La classe de droite est destinée aux garçons avec son entrée et sa cour spéciale.
La classe de gauche est destinée aux petits enfants, elle est au rez-de-chaussée pour ce motif, elle a son entrée et sa cour commune avec la classe des filles qui sera située à l'étage.
l'ossature du bâtiment de l'école est en béton Armé avec remplissage en parpaings " DELCOURT " fabriqué mécaniquement en usine et mis en œuvre selon les principe du croquis ci-après.
Le matelas d'air circulant entre les deux parois constitue un isolement thermique parfait (insonorité inertie calorique, hygrométrie).
L'aggloméré mis en boutisse vient étançonner fortement les deux parois verticales et " cloisonner " le matelas d'air pour couper, ou contrarier les courants de convection.
Les trois évidements de chaque bloc viennent renforcer le " travail de respiration " du mur.
La toiture terrasse est constituée par une dalle en béton armé avec hourdis en corps creux en béton de mâchefer recevant un béton de pente taloché et lissé puis une chape asphaltée " GUM "
VESTIAIRES - COULOIRS - ESCALIERS.
Chaque classe est pourvue d'un dégagement formant vestiaire avec lavabo.
Le vestiaire est constitué par des crochets porte manteaux et des rayonnages permettant aux élèves de placer un sac à provisions.
La porte d'entrée des classes s'ouvre sur ces dégagements qui permettent d'accéder directement à la cour.
Le sol est carrelé avec plinthes à gorges.
On accède à l'étage par un escalier en béton armé de 2 volées séparées par un palier, largeur 1m45, giron 0,30, hauteur de marche 0,16.
La balustrade à gradins formant angles saillants pour éviter les glissades, fera l'objet d'un détail.
