Estimation du recouvrement

La principale conséquence du développement de micro-organismes sur supports cimentaires étant d’ordre esthétique, une estimation visuelle est suffisante pour juger de la nécessité de procéder à un nettoyage ou à un ravalement de la façade.

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Cependant, lorsque des expériences de croissance accélérée sont menées en laboratoire afin de caractériser l’influence de divers paramètres influents (caractéristiques du support, conditions environnementales…) ou les performances de matériaux inhibiteurs de croissance, des techniques de caractérisations plus évoluées, s’affranchissant de la subjectivité de l’œil de l’observateur, doivent être mise en place. L’utilisation de techniques utilisant l’analyse d’image est un bon moyen d’y parvenir.

De manière générale, l’analyse d’image a pour but de fournir une description quantitative de l’image ou une reconnaissance de formes. Cependant, les techniques de ce type appliquées aux développements des algues sur les supports sont peu nombreuses et se résument souvent à un comptage des pixels attribués aux algues et des pixels attribués au support (Barberousse 2006). A cet égard, le chapitre suivant présente une technique d’analyse d’image permettant d’identifier différentes zones de développement dans le cas où celui-ci présente des variations de teintes. Ces méthodes montrent rapidement leurs limites lorsque la colonisation totale de la surface est atteinte. En effet, à ce stade, la colonisation continue et son évolution peut être observée par un changement de l’intensité de la teinte. Des méthodes complémentaires doivent donc être mises en œuvre pour continuer à suivre l’évolution de la colonisation. Une méthode possible est de réaliser un suivi des spectres en réflexion des échantillons.

2.2.1 Estimation de l’étendue surfacique par analyse d’image

Dubosc (2000) et Escadeillas et al. (2009) ont développé une technique d’analyse d’image permettant d’estimer l’étendue du recouvrement algueux sur un matériau. Cette technique décompose une image numérique de la surface colonisée en différentes zones de teintes similaires. Il est alors possible de différencier les zones de développements d’algues des zones non colonisées et de déterminer leurs aires.

Dans cette méthode, la prise de vue est effectuée à l’aide d’un scanner à plat de bureautique. Ce type d’appareil a pour principal avantage de garantir des conditions constantes d’illumination, de taille d’image et de paramètres de prise de vue. S’affranchir de la variation de ces paramètres permet de faciliter grandement le traitement des images obtenues. Cependant, la forte luminosité produite par l’appareil peut, dans certains cas, aboutir à la mort des cellules constituant le revêtement d’algues (Dubosc, 2000 ; Escadeillas et al. 2009). Les prises de vues réalisées par cette méthode lors du déroulement d’un test de colonisation accélérée risquent donc de perturber la colonisation du matériau.

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Au niveau informatique, chaque pixel est défini selon trois composantes (rouge, vert, bleu) pouvant prendre chacune 256 valeurs différentes. La méthode des nuées dynamiques (K-Means-like method) permet de regrouper ces pixels dans un nombre de classes définies et donc de distinguer les pixels verdâtres représentatifs des algues de ceux grisâtres des zones non colonisées du matériau cimentaire. Quand les développements d’algues sont homogènes, une séparation en deux classes est suffisante. Dans le cas contraire, il est possible de définir des classes supplémentaires correspondant à des zones d’intensités de recouvrement différentes tel qu’il est représenté par la Figure I-13. La Figure I-14 montre que le bullage de surface est assimilé, par cette méthode, à des zones colonisées, ce qui peut baisser significativement la précision de l’analyse. Il est possible de s’affranchir de ce phénomène par une analyse de l’échantillon non colonisé, ce qui permet de prendre en compte la surface initialement occupée par les bulles.

Figure I-13 : Traitement d’une image d’un mortier colonisé avec une séparation en 3 classes (Escadeillas et al. 2009)

Figure I-14 : Traitement de l’image d’un mortier colonisé, présentant un important bullage de surface (Escadeillas et al. 2009)

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La méthode d’analyse d’image présentée ici se déroule donc en deux phases (Escadeillas et al. 2009) :  la méthode des nuées dynamiques est appliquée à l’image de l’échantillon acquise avant la

colonisation. La surface occupée par le bullage est retranchée à l’aire totale du mortier,  la méthode est appliquée à l’image acquise après colonisation pour obtenir le pourcentage

de mortier colonisé hors bulles.

Afin de quantifier la surface de matériau colonisée par les algues, une autre méthode a été utilisée par De Myunck et al. (2009). Le principe est basé sur le traitement des coordonnées colorimétriques obtenues dans l’espace CIE Lab. Ce système définit une couleur dans un espace sphérique en utilisant trois composantes :

 a*

représentela gamme du rouge au vert,  b*

représente la gamme du jaune au bleu,  L est la clarté qui va de 0 (noir) à 100 (blanc).

La mesure de l’étendue de la colonisation est effectuée en déterminant visuellement un seuil de la valeur de b* au-delà duquel la surface est colonisée. Les pixels de l’image de l’échantillon caractérisés par des valeurs de b* supérieurs à ce seuil sont convertis en pixels blanc, le reste de l’image est convertie en noir. Le dénombrement des deux catégories de pixels permet alors d’accéder à l’aire de surface colonisée.

2.2.2 Estimation de la densité du recouvrement par des mesures de réflectance

La méthode d’analyse d’image présentée ci-dessus permet d’estimer l’étendue surfacique d’une colonisation algueuse à la surface des matériaux de construction mais ne donne pas de renseignements sur l’intensité du recouvrement. La mesure de ce paramètre est toutefois intéressante car l’impact esthétique d’une colonisation sur une façade dépend non seulement de sa forme et de sa couleur mais aussi de l’intensité de sa teinte.

Une méthode basée sur des mesures de réflectance a été mise au point par Dubosc (2000) et Escadeillas et al. (2009). Elle consiste à mesurer la réflexion et l’absorption d’une surface pour chaque longueur d’onde d’un éclairement donné. L’augmentation de l’intensité de la colonisation algueuse s’accompagne de l’augmentation de l’absorption (et donc de la baisse de la réflectance) sur l’ensemble des longueurs d’ondes mesurées (entre 400 et 700 nm). La Figure I-15 montre l’influence de la présence d’une colonisation d’algues sur la réflectance de mortiers. On constate que la croissance des algues à la surface des mortiers s’accompagne d’une nette augmentation de l’absorption sur l’ensemble des longueurs d’ondes. Ce phénomène est particulièrement marqué entre 400 et 500 nm et vers 665 nm, longueurs d’ondes où l’absorption par les algues est maximale.

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Figure I-15 : Courbes de réflectance d’un mortier avant et après colonisation par des algues (Dubosc 2000)

L’intensité du recouvrement est estimée par la différence entre les valeurs de réflectance moyenne du mortier avant et après colonisation, la réflectance moyenne étant définie comme la moyenne des valeurs de réflectance mesurées entre 400 et 700 nm.

Le niveau de réflectance initial et donc le pouvoir de perte de réflectance variant avec la formulation des mortiers, il est nécessaire de pondérer les valeurs de pertes de réflectance par le niveau de réflectance initial pour pouvoir comparer les résultats obtenus sur des formulations de mortiers différentes.

La procédure s’effectue alors de la manière suivante :

 la réflectance moyenne du prisme est mesurée avant inoculation Ri,  la réflectance moyenne du prisme est mesurée après inoculation Rc,

 la valeur pondérée Rcpond est calculée en considérant que Ri vaut 100 % : Rcpond = 100*Rc/Ri,  la perte de réflectance moyenne pondérée vaut alors 100-Rcpond.

Une méthode, également basée sur des mesures de réflectance, a été utilisée par De Myunck et al. (2009). La procédure est basée sur le suivi de la réflectance de l’échantillon à 700 et 670 nm. La mesure à 670 nm rend compte de l’absorption dans le rouge du support colonisé alors que la mesure

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à 700 nm (longueur d’onde où l’absorption de la lumière par les algues est négligeable) permet de s’affranchir de l’influence de l’humidité sur les spectres en réflectance obtenus. Par comparaison des valeurs de réflectance avant et après colonisation, un indice représentatif de l’intensité des zones colonisées par les algues peut être déterminé.

2.3 Répétabilité des expériences de croissance accélérée en laboratoire et précision des