Compromises in outdoor heritage ironwork restoration

Favre, Julien

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2026_MA-CROSTH-Favre Julien_Compromises outdoor heritage ironwork restoration_Corrigendum.pdf

Master thesis

Compromises in outdoor heritage ironwork restoration : The case of the thermal zinc spraying and paint topcoat system

Favre, Julien Haute Ecole Arc Conservation-restauration

Neuchâtel : Haute Ecole Arc Conservation-restauration

104 p.

Master of Arts HES-SO en Conservation-restauration: Haute Ecole Arc Conservation-restauration, 2026

English French In the field of ironwork restoration in French-speaking Switzerland, protection against corrosion is commonly achieved by applying a layer of zinc using thermal spraying. This method is the subject of this study. It involves propelling molten zinc onto the surface of a structure that has been sandblasted beforehand. The zinc coating then provides an ideal substrate for the application of a protective and decorative paint finish.
The restoration of heritage ironwork conserved outdoors is a field dominated by metalworkers and blacksmiths. A quantitative and qualitative field study was carried out amongst them to select the subject of this study. The interviews also revealed a lack of maintenance for ironwork in the built heritage, partly due to neglect and in part due to the inaccessibility of the structures.
One of the major advantages of a zinc-based coating is its ability to act as cathodic protection: it corrodes first when the steel is exposed, for example due to a defect or an impact. However, for thermal zinc spraying to work effectively, thorough surface preparation is required. This involves the removal of the material constituting the surface of the historic ironwork (paint, surface oxides). This preparation, usually carried out by abrasive blast cleaning, results in a rough, metallic surface.
This study quantified the loss of metal caused by abrasive blast cleaning. It was found that the loss of material is related to the grain size of the abrasive. It is therefore possible to significantly reduce metal loss by switching from the coarsest to the finest grade of the same abrasive (garnet). Adhesion tests confirmed that this reduction in surface roughness does not affect the adhesion of the overlying zinc layer.
The study also investigated the protective properties of the coating, particularly when it is defective. The intact coating resists immersion and leaching under constant drip conditions for several weeks. It shows no signs of water uptake or degradation. When artificial defects expose the steel surface, the zinc fulfils its role of cathodic protection. Under immersion, the bulky corrosion products of the zinc are deposited within the defect and corrosion rates decrease over time: in this case, the zinc is self-repairing the defect.
In summary, thermal zinc spraying is an effective protective system, but one that involves a compromise: the loss of historic material in exchange for long-term preservation. Less invasive restoration methods do exist but require careful consideration and ongoing maintenance. The choice of treatment must be made on a case-by-case basis, depending on the context surrounding the structure. Dans le domaine de la restauration de ferronneries en Suisse romande, la protection contre la corrosion est couramment garantie par l’application d’une couche de zinc exécutée par projection thermique. Cette méthode constitue le sujet d’étude de ce travail. Elle consiste à propulser du zinc en fusion sur la surface d’un ouvrage au préalable sablé. La couche de zinc constitue ensuite un support idéal pour l'application d’une peinture protectrice et esthétique.
La restauration de ferronneries patrimoniales conservées en extérieur est une activité dominée par les serruriers et forgerons. C’est auprès d’eux qu’a été effectuée une étude de terrain quantitative et qualitative pour le choix du sujet d’étude. Les entretiens ont révélé également une absence de maintenance pour la ferronnerie dans le patrimoine bâti, d’une part par négligence, d’une autre par inaccessibilité des ouvrages.
Un des grands avantages d’un revêtement à base de zinc est sa faculté d’agir comme une protection cathodique : il corrode prioritairement en cas de mise au jour de l’acier, lors d’un défaut ou d’un impact par exemple. Pour bien fonctionner, la projection thermique de zinc nécessite en contrepartie un décapage complet. Il implique la perte de la matière constituant la surface de la ferronnerie historique (peinture, oxydes de surfaces). Ce décapage, réalisé généralement par sablage, permet d'obtenir une surface métallique et rugueuse.
Cette étude a permis de quantifier la perte de métal causée par le sablage. Il a été constaté que la perte de matière est relative à la granulométrie de l’abrasif. Il est ainsi possible de diminuer considérablement la perte de métal en passant du plus grossier au plus fin du même abrasif (grenat). Des essais d’adhérence ont confirmé que cette diminution de rugosité n’influe pas sur la tenue de la couche de zinc surjacente.
L’étude a également investigué les capacités protectrices du revêtement, en particulier lorsqu’il est défectueux. Le revêtement intact résiste durant plusieurs semaines dans des conditions d’immersion et de lessivage sous un goutte-à-goutte constant. Il ne montre aucun signe de prise d’eau ou de dégradation. Lorsque des défauts artificiels exposent la surface de l’acier, le zinc joue son rôle de protection cathodique. En immersion, les produits de corrosion volumineux du zinc se déposent dans le défaut et les taux de corrosion diminuent avec le temps : le zinc est dans ce cas auto-réparateur.
En somme, la projection thermique de zinc est un système protecteur et efficace, mais qui impose un compromis : la perte de matière historique pour une préservation sur le long terme. Des méthodes de restauration moins invasives existent mais impliquent de la considération et de la maintenance. Le choix du traitement est à prendre au cas par cas en fonction du contexte environnant l’ouvrage.

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