Nous savons enfin comment le béton romain antique a réussi à durer des milliers d'années : ScienceAlert

Les anciens Romains étaient des maîtres en matière de construction et d’ingénierie, peut-être plus particulièrement représentés par les aqueducs. Ces merveilles encore fonctionnelles reposent sur un matériau de construction unique : le béton pouzzolanique, un béton étonnamment durable qui conférait aux structures romaines leur incroyable résistance.

Aujourd'hui encore, l'un de leurs édifices – le Panthéon, encore intact et vieux de près de 2 000 ans – détient le record du plus grand dôme en béton non armé au monde.

Les propriétés de ce béton sont généralement attribuées à ses ingrédients : la pouzzolane, un mélange de cendres volcaniques – du nom de la ville italienne de Pozzuoli, où l'on en trouve d'importants gisements – et Citron vert. Lorsqu’ils sont mélangés à de l’eau, les deux matériaux peuvent réagir pour produire un béton solide.

Mais il s’avère que ce n’est pas toute l’histoire. Et en 2023, une équipe internationale de chercheurs dirigée par le Massachusetts Institute of Technology (MIT) a découvert que non seulement les matériaux étaient un peu différents de ce que nous pensions, mais que les techniques utilisées pour les mélanger étaient également différentes.

Les preuves fumantes étaient de petits morceaux de chaux blanche que l'on pouvait trouver dans ce qui semblait être du béton bien mélangé. La présence de ces pièces avait déjà été attribuée à un mauvais mélange ou à un mauvais mélange des matériaux, mais cela n'avait aucun sens pour le spécialiste des matériaux Admir Masek du MIT.

« L’idée que la présence de ces blocs calcaires soit simplement due à un mauvais contrôle qualité m’a toujours dérangé. » Macek a dit Retour en janvier 2023.

« Si les Romains ont déployé tant d'efforts pour fabriquer un matériau de construction de première qualité, en suivant toutes les recettes détaillées qui ont été affinées au fil de nombreux siècles, pourquoi ont-ils déployé si peu d'efforts pour garantir l'obtention d'un produit final bien mélangé ? à cette histoire. »

Macek et l'équipe, dirigée par Linda Seymour, ingénieur civil du MIT, ont étudié des échantillons de béton romain vieux de 2 000 ans provenant du site archéologique de Perevernum en Italie. Ces échantillons ont été soumis à une microscopie électronique à balayage de grande surface, à une spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie, à une diffraction des rayons X sur poudre et à une imagerie Raman confocale pour mieux comprendre les masses calcaires.

Une des questions qui me préoccupait était la nature de la chaux utilisée. La compréhension standard du béton pouzzolanique est qu'il est utilisé Chaux hydratée. Tout d’abord, le calcaire est chauffé à haute température pour produire une poudre caustique hautement réactive appelée calcaire. Chaux viveOu de l'oxyde de calcium.

Le mélange de chaux vive avec de l'eau produit de la chaux éteinte, ou hydroxyde de calcium : une pâte moins réactive et moins caustique. Selon la théorie, c’était cette chaux hydratée que les anciens Romains mélangeaient à la pouzzolane.

D'après l'analyse de l'équipe, les blocs de chaux trouvés dans leurs échantillons ne correspondaient pas à cette méthode. Alternativement, le béton romain peut avoir été fabriqué en mélangeant de la chaux vive directement avec de la pouzzolane et de l'eau à des températures extrêmement élevées, seule ou en plus de la chaux hydratée, un processus que l'équipe appelle « mélange à chaud » qui produit des miettes de chaux.

« Les avantages du mélange à chaud sont doubles. » Macek a dit.

« Premièrement, lorsque le béton de granulats est chauffé à des températures élevées, cela permet des réactions chimiques qui ne seraient pas possibles si vous utilisez uniquement de la chaux hydratée, créant des composés liés à haute température qui ne pourraient pas se former autrement. Deuxièmement, cette température accrue réduit considérablement le durcissement et temps de durcissement puisque toutes les réactions sont accélérées, ce qui permet une construction beaucoup plus rapide.

Il présente un autre avantage : les miettes de chaux confèrent au béton une remarquable capacité d’auto-cicatrisation.

Lorsque des fissures se forment dans le béton, elles se déplacent préférentiellement vers des blocs de chaux, qui ont une surface plus élevée que les autres particules de la matrice. Lorsque l'eau pénètre dans la fissure, elle réagit avec la chaux pour former une solution riche en calcium qui sèche et durcit comme du carbonate de calcium, recollant la fissure et l'empêchant de se propager davantage.

ce On a remarqué Dans du béton provenant d'un autre site vieux de 2 000 ans, la tombe de Cecilia Metella, où les fissures du béton étaient remplies de calcite. Cela pourrait également expliquer pourquoi le béton romain des digues construites il y a 2 000 ans est resté intact pendant des milliers d’années malgré le martèlement constant des océans.

Ainsi, l’équipe a testé ses découvertes en fabriquant du béton pouzzolanique à partir de recettes anciennes et modernes utilisant de la chaux vive. Ils ont également réalisé des bétons témoins sans chaux vive et réalisé des tests de fissuration. Effectivement, le béton calcaire fissuré a complètement durci en deux semaines, mais le béton témoin est resté fissuré.

L'équipe travaille maintenant à commercialiser son béton comme une alternative plus respectueuse de l'environnement au béton actuel.

« Il est passionnant de réfléchir à la manière dont ces compositions de béton plus durables peuvent augmenter non seulement la durée de vie de ces matériaux, mais également à la manière dont elles peuvent améliorer la durabilité des compositions de béton imprimées en 3D. » Macek a dit.

La recherche a été publiée dans Avancement de la science.

Une version de cet article a été publiée pour la première fois en janvier 2023.