Ils ont résisté à la chute d’un empire, au carnage de grandes guerres et à la fondation d’un nouveau pays. Mais la raison pour laquelle les structures en béton romain sont si durables est restée un mystère.
Aujourd’hui, les chercheurs disent avoir découvert une explication possible : la technique utilisée pour fabriquer le matériau a peut-être contribué à lui conférer des propriétés d’auto-guérison.
« Le Panthéon n’existerait pas sans le béton tel qu’il était à l’époque romaine », a déclaré Admir Masic, professeur de génie civil et environnemental au MIT et auteur principal de l’article.
Mais, a-t-il ajouté, bien que l’auteur et philosophe romain Pline l’Ancien ait noté que le béton pouvait devenir plus solide avec l’âge, il est peu probable que les Romains aient été conscients de la chimie impliquée – ou de la durée de vie du matériau.
« Ils savaient que c’était un excellent matériau, mais ils ne savaient probablement pas qu’il durerait des milliers d’années », a déclaré Masic.
Le béton romain a été produit à l’aide de morceaux de roche volcanique et d’autres agrégats maintenus ensemble par un mortier composé d’ingrédients comprenant une pouzzolane (comme la cendre volcanique), une source de chaux (oxyde de calcium) et de l’eau.
Parmi les explications précédentes de la résistance du matériau, les chercheurs ont révélé que le béton des brise-lames et des piliers romains contient les minéraux alumineux tobermorite et phillipsite qui ont contribué à renforcer le béton.
Maintenant, les chercheurs disent qu’il semble que les techniques utilisées pour préparer le béton romain pourraient également aider à expliquer pourquoi il a résisté à l’épreuve du temps.
Écrivant dans la revue Science Advances, Masic et ses collègues notent que des échantillons de béton romain contiennent de petits morceaux appelés clastes de chaux qui ne se trouvent pas dans les structures modernes.
Bien que ceux-ci aient été précédemment expliqués comme résultant d’un mauvais mélange du mortier ou d’autres erreurs, l’équipe soupçonnait qu’il pourrait y avoir d’autres raisons.
Ils ont examiné un échantillon de béton romain d’un mur de l’ancienne ville de Privernum près de Rome, révélant que les clastes de chaux qu’il contient contiennent différentes formes de carbonate de calcium, dont certaines ont tendance à apparaître dans des conditions où l’eau n’est pas librement disponible.
L’équipe a découvert que les clastes étaient poreux avec des fissures, ce qui suggère également qu’ils se sont formés dans un environnement à haute température et à basse eau.
Les chercheurs disent que cela suggère que la chaux vive n’a pas été mélangée à de l’eau avant d’être ajoutée aux autres ingrédients. Au lieu de cela, il est probable qu’il ait été ajouté aux cendres et aux agrégats en premier, avant l’ajout d’eau.
Cette approche est connue sous le nom de « mélange à chaud » en raison de la chaleur produite. L’équipe ajoute que ces températures élevées auraient non seulement aidé le mortier à prendre, mais auraient également réduit la teneur en eau dans et autour des clastes de chaux, expliquant leurs résultats.
L’équipe propose que les clastes de chaux résultants auraient pu aider le béton à « s’auto-guérir », car l’eau s’infiltrant dans les fissures du matériau dissoudrait le carbonate de calcium lors de son passage à travers les clastes de chaux.
La fracture du béton pourrait alors s’auto-cicatriser soit par la réaction de ce fluide riche en calcium avec la matière volcanique, soit par recristallisation du carbonate de calcium. En effet, l’équipe note que des fissures remplies de carbonate de calcium ont récemment été découvertes dans le béton romain.
Pour tester leur théorie, Masic et ses collègues ont fabriqué du béton d’inspiration romaine, qu’ils ont fracturé mécaniquement. Ils ont ensuite espacé les morceaux de 0,5 mm et les ont exposés à de l’eau courante pendant 30 jours. Les échantillons qui contenaient des clastes de chaux scellés avec de la calcite nouvellement formée, mais les échantillons de contrôle fabriqués sans clastes de chaux sont restés fracturés.
Masic a déclaré que l’approche romaine pourrait s’avérer utile dans la construction moderne.
« Les approches d’inspiration romaine, basées par exemple sur le mélange à chaud, pourraient être un moyen rentable de prolonger la durée de vie de notre infrastructure grâce aux mécanismes d’auto-guérison que nous illustrons dans cette étude », a-t-il déclaré.