Le secret du béton ultra-résistant utilisé par les anciens Romains a été découvert : la recherche

Les monuments romains antiques réalisés en béton semblent éternels : le mystère de la longévité de ce matériau, qui peut résister à des millénaires, a enfin été résolu.

Le béton utilisé dans la Rome antique est incroyablement résistant

Science Advances

Inutile de le nier, les anciens Romains étaient des architectes experts, tant et si bien que de nombreux monuments et édifices qu'ils ont créés ont survécu jusqu'à nos jours. La plupart d'entre eux, tels que le Colisée et le Panthéon de Rome en Italie, ont été construits en utilisant du béton, un matériau de construction composé d'un mélange de sable, de gravier, d'eau et de liant. Sans parler des anciens aqueducs, dont certains continuent à fournir de l'eau à la ville de Rome. Pendant de nombreuses années, les chercheurs ont tenté de comprendre le secret de ce matériau super résistant, et une nouvelle étude a réussi à en découvrir un peu plus à ce sujet, faisant ainsi des avancées importantes dans la compréhension de ce mystère.

L'équipe internationale, composée de chercheurs de l'Université Harvard, du MIT et de laboratoires suisses et italiens, a découvert que le béton ancien était produit de manière à inclure une stratégie d'autoréparation. Auparavant, les experts pensaient que le secret de la résistance de ce matériau résidait dans la cendre volcanique de Pozzuoli, située dans le golfe de Naples en Italie, qui était envoyée dans l'ensemble de l'Empire romain pour être utilisée dans la construction et que de nombreux textes de l'époque décrivent comme un élément crucial pour le béton. "Les ciments de la Rome antique ont survécu pendant des millénaires, mais la compréhension mécanique de leur longévité reste une énigme", indique l'étude.

Des clastes de chaux découverts dans le béton romain antique

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L'équipe a analysé des échantillons qui, lors d'un examen plus approfondi, se sont révélés contenir de minuscules clastes de chaux, présents dans tous les ciments romains. Ce sont de petits éléments d'un blanc éclatant dérivant de la chaux, également largement utilisée dans le mélange du béton ancien. Cependant, comme le souligne le premier auteur de l'étude, Admir Masic, ils sont absents dans le béton utilisé aujourd'hui : "Ces éléments ne se trouvent pas dans les formulations modernes de béton, alors pourquoi sont-ils présents dans ces matériaux anciens ?"

Avant l'étude, on les considérait comme de simples éléments de qualité médiocre pour le mélange du ciment, mais l'équipe a démontré une réalité différente : ce sont précisément les petits clastes de chaux qui confèrent au béton la capacité de s'autoréparer, un aspect auparavant ignoré. "L'idée que la présence de ces clastes de chaux était simplement attribuée à un contrôle de qualité médiocre m'a toujours dérangé. Si les Romains mettaient tant d'efforts à créer un matériau de construction exceptionnel, suivant toutes les recettes détaillées qui avaient été optimisées au fil de nombreux siècles, pourquoi auraient-ils alors si peu d'attention pour assurer la production d'un produit final bien mélangé ? Il doit y avoir autre chose dans cette histoire", a expliqué Masic.

Après avoir cartographié chimiquement les clastes de chaux et utilisé des techniques d'imagerie à haute résolution, l'équipe a obtenu de nouvelles données sur ces composants sous-estimés du béton. La croyance commune était que la chaux, avant d'être ajoutée au ciment romain, était mélangée à l'eau pour la rendre réactive, mais cela ne pouvait pas suffire à expliquer la présence des clastes calcaires.

Voici le secret du béton des anciens Romains

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Ainsi, Masic s'est demandé si les Romains n'avaient pas directement utilisé de la chaux vive, c'est-à-dire sa forme la plus réactive. En examinant les anciens échantillons de béton, lui et ses collègues ont conclu que les clastes étaient composés de différentes formes de carbonate de calcium, formées à des températures très élevées. Cela correspond à l'hypothèse de l'utilisation de la chaux vive, qui a provoqué une réaction exothermique une fois ajoutée au mélange. L'équipe a ainsi découvert que le secret de la longévité du béton réside dans le mélange à chaud, le rendant très résistant et durable. Cela aurait deux avantages, selon Masic : "Premièrement, lorsque le béton global est chauffé à des températures élevées, il permet des réactions chimiques qui ne seraient pas possibles avec seulement de la chaux éteinte. Deuxièmement, cette augmentation de température réduit considérablement les temps de durcissement et de prise, car toutes les réactions sont accélérées, permettant une construction beaucoup plus rapide."

Dans le mélange à chaud, les clastes de chaux produisent une structure fragile, créant une source de calcium réactif et facilement destructible. Lorsque des fissures commencent à se former dans le béton, le matériau réagit avec l'eau et donne naissance à une solution saturée de calcium, qui peut remplir les fissures en les scellant. Pour tester cette théorie, les auteurs ont réalisé des tests en laboratoire, observant les fissures délibérément provoquées se refermer en l'espace de deux semaines. La prochaine étape consistera à breveter cette ancienne variante de béton régénéré afin de réduire l'impact environnemental du ciment moderne.