Bien que construites il y a des milliers d’années, certaines structures en
béton à travers le monde ont étonnamment résisté à l’épreuve du temps. Le
Panthéon de Rome, par exemple, a été construit entre 126 et 128 après J.-C.
et pourtant, son dôme en béton non armé défie l’usure du temps. Quelques
anciens aqueducs romains sont même encore en service, acheminant
régulièrement l’eau à travers le pays. Qu’est-ce que ce béton vieux de 2000
ans peut bien avoir de spécial ? Et comment pouvons-nous construire des
bâtiments aussi durables que les édifices emblématiques de l’empire romain
? Dans un article publié par la revue
Science Advances
, des ingénieurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) apportent
une réponse fascinante. Ils pensent que de petits minéraux appelés «
clastes de chaux » ont donné au béton ancien une sorte de capacité
réparatrice.
Pendant des années, les scientifiques ont supposé que la présence de cet
élément dans les mélanges de béton anciens était accidentelle, résultat
d’un mauvais mélange et d’une inattention. «
L’idée que la présence de ces clastes de chaux était simplement
attribuée à un contrôle de qualité insuffisant m’a toujours dérangé
»,
déclare
Admir Masic, professeur d’ingénierie civile et environnementale au MIT et
auteur principal de l’étude. «
Si les Romains ont consacré tant d’efforts à la fabrication d’un
matériau de construction exceptionnel, en suivant toutes les recettes
détaillées qui ont été optimisées au cours de nombreux siècles,
pourquoi auraient-ils consacré si peu d’efforts à assurer la production
d’un produit final bien mélangé ? Il doit y avoir une autre explication
dans cette histoire
», poursuit-il.
Le dôme du Panthéon de Rome. Il est fait de béton comme beaucoup de
bâtiments modernes, mais avec une composition spéciale. Getty Images
Tout commence avec les cendres volcaniques
Historiquement, selon Admir Masic et ses collègues chercheurs, les experts
ont supposé que l’ingrédient secret de la construction de structures telles
que le Panthéon était lié à une substance appelée matériau pouzzolanique.
Ce matériau est dérivé des cendres volcaniques de la région de Pozzuoli,
dans la baie de Naples. Les architectes de l’époque étaient friands de ce
matériau, allant jusqu’à l’expédier dans l’empire romain pour que les
ouvriers du bâtiment puissent s’en servir pour les constructions les plus
importantes.
Après avoir inspecté plus en détail des échantillons de béton antique,
Admir Masic a observé la présence de ce que l’on appelle des clastes de
chaux. Il est important de noter que les clastes de chaux ne sont pas un
sous-produit résultant d’autres processus chimiques. L’équipe souligne
qu’il faut créer activement ce matériau. Plus précisément, pour l’obtenir,
il faut mélanger le béton avec de la chaux à des températures ultra
élevées. Avec un peu plus d’analyse, l’équipe scientifique a trouvé la
preuve d’un mélange dans les échantillons de béton antique.
Image à grande échelle d’un fragment de 2 centimètres de béton romain
antique (à droite) prélevé sur le site archéologique de Privernum, en
Italie (à gauche). Un claste de chaux riche en calcium (en rouge), qui
est responsable des propriétés uniques d’auto-réparation de ce matériau
ancien, est visible dans la partie inférieure de l’image. Admir Masic
et ses collègues chercheurs.
Admir Masir explique que « les avantages du mélange à chaud sont doubles », en termes de
construction. Premièrement, lorsque le béton est chauffé à haute
température, il produit des composés que l’on ne peut pas obtenir en
utilisant uniquement de la chaux mélangée à froid. Deuxièmement,
l’augmentation de la température réduit considérablement ce que l’on
appelle les temps de prise lors de la construction d’une structure. Ces
réactions accélérées permettent une construction plus rapide.
«
Il est passionnant de penser à la façon dont ces formulations de béton
plus durables pourraient étendre non seulement la durée de vie de ces
matériaux, mais aussi la façon dont elles pourraient améliorer la
durabilité des formulations de béton imprimés en 3D
», pense Admir Masir. Il fait référence aux propriétés auto réparatrices
évoquées plus haut. En fait, pendant le processus de mélange à chaud, les
clastes de chaux créent un motif spécial dans le béton et forment ce que
l’on appelle une source de calcium réactif. Cela signifie que si de
minuscules fissures se forment, il est fort probable que ces fissures se
déplacent le long du petit motif de clastes de chaux. Ensuite, si de l’eau
s’infiltre dans les fissures, une série de réactions se produit avec la
source de calcium et les fissures sont remplies d’une version
recristallisée de la source de calcium. Pour confirmer leur hypothèse, les
chercheurs ont procédé à des tests.
La première étape a consisté à fabriquer du béton à chaud, en s’assurant de
la présence de clastes de chaux. Deuxième étape : créer quelques fissures.
Troisième étape : Faire couler de l’eau dans les fissures. Deux semaines
plus tard, l’équipe a constaté que les fissures étaient complètement
bouchées et que l’eau ne pouvait plus couler.
Mais le matériau mystérieux de l’architecture romaine va probablement bien
au-delà de l’inclusion de clastes de chaux. Par exemple, une autre étude du
MIT, également menée par Masic, datant d’octobre 2021, a révélé qu’une
tombe romaine vieille de 2050 ans contenait beaucoup de cendres volcaniques
dans ses murs et a remarqué qu’il y avait «
des interactions chimiques inhabituelles avec la pluie et les eaux
souterraines qui se sont accumulées pendant deux millénaires
» à cause de ces cendres.
«
Comprendre la formation et les processus des matériaux anciens peut
informer les chercheurs de nouvelles façons de créer des matériaux de
construction durables pour l’avenir
», estime Admir Masic. Avec son équipe, il travaille désormais à la
commercialisation du mélange de béton qu’ils ont élaboré.
Article de CNET.com adapté par CNETFrance
Image : Getty Images
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