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La tombe d’une noble révèle de nouveaux secrets de la Rome antique

Le tombeau de Caecilia Metella est un mausolée situé juste à l'extérieur de Rome à la borne de trois milles de la Via Appia.
Agrandir / Le tombeau de Caecilia Metella est un mausolée situé juste à l’extérieur de Rome à la borne de trois milles de la Via Appia.

Parmi les nombreux sites touristiques populaires de Rome se trouve un impressionnant mausolée vieux de 2000 ans le long de la Via Appia connu sous le nom de Tombeau de Caecilia Metella, une noble qui a vécu au premier siècle de notre ère. Lord Byron faisait partie de ceux qui se sont émerveillés de la structure, y faisant même référence dans son poème épique Le pèlerinage de Childe Harold (1812-1818). Maintenant, les scientifiques ont analysé des échantillons de l’ancien béton utilisé pour construire la tombe, décrivant leurs découvertes dans un article publié en octobre dans le Journal of the American Ceramic Society.

« La construction de ce monument et point de repère très innovant et robuste sur la Via Appia Antica indique que [Caecilia Metella] était tenu en haute estime », a déclaré la co-auteur Marie Jackson, géophysicien au Université de l’Utah. « Et le tissu de béton 2 050 ans plus tard reflète une présence forte et résiliente. »

Comme aujourd’hui Ciment Portland (un ingrédient de base du béton moderne), ancien béton romain était essentiellement un mélange de mortier semi-liquide et d’agrégat. Le ciment Portland est généralement fabriqué en chauffant du calcaire et de l’argile (ainsi que du grès, de la cendre, de la craie et du fer) dans un four. Le clinker obtenu est ensuite broyé en une poudre fine, avec juste une touche de gypse ajouté, pour mieux obtenir une surface lisse et plane. Mais l’agrégat utilisé pour fabriquer le béton romain était constitué de morceaux de pierre ou de briques de la taille d’un poing.

Dans son traité d’Architecture (vers 30 EC), l’architecte et ingénieur romain Vitruve a écrit sur la façon de construire des murs en béton pour des structures funéraires qui pourraient durer longtemps sans tomber en ruines. Il a recommandé que les murs aient au moins deux pieds d’épaisseur, soit en « pierre rouge équarrie, soit en briques ou en lave posées en assises ». L’agrégat de brique ou de roche volcanique doit être lié avec du mortier composé de chaux hydratée et de fragments poreux de verre et de cristaux provenant d’éruptions volcaniques (connues sous le nom de téphra volcanique).

Jetée de Portus Cosanus, Orbetello, Italie.  Une étude de 2017 a révélé que la formation de cristaux dans le béton utilisé pour construire les digues aidait à empêcher la formation de fissures.
Agrandir / Jetée de Portus Cosanus, Orbetello, Italie. Une étude de 2017 a révélé que la formation de cristaux dans le béton utilisé pour construire les digues aidait à empêcher la formation de fissures.

Jackson étudie les propriétés inhabituelles du béton romain antique depuis de nombreuses années. Par exemple, elle et plusieurs collègues ont analysé le mortier utilisé dans le béton qui compose le Marchés de Trajan, construit entre 100 et 110 CE (probablement le plus ancien centre commercial du monde). Ils se sont particulièrement intéressés à la « colle » utilisée dans la phase de fixation du matériau : un silicate de calcium-aluminium-hydrate (CASH), augmenté de cristaux de stratlingite. Ils ont découvert que les cristaux de stratlingite bloquaient la formation et la propagation de microfissures dans le mortier, ce qui aurait pu entraîner des fractures plus importantes dans les structures.

En 2017, Jackson a co-écrit un document analysant le béton des ruines des digues le long de la côte méditerranéenne italienne, qui ont résisté pendant deux millénaires malgré le rude environnement marin. Les vagues constantes d’eau salée s’écrasant contre les murs auraient depuis longtemps réduit les murs de béton modernes en décombres, mais les digues romaines semblent s’être en fait renforcées.

Jackson et ses collègues ont découvert que le secret de cette longévité était une recette spéciale, impliquant une combinaison de cristaux rares et d’un minéral poreux. Plus précisément, l’exposition à l’eau de mer a généré des réactions chimiques à l’intérieur du béton, provoquant la formation de cristaux de tobermorite d’aluminium à partir de phillipsite, un minéral commun trouvé dans les cendres volcaniques. Les cristaux se sont liés aux roches, empêchant une fois de plus la formation et la propagation de fissures qui auraient autrement fragilisé les structures.

Alors naturellement, Jackson a été intrigué par le tombeau de Caecilia Metella, largement considéré comme l’un des monuments les mieux conservés de la voie Appienne. Jackson a visité la tombe en juin 2006, lorsqu’elle a prélevé de petits échantillons du mortier pour analyse. Bien que la journée de sa visite ait été assez chaude, elle s’est souvenue qu’une fois à l’intérieur du couloir sépulcral, l’air était très frais et humide. « L’atmosphère était très calme, à l’exception du vol de pigeons au centre ouvert de la structure circulaire » Jackson a dit.

Une plaque sur la tombe lit
Agrandir / Une plaque sur le tombeau indique « À Caecilia Metella, fille de Quintus Creticus, [and wife] de Crassus ».

Carole Raddato/CC BY-SA 2.0

On ne sait presque rien de Caecilia Metella, la noble dont les restes ont été une fois enterrés dans la tombe, à part qu’elle était la fille d’un consul romain, Quintus Caecilius Metellus Creticus. Elle s’est mariée Marcus Licinius Crassus, dont le père (du même nom) faisait partie du Premier triumvirat, avec Jules César et Pompée le Grand. Il s’agissait probablement de son fils, également nommé Marcus Licinius Crassus, car pourquoi permettre aux historiens de suivre facilement la généalogie familiale ? — qui a ordonné la construction du mausolée, probablement construit parfois entre 30 et 10 avant notre ère.

Un sarcophage en marbre logé dans le palais Farnèse proviendrait du tombeau de Caecilia Metella, mais ce n’était probablement pas celui de la noble puisqu’il date entre 180 et 190 de notre ère. En outre, la crémation était une coutume funéraire plus courante au moment du décès de la dame, et les historiens pensent donc que la cella de la tombe contenait probablement autrefois une urne funéraire, plutôt qu’une sorte de sarcophage.

C’est la structure de la tombe elle-même qui intéresse le plus les scientifiques comme Jackson et ses collègues. Le mausolée est perché au sommet d’une colline. Il y a une rotonde cylindrique au sommet d’un podium carré, avec un château attenant à l’arrière qui a été construit au 14ème siècle. L’extérieur porte une plaque avec l’inscription « À Caecilia Metella, fille de Quintus Creticus [and wife] de Crassus. »

Lave recouvrant le téphra volcanique dans la sous-structure de la tombe.
Agrandir / Lave recouvrant le téphra volcanique dans la sous-structure de la tombe.

Marie Jackson

La fondation est construite en partie sur pierre de tuf (cendres volcaniques compactées sous pression) et de la roche de lave d’une ancienne coulée qui couvrait autrefois la région il y a environ 260 000 ans. Le podium et la rotonde sont tous deux composés de plusieurs couches de béton épais, entourées de blocs de travertin comme cadre tandis que les couches de béton se formaient et durcissaient. Les murs de la tour ont une épaisseur de 24 pieds. À l’origine, il y aurait eu un monticule de terre conique au sommet, mais il a ensuite été remplacé par des remparts médiévaux.

Pour examiner de plus près la microstructure du mortier de la tombe, Jackson s’est associé à ses collègues du MIT Linda Seymour et Admir Masic, ainsi qu’à Nobumichi Tamura du Lawrence Berkeley Lab. Tamura a analysé les échantillons au Source de lumière avancée, ce qui les a aidés à identifier à la fois les nombreux minéraux différents contenus dans les échantillons et leur orientation. La ligne de faisceaux ALS produit de puissants faisceaux de rayons X de la taille d’un micron, qui peuvent pénétrer à travers toute l’épaisseur des échantillons, par Tamura. L’équipe a également imagé les échantillons au microscope électronique à balayage.

Ils découvrirent que le mortier de la tombe était similaire à celui utilisé dans les murs du Marchés de Trajan: téphra volcanique de la Pouzzolane Rosse coulée pyroclastique, liant ensemble de gros morceaux de brique et d’agrégat de lave. Cependant, le téphra utilisé dans le mortier de la tombe contenait beaucoup plus de leucite riche en potassium. Au fil des siècles, les eaux de pluie et les eaux souterraines se sont infiltrées à travers les murs de la tombe, ce qui a dissous la leucite et libéré le potassium. Ce serait un désastre dans le béton moderne, produisant des microfissures et une grave détérioration de la structure.

Cela ne s’est évidemment pas produit avec la tombe. Mais pourquoi? Jackson et al. a déterminé que le potassium dans le mortier s’est dissous à son tour et a reconfiguré efficacement la phase de liaison CASH. Certaines parties sont restées intactes même après plus de 2000 ans, tandis que d’autres zones semblaient plus vaporeuses et montraient des signes de division. En fait, la structure ressemblait quelque peu à celle des nanocristaux.

Image au microscope électronique à balayage du mortier de la tombe.
Agrandir / Image au microscope électronique à balayage du mortier de la tombe.

Marie Jackson

« Il s’avère que les zones interfaciales dans le béton romain antique de la tombe de Caecilia Metella évoluent constamment grâce à un remodelage à long terme », dit Masic. « Ces processus de remodelage renforcent les zones interfaciales et contribuent potentiellement à l’amélioration des performances mécaniques et de la résistance à la défaillance du matériau ancien. »

Plus les scientifiques en apprennent sur la combinaison précise de minéraux et de composés utilisés dans le béton romain, plus nous nous rapprochons de la possibilité de reproduire ces qualités dans le béton d’aujourd’hui, par exemple en trouvant un substitut approprié (comme les cendres volantes de charbon) à la roche volcanique extrêmement rare. les Romains utilisaient. Cela pourrait réduire les émissions d’énergie de la production de béton jusqu’à 85 % et améliorer considérablement la durée de vie des structures en béton modernes.

« Se concentrer sur la conception de bétons modernes avec des zones interfaciales à renforcement constant pourrait nous fournir une autre stratégie pour améliorer la durabilité des matériaux de construction modernes » dit Masic. « Faire cela grâce à l’intégration de la « sagesse romaine » éprouvée fournit une stratégie durable qui pourrait améliorer la longévité de nos solutions modernes par des ordres de grandeur. »

DOI : Journal de l’American Ceramic Society, 2021. 10.1111/jace.18133 (À propos des DOI).


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