Comment les anciens aqueducs de Rome et les merveilles architecturales telles que le Panthéon, qui abrite le plus grand dôme en béton non armé du monde, ont-ils résisté à l’épreuve du temps ?
Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et d’autres institutions pensent avoir découvert le mystère de la durabilité des structures vieilles de 2 000 ans, le béton auto-cicatrisant.
Le secret réside dans un ingrédient de l’ancien béton utilisé par les Romains que les chercheurs, dont les découvertes sont publiées dans la dernière édition de la revue Avancées scientifiquesdit a été négligé dans les études précédentes.
La durabilité du béton utilisé par les Romains a été le plus souvent attribuée à l’utilisation de cendres volcaniques de Pozzuoli sur la baie de Naples, qui ont été expédiées à travers l’empire romain pour la construction.
Mais les chercheurs ont concentré leur attention sur un autre composant de l’ancien mélange de béton, de petits morceaux blancs appelés « clastes de chaux ».
« Depuis que j’ai commencé à travailler avec le béton de la Rome antique, j’ai toujours été fasciné par ces caractéristiques », a déclaré Admir Masic, professeur de génie civil et environnemental au MIT et auteur de l’étude.
« Ceux-ci ne se trouvent pas dans les formulations de béton modernes, alors pourquoi sont-ils présents dans ces matériaux anciens? »
Les chercheurs ont déclaré que les clastes de chaux étaient le résultat de « pratiques de mélange bâclées » ou de matières premières de mauvaise qualité.
Mais ils sont en fait ce qui donne au béton ancien une « capacité d’auto-guérison jusque-là non reconnue ».
« L’idée que la présence de ces clastes de chaux était simplement attribuée à un contrôle de qualité médiocre m’a toujours dérangé », a déclaré Masic.
« Si les Romains ont déployé tant d’efforts pour fabriquer un matériau de construction exceptionnel… pourquoi feraient-ils si peu d’efforts pour assurer la production d’un produit final bien mélangé? »
Pour l’étude, les chercheurs ont examiné des échantillons de béton romains vieux de 2 000 ans provenant du mortier de maçonnerie d’un mur d’enceinte à Privernum, en Italie.
Ils ont découvert qu’un processus connu sous le nom de « mélange à chaud » est ce qui a donné au béton sa « nature super-durable » dans laquelle les Romains mélangeaient de la chaux vive avec de l’eau et des cendres volcaniques à des températures élevées.
« Les avantages du mélange à chaud sont doubles », a déclaré Masic.
« Premièrement, lorsque l’ensemble du béton est chauffé à des températures élevées, cela permet des chimies qui ne sont pas possibles si vous n’utilisiez que de la chaux éteinte, produisant des composés associés à haute température qui ne se formeraient pas autrement.
« Deuxièmement, cette température accrue réduit considérablement les temps de durcissement et de prise puisque toutes les réactions sont accélérées, permettant une construction beaucoup plus rapide », a-t-il déclaré.
Ce sont les clastes de chaux qui confèrent au béton ancien sa « fonctionnalité d’auto-guérison », selon l’équipe de recherche, qui comprenait également des scientifiques de Suisse et d’Italie.
De minuscules fissures dans le béton auraient tendance à traverser les clastes de chaux à grande surface et, lorsqu’elles seraient exposées à l’eau, recristalliseraient sous forme de carbonate de calcium, remplissant la fissure presque comme de la colle.
« Ces réactions se produisent spontanément et guérissent donc automatiquement les fissures avant qu’elles ne se propagent », ont déclaré les chercheurs, qui ont effectué des tests en utilisant du béton moderne et l’ancienne formule.
Plus d’information:
Linda Seymour et al, Hot Mixing: Mechanistic Insights into the Durability of Ancient Roman Concrete, Avancées scientifiques (2023). DOI : 10.1126/sciadv.add1602. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add1602
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