Le MIT dévoile le mystère du béton romain

Après des décennies de recherches infructueuses, des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT), en collaboration avec l’université de Harvard et des laboratoires en Italie et en Suisse, ont finalement réussi à résoudre le mystère quiréside dans les facteurs qui rendent les constructions de l’époque romaine si durables. Ou, pour le dire autrement, ce qui rendait le mortier utilisé pour la construction à Rome, son béton, si efficace et résistant. Le célèbre Panthéon d’Agrippa dans la capitale italienne, vieux d’au moins 1 895 ans, ou les nombreux aqueducs encore debout sur les territoires de l’ancien empire, sont autant d’exemples de l’extraordinaire qualité et de la résistance du matériau.

Admir Masic, professeur d’ingénierie civile et environnementale, Linda Seymour, candidate au doctorat, et quatre autres chercheurs du MIT ont annoncé leur découverte au monde entier dans un article publié au début de l’année dans la revue Science Advances. Auparavant, comme l’indiquaient les études d’architectes de l’époque, les cendres volcaniques de Pouzzoles, dans la baie de Naples, présentes dans le béton utilisé par les Romains à toutes les extrémités de leurs domaines, étaient considérées comme un facteur déterminant de sa durabilité et de sa solidité. Cependant, après des examens plus approfondis, le professeur Masic et ses assistants sont parvenus à de nouvelles conclusions.

En effet, les échantillons anciens du béton romain contiennent, à l’échelle microscopique, de petits amas minéraux d’un blanc éclatant ou « clastes de chaux » (présents, soit dit en passant, dans tous les coins où existent des constructions romaines). Ces amas calcaires, souligne Masic, « ne se retrouvent pas dans les formulations de béton modernes ». La question s’est donc posée d’elle-même : pourquoi en trouvait-on dans le béton romain ? La réponse est venue de l’utilisation de techniques d’imagerie à haute résolution et de « cartographie chimique » mises au point pour la première fois en laboratoire dans le cadre de cette recherche du MIT.

Alors que l’on supposait historiquement que la chaux était incorporée au béton romain en la combinant d’abord avec de l’eau dans un processus connu sous le nom d’extinction, l’examen spectroscopique a pointé dans une autre direction : le mélange du matériau s’est fait à des températures extrêmes. Et cela ne pouvait être le cas qu’en raison de la réaction exothermique produite par l’utilisation de chaux vive « à la place ou en plus de la chaux éteinte ». La première conclusion à laquelle l’équipe de recherche est parvenue est que le malaxage à chaud est l’un des facteurs de durabilité du béton romain.

Lorsque le béton dans son ensemble est chauffé à des températures élevées, il permet une chimie qui ne serait pas possible si l’on n’utilisait que de la chaux éteinte », explique le professeur Masic. De plus, « cette augmentation de la température réduit considérablement les temps de durcissement et de prise, car toutes les réactions sont accélérées, ce qui permet une construction beaucoup plus rapide ».

En outre, après d’autres tests, les scientifiques ont découvert un autre facteur de résistance et de durabilité du béton romain. Les minuscules clastes de chaux confèrent au matériau une capacité d’auto-cicatrisation inconnue jusqu’à présent. Ainsi, dès que de petites fissures commencent à se former dans le béton (qui, soit dit en passant, se transmettent de préférence par les clastes de chaux), les petits amas de chaux sont mis à nu. Lorsqu’il pleut, une solution de calcium saturée est produite, qui recristallise sous forme de carbonate de calcium et comble rapidement ces fissures, ou réagit avec les matériaux pouzzolaniques pour renforcer davantage le matériau composite. Les fissures sont ainsi automatiquement réparées avant qu’elles ne s’aggravent. Outre les tests de laboratoire effectués par l’équipe de recherche, l’examen de plusieurs échantillons de béton romain présentant des fissures a corroboré l’hypothèse, puisqu’ils se sont révélés remplis de calcite.