Comment l’ancien béton romain s’est-il renforcé au fil du temps ?

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Pline l’Ancien, un savant et commandant de marine du 1er siècle, a vanté les qualités du béton des ports romains, en le décrivant comme “inexpugnable pour les vagues et chaque jour plus fort”. Le fait que de nombreux ports romains soient encore en fonction aujourd’hui, après des millénaires d’exposition à la mer, montre que la confiance de Pliny était justifiée.

Image d’entête, une ancienne jetée romaine encore debout dans une baie en Italie dont des échantillons ont été étudiés (J. O. Oleson)

Un groupe de scientifiques des États-Unis (université de l’Utah) et de Chine (université du Sud-Est)  a étudié l’ancien béton romain, fabriqué à partir de roches volcaniques et de chaux (oxyde de calcium), pour comprendre les secrets de sa longévité. Les résultats de leur étude pourraient nous fournir de précieux conseils pour fabriquer des matériaux modernes permettant de construire des digues ou des murs de confinement qui dureront 2000 ans.

En utilisant des techniques telles que la microdiffraction aux rayons X et la spectroscopie Raman (une technique à base de laser qui examine les vibrations moléculaires) pour examiner des échantillons du béton romain, l’équipe a pu identifier les cristaux d’un minéral rare appelé tobermorite alumineux (Al-tobermorite), avec un matériau poreux plus courant appelé phillipsite. On pense que ces cristaux ont grossi à mesure que l’eau de mer s’écoulait dans la structure en béton, en dissolvant des minéraux de la roche volcanique et en les remplaçant par des structures en aiguille et en forme de plaque renforçant le béton.

A partir de l’étude, cette image au microscope électronique à balayage montre comment les cristaux d’Al-tobermorite se forment dans les cendres volcaniques, en utilisant un principe similaire à la façon dont le béton romain acquière sa résistance (Université de l’Utah)
béton romain phillipsite

Selon Marie Jackson, responsable de l’étude :

Contrairement aux principes du béton moderne à base de ciment, les Romains ont créé un béton similaire aux roches qui se développe dans un échange chimique ouvert avec de l’eau de mer.

Le béton moderne repose sur le ciment pour lier les granulats, des particules de sable ou de pierre concassée. Toute modification chimique de ces granulats au fil du temps peut provoquer l’expansion et l’affaiblissement du béton. En revanche, le béton romain est lié et renforcé par des minéraux d’Al-tobermorite, qui sont déposés au cours des millénaires.

La production de tobermorite synthétique est un processus difficile et n’a pas été réalisée de nos jours sans utiliser de hautes températures. Les méthodes pour produire du béton contenant de la tobermorite à température ambiante pourraient avoir un gros impact et l’équipe de Marie Jackson étudie cette idée.

Il pourrait également y avoir des avantages environnementaux au béton romain. La production de ciment moderne représente une part importante des émissions mondiales de CO2, car le calcaire et d’autres additifs sont chauffés à 1450 °C dans un four. La technique des anciens Romains pourrait nous aider à réduire cet impact.

L’étude publiée dans l’American Mineralogist : Phillipsite and Al-tobermorite mineral cements produced through low-temperature water-rock reactions in Roman marine concrete.

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