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Les bétons romains antiques ont survécu à des millénaires, mais la compréhension mécaniste de leur durabilité reste une énigme. Ici, nous utilisons une approche de cartographie élémentaire et chimique corrélative multi-échelle pour étudier les clastes de chaux reliques, un composant minéral omniprésent et visible associé aux anciens mortiers romains. Ensemble, ces analyses fournissent de nouvelles informations sur les méthodologies de préparation des mortiers et prouvent que les Romains utilisaient le mélange à chaud, en utilisant de la chaux vive en conjonction avec, ou à la place de, la chaux éteinte, pour créer un environnement où les clastes de chaux de grande surface sont retenus dans la matrice du mortier. Inspirés par ces résultats, nous proposons que ces inclusions macroscopiques puissent servir de sources critiques de calcium réactif pour le remplissage à long terme des pores et des fissures ou la réactivité post-pozzolanique dans les constructions cimentaires. Le développement et les essais ultérieurs de mélanges cimentaires modernes contenant des clastes de chaux démontrent leur potentiel d'auto-guérison, ouvrant ainsi la voie au développement de formulations de béton plus durables, plus résilientes et plus soutenables.
Il est connu que les constructions érigées par les Romains il y a 2000 ans et plus résistent extrêmement bien aux outrages du temps. Une équipe de scientifiques avec participation suisse est parvenue à percer le secret de la longévité du béton romain.
Les chercheurs se sont penchés sur des échantillons d'un mur en béton de l'époque romaine vieux de 2000 ans provenant du site archéologique de Priverno, près de Rome. Les analyses effectuées notamment aux rayons X ont montré que le béton avait été mélangé à chaud avec adjonction de chaux vive.
Le résultat est la présence de gros agrégats de chaux qui, en présence d'eau, fonctionnent comme source de calcium et remplissent les espaces vides. Le calcium réagit aussi avec un autre additif utilisé par les Romains, la pouzzolane, une roche volcanique, créant des structures cristallines qui deviennent de plus en plus dures avec le temps.
Autoguérison
Le béton s'en trouve ainsi renforcé. Les agrégats de chaux réagissant avec l'eau qui s'infiltre par d'éventuelles fissures lui confèrent une capacité d'autoguérison, et ce sur des millénaires, selon les auteurs, qui affirment avoir mis au point leur propre recette de béton durable sur la base de ces recherches.
Des chercheurs de l'institut de mécanique des matériaux IMM SA à Grancia (TI) ont également contribué à cette étude publiée dans la revue Science Advances.
Comment se fait-il que certains réseaux de routes, d'aqueducs, ou des bâtiments construits en béton il y a 2 000 ans tiennent encore debout ? Et ça, alors que d'autres - plus récents - se sont effondrés ? Le Panthéon de Rome (qui date de 128 après Jésus-Christ et qui possède le plus grand dôme en béton non armé du monde) est un exemple de cette résistance incroyable.
Le secret, c’est que les Romains ajoutaient de la chaux à leur mélange. Mais pas n’importe laquelle : ils rajoutent de la chaux vive, et non pas de la chaux mélangée à de l’eau, comme on le pensait historiquement. La réaction chimique avec la chaux vive (qui dégage de la chaleur) a donné au béton une capacité d'auto-guérison qui n'était pas connue auparavant. Si des fissures qui apparaissent dans ce béton romain, elles peuvent en partie se reboucher toute seules, par réaction chimique avec le calcaire.
Ces chercheurs ont d’ailleurs fait le test : ils ont fabriqué un bloc de béton à base de pierre volcanique et de chaux vive, ils l’ont fissuré, ils ont fait couler de l’eau dessus et, en deux semaines, les fissures étaient complètement cicatrisées. L'eau ne passait plus à travers l'échantillon, contrairement à ce qui se passe avec un béton classique. Cette vieille recette peut nous servir aujourd’hui, car, remise au goût du jour, elle pourrait permettre de construire des coffrages en béton plus légers, mais tout aussi solides. Suite à leurs recherches, les chercheurs du MIT travaillent d’ailleurs déjà à la commercialisation de nouvelles formules de béton inspirées par les Romains.