Ils ont résisté à la chute d’un empire, au carnage des grandes guerres et à la fondation d’un nouveau pays. Mais pourquoi les structures romaines en béton sont si durables reste un mystère.

Maintenant, les chercheurs disent avoir découvert une explication possible : la technique utilisée pour fabriquer le matériau a peut-être contribué à lui donner des propriétés d’auto-guérison.

« Le Panthéon n’existerait pas sans béton comme il l’a fait à l’époque romaine », a déclaré Admir Masic, professeur de génie civil et environnemental au MIT et auteur principal de l’article.

Mais, a-t-il ajouté, même si l’auteur et philosophe romain Pline l’Ancien a souligné que le béton pouvait se renforcer avec le temps, il est peu probable que les Romains soient conscients de la chimie impliquée ou de la durée de vie du matériau.

« Ils savaient que c’était un excellent matériau, mais ils ne savaient probablement pas qu’il durerait des milliers d’années », a déclaré Masic.

Le béton romain a été produit à l’aide de morceaux de roche volcanique et d’autres agrégats liés avec un mortier composé d’ingrédients comprenant une pouzzolane (comme la cendre volcanique), une source de chaux (oxyde de calcium) et de l’eau.

Parmi les explications précédentes de la résistance des matériaux, les chercheurs ont révélé que le béton des digues et des quais romains contient les minéraux de la tobermorite alumineuse et de la phillipsite qui ont contribué à renforcer le béton.

Maintenant, les chercheurs disent qu’il semble que les techniques utilisées pour préparer le béton romain pourraient également aider à expliquer pourquoi il a résisté à l’épreuve du temps.

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Écrivant dans la revue Science Advances, Masic et ses collègues notent que les échantillons de béton romains contiennent de petits morceaux connus sous le nom de clastes de chaux qui ne se trouvent pas dans les structures modernes.

Bien que ceux-ci aient déjà été expliqués à la suite d’un mauvais mélange de mortier ou d’autres erreurs, l’équipe soupçonnait qu’il pourrait y avoir d’autres raisons.

Ils ont examiné un échantillon de béton romain d’un mur de l’ancienne ville de Privernum, près de Rome, et ont révélé que les clastes de chaux qu’il contient contiennent différentes formes de carbonate de calcium, dont certaines ont tendance à apparaître dans des conditions où cette eau n’est pas librement disponible. .

L’équipe a découvert que les clastes étaient poreux avec des fissures, ce qui suggère également qu’ils se sont formés dans un environnement à haute température et à faible eau.

Les chercheurs disent que cela suggère que la chaux vive n’a pas été mélangée à de l’eau avant d’être ajoutée aux autres ingrédients. Au lieu de cela, il a probablement été ajouté aux cendres et aux agrégats en premier, avant que l’eau ne soit ajoutée.

Cette approche est connue sous le nom de « mélange à chaud » en raison de la chaleur produite. L’équipe ajoute que ces températures élevées auraient non seulement aidé le mortier à prendre, mais auraient également réduit la teneur en eau dans et autour des clastes de chaux, ce qui explique leurs résultats.

L’équipe propose que les clastes de chaux résultants auraient pu aider le béton à « s’auto-guérir », car l’eau s’infiltrant dans les fissures du matériau dissoudrait le carbonate de calcium lors de son passage à travers les clastes de chaux.

Ensuite, la fracture dans le béton pourrait s’auto-cicatriser par la réaction de ce fluide riche en calcium avec le matériau volcanique ou par recristallisation du carbonate de calcium. En effet, l’équipe note que des fissures remplies de carbonate de calcium ont récemment été découvertes dans le béton romain.

Pour tester leur théorie, Masic et ses collègues ont coulé du béton d’inspiration romaine, qu’ils ont fracturé mécaniquement. Ils ont ensuite placé les morceaux à 0,5 mm d’intervalle et les ont exposés à l’eau courante pendant une période de 30 jours. Les échantillons contenant des clastes de chaux scellés avec de la calcite nouvellement formée, mais les échantillons de contrôle fabriqués sans clastes de chaux sont restés fracturés.

Masic a déclaré que l’approche romaine pourrait s’avérer utile dans la construction moderne.

« Les approches d’inspiration romaine, basées, par exemple, sur le mélange à chaud, pourraient être un moyen rentable de prolonger la durée de vie de notre infrastructure grâce aux mécanismes d’auto-guérison que nous illustrons dans cette étude », a-t-il déclaré.