Podcasts sur l'histoire

Les Romains utilisaient-ils d'autres matériaux pour renforcer leur béton ?

Les Romains utilisaient-ils d'autres matériaux pour renforcer leur béton ?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

J'ai lu sur le béton romain (300BC-300AD) et comment il a une plus grande résistance que les mélanges de béton actuels. Jusqu'à présent, mes recherches ont montré qu'ils n'utilisaient pas de barres d'armature dans leurs structures. Mais les Romains utilisaient-ils quelque chose d'extérieur (comme de la fibre, du bois, etc.) pour améliorer la résistance à la traction de leur béton ?

Pour référence, voici la source que je lisais :

La mécanique du béton romain impérial et la conception structurelle des monuments voûtés


Percer les secrets du béton romain

Les ruines du Forum romain. Crédit : THINK Global School/flickr/CC BY-NC-ND 2.0

Il y a plus de deux mille ans, les anciens Romains ont construit des jetées, des brise-lames et d'autres structures en béton, et certaines de ces structures existent encore aujourd'hui. Aujourd'hui, les chercheurs tentent de comprendre les processus chimiques et géologiques qui concourent à donner à ce béton ancien une telle durabilité. À l'aide de techniques de microscopie, de diffraction des rayons X et de spectroscopie, ils ont développé une carte des microstructures cristallines dans le béton. Selon leurs recherches, une lente infusion d'eau de mer dans du béton fabriqué avec un type de cendre volcanique trouvée près de Rome crée progressivement des cristaux d'un matériau appelé tobermorite alumineuse, qui renforce en fait le béton à mesure qu'il vieillit.

Marie Jackson, professeure de recherche en géologie et géophysique et l'une des auteurs d'un rapport sur les travaux, affirme que la compréhension du béton romain pourrait donner aux scientifiques des matériaux modernes des idées sur la façon de renforcer les structures modernes, et pourrait même conduire à de nouveaux matériaux, tels que les bétons. qui absorbent et piègent les déchets nucléaires.


Quel est le ciment le plus lisse ? Le béton fibré QUIKRETE®, en raison de sa haute résistance et de sa finition de surface lisse, est le meilleur choix pour les projets de coulée qui suivent. De plus, le mélange de sable QUIKRETE® et le ciment de liaison de surface QUIKWALL™ sont suffisamment flexibles pour être utilisés dans une variété de projets de coulée.

Pour les nouveaux projets de construction en béton, les revêtements de béton et les réparations de béton. Utiliser pour construire des semelles, des trottoirs, des dalles, des marches et des patios, installer des poteaux de terrasse, des poteaux de clôture ou des poteaux.


Possibilités futures

Jackson a recherché dans les anciens registres romains la formule de ce béton sans succès. La formule exacte reste inconnue. Cependant, l'équipe de Jackson&rsquos expérimente différentes combinaisons d'eau de mer et de cendres volcaniques pour fabriquer un béton moderne doté de ces propriétés uniques. Il est également possible que les cendres volantes et le sous-produit problématique de la combustion du charbon soient un substitut valable à la composante des cendres volcaniques, ce qui constituerait un immense avantage environnemental.

Un équivalent moderne du béton romain serait idéal pour les structures de digue et autres applications marines, ainsi que pour enfermer les déchets de haute activité dans des barrières de type ciment qui protègent l'environnement. L'utilisation généralisée de ce béton réduirait également la dépendance de l'industrie de la construction vis-à-vis du ciment Portland, dont la fabrication nécessite des fours à haute température qui émettent des quantités importantes de dioxyde de carbone.

Cependant, a ajouté Jackson, avant que les recettes de béton romain puissent être largement acceptées par l'industrie, les structures d'essai doivent être construites et évaluées à long terme pour voir comment elles fonctionnent par rapport à des structures similaires construites à partir de ciment Portland renforcé d'acier.

"Je pense que les gens ne savent pas vraiment comment penser à un matériau qui n'a pas de renfort en acier", a déclaré Jackson. Mark Crawford est un écrivain indépendant.


Pour améliorer le béton d'aujourd'hui, faites comme les Romains

Dans une quête pour rendre le béton plus durable et durable, une équipe internationale de géologues et d'ingénieurs s'est inspirée des anciens Romains, dont les structures massives en béton ont résisté aux éléments pendant plus de 2 000 ans.

Échantillon de béton maritime romain antique de la baie de Pozzuoli, près de Naples, en Italie. Son diamètre est de 9 centimètres et il est composé de mortier formulé à partir de chaux, de cendres volcaniques et de morceaux de tuf volcanique. (Photo de Carol Hagen)

À l'aide de la source lumineuse avancée du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), une équipe de recherche de l'Université de Californie à Berkeley a examiné la structure à petite échelle du béton romain. Il décrivait pour la première fois comment le composé extraordinairement stable – calcium-aluminium-silicate-hydrate (C-A-S-H) – lie le matériau utilisé pour construire certaines des structures les plus durables de la civilisation occidentale.

La découverte pourrait contribuer à améliorer la durabilité du béton moderne, qui, dans les 50 ans, montre souvent des signes de dégradation, en particulier dans les environnements océaniques.

La fabrication du béton romain laisse également une empreinte carbone plus faible que son homologue moderne. Le processus de création du ciment Portland, un ingrédient clé du béton moderne, nécessite des combustibles fossiles pour brûler du carbonate de calcium (calcaire) et des argiles à environ 1 450 degrés Celsius (2 642 degrés Fahrenheit). Sept pour cent des émissions mondiales de dioxyde de carbone chaque année proviennent de cette activité. La production de chaux pour le béton romain est cependant beaucoup plus propre, nécessitant des températures qui représentent les deux tiers de celles requises pour la fabrication du ciment Portland.

Les résultats des chercheurs sont décrits dans deux articles, l'un publié en ligne le 28 mai dans le Journal de l'American Ceramic Society, et l'autre devant paraître dans le numéro d'octobre de la revue Minéralogiste américain.

"Le béton romain est resté cohérent et bien consolidé pendant 2 000 ans dans des environnements maritimes agressifs", a déclaré Marie Jackson, auteur principal des deux articles. “C'est l'un des matériaux de construction les plus durables de la planète, et ce n'est pas un hasard. Le transport maritime était la bouée de sauvetage de la stabilité politique, économique et militaire de l'Empire romain, il était donc essentiel de construire des ports durables.

Marie Jackson détient un échantillon de béton maritime vieux de 2000 ans du premier siècle av. Site du port de Santa Liberata en Toscane. (photo de Sarah Yang)

L'équipe de recherche était dirigée par Paulo Monteiro, professeur de génie civil et environnemental à l'UC Berkeley et chercheur universitaire au Berkeley Lab, et Jackson, ingénieur de recherche à l'UC Berkeley en génie civil et environnemental. Ils ont caractérisé des échantillons de béton romain prélevés sur un brise-lames dans la baie de Pozzuoli, près de Naples, en Italie.

Construire l'Empire

Le béton était le matériau de construction de choix de l'Empire romain. Il a été utilisé dans des monuments tels que le Panthéon de Rome ainsi que dans des quais, des brise-lames et d'autres structures portuaires. L'équipe de recherche s'est particulièrement intéressée à la façon dont le béton sous-marin de Roman a enduré l'environnement impitoyable de l'eau salée.

La recette du béton romain a été décrite vers 30 av. par Marcus Vitruvius Pollio, un ingénieur d'Octave, qui devint l'empereur Auguste. L'ingrédient pas si secret est la cendre volcanique, que les Romains combinaient avec de la chaux pour former du mortier. Ils ont emballé ce mortier et ces morceaux de roche dans des moules en bois immergés dans l'eau de mer. Plutôt que de combattre les éléments marins, les Romains ont exploité l'eau salée et en ont fait une partie intégrante du béton.

Les chercheurs ont également décrit un minéral hydrothermal très rare appelé tobermorite d'aluminium (Al-tobermorite) qui s'est formé dans le béton. "Notre étude a fourni la première détermination expérimentale des propriétés mécaniques du minéral", a déclaré Jackson.

Cette image au microscope électronique à balayage montre des cristaux d'un minéral rare, l'Al-tobermorite, grossis environ 25 000 fois. Les chercheurs de l'UC Berkeley ont caractérisé l'Al-tobermorite dans des échantillons de béton romain. (Image avec l'aimable autorisation de l'UC Berkeley)

Alors pourquoi l'utilisation du béton romain a-t-elle diminué ? "Au fur et à mesure que l'Empire romain déclinait et que la navigation diminuait, le besoin de béton d'eau de mer diminuait", a déclaré Jackson. « On pourrait également affirmer que les structures d'origine ont été si bien construites qu'une fois en place, elles n'ont pas eu besoin d'être remplacées. »

Une alternative écologique

Alors que le béton romain est durable, Monteiro a déclaré qu'il est peu probable qu'il remplace le béton moderne car il n'est pas idéal pour la construction où un durcissement plus rapide est nécessaire.

Mais les chercheurs trouvent maintenant des moyens d'appliquer leurs découvertes sur le béton romain au développement d'un béton moderne plus respectueux de l'environnement et plus durable. Ils cherchent à savoir si les cendres volcaniques seraient un bon substitut en grande quantité dans les pays sans accès facile aux cendres volantes, un déchet industriel provenant de la combustion du charbon qui est couramment utilisé pour produire du béton vert moderne.

"Il n'y a pas assez de cendres volantes dans ce monde pour remplacer la moitié du ciment Portland utilisé", a déclaré Monteiro. "De nombreux pays n'ont pas de cendres volantes, l'idée est donc de trouver des matériaux locaux alternatifs qui fonctionneront, y compris le type de cendres volcaniques utilisées par les Romains. L'utilisation de ces alternatives pourrait remplacer 40 pour cent de la demande mondiale de ciment Portland.”

La recherche a commencé avec un financement initial de l'Université des sciences et technologies du roi Abdallah en Arabie saoudite (KAUST), qui a lancé un partenariat de recherche avec l'UC Berkeley en 2008. Monteiro a noté que l'Arabie saoudite possède des « montagnes de cendres volcaniques » qui pourraient potentiellement être utilisé dans le béton.

En plus du KAUST, le financement de la Loeb Classical Library Foundation, de l'Université Harvard et du Department of Energy’s Office of Science a aidé à soutenir cette recherche. Les échantillons ont été fournis par Marie Jackson et la Roman Maritime Concrete Study (ROMACONS), parrainée par CTG Italcementi, un centre de recherche basé à Bergame, en Italie. Les chercheurs ont également utilisé la Berlin Electron Storage Ring Society for Synchrotron Radiation, ou BESSY, pour leurs analyses.


Les scientifiques ont compris comment le béton de la Rome antique a survécu à 2000 ans

Les scientifiques ont résolu le mystère de la durabilité du béton de la Rome antique et, ce faisant, ont peut-être appris quelque chose qui pourrait influencer la construction moderne.

La recherche, publiée cette semaine dans la revue American Mineralogist, détaille comment les anciennes digues romaines construites il y a environ 2 000 ans ont réussi à résister aux éléments en raison d'une réaction chimique rare qui a apparemment renforcé le béton au fil du temps.

Les mélanges de ciment modernes ont tendance à s'éroder, en particulier en présence d'eau de mer, mais la recette romaine de cendres volcaniques, de chaux, d'eau de mer et d'un minéral appelé tobermorite d'aluminium renforce en fait le béton et empêche l'expansion des fissures, ont découvert les chercheurs.

La réaction a été causée par l'eau de mer qui s'est continuellement enfoncée dans les structures pendant des centaines d'années, permettant au mélange minéral d'oxydes de silice et de chaux de se développer entre l'agrégat de roche volcanique et le mortier pour développer une résistance.

"Contrairement aux principes du béton moderne à base de ciment, les Romains ont créé un béton semblable à de la roche qui se développe dans un échange chimique ouvert avec l'eau de mer", a déclaré l'auteur principal Marie Jackson de l'Université de l'Utah dans le journal.

"C'est un événement très rare sur Terre", a-t-elle ajouté.

Alors que les Romains bénéficiaient d'un meilleur accès aux cendres volcaniques naturelles, le concept pourrait un jour être utilisé comme une alternative plus écologique au mélange de ciment moderne, qui émet une quantité importante de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.

« Les Romains ont eu de la chance dans le type de roche avec lequel ils ont dû travailler », a déclaré Jackson. &ldquoIls ont observé que les cendres volcaniques faisaient pousser des ciments pour produire le [mortier]. Nous n'avons pas ces roches dans une grande partie du monde, il faudrait donc faire des substitutions.

Jackson travaille à créer une recette de remplacement qu'elle a proposé d'utiliser à la place de l'acier pour un lagon de marée prévu au Royaume-Uni.

« Je pense que le béton romain ou un type de béton serait un très bon choix [la lagune]. Ce projet va nécessiter 120 ans de durée de vie pour amortir l'investissement, a-t-elle déclaré à la BBC plus tôt cette année.

Jackson a averti que les mélanges de ciment typiques ne résisteraient pas aux éléments aussi bien que le béton de style romain le pourrait.

"Ceux-ci se corroderont sûrement au moins la moitié de cette durée de vie", a-t-elle déclaré.


Commentaires

Vous êtes donc Rome et vous voulez construire un Panthéon que personne ne peut copier. Vous mélangez du béton avec de la pouzzolane, alias cendre de basalte et versez des pièces de construction. Et écrivez CETTE partie en détail.

Maintenant. qu'est-ce qui empêcherait les gens de copier cette technique pour toujours ? Rien. À moins que vous n'ayez "oublié" de mentionner une deuxième partie qui est également nécessaire pour que cette recette fonctionne. Par exemple, avoir de la main-d'œuvre militaire gratuite pour ciseler les poutres de basalte qui entrent dans ce béton de basalte pour le renforcement. Un scientifique en 2000 sort un instrument, regarde le mur fini du Panthéon, dit "Wow, il n'y a que du basalte dedans, pas d'acier du tout. Une coulée monolithique sans renforcement ! » Alors qu'en fait, ce sont probablement des poutres de basalte ciselées dans le mur qui font le gros du travail. On vient de découvrir que le renfort de basalte a 2 fois la résistance de l'acier à 20% du poids de l'acier. De toute évidence, les anciens Romains n'avaient pas de fours à 2000 degrés pour fabriquer des barres d'armature en basalte comme nous le faisons aujourd'hui pour renforcer le béton. Mon intuition est que les Romains ont juste pris un gros rocher de basalte et ont fait en sorte que le travail gratuit (alias les soldats de l'armée) en cisele les formes de la poutre de renfort. Et c'est pourquoi personne n'a continué la recette après la chute de l'Empire romain. Non pas parce que tous les maçons sont tombés avec un cas inexplicable d'amnésie collective sur la façon de mélanger le béton romain. Mais parce que cette recette nécessitait également le travail gratuit de ciselage de la roche de tout un détachement de l'armée romaine.

veuillez consulter les travaux d'Hannibal Pianta, il a fréquenté l'Institut de technologie de Milan en 1888 et a dirigé des travaux dans le béton de 1902 (chicago) jusqu'à sa mort en 1937 (san antoonio). Ses œuvres sont toujours debout sans beaucoup de travaux de restauration, pour inclure des blocs de pierre Nel exposés aux éléments.


Récemment, il y a eu une rafale de nouvelles autour d'un nouvel article qui examinait la structure minérale d'échantillons de béton prélevés sur un brise-lames romain vieux de 2000 ans. Les articles vont de la mise en évidence mesurée de son efficacité carbone à l'éloge de ses propriétés quasi mystiques. Le fait que ces structures soient encore intactes après des millénaires, alors que les nôtres se dégradent souvent jusqu'à devenir inutilisables après moins de 50 ans, soulève évidemment quelques questions. A savoir, le béton romain était-il meilleur que le nôtre ? Pourquoi le nôtre échoue-t-il si rapidement ?

La réponse réside dans la manière différente dont nous utilisons le béton par rapport aux Romains. Le béton est fort en compression, mais faible en traction et en flexion. Cela signifie que par lui-même, le béton est d'une polyvalence limitée. Il est facilement utilisé dans les colonnes, les arches et autres éléments qui ne seront que compressés. Mais vous rencontrez des problèmes lorsque vous essayez de faire de longs ponts, de grands bâtiments, des murs minces ou tout autre élément qui veut se plier au milieu. Le béton est également très cassant car lorsqu'il atteint son point de rupture, il se brise comme du verre. Pour cette raison, s'il échoue, il échoue instantanément et de manière catastrophique, sans donner aucun avertissement.

Dans la construction moderne, ces deux problèmes sont résolus de la même manière : en mettant des barres d'acier ou des fils dans le béton à des endroits clés. L'acier, contrairement au béton, est incroyablement résistant à la tension. Une poutre en béton renforcée d'acier sera environ un cinquième de la taille d'une poutre non renforcée.

Ce sera aussi beaucoup, beaucoup plus sûr. Contrairement au béton, qui est cassant, l'acier est ductile - lorsqu'il se rompt, il ne se fracture pas, il s'étire. Cette ductilité supplémentaire donne au béton armé défaillant la capacité d'absorber une grande quantité d'énergie supplémentaire avant qu'il ne s'effondre, et laisse suffisamment de temps aux personnes pour évacuer. Pour cette raison, inclure l'acier dans le béton n'est pas seulement une bonne idée : c'est la loi. Presque tous les principaux codes du bâtiment exigent que le béton ait une quantité minimale d'acier d'armature, en dehors de quelques cas particuliers.

Mais toute cette résistance a un inconvénient : l'acier réduit également considérablement la durabilité du béton. Parce que le béton est poreux, au fil du temps, les ions chlorure et autres éléments corrosifs pénètrent dans le béton et commencent à corroder l'acier à l'intérieur. Le temps que cela prend varie en fonction de la profondeur de l'enfouissement de l'acier, mais cela arrive inévitablement. Cette corrosion affaiblit à la fois l'acier et l'agrandit, ce qui finit par faire éclater le béton de l'intérieur vers l'extérieur. La corrosion de l'acier est le principal mécanisme à l'origine de la décomposition du béton et l'une des principales limitations de la durée de vie du béton moderne. Parce que le béton romain n'avait pas d'armature, il n'a aucun de ces problèmes.

Une autre différence majeure entre le béton romain et le nôtre est le temps de durcissement. Le béton moderne durcit et atteint sa résistance maximale très, très rapidement. Le temps "standard" pour que le béton durcisse complètement et atteigne sa capacité est de 28 jours, mais il n'est pas rare qu'il atteigne une résistance utilisable en quelques heures seulement. Ce temps de durcissement rapide, bien qu'utile pour des calendriers de construction rapides, introduit des contraintes thermiques lorsque la réaction s'échauffe. Ces contraintes provoquent des fissures et, en fin de compte, une durabilité réduite. Pour aggraver les choses, de l'acier supplémentaire doit être inclus pour faire face à ces contraintes thermiques, exacerbant le problème de défaillance induite par la corrosion.

Le béton romain, en revanche, durcit étonnamment lentement. Si je lis bien le papier, le brise-lames sur lequel le béton a été échantillonné a pris deux ans refroidir complètement. Ce temps de durcissement extrêmement lent signifie des contraintes thermiques plus faibles et une durabilité correspondante plus élevée.

Bien sûr, tout cela est académique si nous ne pouvions pas produire aujourd'hui un béton aussi durable. Et il s'avère que, lorsque la situation l'exige, nous sommes capables de constituer un mélange de béton extrêmement durable. Des structures modernes en béton ont été construites qui sont conçues pour avoir une durée de vie de 1000 ans. En fait, le minéral exact qui rend le béton romain si durable, la tobermorite substituée par de l'aluminium, a été breveté il y a 30 ans, pour l'utilisation exacte suggérée dans l'article récent. Le béton ultra résistant est à notre portée. Mais les exigences pour le fabriquer - pas d'acier, temps de durcissement extrêmement lent, teneur élevée en pouzzolanes dans le mélange - sont très limitatives et très, très cher. L'astuce pour fabriquer du béton qui peut durer des siècles n'est pas une recette perdue, mais une vieille économie ennuyeuse.


L'eau de mer corrosive favorise la croissance de minéraux rares

Vers l'an 79, l'écrivain romain Pline l'Ancien écrivit dans son Naturalis Historia que les structures en béton dans les ports, exposées à l'assaut constant des vagues d'eau salée, deviennent "une seule masse de pierre, imprenable aux vagues et chaque jour plus forte".

Il n'exagérait pas. Alors que les structures marines modernes en béton s'effondrent en quelques décennies, les jetées et les brise-lames romains vieux de 2 000 ans perdurent à ce jour et sont plus solides aujourd'hui qu'au moment de leur construction. La géologue de l'Université de l'Utah, Marie Jackson, étudie les minéraux et les structures microscopiques du béton romain comme elle le ferait pour une roche volcanique. Elle et ses collègues ont découvert que le filtrage de l'eau de mer à travers le béton entraîne la croissance de minéraux imbriqués qui confèrent au béton une cohésion accrue. Les résultats sont publiés aujourd'hui dans Minéralogiste américain.

Forage ROMACONS sur une structure marine à Portus Cosanus, Toscane, 2003. Le forage est autorisé par la Soprintendenza Archeologia per la Toscana.

Béton romain vs ciment Portland

Les Romains fabriquaient du béton en mélangeant des cendres volcaniques avec de la chaux et de l'eau de mer pour faire un mortier, puis en incorporant dans ce mortier des morceaux de roche volcanique, le « agrégat » dans le béton. La combinaison de cendres, d'eau et de chaux vive produit ce qu'on appelle une réaction pouzzolanique, du nom de la ville de Pozzuoli dans la baie de Naples. Les Romains ont peut-être eu l'idée de ce mélange à partir de dépôts de cendres volcaniques naturellement cimentés appelés tuf qui sont courants dans la région, comme Pline l'a décrit.

Le béton semblable à un conglomérat a été utilisé dans de nombreuses structures architecturales, notamment le Panthéon et les marchés de Trajan à Rome. Des structures marines massives protégeaient les ports de la haute mer et servaient de vastes ancrages pour les navires et les entrepôts.

Le béton de ciment Portland moderne utilise également des granulats de roche, mais avec une différence importante : les particules de sable et de gravier sont censées être inertes. Toute réaction avec la pâte de ciment pourrait former des gels qui se dilatent et fissurent le béton.

"Cette réaction alcali-silice se produit dans le monde entier et c'est l'une des principales causes de destruction des structures en béton de ciment Portland", a déclaré Jackson.

Redécouvrir le béton romain

CRÉDIT PHOTO : Marie Jackson

De gauche à droite : Nobumichi Tamura, Marie Jackson et Camelia Stan à la ligne de lumière 12.3.2 à la source lumineuse avancée, Lawrence Berkeley National Laboratories. Janvier 2017. Tamura et Stan sont des scientifiques à l'Advanced Light Souce.

L'intérêt de Jackson pour le béton romain a commencé avec une année sabbatique à Rome. Elle a d'abord étudié les tufs, puis les dépôts de cendres volcaniques, devenant rapidement fascinée par leur rôle dans la production de la remarquable durabilité du béton romain.

Avec ses collègues, Jackson a commencé à étudier les facteurs qui ont rendu le béton architectural à Rome si résistant. Un facteur, dit-elle, est que les intercroissances minérales entre l'agrégat et le mortier empêchent les fissures de s'allonger, tandis que les surfaces des agrégats non réactifs dans le ciment Portland ne font qu'aider les fissures à se propager plus loin.

Dans une autre étude de carottes de forage de béton du port romain recueillies par le projet ROMACONS en 2002-2009, Jackson et ses collègues ont trouvé une tobermorite alumineuse (Al-tobermorite) exceptionnellement rare dans le mortier marin. Les cristaux minéraux se sont formés dans les particules de chaux par réaction pouzzolanique à des températures quelque peu élevées. La présence d'Al-tobermorite a surpris Jackson. "C'est très difficile à faire", dit-elle à propos du minéral. Sa synthèse en laboratoire nécessite des températures élevées et ne donne que de petites quantités.

Corrosion de l'eau de mer

Pour la nouvelle étude, Jackson et d'autres chercheurs sont retournés aux carottes de forage ROMACONS, les examinant avec une variété de méthodes, y compris des analyses de microdiffraction et de microfluorescence à la ligne de lumière Advanced Light Source 12.3.2 au Lawrence Berkeley National Laboratory. Ils ont découvert que l'Al-tobermorite et un minéral zéolitique apparenté, la phillipsite, se formaient dans les particules de pierre ponce et les pores de la matrice de cimentation. D'après les travaux antérieurs, l'équipe savait que le processus de durcissement pouzzolanique du béton romain était de courte durée. Quelque chose d'autre a dû faire pousser les minéraux à basse température longtemps après le durcissement du béton. « Personne n'a produit de tobermorite à 20 degrés Celsius », dit-elle. « Oh, sauf les Romains ! »

« En tant que géologues, nous savons que les roches changent », déclare Jackson. « Le changement est une constante pour les matériaux terrestres. Alors, comment le changement influence-t-il la durabilité des structures romaines ? »

CRÉDIT PHOTO : avec l'aimable autorisation de Marie Jackson

Cette image microscopique montre le liant grumeleux de calcium-aluminium-silicate-hydrate (C-A-S-H) qui se forme lorsque les cendres volcaniques, la chaux et l'eau de mer se mélangent. Des cristaux lamellaires d'Al-tobermorite se sont développés parmi les C-A-S-H dans la matrice de cimentation.

L'équipe a conclu que lorsque l'eau de mer percolait à travers le béton des brise-lames et des jetées, elle dissolvait les composants des cendres volcaniques et permettait à de nouveaux minéraux de se développer à partir des fluides lessivés hautement alcalins, en particulier l'Al-tobermorite et la phillipsite. Cette al-tobermorite a des compositions riches en silice, similaires aux cristaux qui se forment dans les roches volcaniques. Les cristaux ont des formes lamellaires qui renforcent la matrice de cimentation. Les plaques de verrouillage augmentent la résistance du béton à la rupture fragile.

Jackson dit que ce processus semblable à la corrosion serait normalement une mauvaise chose pour les matériaux modernes. "Nous envisageons un système qui est contraire à tout ce que l'on ne voudrait pas dans le béton à base de ciment", dit-elle. "Nous étudions un système qui se développe dans un échange chimique ouvert avec l'eau de mer."

Béton romain moderne

Compte tenu des avantages de durabilité du béton romain, pourquoi n'est-il pas utilisé plus souvent, d'autant plus que la fabrication du ciment Portland produit d'importantes émissions de dioxyde de carbone ?

« La recette était complètement perdue », dit Jackson. Elle a longuement étudié les textes romains antiques, mais n'a pas encore découvert les méthodes précises pour mélanger le mortier marin, pour recréer entièrement le béton.

« Les Romains ont eu de la chance dans le type de roche avec lequel ils ont dû travailler », dit-elle. « Ils ont observé que les cendres volcaniques faisaient pousser des ciments pour produire le tuf. Nous n'avons pas ces roches dans une grande partie du monde, il faudrait donc faire des substitutions. »

Elle travaille maintenant avec l'ingénieur géologue Tom Adams pour développer une recette de remplacement, cependant, en utilisant des matériaux de l'ouest des États-Unis. L'eau de mer dans ses expériences provient de la marina de Berkeley, en Californie, collectée par Jackson elle-même.

Le béton romain met du temps à développer sa résistance à partir de l'eau de mer et présente une résistance à la compression inférieure à celle du ciment Portland typique. Pour ces raisons, il est peu probable que le béton romain puisse se généraliser, mais pourrait être utile dans des contextes particuliers.

Jackson a récemment pesé sur un projet de lagune marémotrice à construire à Swansea, au Royaume-Uni, pour exploiter l'énergie marémotrice. La lagune, dit-elle, devrait fonctionner pendant 120 ans pour récupérer les coûts engagés pour sa construction. « Vous pouvez imaginer qu'avec la façon dont nous construisons maintenant, ce serait une masse d'acier corrodant à ce moment-là. » Un prototype de béton romain, en revanche, pourrait rester intact pendant des siècles.

Jackson dit que bien que les chercheurs aient répondu à de nombreuses questions sur le mortier du béton, les réactions chimiques à long terme dans les agrégats restent inexplorées. Elle entend poursuivre les travaux de Pline et d'autres savants romains qui ont travaillé assidûment pour découvrir les secrets de leur béton. « Les Romains étaient préoccupés par cela », dit Jackson. "Si nous allons construire dans la mer, nous devrions également nous en préoccuper."


Pourquoi le béton romain a-t-il duré si longtemps ?

Le Panthéon a l'air plutôt bien pour un bâtiment vieux de 1900 ans, étant donné qu'il s'agit du plus grand dôme en béton non armé au monde. C'est peut-être parce qu'il n'était pas renforcé, donc il n'y avait pas de fer à rouiller et à se dilater, ou peut-être parce que le béton romain était différent de celui que nous utilisons aujourd'hui. TreeHugger a déjà noté que le béton romain était beaucoup plus écologique que les mélanges d'aujourd'hui. Une nouvelle étude menée par des chercheurs du Berkeley Lab montre que le béton devient en fait plus résistant avec le temps.

Contrairement au béton moderne qui rétrécit en ouvrant de minuscules fissures qui se propagent et laissent entrer l'humidité, le béton romain, fait de cendres volcaniques au lieu de ciment portland, est en fait auto-cicatrisant car un liant cristallin se forme et empêche le béton de se fissurer davantage. Selon Marie Jackson de l'UC Berkeley :

Ainsi, non seulement le béton fabriqué avec des cendres volcaniques aurait une empreinte carbone beaucoup plus faible, mais il durerait beaucoup plus longtemps. Jackson poursuit sur un ton plus compréhensible :

La fabrication du ciment représente jusqu'à 7 % du CO2 produit chaque année, la quantité de matière coulée de nos jours est extraordinaire. Vaclav Smil dit à Bill Gates que la statistique présentée ci-dessus est la plus stupéfiante de son livre, Making the Modern World : Materials and Dematerialization. Nous utilisons beaucoup trop de matériel et cela ne dure pas aussi longtemps que nous le pensions. Le temps de changer.