Bonjour à tous,
J'ai lu cet article de presse : "Des chercheurs exhument le secret de solidité du béton romain" - lien : https://leblob.fr/actualites/des-che...u-beton-romain
L'étude : https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add1602
Cordialement
Dernière modification par philippedelimoges ; 10/01/2023 à 21h05.
C'est bien comme ça qu'on a toujours (?) fait la chaux.Ils en ont conclu que la chaux n'était pas (ou pas seulement) incorporée en étant mélangée à de l'eau, comme on le pensait jusqu'ici, mais sous forme de chaux vive.
Est-ce qu'on pourrait avoir des comparaisons de solidité entre les bétons modernes et les romains ?
L'électronique c'est comme le violon. Soit on joue juste, soit on joue tzigane . . .
Oui j'ai pas très bien compris l'explication. Pour moi on met toujours de l'eau pour faire du ciment (ou du béton) donc la chaux vive (oxyde de calcium CaO ) se transforme forcément en chaux éteinte (hydroxyde de calcium Ca(OH)2 ) au contact de l'eau. C'est instantané. Puis la prise du ciment se fait par une réaction avec la silice du sable pour former un silicate de calcium hydraté qui assure la "prise".
Ce que je comprends c'est qu'il restait des fragments de chaux qui ont pu ne pas réagir avec la silice et ont plutot donné du carbonate de calcium (évolution normale à l'air avec le CO2 de l'air). Après ce carbonate peut se redissoudre et recristalliser en présence d'infiltrations d'eau, comme dans les grottes, ce qui peut "boucher les fissures", en quelque sorte il serait auto-cicatrisant. Mais la clé serait la présence de ce carbonate de calcium. Je ne vois pas trop le rapport avec chaux vive ou chaux éteinte, c'est plutot qu'il faut garder des grains de carbonate qui n'ont pas réagi avec la silice : est ce que ce ne serait pas plutot le résultat d'un broyage imparfait de la chaux qui laisserait des grains assez gros qui donneraient finalement du carbonate de calcium ?
J'ai survolé le deuxième (et je n'ai pas l'intention de me poser dessus), mais l'abstract me fait penser aux études sur la tenue dans le temps des mortiers et bétons de chaux. A noter qu'il ne faut pas confondre avec les bétons modernes.
Le seul "secret" dont j'ai eu connaissance a été la découverte d'un adjuvent dans les mortiers de la muraille de Chine : l'amidon de riz.
L'électronique c'est comme le violon. Soit on joue juste, soit on joue tzigane . . .
à propos de l'amidon de riz, le reportage montrait que le mortier de scellement des briques étaient toujours intacte, là ou les briques était dans un sale état
Il semblerait que les bétons modernes résistent mieux à la compression que les bétons romains.Envoyé par antek
Est-ce qu'on pourrait avoir des comparaisons de solidité entre les bétons modernes et les romains ?
Bonjour à tous,à propos de l'amidon de riz, le reportage montrait que le mortier de scellement des briques étaient toujours intacte, là ou les briques était dans un sale état
Composé de riz gluant :
https://www.construction21.org/franc...se-de-riz.html
Faire tout pour la paix afin que demain soit meilleur pour tous
L'explication est un peu différente. Le fait de fabriquer le béton avec de la chaux vive ferait qu'il resterait plus d'éclats de chaux vive après la première carbonatation que lorsqu'il est fabriqué avec de la chaux éteinte. Ces éclats de chaux vive, en présence d'infiltration d'eau, se transforment en carbonate de calcium : il y a effectivement un phénomène de cicatrisation. Ces éclats de chaux vive ont été remarqués depuis longtemps et jusqu'à présent l'explication était effectivement qu'ils étaient le résultat d'une hydratation incomplète de la chaux vive. La nouveauté de cette nième étude prétendant avoir découvert le secret du béton romain est qu'elle suppose la fabrication du béton avec de la chaux vive. Cela est étonnant car Vitruve a clairement écrit que le béton devait être fabriqué avec de la chaux éteinte, et les auteurs latins n'ont jamais infirmé cette prescription. Je pense qu'il faut attendre des réactions d'autres spécialistes de la question, qui confirmeront, ou infirmeront, cette hypothèse.
Je reprends mon explication qui n'est pas très bonne.
Les auteurs de cette dernière étude se sont intéressés à ces éclats de chaux vive incorporés dans le béton. Alors que jusqu'à présent on supposait qu'ils étaient le résultat d'une hydratation incomplète lors de la fabrication de la chaux éteinte, ces auteurs ont supposé qu'ils étaient le résultat d'une hydratation incomplète de la chaux vive lors de la fabrication du béton faite directement avec de la chaux vive (hypothèse étonnante puisque Vitruve a écrit clairement que le béton était fabriqué avec de la chaux éteinte). Ils ont vérifié cette hypothèse en fabriquant un béton avec de la chaux vive, et ont conclu que l'hypothèse était bonne car ils ont obtenu un résultat analogue. Ce qui est surprenant c'est qu'ils n'ont pas vérifié ce que cela aurait donné avec de la chaux éteinte (qui aurait peut-être donné le même résultat). Attendons confirmation.
Bonjour,
Attention ce qu'on appelle communément du béton romain n'est pas exclusivement du ciment, de la chaux et du sable. Il faut tenir compte aussi de la pouzzolane qui était incorporée au mélange. Je ne suis pas chimiste pour en donner toutes les vertus mais on retrouve ce "béton romain" notamment sur des édifices bien spécifiques toujours debout aujourd'hui.
Cette pouzzolane est de la cendre volcanique ( de la région de Pouzzoles près de Naples), mélangée aux ingrédients du béton elle a pour effet de durcir dans l'eau. Attention, c'est un peu compliqué à expliquer physiquement, cela ne sèche pas dans l'eau, ça durcit ! (Voir Pouzzolane) Et plus cela reste longtemps dans l'eau plus c'est dur.
On a, par exemple, l'Aqueduc du Pont du Gard dont l'étanchéité a été faite avec ce principe comme beaucoup d'autres aqueducs naturellement, notamment celui qui alimente les Moulins de Barbegal. On retrouve également ce mélange dans les vestiges du Port de Césarée (Israël) qui fut rebâti par les Romains sur ce principe. Il a été établi que des centaines de tonnes pour ne pas dire des milliers de tonnes de pouzzolane ont été acheminées depuis l'Italie vers Césarée pour bâtir avec ce béton hydraulique bien spécifique. Pour le Pont du Gard ,on parle de l'étanchéité du conduit de l'aqueduc mais aussi de la partie maçonnerie "pied dans l'eau" de l'ouvrage. Il est question de ce mélange en divers lieux avec cette technique durant tout l'Empire.
Je n'en ai plus la référence (reportage) mais la question a été posée ici, le béton romain a été testé plus solide que le béton moderne standard. (J'ai vu cela dans un reportage mais lequel ?!! Ce devait un reportage sur les ouvrages romains bien sur et il y avait des comparatifs avec blocs de béton sous une presse).
Dés l'effondrement de l'Empire Romain, le principe de la pouzzolane a été "oublié" sans doute par manque d'exploitation de la ressource et il a fallu construire ces édifices à vocation hydraulique avec d'autres techniques en se passant de cette technique à la pouzzolane. Naturellement la pouzzolane d'aujourd'hui que l'on trouve en jardinerie n'a plus cet usage, elle sert à compléter certains massifs avec une couche de terre volcanique.
Bonne journée.
PS: Je pense, à la relecture du post de Paduen, que si Vitruve parle de chaux éteinte, il doit faire allusion à la pouzzolane correspondant à de la cendre volcanique naturellement éteinte. A l'époque de Vitruve, le phénomène des volcans n'était pas d'actualité c'était juste avant Pompéi.
PS bis: La partie etymologie sur ce site confirme ce que je pensais.
Dernière modification par cherallier ; 13/02/2023 à 10h01.
Oui, évidemment, il y a un agent qui rend la chaux hydraulique : soit de l'argile, soit de la pouzzolane, soit du tuileau (ce sont ces agents qui, ajoutés à la chaux et aux granulats, apportent des silicates et des aluminates nécessaires pour rendre la chaux hydraulique). Dans mon message précédent je n'ai parlé que de la chaux pour commenter le message d'Archi3 qui ne parlait que de chaux)
Ce n'est pas la pouzzolane qui durcit. C'est la pouzzolane (comme l'argile et le tuileau) qui rendent la chaux hydraulique et qui la font durcir quand elle est mélangée à de l'eau.
Non, Vitruve parle bien d'une part de chaux éteinte et d'autre part de pouzzolane.
Pour rendre le sujet plus clair, voici un exposé plus complet :
Béton : Le béton est un assemblage d’agrégats (sable, gravier…), d’un liant (terre, bitume, liant de chaux…) et d’adjuvants. Mêlé à de l’eau, on obtient une pâte qui est coulée dans un coffrage. Le mortier ne diffère du béton que par l’utilisation d’agrégats plus petits, de la taille de gravillons voire de gravier.
Opus caementicium : L’opus caementicium, très utilisé par les Romains, est obtenu par mélange de mortier avec des pierres de différentes tailles, dont souvent de gros moellons. Ce n’est pas à proprement parler un « béton » mais certains auteurs le qualifient cependant ainsi, tout en reconnaissant que c’est un abus de langage (L. Lancaster par exemple).
Ciment : On réserve aujourd’hui l’appellation « ciment » aux mélanges artificiels de chaux avec de l’argile et des sels métalliques. On ne devrait donc pas utiliser l’expression « ciment romain ». Malheureusement, cette appellation a été utilisée comme première marque des ciments Portland à la fin du XIXe siècle.
Chaux : La chaux (CaO) est une roche naturelle qu’on trouve rarement dans la nature, essentiellement dans des laves, car elle est très réactive. Pour fabriquer des bétons de chaux, on calcine des roches calcaires formées principalement de carbonate de calcium (Ca CO3) par dégagement du dioxyde de carbone (CO2). Cette chaux vive, mélangée à de l’eau permet d’obtenir de la chaux éteinte (Ca(OH)2) au cours d’une réaction très exothermique. La prise de la chaux s’effectue par carbonatation, avec l’eau comme catalyseur. L’eau réagit avec le dioxyde de carbone de l’air pour former de l’acide carbonique (H2CO3) qui réagit à son tour avec la chaux éteinte pour donner du carbonate de calcium (CaCO3).
Dans le cas des chaux hydrauliques (contenant de l’argile, de la pouzzolane ou du tuileau) une première carbonatation s’effectue entre les silicates et aluminates lors de l’extinction de la chaux vive, puis une deuxième au contact de l’air.
Pouzzolane : La pouzzolane est une roche volcanique est une cendre volcanique qui tire son nom de la ville de Pouzzoles près de laquelle cette roche était abondante. Par extension, on appelle également pouzzolane d’autres cendres volcaniques. Ses propriétés viennent du fait qu’elle contient notamment des silicates d’alumine qui permettent de transformer la chaux aérienne (ne contenant pas d’argile) en chaux hydraulique. On appelle de façon plus générale « pouzzolanes » des matériaux qui en présence d’eau réagissent chimiquement avec la chaux éteinte pour obtenir des mélanges aux propriétés cimentaires.
Tuileau : Le tuileau est formé de terre cuite broyée finement. Il contient donc, comme l’argile, des silicates et des aluminates et permet donc, à la place ou complémentairement à la pouzzolane, d’obtenir de la chaux hydraulique.
1- Les bétons utilisés par les Romains
Les premiers bétons utilisés par les Romains ont été des bétons de terre, notamment dans des constructions en pisé.
Dans les derniers siècles av. J.-C., les Romains ont adopté et amélioré les techniques de mortier de chaux qui étaient connues depuis 10 000 av. J.-C. dans le Proche Orient. Les premiers mortiers hydrauliques, obtenus avec incorporation de tuileau, auraient été fabriqués dans le monde Egéen au IVe siècle av. J.-C. mais c’est entre le IIIe et le IIe siècle av. J.-C. que les premiers mortiers pouzzolaniques auraient été fabriqués, vraisemblablement dans la région de Pouzzoles.
On peut penser que les Romains ont découvert ce matériau par chance (il en faut souvent). En effet, la construction du port de Pouzzoles, le plus proche de Rome, aurait été l’occasion pour les Romains d’utiliser des matériaux locaux comme granulats, en l’occurrence des centres volcaniques de Pouzzoles. Quoi qu’il en soit, les Romains ont eu l’ingéniosité d’observer le comportement de ces bétons et de remarquer leur durabilité. Des prélèvements effectués sur des bâtiments du Ier siècle av. J.-C. montrent que les Romains ont essayé plusieurs types de cendres volcaniques dans leurs recettes de mortiers.
Quand Vitruve écrit De architectura, vers 30 av. J.-C., les recettes de ces mortiers et bétons, pour application terrestres et maritimes, sont déjà en partie stabilisées.
Ce sont les bétons hydrauliques utilisant les cendres volcaniques et/ou le tuileau qu’on appelle « bétons romains ». Leurs qualités de durabilité et de résistance à l’eau de mer ont conduit les Romains, vu leur coût supérieur, à les utiliser surtout pour les constructions maritimes. (La très grande majorité des bétons et mortiers terrestres étaient uniquement à base de chaux)
L’utilisation de ce béton romain s’est poursuivie activement jusqu’au IIIe siècle. Ensuite elle s’est ralentie, en raison d’une diminution de la construction de ports, jusqu’à un fort déclin à partir du VIe siècle en Occident. Quand la construction de ports a recommencé aux XIVe et XVe siècles, la recette romaine des bétons hydrauliques à base de chaux et de cendres volcaniques avait été oubliée.
2- Le béton romain à base de pouzzolane
Les Romains ne comprenaient évidemment pas les réactions chimiques complexes de la fabrication de la chaux éteinte et les réactions entre celle-ci et la pouzzolane mais ils les ont bien observées et Vitruve a dressé l’état de l’art vers la fin du Ier siècle av. J.-C. Il insiste sur la nécessité de bien choisir le calcaire à calciner, qui doit être blanc et dur et sur les proportions de 1 à 3 entre chaux et cendre volcanique et de 1 à 2 entre chaux et sable de rivière. Il écrit explicitement que la chaux doit être éteinte avant la confection du mortier. Il reconnait la meilleure qualité de la cendre de Pouzzoles (pulvis) comparée à celle des environs de Rome (harena fossicia) : la première doit être utilisé pour les bétons maritimes alors que la seconde doit être réservée aux ouvrages terrestres.
Un siècle après, Pline l’Ancien reprend à peu près les mêmes termes que Vitruve, et indique qu’il est préférable de laisser maturer la chaux éteinte pendant 3 ans. Vers l’an 300, Cetius Faventinus reprend encore les prescriptions de Vitruve.
Les qualités de ce béton romain sont sa durabilité, sa résistance et même son amélioration dans l’eau de mer. En revanche ses propriétés mécaniques sont médiocres. Sa résistance à la compression est inférieure à 10 Mpa, alors que celle d’un béton moderne commun est de 30 Mpa et que celle des meilleurs bétons fibrés actuels atteint 250 Mpa (sans parler évidemment des bétons armés précontraints. Une autre qualité de ce béton est sa légèreté : associé à des roches légères comme les pierres ponces, il a pu servir à faire des coupoles.
Beaucoup d’articles de vulgarisation ayant repris au mois de janvier les résultats de la dernière étude (dont celui LeBlob.fr cité au début de ce fil) commettent l’erreur de parler de la solidité de ce béton romain.
Les bâtiments romains qui sont parvenus jusqu’à nous sont ceux qui ont été réalisés avec la meilleure architecture et les meilleurs matériaux (le Panthéon, par exemple, mais en grande partie car il a été entretenu depuis sa reconstruction, transformé en église). En revanche, la majorité des bâtiments étaient relativement mal construits (voir J.-P. Adam) et les effondrements de ces bâtiments ont été amplement commentés par les auteurs romains.
Les bétons maritimes ont été longuement étudiés, de 2000 à 2006, par une équipe de chercheurs qui a étudié les bétons, tous à base de chaux et de pouzzolane, qui ont été utilisés dans des équipements portuaires tout autour de la Méditerranée. Ces chercheurs ont reproduit un béton analogue avec ceux qu’ils avaient étudié, en fabriquant des bétons à base de chaux éteinte et de pouzzolane.
3- L’étude du MIT
L’étude récente du MIT présentée ici est la nième étude qui prétend avoir découvert le « secret » du béton romain. Il n’y a rien de fondamentalement nouveau concernant les réactions chimiques qui sont décrites : elles étaient déjà bien analysées dans une précédente étude de M. Jackson en 2017. Ce qui est nouveau est l’hypothèse de la fabrication de ce béton par mélange de chaux vive directement dans le mortier (ou dans le béton).
Cette étude amène à poser quelques questions :
- Il me paraît étonnant que les chercheurs aient étudié un seul béton, provenant de Privernum.
- Ils ont reproduit un béton analogue en utilisant de la chaux vive. Il me paraît étonnant qu’ils n’aient pas fait un mélange avec de la chaux éteinte pour étudier la différence entre les deux méthodes de fabrication.
- Aucun auteur ancien n’indique que les Romains fabriquaient leurs bétons avec de la chaux vive, mais au contraire avec de la chaux éteinte.
- Le transport de la chaux vive est très délicat car la matière est très réactive. Cette étude ne signale pas cette difficulté.
Il y aura sans aucun doute des réactions à cette étude, pour en confirmer ou infirmer les résultats.
Je reprends ma formulation qui est impropre. Les réactions principales de la cimentation, comme expliqué dans la suite du message, sont :
- Calcination de la chaux : le carbonate de calcium CaCO3 devient de la chaux vive CaO
- Hydratation de la chaux vive : la chaux vive CaO devient de la chaux éteinte Ca(OH)2 quand elle est mélangée à de l'eau
- Carbonatation de la chaux éteinte : la chaux éteinte Ca(OH)2 devient du carbonate de calcium CaCO3 grâce d'abord à la pouzzolane et ensuite grâce à l'eau, qui ne jouent que des rôles de catalyseurs.
On part donc de carbonate de calcium solide pour le retransformer en 3 étapes en carbonate de calcium. Mais le passage à l'état pâteux permet d'obtenir soit la forme géométrique voulue, par coffrage ou par moulage dans le cas des bétons, soit le scellement des moellons dans le cas d'un mortier. Le durcissement est donc le résultat de la transformation de la chaux en carbonate de calcium.
Le 2ème rôle de la pouzzolane est de créer au cours de la carbonatation des silicates de calcium hydratés (C-S-H) et des silicates de calcium alumineux hydratés (C-A-S-H), qui renforcent la cohésion du liant et lui conférent sa propriété de durabilité.
Bonsoir,
Merci Paduen Pour toutes ces précisions très intéressantes.
