Une équipe de géologues de l’Université de l’Utah a découvert le secret de la puissance de maintien des structures construites à partir de ciment romain. Jusqu’à 2 000 ans d’âge, ces chefs-d’œuvres humains, comme le port de Césarée en Israël, tiennent là où des édifices modernes en ciment s’effondreraient.

Pour trouver la réponse à cette question, une équipe dirigée par la professeur de géologie Marie Jackson de l’Université de l’Utah s’est tournée vers ses aînés. Et plus précisement Pline l’Ancien.

Dans son œuvre du premier siècle avant l’ère commune, Histoire naturelle, Pline l’Ancien a écrit sur le processus de formation de pierres impliquant des cendres volcaniques, « qui dès qu’elles entrent en contact avec les vagues de la mer et sont submergées se transforment en une unique masse de pierre, insensible aux assauts des vagues et chaque jour plus forte », comme l’a cité Jackson dans une nouvelle étude publiée ce mois-ci dans American Mineralogist.

Après avoir testé des échantillons de béton romain provenant de plusieurs ports romains en Italie, l’équipe de Jackson a conclu : « la résilience chimique à long terme du béton dépend évidemment des interactions eau-roche, comme l’avait déduit Pline l’Ancien. »

En étudiant les noyaux prélevés sur le béton du port romain, Jackson et son équipe ont trouvé un minerai rare, de la tobermorite (Al-tobermorite), dans la composition du mortier. Selon un article de Phys.org sur cette nouvelle étude, ce type de cristaux de minerai sont « formés dans des particules de calcaire par des réactions pouzzolaniques à des températures quelque peu élevées ». Étant donné que la tobermorite est difficile à fabriquer même dans le meilleur des laboratoires modernes, sa présence a été une surprise pour Jackson.

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

Ce qui est peut-être également tout aussi remarquable dans l’intuition qu’ont eu les constructeurs romains sur les processus chimiques impliqués dans la création du minerai stabilisant le béton, la tobermorite, c’est la normalisation de leurs matériaux de construction pour des projets dans tout l’Empire romain.

Le port israélien de Césarée Maritima, nommé en l’honneur de César Auguste, le fondateur de l’Empire romain, a été établi par Hérode le Grand, qui a régné entre l’an 37 avant l’ère commune et l’an 4 de notre ère, selon la Société d’archéologie biblique (BAS). « Hérode a sans doute construit ce grand port pour satisfaire un besoin pratique, car il n’y avait plus d’ancrage protégé le long de la route d’Alexandrie, en Egypte, dans les ports de Syrie et d’Asie mineure », selon BAS.

Une vue aérienne de la ville portuaire de Césarée (Crédit : Moshe Shai/Flash90)

Une vue aérienne de la ville portuaire de Césarée (Crédit : Moshe Shai/Flash90)

Après Hérode, la ville maritime et son port massif – le plus grand de son temps – est devenu le siège du gouverneur romain local.

La construction des digues de la ville était une utilisation ingénieuse du « béton hydraulique » dense, un mélange de mortier et de sable volcanique importé d’Italie appelé pulvis puteolanus (extrait près de la baie de Naples), de la pierre ponce et du calcaire.

« Les Romains ont expédié des milliers et des milliers de tonnes de ces cendres volcaniques autour de la Méditerranée pour construire des ports de la côte d’Italie à Israël jusqu’à Alexandrie en Egypte et Pompeiopolis en Turquie », a expliqué Jackson au Smithsonian Magazine.

Caesarea Maritima (crédit photo: Wikimedia Commons, domaine public)

Caesarea Maritima (crédit photo: Wikimedia Commons, domaine public)

Selon l’archéologue Kenneth G. Holum, « les hommes d’Hérode ont construit des digues en posant une série d’immenses blocs de béton au fond de la mer, formant une chaîne d’îles artificielles qui ont ensuite été rejointes par une maçonnerie plus conventionnelle. »

Le mélange de l’eau de mer avec la formule de béton a permis une structure extrêmement stable. Alors que l’eau de mer endommage le béton moderne, dans le béton romain, le pulvis puteolanus « joue réellement un rôle dans l’atténuation de la détérioration lorsque l’eau s’y infiltre », a déclaré Jackson au Smithsonian Magazine.

L’équipe de Jackson a constaté que l’infiltration de l’eau de mer par le béton « dissout les composants des cendres volcaniques et a permis à de nouveaux minéraux de se développer à partir des fluides lessivés hautement alcalins, en particulier la tobermorite et le phillipsite », selon Phys.org.

« Nous examinons un système qui est l’opposé de ce que l’on voudrait dans le béton à base de ciment. Nous examinons un système qui se développe dans un échange chimique ouvert avec de l’eau de mer », s’est enthousiasmée Jackson.

Même si Jackson a passé des années à étudier des textes romains à la recherche de la recette secrète, elle a été « complètement perdue », a-t-elle déploré.

Cependant, alors que les ingénieurs en bâtiments modernes réfléchissent à de nouveaux projets, Jackson a dit au Guardian qu’elle espérait que son travail ouvrirait leur esprit à de potentiels processus alt-neue, anciens et nouveaux à la fois.

« Je pense que [notre étude] ouvre une perspective complètement nouvelle sur la façon de faire du béton, par rapport à ce que nous considérons comme des processus de corrosion et peut effectivement produire du ciment minéral extrêmement bénéfique et conduire à une résilience continue, et, en fait, peut-être même améliorer la résilience au fil du temps », a déclaré Jackson.

Si le port de Caesarea Maritima est un signe, il serait judicieux d’écouter nos ancêtres romains.