La ville romaine de Pompéi, située dans le golfe de Naples actuel, a été ensevelie sous la lave, les cendres et les pyroclastes lors de l’éruption du Vésuve en 79 après J.-C. Le malheur des Pompéiens a été une bénédiction pour les historiens et les archéologues, qui peuvent étudier tous les détails de la vie capturés il y a 2 000 ans par la colère du volcan. Des amants enlacés, un homme âgé se reposant dans son lit, d’autres dans les thermes… Une maison en cours de rénovation a maintenant été déterrée. Cette découverte, publiée dans Nature Communications, est un instantané du processus complet de construction suivi dans la Rome impériale, y compris la fabrication du fascinant béton romain, considéré par certains comme le véritable pilier de l’empire.
À Pompéi, une maison en rénovation révèle les secrets du béton romain et l’usage combiné de chaux vive et éteinte
La première domus de l’insula X de la IX regio était en cours de rénovation lorsque l’éruption les a surpris. En réalité, une grande partie de Pompéi était en travaux. En 62 de notre ère, 17 ans auparavant, un violent tremblement de terre avait détruit certaines maisons. Dans cette domus, certains murs étaient en cours de réparation. Les archéologues ont trouvé tout ce qu’on peut imaginer trouver sur un chantier : des fils à plomb, des ciseaux ou des poids dans ce qui était une boîte à outils en bois qui n’a pas été conservée. Des tuiles empilées avec soin, ainsi que des briques de tuf. Une grande partie de ce matériel était d’occasion, car ils ont constaté qu’il y avait des traces de réutilisation. Des amphores remplies de chaux, comme s’il s’agissait de sacs de ciment modernes. Et même des tas de matériaux utilisés comme agglomérats, en particulier des pouzzolanes provenant d’éruptions antérieures. Ils en ont même trouvé un dans lequel cet agglomérat avait déjà été mélangé avec le liant, la chaux vive. En les combinant avec de l’eau, dans un mélange appelé « en chaud », ils obtenaient du béton (opus caementicium).
« De nombreuses structures romaines en béton, tant terrestres que maritimes, sont restées mécaniquement solides pendant des siècles », rappelle Admir Masic, professeur de génie civil et environnemental au Massachusetts Institute of Technology (MIT) et auteur principal de cette recherche. « Dans certains cas, près de deux millénaires, une durée bien supérieure à celle de la plupart des bétons modernes », ajoute-t-il. Masic a dirigé en 2023 un autre travail qui montrait comment les ingrédients du mélange, du mortier, le rendaient très durable, et pas seulement cela : « Le béton de la Rome antique possède des propriétés d’auto-cicatrisation que le béton moderne ne possède pas ». La combinaison était dynamique, avec une capacité réactive une fois la maçonnerie sèche, ce qui permettait de colmater les fissures et les pores au fil du temps.
Masic précise que les constructeurs romains ne disposaient pas des connaissances de la chimie moderne, « mais ils reconnaissaient clairement que les pouzzolanes volcaniques rendaient leurs bétons exceptionnellement résistants, durables et capables de durcir sous l’eau », souligne-t-il. En fait, ajoute-t-il, « ils recherchaient activement des sources spécifiques de cendres pour fabriquer leur béton ; ils ont même transporté de la pouzzolane à travers la Méditerranée pour construire, par exemple, Césarée maritime », une colonie romaine dont les ruines ont été découvertes entre les villes actuelles de Haïfa et Tel Aviv, en Israël.
Une autre découverte clé concerne le liant utilisé. L’analyse chimique et cristallographique a permis de déterminer que les amphores contenaient de la chaux hydratée ou éteinte (hydroxyde de calcium). Mais le béton du mur qu’ils renforçaient contenait de la chaux vive (oxyde de calcium). De plus, le tas trouvé à l’étage supérieur était constitué d’un mélange de chaux vive et de pouzzolane comme liant.
« Nos preuves démontrent que la chaux vive a joué un rôle fondamental dans le béton structurel (opus caementicium), car son mélange à chaud a produit les clastes de chaux caractéristiques et a contribué à la durabilité à long terme et à l’auto-durcissement du matériau », explique Masic. Quiconque a déjà vu la chaux vive bouillir lorsqu’elle est mélangée sait à quel point l’opération était chaude, pouvant atteindre 200 °C et plus. « La chaux éteinte [une fois l’eau ajoutée], en revanche, était généralement utilisée pour la finition des mortiers et des enduits, où la maniabilité et les surfaces lisses étaient essentielles », ajoute-t-il.
La découverte que dans cette maison pompéienne, les maçons utilisaient les deux phases de la chaux, l’une pour la structure, l’autre pour les finitions, met fin à une sorte de débat que les ingénieurs et les constructeurs actuels entretenaient avec le passé, en particulier avec Vitruve, l’architecte romain qui, dans son traité De Architectura, détaillait déjà en 23 avant notre ère le processus d’élaboration du béton romain avec calx extincta, ce qui a toujours été considéré comme une référence à la chaux éteinte.
Une étude révèle que les pratiques réelles du béton romain différaient largement des recettes de Vitruve
« Je ne dirais pas que [Vitruve] avait tort, mais plutôt qu’il a décrit une recette normative et une théorie des meilleures pratiques (si nous supposons que notre traduction de calx extincta est correcte) », affirme Masic dans un courriel. La réalité n’était sans doute pas aussi simple : « Nos découvertes à Pompéi montrent que les pratiques de construction réelles étaient plus diverses et s’écartaient parfois de ses recommandations, de sorte que Vitruve ne rend compte que d’une partie de l’histoire de la technologie de construction romaine », ajoute-t-il. De plus, il y a un écart d’un siècle entre le De Architectura et les maçons pompéiens. « Imaginez ce que cent ans de différence peuvent signifier pour la technologie de construction », conclut le professeur du MIT.
Víctor Yepes Piqueras, professeur au département d’ingénierie de la construction-ICITECH de l’Universitat Politècnica de València, partage l’avis de Masic : « La diversité des matériaux et des pratiques de construction décrite par des auteurs tels que Vitruve, qui préconisait l’extinction préalable de la chaux, recommande d’interpréter cette étude comme un exemple de la coexistence de méthodes alternatives au canon classique, mais pas comme une description universelle ».
Yepes, qui n’a pas participé à ces travaux, apprécie également les propriétés d’auto-cicatrisation du béton romain, mais sans excès. « Du point de vue de l’ingénierie structurelle moderne, il est important de tenir compte de son contexte, car il s’agit d’un processus géochimique lent, avec des effets localisés et conditionnés par les cycles d’humidité ambiante. Cette caractéristique contribue à expliquer la durabilité observée, mais elle n’a pas d’équivalent direct avec les mécanismes de réparation active immédiate qui font aujourd’hui l’objet de recherches dans le domaine du génie civil ». Selon Yepes et Masic, la découverte faite dans la maison de Pompéi en cours de rénovation permettra de restaurer n’importe quel ouvrage romain comme le faisaient les maçons romains.
