La tombe d’une noble révèle de nouveaux secrets du béton très résistant de la Rome antique

Parmi les nombreux sites touristiques populaires de Rome se trouve un impressionnant mausolée vieux de 2 000 ans le long de la Via Appia, connu sous le nom de Tombeau de Caecilia Metella, une noble qui a vécu au premier siècle de notre ère. Lord Byron faisait partie de ceux qui se sont émerveillés de la structure, y faisant même référence dans son poème épique Le pèlerinage de Childe Harold (1812-1818). Maintenant, les scientifiques ont analysé des échantillons du béton ancien utilisé pour construire la tombe, décrivant leurs découvertes dans un article publié en octobre dans le Journal of the American Ceramic Society.

« La construction de ce monument et point de repère très innovant et robuste sur la Via Appia Antica indique que [Caecilia Metella] était tenu en grand respect », a déclaré la co-auteure Marie Jackson, géophysicienne à l’Université de l’Utah. « Et le tissu de béton 2 050 ans plus tard reflète une présence forte et résiliente. »

Comme le ciment Portland d’aujourd’hui (un ingrédient de base du béton moderne), le béton romain antique était essentiellement un mélange de mortier semi-liquide et d’agrégat. Le ciment Portland est généralement fabriqué en chauffant du calcaire et de l’argile (ainsi que du grès, de la cendre, de la craie et du fer) dans un four. Le clinker obtenu est ensuite broyé en une poudre fine, avec juste une touche de gypse ajouté, pour mieux obtenir une surface lisse et plane. Mais l’agrégat utilisé pour fabriquer le béton romain était composé de morceaux de pierre ou de briques de la taille d’un poing.

Dans son traité de Architectura (vers 30 de notre ère), l’architecte et ingénieur romain Vitruve a écrit sur la façon de construire des murs en béton pour les structures funéraires qui pourraient durer longtemps sans tomber en ruines. Il a recommandé que les murs aient au moins deux pieds d’épaisseur, soit en « pierre rouge équarrie, soit en briques ou en lave posées en assises ». L’agrégat de brique ou de roche volcanique doit être lié avec du mortier composé de chaux hydratée et de fragments poreux de verre et de cristaux provenant d’éruptions volcaniques (connu sous le nom de téphra volcanique).

Jackson étudie les propriétés inhabituelles du béton romain antique depuis de nombreuses années. Par exemple, elle et plusieurs collègues ont analysé le mortier utilisé dans le béton qui compose les marchés de Trajan, construits entre 100 et 110 de notre ère (probablement le plus ancien centre commercial du monde). Ils se sont particulièrement intéressés à la « colle » utilisée dans la phase de fixation du matériau : un calcium-aluminium-silicate-hydrate (CASH), augmenté de cristaux de stratlingite. Ils ont découvert que les cristaux de stratlingite bloquaient la formation et la propagation de microfissures dans le mortier, ce qui aurait pu entraîner des fractures plus importantes dans les structures.

En 2017, Jackson a co-écrit un article analysant le béton des ruines des digues le long de la côte méditerranéenne italienne, qui existent depuis deux millénaires malgré le rude environnement marin. Les vagues constantes d’eau salée s’écrasant contre les murs auraient depuis longtemps réduit les murs de béton modernes en décombres, mais les digues romaines semblent s’être en fait renforcées.

Jackson et ses collègues ont découvert que le secret de cette longévité était une recette spéciale, impliquant une combinaison de cristaux rares et d’un minéral poreux. Plus précisément, l’exposition à l’eau de mer a généré des réactions chimiques à l’intérieur du béton, provoquant la formation de cristaux de tobermorite d’aluminium à partir de phillipsite, un minéral commun trouvé dans les cendres volcaniques. Les cristaux se sont liés aux roches, empêchant une fois de plus la formation et la propagation de fissures qui auraient autrement fragilisé les structures.

Alors naturellement, Jackson a été intrigué par le tombeau de Caecilia Metella, largement considéré comme l’un des monuments les mieux conservés de la voie Appienne. Jackson a visité la tombe en juin 2006, lorsqu’elle a prélevé de petits échantillons du mortier pour analyse. Bien que la journée de sa visite ait été assez chaude, elle s’est souvenue qu’une fois à l’intérieur du couloir sépulcral, l’air était très frais et humide. « L’atmosphère était très calme, à l’exception du vol de pigeons au centre ouvert de la structure circulaire », a déclaré Jackson.