Dans leur quête pour construire un avenir meilleur, certains cherchent des réponses dans un passé lointain.
Les anciens bâtisseurs du monde entier ont créé des structures qui sont encore debout aujourd’hui, des milliers d’années plus tard : des ingénieurs romains qui ont coulé d’épaisses barrières maritimes en béton, aux maçons mayas qui ont fabriqué des sculptures en plâtre à leurs dieux, en passant par les constructeurs chinois qui ont érigé des murs contre les envahisseurs.
Pourtant, de nombreuses structures plus récentes approchent déjà de leur date d’expiration : le béton qui constitue une grande partie de notre monde moderne a une durée de vie d’environ 50 à 100 ans.
Un nombre croissant de scientifiques étudient des matériaux d’époques lointaines – déchirant des morceaux de bâtiments, examinant des textes historiques, mélangeant des recettes copiées – dans l’espoir de découvrir comment ils ont résisté pendant des millénaires.
Cette ingénierie inverse a révélé une liste surprenante d’ingrédients mélangés dans les vieux bâtiments – des matériaux tels que l’écorce d’arbre, les cendres volcaniques, le riz, la bière et même l’urine. Ces compléments inattendus pourraient être la clé de propriétés assez impressionnantes, comme la capacité à se renforcer avec le temps et à « guérir » les fissures lorsqu’elles se forment.
Trouver comment copier ces caractéristiques pourrait avoir de réels impacts aujourd’hui : même si notre béton moderne a la force de supporter des gratte-ciel massifs et des infrastructures lourdes, il ne peut rivaliser avec l’endurance de ces matériaux anciens.
Et avec les menaces croissantes du changement climatique, il y a un appel croissant pour rendre la construction plus durable. UN recent UN report estime que l’environnement bâti est responsable de plus d’un tiers des émissions mondiales de CO2 – et que la production de ciment représente à elle seule plus de 7 % de ces émissions.
“Si vous améliorez les propriétés du matériau en utilisant… des recettes traditionnelles du peuple Maya ou des anciens Chinois, vous pouvez produire un matériau qui peut être utilisé dans la construction moderne de manière beaucoup plus durable”, a déclaré Carlos Rodriguez-Navarro, spécialiste du patrimoine culturel. chercheur à l’Université espagnole de Grenade.
Le béton romain antique est-il meilleur que celui d’aujourd’hui ?
De nombreux chercheurs se sont tournés vers les Romains pour s’inspirer. À partir d’environ 200 avant notre ère, les architectes de l’Empire romain construisaient d’impressionnantes structures en béton qui ont résisté à l’épreuve du temps – du dôme vertigineux du Panthéon aux robustes aqueducs qui transportent encore l’eau aujourd’hui.
Même dans les ports, où l’eau de mer frappe les structures depuis des siècles, vous trouverez du béton “essentiellement tel qu’il était lorsqu’il a été coulé il y a 2 000 ans”, a déclaré John Oleson, archéologue à l’Université de Victoria au Canada.
La plupart des bétons modernes commencent par du ciment Portland, une poudre obtenue en chauffant du calcaire et de l’argile à des températures très élevées et en les broyant. Ce ciment est mélangé à de l’eau pour créer une pâte chimiquement réactive. Ensuite, des morceaux de matériaux comme de la roche et du gravier sont ajoutés et la pâte de ciment les lie en une masse de béton.
Selon les archives d’architectes anciens comme Vitruve, le processus romain était similaire. Les anciens constructeurs mélangeaient des matériaux comme le calcaire brûlé et le sable volcanique avec de l’eau et du gravier, créant des réactions chimiques pour lier le tout.
Aujourd’hui, les scientifiques pensent avoir découvert l’une des principales raisons pour lesquelles le béton romain a résisté aux structures pendant des milliers d’années : ce matériau ancien a un pouvoir inhabituel de se réparer. On ne sait pas encore exactement comment, mais les scientifiques commencent à trouver des indices.
Dans un étude publiée plus tôt cette année, Admir Masic, ingénieur civil et environnemental au Massachusetts Institute of Technology, a proposé que ce pouvoir provienne de morceaux de chaux qui sont parsemés dans le matériau romain au lieu d’être mélangés uniformément. Les chercheurs pensaient que ces morceaux étaient le signe que les Romains ne mélangeaient pas suffisamment leurs matériaux.
Au lieu de cela, après avoir analysé des échantillons de béton provenant de Privernum – une ville antique à l’extérieur de Rome – les scientifiques ont découvert que les morceaux pouvaient alimenter les capacités « d’auto-guérison » du matériau. Lorsque des fissures se forment, l’eau peut s’infiltrer dans le béton, explique Masic. Cette eau active les poches de chaux restantes, déclenchant de nouvelles réactions chimiques qui peuvent remplir les sections endommagées.
Marie Jackson, géologue à l’Université de l’Utah, a un point de vue différent. Ses recherches a découvert que la clé pourrait résider dans les matériaux volcaniques spécifiques utilisés par les Romains.
Les constructeurs rassemblaient des roches volcaniques laissées après les éruptions pour les mélanger à leur béton. Ce matériau naturellement réactif change avec le temps à mesure qu’il interagit avec les éléments, a déclaré Jackson, ce qui lui permet de sceller les fissures qui se développent.
La capacité de continuer à s’adapter au fil du temps « est véritablement le génie du matériau », a déclaré Jackson. “Le béton a été si bien conçu qu’il se maintient tout seul.”
Utiliser la sève des arbres pour réaliser des sculptures aussi solides que des coquillages
À Copan, un site maya au Honduras, les sculptures et les temples complexes en chaux restent intacts même après plus de 1 000 ans d’exposition à un environnement chaud et humide. Et selon un étude publiée plus tôt cette annéele secret de la longévité de ces structures réside peut-être dans les arbres qui poussent parmi elles.
Les chercheurs avaient ici un lien vivant avec les créateurs des structures : ils ont rencontré des maçons locaux au Honduras qui ont retracé leur lignée jusqu’aux bâtisseurs mayas, a expliqué Rodriguez-Navarro, qui a travaillé sur l’étude.
Les maçons ont suggéré d’utiliser des extraits d’arbres chukum et jiote locaux dans le mélange de chaux. Lorsque les chercheurs ont testé la recette – collecter l’écorce, mettre les morceaux dans l’eau et ajouter le « jus » d’arbre obtenu dans le matériau – ils ont découvert que le plâtre obtenu était particulièrement résistant aux dommages physiques et chimiques.
Lorsque les scientifiques ont zoomé, ils ont constaté que des morceaux de matière organique provenant de la sève de l’arbre s’étaient incorporés à la structure moléculaire du plâtre. De cette façon, le plâtre maya était capable d’imiter des structures naturelles robustes comme des coquillages et des épines d’oursins – et d’emprunter une partie de leur résistance, a déclaré Rodriguez-Navarro.
Des études ont découvert toutes sortes de matériaux naturels mélangés dans des structures d’il y a longtemps : des extraits de fruits, du lait, du fromage en grains, de la bière, et même du fumier et de l’urine. Le mortier qui maintient ensemble certaines des structures les plus célèbres de Chine, notamment la Grande Muraille et la Cité interdite, comprend traces d’amidon de riz gluant.
Chance ou compétence ?
Certains de ces bâtisseurs anciens ont peut-être eu de la chance, a déclaré Cecilia Pesce, spécialiste des matériaux à l’Université de Sheffield en Angleterre. Ils ajoutaient à peu près n’importe quoi dans leurs mix, à condition que ce soit bon marché et disponible – et ceux qui n’ont pas fonctionné se sont effondrés depuis longtemps.
“Ils mettaient toutes sortes de choses en construction”, a déclaré Pesce. « Et maintenant, nous n’avons que les bâtiments qui ont survécu. C’est donc comme un processus de sélection naturelle.
Mais certains matériaux semblent faire preuve de plus d’intention, comme en Inde, où les constructeurs ont fabriqué des mélanges de matériaux locaux pour produire différentes propriétés, a déclaré Thirumalini Selvaraj, ingénieur civil et professeur à l’Institut de technologie de Vellore en Inde.
Selon les recherches de Selvaraj, dans les régions humides de l’Inde, les constructeurs utilisaient des herbes locales qui aident les structures à faire face à l’humidité. Le long de la côte, ils ont ajouté du jaggery, un sucre non raffiné, qui peut aider à protéger contre les dommages causés par le sel. Et dans les zones présentant des risques sismiques plus élevés, ils ont utilisé des « briques flottantes » ultra légères fabriquées avec des balles de riz.
“Ils connaissent la région, ils connaissent l’état du sol, ils connaissent le climat”, a déclaré Selvaraj. “Alors ils conçoivent un matériau en fonction de cela.”
Romain antique… des gratte-ciel ?
Les constructeurs d’aujourd’hui ne peuvent pas simplement copier les anciennes recettes. Même si le béton romain durait longtemps, il ne pouvait pas supporter de lourdes charges : « On ne pouvait pas construire un gratte-ciel moderne avec du béton romain », a déclaré Oleson. “Il s’effondrerait lorsque vous arriveriez au troisième étage.”
Au lieu de cela, les chercheurs tentent de prendre certaines des spécialités de ces matériaux anciens et de les ajouter à des mélanges modernes. Masic fait partie d’une startup qui tente de construire de nouveaux projets en utilisant du béton « auto-cicatrisant » d’inspiration romaine. Et Jackson travaille avec le Corps des ingénieurs de l’armée pour concevoir des structures en béton capables de bien résister à l’eau de mer – comme celles des ports romains – afin de protéger les côtes de l’élévation du niveau de la mer.
Nous n’avons pas besoin de faire durer les choses aussi longtemps que les Romains pour avoir un impact, a déclaré Masic. Si l’on ajoute 50 ou 100 ans à la durée de vie du béton, « nous aurons besoin de moins de démolition, de moins d’entretien et de moins de matériaux à long terme ». (Texte: Les Actualites) (Photos: AP y Sputnik)
