Le béton romain

Le récit

Une pierre liquide

Imagine que tu puisses construire un mur, une voûte, un arc, en versant une bouillie dans un moule et en attendant qu’elle durcisse jusqu’à devenir dure comme la pierre. Aujourd’hui, nous appelons cela le béton, et c’est le matériau le plus utilisé dans la construction. Les Romains en employèrent une version bien à eux, qu’ils appelaient opus caementicium, c’est-à-dire « ouvrage de moellons ». Ce fut l’un des secrets de leur réussite.

Ce ne fut pas une invention soudaine. Il semble que la technique se soit développée progressivement entre le IIIe et le IIe siècle avant Jésus-Christ. Au début, c’était un matériau pauvre, utilisé pour des remblais et des constructions privées, avec un mortier encore imparfait. Il y a des exemples à Pompéi qui remonteraient au milieu du IIIe siècle. Puis les constructeurs découvrirent comment le rendre bien plus résistant.

La recette des Romains

La base était la chaux. On l’obtient en chauffant de la pierre calcaire dans un four à une température d’environ 900 degrés ou moins : le produit s’appelle la chaux vive. Quand on la mélange avec de l’eau, elle « s’éteint » et devient une pâte, qui sert de liant, c’est-à-dire de colle. Fabriquer la chaux demande beaucoup moins d’énergie que produire le ciment Portland moderne.

Le vrai secret, pourtant, était un ingrédient : la pouzzolane, une cendre volcanique. Son nom vient de Pouzzoles, la ville près de Naples, dans les Champs Phlégréens, où l’on en extrayait en abondance. Les pouzzolanes les plus résistantes venaient justement des zones volcaniques du golfe de Naples. L’écrivain romain Vitruve décrivait le sable de carrière en plusieurs couleurs et conseillait la « poudre de Pouzzoles » pour les ouvrages dans l’eau. Mélangée à la chaux et à l’eau, la pouzzolane réagit et donne un mortier bien plus solide et durable que la chaux seule.

Au mortier, on ajoutait des pierres et des fragments, les caementa, souvent de tuf, une roche volcanique tendre. Le mélange était coulé dans des coffrages de bois, c’est-à-dire des moules. Les faces extérieures des murs, les parements, étaient finies de plusieurs façons, que les archéologues désignent par le mot « appareil » : l’opus incertum avec des pierres irrégulières, l’opus reticulatum avec de petites pyramides de pierre disposées comme un filet, et l’opus testaceum avec des tuiles et des briques. Aujourd’hui encore, en regardant un mur romain, on peut reconnaître ces motifs.

Durcir même sous l’eau

Une caractéristique spéciale du mélange à la pouzzolane est qu’il prend même sous l’eau. L’eau, au lieu d’abîmer le mélange, l’aide à durcir. C’est pourquoi les Romains réussirent à construire des môles, des ports, des piles de ponts et des fondations en mer. Si le matériau n’avait pas eu cette propriété, beaucoup d’ouvrages portuaires auraient été impossibles.

Voûtes, arcs et coupoles

Le béton ne servait pas seulement pour les murs. On pouvait le couler sur des structures de bois, les cintres, pour former des arcs, des voûtes et des coupoles. Les premières voûtes connues sont celles du Portique Émilien, vers 174 av. J.-C. Avec ce matériau, les architectes romains purent couvrir de grands espaces intérieurs sans remplir la salle de colonnes. Le Panthéon en est l’exemple le plus grandiose : sa coupole, d’un diamètre de plus de 43 mètres, fut faite avec un béton lourd à la base, avec des éclats de travertin et de tuf, et de plus en plus léger vers le haut, où l’on utilisait de la pierre ponce et des lapilli volcaniques. L’épaisseur de la coupole passe de plus de 6 mètres à la base à un peu plus d’un mètre près de l’ouverture du sommet.

Au fil des siècles, pour alléger les voûtes, on y inséra aussi des amphores vides, comme dans le mausolée d’Hélène à Rome. C’est l’un des nombreux trucs des constructeurs romains, qui expérimentaient sans cesse.

Pourquoi dure-t-il si longtemps ?

Les ouvrages en béton romain résistent depuis près de deux mille ans, même dans des lieux exposés à la mer et aux tremblements de terre. Pour comprendre pourquoi, en 2023, un groupe de chercheurs dirigé par Admir Masic, du Massachusetts Institute of Technology, a publié une étude sur des murs de l’ancienne ville de Privernum, près de Rome. Il a remarqué de petits fragments blancs, jusque-là considérés comme des défauts de mélange. Selon les chercheurs, ils viennent au contraire de l’utilisation de chaux vive, mélangée directement aux autres matériaux et éteinte avec de l’eau. Ces fragments pourraient aider le matériau à se réparer tout seul : quand une fissure se forme, l’eau dissout un peu de chaux qui se recristallise ensuite et ferme la fente. C’est une hypothèse très intéressante, encore en cours d’étude.

Une dernière curiosité : les archéologues peuvent aussi dater certains de ces bâtiments en étudiant le mortier, grâce au radiocarbone, la même méthode que celle utilisée pour dater des os et des bois anciens.