Reconstruire en mieux : des chercheurs examinent les civilisations anciennes pour réaliser des constructions plus durables

Jean Delaunay

Reconstruire en mieux : des chercheurs examinent les civilisations anciennes pour réaliser des constructions plus durables

Les structures construites par les civilisations anciennes sont toujours debout des milliers d’années plus tard. Pourraient-ils détenir des secrets pour nous aider à construire de manière plus durable ?

Les pyramides d’Égypte, le Colisée de Rome, la Grande Muraille de Chine ne sont que quelques-unes des merveilles du monde qui existent depuis des milliers d’années. Ils resteront probablement longtemps après que nous soyons tous morts et enterrés.

Cependant, si vous vous promenez dans n’importe quelle grande ville du monde, vous verrez des dizaines de bâtiments qui touchent à leur fin alors que certains de leurs architectes sont encore en vie. Le béton qui constitue une grande partie de nos structures modernes a une durée de vie de seulement 50 à 100 ans.

Alors pourquoi semble-t-il que les humains du passé étaient bien meilleurs que nous pour construire des choses pour durer ?

Des chercheurs du monde entier ont tenté de répondre à cette question en se penchant sur un passé lointain pour en tirer des leçons qui pourraient nous aider à mieux construire l’avenir.

Un nombre croissant de scientifiques étudient des matériaux d’époques lointaines – découpant des morceaux de bâtiments, examinant des textes historiques, mélangeant des recettes copiées – dans l’espoir de découvrir comment ils ont résisté pendant des millénaires.

Robert F. Bukaty/AP Photo
On estime que la Grande Muraille de Chine a plus de 2 300 ans.

Leurs découvertes ont été surprenantes : une liste éclectique d’ingrédients a été trouvée mélangée à d’anciens matériaux de construction – comme de l’écorce d’arbre, des cendres volcaniques, du riz, de la bière et même de l’urine.

Aussi amusant que cela puisse paraître, ces ajouts inattendus pourraient être la clé de la longévité des monuments antiques, leur donnant la capacité de se renforcer avec le temps et même de « guérir » les fissures lorsqu’elles se forment.

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.

Carlos Rodriguez-Navarro

Chercheur en patrimoine culturel, Université de Grenade

Les implications de cette recherche pourraient être énormes pour les futurs bâtiments, d’autant plus que les appels se multiplient pour que la construction devienne plus durable et plus respectueuse de l’environnement.

Un récent rapport de l’ONU estime que l’environnement bâti est responsable de plus d’un tiers des émissions mondiales de CO2, la production de ciment représentant 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.

Alessandra Tarantino/AP Photo
Le dôme du Panthéon de Rome est toujours le plus grand dôme en béton non armé du monde, 2 000 ans après sa construction.

Penser l’Empire romain (et son béton)

De nombreux chercheurs se sont tournés vers les Romains pour s’inspirer. Les architectes de l’Empire romain ont commencé à construire d’impressionnantes structures en béton vers 200 avant notre ère, dont beaucoup ont résisté à l’épreuve du temps.

Pensez à l’imposant dôme du Panthéon, qui reste le plus grand dôme en béton non armé du monde ; ou les robustes aqueducs romains qui transportent encore de l’eau aujourd’hui.

Même dans les ports, où l’eau de mer frappe les structures depuis des lustres, 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 différence entre les structures romaines et nos structures modernes réside dans la composition du béton avec lequel elles sont fabriquées.

Christophe Ena/AP Photo
L’aqueduc romain du Pont du Gard en France a près de 2 000 ans.

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 ensuite mélangé à de l’eau, créant une pâte chimiquement réactive. Des morceaux de différents matériaux, comme des roches ou du gravier, sont ajoutés et la pâte de ciment les lie en une masse de béton.

Des archives anciennes montrent que le processus romain de fabrication du béton était similaire : les constructeurs mélangeaient des matériaux comme du calcaire brûlé et du sable volcanique avec de l’eau et du gravier, créant des réactions chimiques qui liaient le tout.

Mais le béton romain possède une propriété unique : il peut se réparer tout seul avec le temps.

Les scientifiques commencent à trouver des indices sur la façon dont cela est possible – la réponse expliquerait comment le béton romain a réussi à résister pendant des milliers d’années.

Alessandra Tarantino/AP Photo
Les scientifiques ont découvert que le béton de l’époque de l’Empire romain possède des propriétés « d’auto-guérison ».

Du béton intelligent

Une étude récente du Massachusetts Institute of Technology (MIT) a révélé que des morceaux de chaux ajoutés au béton romain pouvaient alimenter les capacités « d’auto-guérison » du matériau. Auparavant, les scientifiques pensaient que ces morceaux – qui sont présents dans le béton romain – étaient le signe que les Romains ne mélangeaient pas suffisamment leurs matériaux.

Admir Masic, ingénieur civil et environnemental au MIT qui a dirigé l’étude, a expliqué que lorsque des fissures se forment dans le béton romain, l’eau s’infiltre dans le mélange et active les poches de chaux restantes, créant de nouvelles réactions chimiques qui peuvent remplir les sections endommagées.

Une autre théorie, développée par des chercheurs de l’Université de l’Utah, est que les matériaux volcaniques spécifiques que les Romains mélangeaient à leur béton l’aidaient à se réparer.

La géologue Marie Jackson, auteur du rapport de l’Utah, a déclaré que les roches volcaniques naturellement réactives, que les constructeurs collectaient après les éruptions, interagissaient avec les éléments au fil du temps, aidant ainsi le béton à sceller les fissures qui pourraient se développer.

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. »

Rodrigo Abd/AP Photo
Le site archéologique de Copan, dans les ruines de Copan, au Honduras. Les scientifiques pensent que l’écorce des arbres locaux pourrait rendre ces structures plus résistantes.

Un ingrédient secret maya : le jus de jungle

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. Des recherches récentes suggèrent que le secret de la longévité de ces structures pourrait résider dans les arbres qui poussent autour d’elles.

Les chercheurs ont rencontré des maçons locaux au Honduras qui ont retracé leur lignée jusqu’aux bâtisseurs mayas. Ils ont suggéré d’utiliser des extraits d’arbres chukum et jiote locaux dans le mélange de chaux.

Rodrigo Abd/AP Photo
La stèle M et l’escalier hiéroglyphique sont visibles à l’intérieur du site archéologique de Copan, dans les ruines de Copan, au Honduras.

Les scientifiques ont donc essayé la recette : ils ont collecté l’écorce, mis les morceaux dans l’eau et ajouté le « jus » d’arbre obtenu au matériau. Ils ont découvert que le plâtre qu’ils avaient créé était particulièrement résistant aux dommages physiques et chimiques.

En y regardant de plus près, les chercheurs ont réalisé que des morceaux de matière organique provenant de la sève de l’arbre étaient incorporés dans la structure moléculaire du plâtre, imitant des substances naturelles fortes comme les coquillages et les épines d’oursins.

D’autres études ont découvert une pléthore de matériaux naturels différents mélangés à des structures anciennes, notamment des extraits de fruits, du lait, du fromage en grains, de la bière et des fluides corporels. Le mortier qui soutient la Grande Muraille de Chine et la Cité Interdite contient des traces d’amidon de riz gluant.

Ng Han Guan/AP Photo
La Grande Muraille de Chine est maintenue ensemble par un mortier fabriqué à partir de vrai riz.

La survie du plus fort

Si cela semble aléatoire, c’est parce qu’une grande partie l’était très probablement. Cecilia Pesce, spécialiste des matériaux à l’Université de Sheffield en Angleterre, affirme que les anciens constructeurs ajoutaient à peu près n’importe quoi dans leurs mélanges, à condition que ce soit bon marché et disponible.

« 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 plus intentionnels, comme en Inde, où les constructeurs ont élaboré des mélanges de matériaux locaux pour produire différentes propriétés en fonction de leurs besoins.

Thirumalini Selvaraj, ingénieur civil et professeur à l’Institut de technologie de Vellore en Inde, a découvert que 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. »

Quand à Rome, construire comme les Romains ?

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. »

Mais les chercheurs tentent de traduire certaines de ces techniques de construction anciennes dans notre langage de construction moderne, en prenant les spécialités de certains matériaux anciens et en les ajoutant à des mélanges modernes.

Masic fait partie d’une startup qui vise à construire de nouveaux projets en utilisant du béton « auto-cicatrisant » d’inspiration romaine. Jackson travaille avec le Corps des ingénieurs de l’armée pour concevoir des structures en béton qui survivront à l’exposition à l’eau de mer – comme celles des ports romains – afin de protéger les côtes de la montée du niveau de la mer.

Nos bâtiments n’ont pas besoin de durer des millénaires comme ceux des Romains, selon Masic. Mais en ajoutant 50 ou 100 ans à la durée de vie de notre béton moderne, « nous aurons besoin de moins de démolition, de moins d’entretien et de moins de matériaux à long terme ».

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