Dans cet article, la spectroscopie de diffraction des rayons X (XRD), la spectroscopie Raman (RS), l'analyse de la température de cuisson, l'analyse de la distribution de la taille des pores, la spectroscopie infrarouge de Fourier (FTIR), la microscopie électronique à balayage et la spectroscopie à dispersion d'énergie (SEM-EDS), ainsi que la microscopie électronique à transmission (TEM) ont été utilisées pour analyser les figures vulnérables en terre cuite mises au jour de l'armée en terre cuite de l'empereur Qin Shihuang, ainsi que les cristaux blancs et les substances noires précipités inconnus. Les résultats montrent que la température de cuisson de la figurine en terre cuite vulnérable est beaucoup plus basse que celle des figurines en terre cuite similaires et des figurines en terre cuite rouge de bonne texture.

La taille des pores de ce type de poterie vulnérable est plus petite et la surface spécifique est plus grande. Dans les pores, on trouve une solution alcaline contenant du Ca2+ qui représentait environ 4,3 % de la masse totale de l'échantillon. Lors de la fracture de la délicate matrice de la poterie, la solution contenue dans les pores a migré vers la surface de la fracture et a réagi chimiquement avec le CO2 de l'air, générant une couche de croûte de carbonate de calcium blanc.

La matière noire sur la surface de rupture de la figure vulnérable en terre cuite est principalement composée de carbone amorphe et de carbone graphitisé, qui présente une activité élevée sous la catalyse des éléments Fe et Ti et d'un sol alcalin. La découverte et l'analyse du carbone amorphe, du carbone graphitisé et des cristaux de carbonate de calcium blanc sur la surface de fracture de l'armée en terre cuite de Qin Shihuang fournissent une base théorique pour l'analyse approfondie de la composition et de la structure des guerriers et des chevaux en terre cuite, ainsi que pour la protection et la restauration scientifiques, et la stabilité de l'exposition du site d'origine.

«La plancha». Voilà comment certains visiteurs ont renommé l’esplanade de Plateforme 10 le week-end dernier, lors de son inauguration en grande pompe. La température dépassait les 32 °C. Et pour cause: sous l’action du soleil, le site de 25 000 m² (soit cinq terrains de football), dont 20 000 m² sont goudronnés ou construits, transforme les affamés de culture en vulnérables merguez. Une situation qui intrigue, alors que les effets du réchauffement climatique s’intensifient et que Lausanne cultive une image de ville écologique, à grand renfort de moutons brouteurs et de toitures végétalisées.

Des analyses spectroscopiques intégrées et des investigations par microdiffraction des rayons X synchrotron permettent de mieux comprendre la réactivité à long terme des composants des agrégats volcaniques et du liant calcium-aluminium-silicate-hydrate (C-A-S-H) dans les échantillons de mortier provenant du béton robuste du couloir sépulcral de la tombe de Caecilia Metella, 1er siècle avant Jésus-Christ, Rome. Les résultats de cartes analytiques innovantes à l'échelle micrométrique indiquent que les composants du téphra de Pozzolane Rosse - masse broyée de scorie, clinopyroxène et cristaux de leucite - ont contribué à la production pouzzolanique du liant C-A-S-H et sont restés réactifs longtemps après que la chaux hydratée (Ca(OH)2) ait été entièrement consommée. La phase de liaison C-A-S-H est réorganisée en halos sinueux et en brins semblables à des vrilles, dont certains présentent une orientation préférentielle nanocristalline ou, au contraire, sont divisés en éléments allongés avec des chaînes de silicate de courte longueur. Ces microstructures enregistrent apparemment la déstabilisation chimique et structurelle de la C-A-S-H pendant l'incorporation excessive d'Al3+ et de K+ libérés par la dissolution de la leucite. La résistance à la rupture peut résulter du durcissement intermittent des zones interfaciales de scories et de cristaux de clinopyroxène avec des ciments minéraux post-pozzolaniques de strätlingite et d'Al-tobermorite et du remodelage à long terme de la phase de liaison pouzzolanique C-A-S-H. La sélection par les constructeurs romains d'un faciès riche en leucite du téphra de Pozzolane Rosse comme agrégat et la construction de la tombe dans un environnement fortement exposé aux eaux de surface et souterraines ont apparemment augmenté l'activité hydrologique bénéfique et la réactivité du béton.

Les experts en béton se demandent aujourd’hui comment faire un béton durable. Beaucoup de bâtiments en béton Romains antiques sont toujours utilisés après plus de 2000 ans. Pour ces experts du béton moderne, les Romains étaient des constructeurs chanceux en cela qu’ils ont apparemment simplement employé des dépôts de pouzzolane naturelle, qui se trouvaient être appropriés pour produire un mortier hydraulique. Contrairement à cette déclaration, notre étude linguistique et la nouvelle traduction du livre de l’auteur latin Vitruvius “de Architectura” (1er siècle av. J.-C) démontre que la magnifique qualité du béton Romain résulte de la vaste utilisation de mortiers pouzzolaniques artificiels et des bétons. Deux pouzzolanes artificiels ont été intensivement fabriqués :

• Argile kaolinitique calcinée, en latin testa
• Pierres volcaniques calcinées, en latin carbunculus

En plus de ces ingrédients réactifs artificiels, les Romains ont employé un sable volcanique réactif naturel nommé harena fossicia à tort traduit comme le sable de fosse ou simplement le sable par des auteurs modernes. Les ingrédients testa, carbunculus et harena fossicia ont été intensivement employés dans des constructions Romaines. Ces ingrédients réactifs ne doivent pas être confondus avec le pouzzolane traditionnel dont le nom est originaire de la ville de Puzzuoli, près de Napoli (Mt Vesuvio). Selon le Livre de Vitruvius V, 12, le pouzzolane traditionnel a été exclusivement employé pour la fabrication de quais d’escale dans la mer ou des fondations pour des ponts, tandis que harena fossicia, carbunculus et testa ont produit un béton pour des constructions sur la terre.

La technologie du béton romain était plus efficace que la construction traditionnelle avec la pierre de taille. Le tableau compare le temps de construction pour les dômes des monuments les plus célèbres du monde.

5. De la chaux.

6. Après avoir explique de quelle utilité pouvaient être les différentes espèces de sable, il faut maintenant nous occuper de la chaux, et voir si elle doit être faite avec des pierres blanches ou des cailloux. Celle qu'on fait avec une pierre dure et compacte est bonne pour la maçonnerie ; celle que fournit une pierre spongieuse vaut mieux pour les enduits. Quand la chaux sera éteinte, il faudra la mêler avec le sable : si c'est du sable fossile, dans la proportion de trois parties de sable et d'une de chaux ; si c'est du sable de rivière ou de mer, dans la proportion de deux parties de sable sur une de chaux : c'est là la juste proportion de leur mélange. Si au sable de rivière ou de mer on voulait ajouter une troisième partie de tuileaux pilés et sassés, on obtiendrait un mélange d'un usage encore meilleur.

7. Pourquoi la chaux, en se mêlant à l'eau et au sable, donne-t-elle à la maçonnerie tant de solidité ? En voici, je crois, la raison. Les pierres, comme tous les autres corps, sont composées des éléments ; celles qui contiennent ou plus d'air, ou plus d'eau, ou plus de terre, ou plus de feu, sont ou plus légères, ou plus molles, ou plus dures, ou plus fragiles. Remarquons que si des pierres, avant d'être cuites, ont été pilées et mêlées à du sable, puis employées dans une construction, elles ne prennent aucune consistance et ne peuvent en lier la maçonnerie ; mais que si, jetées dans un four, elles viennent à perdre leur première solidité par l'action violente du feu auquel elles sont soumises, alors, par suite de cette chaleur qui en consume la force, elles se remplissent d'une infinité de petits trous. Ainsi l'humidité répandue dans ces pierres ayant été absorbée, et l'air qu'elles contenaient s'étant retiré, ne renfermant plus alors que la chaleur qui y reste cachée, qu'on vienne à les plonger dans l'eau avant que cette chaleur ne soit dissipée, elles reprennent leur force : l'eau qui y pénètre de tous côtés produit une ébullition ; puis le refroidissement fait sortir de la chaux la chaleur qui s'y trouvait.

8. Voilà pourquoi le poids des pierres à chaux, au moment où on les jette dans le four, ne peut plus être le même quand on les en retire : si on les pèse après la cuisson, on les trouvera, bien qu'elles aient conservé le même volume, diminuées environ de la troisième partie de leur poids. Ainsi, grâce à tous ces trous, à tous ces pores, elles se mêlent promptement au sable, y adhèrent fortement, s'attachent en séchant aux moellons, et donnent à la maçonnerie une grande solidité.

   6. De la pouzzolane.

9. Il existe une espèce de poudre à laquelle la nature a donné une propriété admirable. Elle se trouve au pays de Baïes et dans les terres des municipes qui entourent le mont Vésuve. Mêlée avec la chaux et le moellon, non seulement elle donne de la solidité aux édifices ordinaires, mais encore les môles qu'elle sert à construire dans la mer acquièrent sous l'eau une grande consistance. Voici comment j'en explique la cause. Sous ces montagnes et dans tout ce territoire, il y a un grand nombre de fontaines bouillantes ; elles n'existeraient pas, sil ne se trouvait au fond de la terre de grands feux produits par des masses de soufre, ou d'alun, ou de bitume en incandescence. La vapeur qui s'exhale de ces profonds réservoirs de feu et de flamme, se répandant brûlante par les veines de la terre, la rend légère, et le tuf qui en est produit est aride et spongieux. Ainsi, lorsque ces trois choses que produit de la même manière la violence du feu, viennent par le moyen de l'eau à se mêler et à ne plus faire qu'un seul corps, elles se durcissent promptement ; et prennent une solidité telle, que ni les flots de la mer ni la poussée des eaux ne peuvent les désunir.

Il est connu que les constructions érigées par les Romains il y a 2000 ans et plus résistent extrêmement bien aux outrages du temps. Une équipe de scientifiques avec participation suisse est parvenue à percer le secret de la longévité du béton romain.

Les chercheurs se sont penchés sur des échantillons d'un mur en béton de l'époque romaine vieux de 2000 ans provenant du site archéologique de Priverno, près de Rome. Les analyses effectuées notamment aux rayons X ont montré que le béton avait été mélangé à chaud avec adjonction de chaux vive.

Le résultat est la présence de gros agrégats de chaux qui, en présence d'eau, fonctionnent comme source de calcium et remplissent les espaces vides. Le calcium réagit aussi avec un autre additif utilisé par les Romains, la pouzzolane, une roche volcanique, créant des structures cristallines qui deviennent de plus en plus dures avec le temps.
Autoguérison

Le béton s'en trouve ainsi renforcé. Les agrégats de chaux réagissant avec l'eau qui s'infiltre par d'éventuelles fissures lui confèrent une capacité d'autoguérison, et ce sur des millénaires, selon les auteurs, qui affirment avoir mis au point leur propre recette de béton durable sur la base de ces recherches.

Des chercheurs de l'institut de mécanique des matériaux IMM SA à Grancia (TI) ont également contribué à cette étude publiée dans la revue Science Advances.

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add1602

Comment se fait-il que certains réseaux de routes, d'aqueducs, ou des bâtiments construits en béton il y a 2 000 ans tiennent encore debout ? Et ça, alors que d'autres - plus récents - se sont effondrés ? Le Panthéon de Rome (qui date de 128 après Jésus-Christ et qui possède le plus grand dôme en béton non armé du monde) est un exemple de cette résistance incroyable.

Le secret, c’est que les Romains ajoutaient de la chaux à leur mélange. Mais pas n’importe laquelle : ils rajoutent de la chaux vive, et non pas de la chaux mélangée à de l’eau, comme on le pensait historiquement. La réaction chimique avec la chaux vive (qui dégage de la chaleur) a donné au béton une capacité d'auto-guérison qui n'était pas connue auparavant. Si des fissures qui apparaissent dans ce béton romain, elles peuvent en partie se reboucher toute seules, par réaction chimique avec le calcaire.

Ces chercheurs ont d’ailleurs fait le test : ils ont fabriqué un bloc de béton à base de pierre volcanique et de chaux vive, ils l’ont fissuré, ils ont fait couler de l’eau dessus et, en deux semaines, les fissures étaient complètement cicatrisées. L'eau ne passait plus à travers l'échantillon, contrairement à ce qui se passe avec un béton classique. Cette vieille recette peut nous servir aujourd’hui, car, remise au goût du jour, elle pourrait permettre de construire des coffrages en béton plus légers, mais tout aussi solides. Suite à leurs recherches, les chercheurs du MIT travaillent d’ailleurs déjà à la commercialisation de nouvelles formules de béton inspirées par les Romains.