Quand on cherche des alternatives au ciment Portland aujourd’hui présent dans la majorité des bétons, il existe une solution bien plus ancienne et surtout présente dans de nombreux édifices depuis des siècles voire des milliers d’années, pour certains : le ciment romain. Quels sont ses origines, ses caractéristiques, ses domaines d’applications et avantages ? Explications dans cet article.
L’histoire du ciment romain
L’origine du ciment romain remonte à l’Antiquité. Les Égyptiens et les Grecs utilisaient déjà des liants hydrauliques, mais c’est aux Romains que l’on doit l’invention du ciment tel que nous le connaissons aujourd’hui.
Les Romains ont découvert que la combinaison de chaux et de pouzzolane produisait un liant très résistant à l’eau. La pouzzolane est une roche volcanique qui contient des minéraux capables de réagir avec la chaux pour former des produits insolubles dans l’eau.
Les Romains ont utilisé ce ciment sous forme de béton pour construire de nombreux monuments et infrastructures, dont le Colisée, le Pont du Gard et le Panthéon. Ces structures sont encore intactes aujourd’hui, ce qui témoigne de la résistance du ciment romain.
Le ciment romain est fabriqué en mélangeant de la chaux, de la pouzzolane et de l’eau. La chaux est obtenue en calcinant de la craie ou du calcaire. La pouzzolane est extraite des volcans. L’eau est nécessaire pour la réaction chimique entre la chaux et la pouzzolane.
La réaction chimique entre la chaux et la pouzzolane produit des produits insolubles dans l’eau. Ces produits forment un réseau de particules qui retient l’eau et les granulats. C’est ce réseau qui donne au ciment sa résistance.
A savoir : le terme « béton romain » est parfois utilisé de manière interchangeable avec « ciment romain », mais il est important de noter que ces deux matériaux ne sont pas exactement les mêmes. Le ciment romain fait référence au liant utilisé pour assembler des agrégats, tandis que le béton romain désigne le matériau composite obtenu en mélangeant ce liant avec des agrégats (comme des pierres, du gravier ou des fragments de tuiles).
Le béton romain est un matériau important dans l’histoire de l’architecture. Il a permis aux Romains de construire des structures durables qui ont résisté au temps.
La fabrication du ciment romain
Le ciment romain, également connu sous le nom de « ciment hydraulique romain », était fabriqué à partir d’un mélange de chaux, de sable volcanique (pouzzolane) et d’eau. La pouzzolane, riche en silice, alumine et oxyde de fer, réagissait avec la chaux en présence d’eau pour former un composé solide et durable.
Son processus de fabrication :
Extraction de la chaux : la première étape consistait à extraire la roche calcaire, qui était ensuite cuite à haute température (entre 900 et 1 200 °C) dans des fours pour produire de la chaux vive (oxyde de calcium).- Extinction de la chaux : la chaux vive était ensuite éteinte en la mélangeant avec de l’eau, ce qui produisait de la chaux éteinte (hydroxyde de calcium). Cette réaction exothermique dégageait une grande quantité de chaleur, d’où l’appellation « extinction ».
- Ajout de la pouzzolane : la chaux éteinte était mélangée avec du sable volcanique, riche en silice, alumine et oxyde de fer, appelé pouzzolane. La pouzzolane était généralement obtenue à partir de cendres volcaniques ou de roches volcaniques broyées, comme le tuf ou le pouzzolane.
- Mélange avec de l’eau : le mélange de chaux éteinte et de pouzzolane était ensuite dilué avec de l’eau pour former une pâte épaisse, appelée ciment romain.
- Maturation : le ciment romain devait reposer pendant une certaine période pour permettre à la réaction chimique entre la chaux et la pouzzolane de se produire. Cette réaction, appelée « prise », transformait le mélange en un matériau solide et durable.
A noter : la composition exacte du ciment romain pouvait varier en fonction des matériaux disponibles localement et des propriétés souhaitées pour le matériau final. Par exemple, certains mélanges pouvaient contenir des quantités variables de chaux, de pouzzolane ou d’autres additifs, comme des cendres ou des fibres naturelles, pour améliorer les propriétés du ciment romain.
Bien que le béton romain soit une inspiration pour la recherche sur des matériaux de construction durables, il faut reconnaître que le contexte géologique de la pouzzolane utilisée par les Romains était particulier et a contribué à la qualité unique de leur béton.
Les caractéristiques du ciment romain
Une fois la prise effectuée, le ciment romain est utilisé pour assembler des agrégats (comme des pierres, du gravier ou des fragments de tuiles) et donc utilisé sous forme de mortier et de béton romain.
Une grande durabilité
Le ciment romain est extrêmement durable et résistant à l’érosion. En effet, il a la capacité de se renforcer avec le temps, contrairement au ciment moderne qui a tendance à s’affaiblir avec l’âge. Cette propriété est due à la réaction chimique continue entre la chaux et la pouzzolane, même après la prise initiale du matériau.
Une très bonne résistance à la corrosion
Le ciment romain est également résistant à la corrosion causée par l’eau de mer et les autres environnements agressifs. Cette résistance était due à la présence de la pouzzolane, qui réduisait la porosité du matériau et empêchait l’absorption d’eau salée.
Le flexibilité du ciment romain
Comparé au béton moderne, le ciment romain est plus flexible et moins susceptible de se fissurer sous la contrainte. Cette flexibilité était due à la présence de fibres naturelles, comme les cheveux d’animaux ou les fibres végétales, qui étaient souvent ajoutées au mélange.
Des performances thermiques
Le ciment romain a une excellente performance thermique, ce qui lui permettait de réguler la température des structures dans lesquelles il était utilisé. Cette propriété est due à sa porosité et à sa capacité à stocker et à libérer l’humidité.
Une couleur particulière
Le béton romain avait généralement une couleur rose à rougeâtre, en raison de la pouzzolane utilisée qui contenait du fer.
Des techniques de construction adaptables
Les Romains utilisaient des techniques de construction innovantes pour renforcer leurs structures en ciment romain. Par exemple, ils incorporaient souvent des pierres ou des morceaux de tuiles cassées (caementa) dans le mortier pour améliorer sa résistance et sa stabilité.
Les Romains ont utilisé le béton pour construire une variété de structures, notamment des aqueducs, des ponts, des amphithéâtres et des bâtiments. La technique du coffrage était souvent utilisée pour donner au béton des formes spécifiques.
La technique de fabrication du béton romain a été perdue au fil du temps et redécouverte au cours du XXe siècle. Les chercheurs étudient encore les propriétés du béton romain pour comprendre comment les Romains ont réussi à créer des structures aussi durables avec des matériaux disponibles à l’époque.
Les limites du ciment romain
Bien que le ciment romain ait été remarquablement durable et ait permis la construction de structures qui ont résisté à l’épreuve du temps, il présente également certaines limites en comparaison avec les ciments modernes. Voici quelques-unes des limites du ciment romain :
Une faible résistance en traction
Le ciment romain, en raison de sa composition, a généralement une résistance en traction plus faible par rapport aux ciments modernes tels que le ciment Portland. La faible résistance en traction peut rendre le matériau plus susceptible de se fissurer sous certaines contraintes, le rendant plus vulnérable aux dommages causés par les tremblements de terre ou les mouvements du sol.
Un résultat moins prévisible
Les techniques de fabrication du ciment romain étaient basées sur l’emploi de matériaux locaux disponibles, et les propriétés du ciment pouvaient varier en fonction de la nature de la pouzzolane et de la chaux utilisées. Cela rendait la fabrication du ciment romain moins prévisible et uniforme que les méthodes modernes.
Un temps de prise plus lent
Le ciment romain a un processus de durcissement plus lent par rapport aux ciments modernes, ce qui signifie que la prise complète du matériau prend plus de temps. Cela peut être un inconvénient lors de la construction rapide de grandes structures.
Une dépendance aux matériaux locaux
La qualité du ciment romain dépend largement de la disponibilité et de la qualité des matériaux locaux, tels que la pouzzolane. Cela signifie que les propriétés du ciment peuvent varier en fonction de la région où il était fabriqué.
Des limitations technologiques
Les romains ne disposaient pas des technologies modernes pour analyser et contrôler précisément les propriétés du ciment pendant sa fabrication. Ils ont développé leurs techniques en s’appuyant sur l’expérience et l’observation. Mais ceci a changé…
Bien que le ciment romain ait ses limites, il reste une source d’inspiration pour la recherche sur des matériaux de construction durables et respectueux de l’environnement. Les connaissances historiques et les caractéristiques uniques du ciment romain peuvent être utilisées pour améliorer les méthodes de construction contemporaines.
Les solutions à base de ciment romain
Aujourd’hui, de plus en plus d’entreprises s’intéressent à ce ciment romain pour en améliorer les caractéristiques et élargir ses domaines d’applications. En voici quelques exemples :
Pour dalle béton : la pouzzolane granulat de St Astier
POUZZOLANE GRANULAT 0/15MM DE SAINT-ASTIER
Cette solution est préconisée pour la réalisation de dalles non porteuses en bétons naturels, légers et isolants. Elle se réalise sur un sol naturel préalablement compacté ou sur un hérisson ventilé, en une épaisseur de béton pouzzolanique de 15cm minimum en une seule couche.
La résistance mécanique à la compression d’un dallage en béton pouzzolanique Saint-Astier est : à 28 jours de 3 MPa, soit 30kg / cm². Cependant, sa performance peut doubler à tripler à 120 jours.
Plus d’infos : pouzzolane granulat 0/15mm de Saint-Astier
Pour les soubassements : la chaux pouzzolanique TRADICAL PZ
CHAUX POUZZOLANIQUE TRADICAL PZ
C’est une chaux hydraulique de classe HL 5 destinée par simple adjonction d’agrégats à la confection de mortiers d’assainissement pour supports sujets aux remontées capillaires.
Durable, résistance à l’eau, solide et perspirante, la chaux pouzzolanique TRADICAL PZ est donc adaptée aux applications soumises à l’humidité, telles que les soubassements et les murs en contact avec le sol.
La chaux pouzzolanique TRADICAL PZ est utilisée en soubassements, murs en contact avec le sol, enduits d’assainissement ou restauration de façades.
Plus d’infos : chaux pouzzolanique TRADICAL PZ
Pour mortier d’enduit : les enduits Chaux Tilia
Tilia propose une gamme complète de mortiers de chaux pouzzolanique conçu pour apporter les caractéristiques adaptées à son usage :
- Pour la réhabilitation et restauration de façade avec isolation thermique :
THERMOTILIA – Un mortier d’enduit isolant thermique
Thermotilia est un matériau polyvalent et durable qui offre une excellente résistance thermique (de 0,09 W/m.K) et mécanique (de 3,5 MPa). Il est adapté à la rénovation des bâtiments anciens et un matériau perméable à la vapeur d’eau.
Plus d’infos : Thermotilia de Chaux Tilia
- Pour les soubassements sujets à humidité :
Tilia Mix P est un mortier de chaux pouzzolanique prêt à l’emploi, destiné à la réalisation de corps d’enduit et de finition sur supports maçonnés intérieurs et extérieurs. Il est particulièrement résistant à l’eau, durable et solide, donc adapté aux applications soumises à l’humidité, telles que les façades, les soubassements et les murs en contact avec le sol.
- Pour un enduit de finition :
TILIA ELI est un mortier de chaux hydraulique naturelle teinté dans la masse, destiné à la réalisation de corps d’enduit et de finition sur supports maçonnés intérieurs et extérieurs.
MICROTILIA – Conçu pour réaliser une couche de finition extérieure décorative.
MICROTILIA est un enduit de finition mince à base de chaux hydraulique naturelle, destiné à la décoration des façades extérieures et intérieures.
Tilia Mursain est un mortier d’enduit d’assainissement à base de chaux hydraulique naturelle et de vermiculite. Il est utilisé pour traiter les murs humides contenant des sels solubles à l’eau. Il permet d’évacuer l’humidité du mur tout en bloquant les sels solubles à l’eau.
Ces mortiers d’enduits sont disponibles en une large gamme de couleurs et offre une finition lisse et homogène.
Le ciment romain, à base de pouzzolane, retrouve ses lettres de noblesse après avoir été la star des mortiers pendant des siècles puis oublié au profit des ciments Portland. Il présente pourtant de nombreux atouts pour des applications en mortiers de scellage, dallage ou d’enduit : moins gourmand en énergie que son concurrent contemporain, plus perspirant pour les murs anciens, durable et résistant dans le temps. Une alternative qui ne manque pas d’intérêt !
Pour tout conseil sur le choix de votre ciment romain, que ce soit en béton, en mortier ou enduit, n’hésitez pas à contacter un professionnel du réseau Nature et Développement
C’est très intéressant, j’ai découvert beaucoup de choses ! Juste une chose qui me tracasse… À un moment vous écrivez « éteignage de la chaux » et ne devrait-on pas écrire « Extinction de la chaux »?
Effectivement ! Merci d’avoir relevé cette coquille impardonnable. C’est corrigé.