août 15, 2022

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Le tombeau de la noble dame révèle de nouveaux secrets du béton antique dans la Rome antique

Zoom / Le tombeau de Cacilia Metella est un mausolée situé juste à l’extérieur de Rome à cinq kilomètres de la Via Appia.

Parmi les nombreux sites touristiques célèbres de Rome, il y a un impressionnant mausolée vieux de 2 000 ans le long de la Via Appia connu sous le nom de La tombe de Cecilia MetellaNabila a vécu au premier siècle de notre ère. Lord Byron faisait partie de ceux qui s’émerveillaient du Temple, y faisant même référence dans son poème épique Le pèlerinage de l’enfant Harold (1812-1818). Les scientifiques ont maintenant analysé des échantillons de béton ancien utilisé pour construire la tombe et ont décrit leurs découvertes dans un a publié un article en octobre dans le Journal of the American Ceramic Society.

« La construction de ce monument et point de repère innovant et très puissant sur la Via Appia Antica indique que [Caecilia Metella] Il était très respecté », La co-auteure Mary Jackson a déclaré :, géophysicien en Université de l’Utah. « La texture du béton après 2050 ans reflète une présence forte et résiliente. »

comme aujourd’hui Ciment Portland (composant essentiel du béton moderne), ancien béton romain Il s’agissait essentiellement d’un mélange de suspension semi-liquide et d’agrégat. Le ciment Portland est généralement fabriqué en chauffant du calcaire et de l’argile (ainsi que du grès, de la cendre, de la craie et du fer) dans un four. Le clinker obtenu est ensuite broyé en une fine poudre, en ajoutant seulement une touche de gypse – plus il est haut, mieux c’est pour obtenir une surface lisse et plane. Mais l’agrégat utilisé pour fabriquer le béton romain était des morceaux de pierre ou de briques de la taille d’un poing

dans sa thèse architecture (environ 30 après JC), architecte et ingénieur romain Vitruve Il a écrit sur la façon de construire des murs en béton pour des structures funéraires qui pourraient durer longtemps sans tomber en ruines. Il a recommandé que les murs aient au moins deux pieds d’épaisseur, soit en « pierre rouge carrée, soit en briques ou en lave posées en couches ». L’agrégat de briques ou de roches ignées doit être lié par une suspension de chaux éteinte, des éclats de verre poreux et des cristaux provenant d’éruptions volcaniques (appelées téphra volcaniques).

Jetée de Kosanos, Orbetello, Italie.  Une étude de 2017 a révélé que la formation de cristaux dans le béton utilisé pour construire des digues aidait à empêcher la formation de fissures.
Zoom / Jetée de Kosanos, Orbetello, Italie. Une étude de 2017 a révélé que la formation de cristaux dans le béton utilisé pour construire des digues aidait à empêcher la formation de fissures.

Jackson avait étudié les propriétés inhabituelles du béton romain antique pendant de nombreuses années. Par exemple, elle et de nombreux collègues ont analysé Le mortier utilisé dans le béton qui le compose Les marchés de Trajan, construit entre 100 et 110 après JC (probablement le plus ancien centre commercial du monde). Ils se sont particulièrement intéressés à la « colle » utilisée dans la phase liante du matériau : le calcium-aluminium-silicate-hydrate (CASH), renforcé de cristaux de Stratlingette. Ils ont découvert que les cristaux de strattlegate empêchaient la formation et la propagation de microfissures dans le lisier, ce qui peut entraîner des fractures plus importantes dans les structures.

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En 2017, Jackson a co-écrit papier Analyse de la forme concrète des ruines des digues le long de la côte méditerranéenne de l’Italie, qui ont résisté pendant deux mille ans au rude environnement marin. Les vagues constantes d’eau salée s’écrasant sur les murs transformeraient depuis longtemps les murs de béton modernes en ruines, mais les digues romaines semblent s’être renforcées en fait.

Jackson et ses collègues ont découvert que le secret de sa longévité était une recette spéciale, impliquant un mélange de cristaux rares et d’un métal poreux. Plus précisément, l’exposition à l’eau de mer a déclenché des réactions chimiques dans le béton, provoquant la formation de cristaux de tobermorite d’aluminium à partir de phillipsite, un minéral commun trouvé dans les cendres volcaniques. Les cristaux sont attachés à la roche, ce qui empêche encore la formation et la propagation de fissures qui auraient fragilisé les structures.

Par conséquent, Jackson était naturellement fasciné par la Caecilia Metella, qui est largement considérée comme l’un des monuments les mieux conservés de la voie Appienne. Jackson a visité le cimetière en juin 2006, lorsqu’elle a prélevé de petits échantillons de mortier pour analyse. Bien que le jour de sa visite ait été très chaud, elle se souvient que dès qu’elle est entrée dans le couloir du sanctuaire, l’air était très froid et humide. « C’était très calme, à l’exception du battement du pigeon au centre ouvert de la structure circulaire », Jackson a dit.

Écrit sur une plaque sur la tombe
Zoom / Une plaque sur la tombe lit « À Caecilia Metella, fille de Quintus Criticus, [and wife] Crassus ».

Carol Radato / CC BY-SA 2.0.2

On ne sait presque rien de Lady Caeslia Metella, la noble dont les restes ont été enterrés dans la tombe, à part qu’elle était la fille d’un consul romain, Quintus Caecilius Metellus Creticus. s’être marié Marcus Licinius Crassus, père de (du même nom) faisait partie de premier trio, avec Jules César Et Pompéi la Grande. C’était probablement son fils, également nommé Marcus Licinius Crassus, Pourquoi est-il facile pour les historiens de retracer la lignée familiale ? – qui a ordonné la construction du sanctuaire, qui a probablement été construit entre 30 et 10 av.

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Le sarcophage en marbre du palais Farnèse est censé provenir de la tombe de Caecilia Metella, mais ce n’était peut-être pas les nobles car il date d’entre 180 et 190 après JC. En outre, la crémation était l’une des traditions funéraires les plus courantes au moment de la mort de la dame, et les historiens pensent donc que la tombe de Silla aurait pu contenir autrefois une urne funéraire, plutôt qu’une sorte de sarcophage en pierre.

La structure de la tombe elle-même est du plus grand intérêt pour les chercheurs tels que Jackson et ses collègues. Le sanctuaire est situé au sommet d’une colline. Il y a une rotonde cylindrique au sommet d’une plate-forme carrée, avec un château attaché à l’arrière qui a été construit au 14ème siècle. L’extérieur porte une plaque avec l’inscription « À Caecilia Metella, fille de Quintus Creticus [and wife] Crassus ».

Lave sur le téphra volcanique dans la sous-structure du cimetière.
Zoom / Lave sur le téphra volcanique dans la sous-structure du cimetière.

Mary Jackson

La fondation est en partie construite dessus pierre de tuf (cendres volcaniques comprimées sous pression) et des roches de lave de l’ancienne coulée qui couvrait autrefois la région il y a environ 260 000 ans. La plate-forme et la rotonde sont toutes deux constituées de plusieurs couches de béton épais, entourées de blocs de calcaire comme cadre tandis que les couches de béton se forment et se solidifient. Les murs de la tour ont 24 pieds d’épaisseur. À l’origine, il y aurait eu un monticule de terre conique au sommet, mais celui-ci a ensuite été remplacé par des remparts médiévaux.

Pour examiner de plus près la microstructure du mortier, Jackson s’est associé à ses collègues du MIT Linda Seymour et Admir Musk, ainsi qu’à Nobumichi Tamura du Lawrence Berkeley Lab. Tamura a analysé des échantillons dans source de lumière avancée, ce qui les a aidés à identifier et à orienter les nombreux minéraux différents présents dans les échantillons. La ligne de faisceaux ALS produit de puissants rayons X de la taille d’un micron, qui peuvent pénétrer dans toute l’épaisseur des échantillons, dans Tamura. L’équipe a également imagé les échantillons avec un microscope électronique à balayage.

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Ils ont découvert que le mortier de la tombe est similaire à celui utilisé dans les murs de la tombe Les marchés de Trajan: Téphra volcanique de Pouzzolane Rosse coulée de lave, attache ensemble de gros morceaux de brique et de lave. Cependant, le téphra utilisé dans le lisier de la tombe contient beaucoup de leucite riche en potassium. Au fil des siècles, les eaux de pluie et les eaux souterraines se sont infiltrées à travers les murs des tombes, dissolvant la leucite et libérant du potassium. Ce serait un désastre dans le béton moderne, entraînant des microfissures et une grave détérioration structurelle.

Évidemment, cela ne s’est pas produit avec la tombe. Mais pourquoi? Jackson et d’autres. Il a déterminé que le potassium dans le mortier s’est dissous à son tour et a reconstitué efficacement la phase de liaison au CASH. Certaines parties sont restées intactes même après plus de 2 000 ans, tandis que d’autres semblaient plus molles et montraient des signes de clivage. En fait, la structure est quelque peu similaire à celle des nanocristaux.

Image au microscope électronique à balayage du mortier.
Zoom / Image au microscope électronique à balayage du mortier.

Mary Jackson

« Il s’avère que les intercalaires dans le béton romain antique de la nécropole de Caecilia Metella évoluent constamment grâce à une reconstruction à long terme », Masque dit. « Ces reconstructions renforcent les régions interfaciales et sont susceptibles de contribuer à l’amélioration des performances mécaniques et de la résistance à la défaillance des matériaux plus anciens. »

Plus les scientifiques en apprenaient sur la composition exacte des minéraux et des composés utilisés dans le béton romain, plus ils seraient capables de reproduire ces qualités dans le béton aujourd’hui, par exemple en trouvant un substitut approprié (comme les cendres volantes de charbon) pour rares roches ignées que les Romains utilisaient. Cela peut réduire les émissions d’énergie de la production de béton jusqu’à 85 % et améliorer considérablement la durée de vie des structures en béton modernes.

« L’accent mis sur la conception de béton moderne avec des intercalaires renforcés en continu peut nous fournir une autre stratégie pour améliorer la durabilité des matériaux de construction modernes » Masque dit. « Faire cela en incorporant une « sagesse romaine » éprouvée fournit une stratégie durable qui améliorera la continuité de nos solutions modernes par des ordres de grandeur. »

DOI : Journal de l’American Ceramic Society, 2021. 10.1111 / Jess .18133 (À propos des DOI).