Mortiers

Mortier Romain, mortier de demain !

La science moderne traque la recette des mortiers Romains qui ont tenu 2000 ans. Enquête ...

Dalles de sol en mortier Romain

Les ingrédients de la recette …

– De la chaux aérienne en pâte ET de la chaux vive.

– De la pouzzolane OU de la brique pillée (pas trop cuite) OU du métaKaolin

– De l’eau OU de l’eau de Mer !

 

Si vous avez lu mes précédents articles sur le béton Romain, cet article vous apportera des infos complémentaires, mais il nous confirme surtout que le béton Romain est promis à un bel avenir.
Le secret de sa longévité se dévoile peu à peu, chaque étude apportant un élément nouveau.

Résumé des épisodes précédents ...

L’enjeu : Partout dans le monde on cherche comment réduire la quantité de ciment, pour dégager moins de CO2 lors de sa cuisson et dépenser moins. Le mortier Romain apparaît alors comme une bonne piste si l’on arrive à comprendre pourquoi il est aussi résistant et durable.

Le 1er article sur « le-mortier-romain » rendait compte d’une étude menée
principalement par Marie Jackson de Berkeley. Elle montrait que l’eau
de mer avait renforcé les mortiers et que de la chaux vive avait
probablement été incluse, sans savoir quelle était son action.

Le 2eme article « Loriot redécouvre le mortier Romain » résume une étude de 1774 qui explorait les effets surprenants de la chaux vive dans les mortiers étanches des bassins. La révolution de 1789 n’a pas aidé à la diffusion de ces recherches !

Ce 3eme article « Mortier Romain mortier de demain » recoupe les 2 premiers dans la mesure ou cette nouvelle étude précise le rôle de la chaux vive dans la durabilité des mortiers Romains.

En complément je vous ai mis un petit article qui évoque le métaKaolin comme produit de substitution de la chaux, et dont le process de cuisson dégage très peu de CO2. Nous retrouvons là l’autre avantage du mortier Romain. Il est durable ET certaines recettes potentiellement peu émettrices de CO2

Résumé d’une étude publiée par la revue Science Advances (Article complet)
(extraits … ci-dessous)

Les bétons de la Rome antique ont survécu à des millénaires, mais les connaissances mécanistes sur leur durabilité restent une énigme. Ici, nous utilisons une approche de cartographie élémentaire et chimique corrélative à plusieurs échelles pour étudier les clastes de chaux reliques, un composant minéral omniprésent et visible associé aux anciens mortiers romains. 

Ensemble, ces analyses fournissent de nouvelles informations sur les méthodologies de préparation du mortier et fournissent la preuve que les Romains utilisaient le mélange à chaud, en utilisant de la chaux vive en conjonction avec ou à la place de la chaux éteinte, pour créer un environnement où des clastes de chaux à grande surface à l’échelle des agrégats sont retenus à l’intérieur. la matrice de mortier.

Inspiré par ces découvertes, nous proposons que ces inclusions macroscopiques pourraient servir de sources critiques de calcium réactif pour le remplissage à long terme des pores et des fissures ou la réactivité post-pouzzolanique dans les constructions cimentaires. 

Le développement et les essais ultérieurs de mélanges cimentaires modernes contenant des clastes de chaux démontrent leur potentiel d’auto-guérison, ouvrant ainsi la voie au développement de formulations de béton plus durables, résilientes et durables

Des études portant sur la durabilité du béton romain construit dans des environnements marins, par exemple, ont mis en évidence la dissolution de clastes de chaux et de tuf vitrique à pH élevé, suivie de la précipitation de cordons de réaction contenant du CASH et, par la suite, de la cristallisation post-fixation d’Al -tobermorite et phillipsite dans la matrice ( 11 , 27 ). Dans les bétons architecturaux de l’époque augustéenne et impériale, une précipitation CASH similaire et une cristallisation et une croissance ultérieures de cristaux de strätlingite lamellaire dans les périmètres des scories et de la matrice de cimentation ont été observées ( 24 , 28 ). Plus récemment, des cristaux d’Al-tobermorite et de strätlingite ont été trouvés dans les mortiers de la tombe de la période augustéenne (vers 30 avant notre ère) de Caecilia Metella (29 ). La réactivité prolongée des granulats volcaniques et leur rôle potentiel dans la durabilité à long terme de ces matériaux ont donc été au centre des études récentes sur les bétons romains …

En plus des caractéristiques décrites ci-dessus, les clastes de chaux reliques à l’échelle des agrégats, également appelés chaux résiduelle ou morceaux de chaux, sont une caractéristique omniprésente et remarquable des bétons romains architecturaux et maritimes. La présence de ces caractéristiques blanches brillantes distinctives a déjà été attribuée à plusieurs scénarios, notamment une combustion incomplète ou excessive lors de la calcination de la chaux ( 20 ), une carbonatation avant la préparation du béton ( 30 ), une dissolution incomplète lors de la prise ( 12 ) ou un mélange insuffisant de le mortier ( 14 ) …

Bien que ces clastes soient bien caractérisés dans les bétons romains maritimes, on en sait moins sur la microstructure et la composition chimique des clastes reliques de chaux dans les constructions romaines à ciel ouvert (structures terrestres) et le rôle qu’ils pourraient jouer dans les processus associés à la durabilité de ces derniers. structures ( 5 , 35 ) …

Nous avons caractérisé la composition des clastes de chaux et de leur matrice environnante à l’aide de la microscopie électronique à balayage à grande surface et de la spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie (SEM-EDS), de la diffraction des rayons X sur poudre (XRD) et de l’imagerie confocale Raman. Les résultats de ces analyses fournissent des preuves irréfutables du malaxage à chaud du mortier romain utilisant de la chaux vive à la place ou en plus de la chaux éteinte. À partir de ces résultats, nous proposons que les clastes de chaux persistants, à grande échelle et à grande surface résultant de ce processus pourraient servir de source de calcium réactif pour le remplissage à long terme des pores et des fissures et donc fournir un mécanisme d’auto-guérison intrinsèque à dominance chimique …

Motivé par ces découvertes, nous avons développé un mélange cimentaire d’inspiration romaine moderne qui incorporait une méthode de préparation à chaud et observé l’auto-guérison efficace des fissures induites mesurant jusqu’à 0,5 mm de largeur. Les résultats de notre analyse multi-échelle de la composition du béton romain et le développement de leurs homologues modernes fournissent un point de départ pour comprendre le rôle de divers paramètres de production sur la durabilité des anciens mortiers et bétons et démontrent l’applicabilité et la valeur potentielle de ces anciens principes de conception dans le développement de matériaux cimentaires pour le monde moderne …

La découverte récente de fissures remplies de calcite dans le béton romain ( 29 ) a suggéré un processus de guérison potentiel à long terme qui nécessite une source riche en Ca. Considérant l’omniprésence des clastes calcaires reliques dans le béton romain ( 5 , 12 , 24 , 43 ) et leur grande surface due à leur microstructure particulaire ( Fig. 4, A à D), ces inclusions pourraient fournir les réservoirs de Ca requis pour ces processus …

Inspirés par ces observations, nous avons décidé de créer un analogue moderne de ce matériau et d’explorer ses propriétés. Compte tenu de la distribution relativement uniforme des clastes de chaux et de leurs morphologies bien définies, ces observations soulèvent la proposition intrigante qu’ils peuvent avoir été ajoutés au mélange de béton sous leur forme intacte (une pratique connue sous le nom de malaxage à chaud). Compte tenu de l’utilisation documentée du mélange à chaud dans les préparations de mortier anciennes et modernes ( 19 , 44 ), nous avons exploré cette approche dans nos formulations synthétiques …

Dans nos formulations cimentaires modernes, nous avons combiné l’OPC, les cendres volantes pulvérisées, le sable et l’eau à un rapport de mélange massique d’env. 1:0.2:2:1. À ce mélange (connu ici sous le nom de Mélange 1), de la chaux vive a été ajoutée à différents échantillons, couvrant une concentration variant de 7,5 à 15 % en masse (qui a été choisie sur la base de la gamme de fréquences rencontrée des clastes de chaux relictuelle dans différents échantillons de béton romains) étudier les effets de la teneur en chaux vive sur les performances du béton. Les mélanges obtenus ont été coulés dans des moules cylindriques mesurant 10 cm de diamètre et 10 cm de hauteur et durcis sous l’eau pendant 28 jours avant utilisation …

Le potentiel des clastes de chaux à grande surface d’agir comme une source de calcium réactif pour les propriétés d’auto-guérison a été étudié plus en détail à l’aide de nos formulations de béton d’inspiration romaine …

 

Enduit brisé qui s'auto répare grace aux clastes de chaux

Des échantillons avec et sans clastes de chaux ont été cassés et les 2 bords remis en contact et exposés à un débit d’eau constant d’environ 20 litres / heure. Les échantillons avec clastes de chaux (vive) ont fini par se ressouder. En 3 semaines l’eau ne passait plus ! (figure 5 ci-contre)

 Les côtés ré-accouplés des échantillons de test (qui comprenaient également des témoins sans clast de chaux) ont ensuite été introduits dans un circuit d’écoulement ( Fig. 5B ) et soumis à un débit d’eau constant. Le débit sur 30 jours a ensuite été enregistré à l’aide de débitmètres électroniques avec une précision de ± 5 litres/heure. Dans ces études, il a été prédit qu’une diminution mesurée du débit correspondait à une activité potentielle d’auto-guérison (remplissage de fissures). Les valeurs initiales typiques des débits à travers les fissures ouvertes variaient entre 10 et 30 litres/heure et se réduisaient au cours de 1 à 3 semaines selon la géométrie de la fissure, jusqu’à presque zéro lorsque la fissure était finalement colmatée ( Fig. 5C). Lorsque le débit d’eau a fini par s’arrêter (et que le débit était nul ou à un débit négligeable), l’essai a été arrêté, et la nature et la répartition des produits secondaires formés dans la fissure ( Fig. 5, D à F ) au cours du processus ont été évalués en utilisant la microscopie optique ( Fig. 5, D et E ) et la spectroscopie Raman ( Fig. 5F ) …

Sur la base des résultats de notre caractérisation chimique des mortiers Privernum, il est donc possible que, dans les textes de Vitruve,  l’utilisation de macerata (se réfère spécifiquement au processus d’extinction), extincta pourrait désigner la chaux hydratée simultanément avec les autres composants du mortier, soutenant l’hypothèse de mélange à chaud proposée ici …

L’hydratation de la chaux vive pendant le mélange à chaud produit une réaction exothermique lorsque CaO s’hydrate pour former Ca(OH) 2 . L’augmentation de température dans le mortier est d’environ 55° à 60°C par rapport à l’ambiante ( 52 ), avec une présence de points chauds caractérisés par des températures supérieures à 200°C …

La chaleur de ces deux réactions, l’hydratation de CaO et la réaction pouzzolanique, pourrait faciliter la formation de CASH et même de phases cristallines telles que l’Al-tobermorite et la strätlingite, dans la matrice de cimentation et le long du bord de réaction des clastes de chaux au début …

La réaction pouzzolanique est sensible aux changements de température, et, par conséquent, le mélange à chaud fournit une explication plausible du gradient de composition observé dans les clastes de chaux des échantillons de mortier Privernum décrits dans les travaux en cours et ceux d’autres bétons romains …

Inspiré par ces découvertes, il est donc probable que la forte abondance de clastes de chaux à l’échelle des agrégats dans les anciens mortiers romains pourrait ainsi servir de source de calcium pour les processus post-pouzzolaniques dans un mécanisme «d’auto-guérison» de remplissage des pores et des fissures. qui lutte contre la dégradation progressive de ces matériaux cimentaires …

Au fil du temps, au fur et à mesure que les fissures et les pores se forment, l’intrusion d’eau provoque la dissolution des phases à base de calcium dans les clastes calcaires reliques qui les transportent dans le réseau poreux. Au fur et à mesure que les fluides riches en calcium s’infiltrent dans les fissures ou le réseau de pores connectés, de nombreuses voies existent pour des réactions post-pouzzolaniques potentielles. Par exemple, les matériaux pouzzolaniques en excès, tels que les cendres volcaniques qui n’ont pas réagi lors de la prise et du durcissement initiaux, ou les agrégats d’origine volcanique, peuvent maintenant se dissoudre et réagir avec les fluides riches en Ca provenant des clastes de chaux pour former des phases CASH, renforçant ainsi les zones d’interface entre les agrégats volcaniques/cendres et la matrice de liaison ( 29). Ce renforcement est associé à la consolidation des zones interfaciales et à des performances mécaniques accrues du CASH par rapport à ses précurseurs

Une autre voie possible est la recristallisation des phases CaCO 3 dans l’espace pore/fissure. Cette voie, dans laquelle le carbonate de calcium secondaire est précipité par un mécanisme similaire à celui qui se produit dans la formation des calthémites ( 54 , 55 ), repose sur les cycles de mouillage et de séchage rencontrés dans des conditions météorologiques normales. Ces processus ont déjà été observés dans les mortiers à base de carbonate modernes et anciens ( 56 – 58). Contrairement à ces études précédentes, cependant, nous suggérons ici que les clastes de chaux transformés par mélange à chaud agissent comme une source de calcium pour ces processus …


Notes de Luc Nèples (le 11 janvier 2023) :

Quand j’ai publié cet article je n’avais pas trouvé l’étude originale. Je n’avais trouvé que l’article journalistique ci-dessous. Une architecte lectrice de la newsletter m’a communiqué l’article originel dont vous avez le lien au début de cette page. Je me rends compte qu’il est assez complexe. Les plus motivés et courageux peuvent évidemment lire l’original.

Dans l’immédiat mes extraits de l’étude originale, ci-dessus peuvent vous donner un aperçu de l’étude. Il me faudra trouver du temps pour faire une véritable synthèse.

Vous savez maintenant comment interpréter les textes de cet article.

 

Ci-dessous un résumé plus journalistique du même article :

Les Romains étaient des maîtres de l’ingénierie et de la construction. Leurs aqueducs, bâtiments et ports ont survécu, dans de nombreux cas, pendant deux millénaires. Une équipe de scientifiques a examiné le béton utilisé et pense avoir trouvé la clé : la chaux vive.

Une nouvelle étude signée par des chercheurs du MITcde l’Université de Harvard et des laboratoires en Italie et en Suisse, ont découvert d’anciennes stratégies de fabrication du béton de chaux.
Longtemps on a cru que la clé de la durabilité des bétons Romains reposait sur un ingrédient, le matériau pouzzolanique, une cendre volcanique de la région de Puozzuoli, dans la baie de Naples (Italie), auquel faisaient référence les récits des architectes et historiens. 
Cependant, ces échantillons anciens contiennent également de minuscules caractéristiques minérales blanches brillantes à l’échelle millimétrique, reconnues depuis longtemps comme un composant omniprésent des bétons romains. 
Ces morceaux blancs, souvent appelés «clastes de chaux», proviennent de la chaux, l’autre composant clé de ces mortiers, avec la pouzzolane. 
Ces restes étaient jusqu’à présent considérés comme de simples preuves d’un mélange insuffisant ou de matières premières de mauvaise qualité, explique le MIT. 
La nouvelle étude suggère que ces minuscules clastes de chaux ont donné au béton une capacité d’auto-guérison jusqu’alors inconnue. 
L’un des signataires de la recherche, Admir Masic du MIT, a noté que si “les Romains ont déployé tant d’efforts pour fabriquer un matériau de construction exceptionnel, pourquoi feraient-ils si peu d’efforts pour assurer la production d’un produit final bien mélangé ?” il a alors pensé qu’il devait y avoir une autre  raison.
Une caractérisation plus poussée des clastes calcaires, à l’aide de techniques d’imagerie multi-échelles à haute résolution et de cartographie chimique, les chercheurs ont acquis de nouvelles connaissances sur la fonctionnalité potentielle de ces clastes calcaires. 
Historiquement, on avait supposé que lorsque la chaux était incorporée dans le béton romain, elle se combinait d’abord avec de l’eau pour former un matériau pâteux hautement réactif dans le  processus connu sous le nom d’extinction, mais ce processus à lui seul ne pouvait pas expliquer la présence des clastes de chaux.

L’équipe s’est donc demandée si les Romains auraient pu utiliser de la chaux vive, qui est une forme plus réactive du matériau. En étudiant des échantillons de vieux béton, ils ont déterminé que les particules blanches étaient bien constituées de diverses formes de carbonate de calcium. 

L’examen spectroscopique a fourni des indications qui indiquent que les clastes s’étaient formés à des températures extrêmes, comme on pouvait s’y attendre de la réaction exothermique produite par l’utilisation de chaux vive à la place ou en plus de la chaux déjà éteinte utilisée dans le mélange. 

Le mélange de ces 2 chaux, selon l’équipe, était en fait “la clé du caractère super-durable” du béton en raison de deux facteurs expliqués par Masic. 

D’une part, lorsque le béton dans son ensemble est chauffé à des températures élevées, cela permet une chimie qui ne serait pas possible si seule la chaux éteinte était utilisée, produisant des composés associés à ces températures qui ne se formeraient pas autrement. 

De plus, l’augmentation de la température réduit considérablement les temps de durcissement et de prise, car toutes les réactions sont accélérées, permettant une construction beaucoup plus rapide.

L’équipe a décidé de prouver que c’était le mécanisme responsable de la durabilité du béton romain en produisant des échantillons d’enrobés à chaud incorporant des formulations anciennes et modernes, en les fissurant et en faisant couler de l’eau à travers eux. 

Après deux semaines, ces ouvertures étaient complètement cicatrisées et l’eau ne pouvait plus s’écouler, mais un morceau de béton identique fabriqué sans chaux vive n’a jamais durci et l’eau a continué à s’écouler à travers l’échantillon. 

Masic considère que “Il est passionnant de penser à la façon dont ces formulations de béton plus durables pourraient prolonger non seulement la durée de vie utile de ces matériaux, mais aussi comment cela pourrait améliorer la durabilité des formulations de béton imprimées en 3D.

 

Où le Métakaolin entre en jeu ...

Résumé d’une recherche de Camille Magniont  du laboratoire Matériaux et durabilité des Construction de l’Insa de Toulouse.
 

Quel est le lien entre le Colisée et l’avenir de notre planète? Le ciment. Car la recette romaine du ciment serait meilleure que celle utilisée par nos industriels en termes d’émission de CO2.

La fabrication d’un ciment standard nécessite un chauffage à très haute température, à plus de 1450 degrés Celsius. Ce procédé engendre de fortes émissions de CO2.  Camille Magniont, au sein du laboratoire Matériaux et durabilité des Construction de l’Insa de Toulouse, a eu l’idée d’aller chercher la solution à ce problème à Rome. 

Vitruve, un architecte romain, a écrit « De architectura ». Dans cet ouvrage, il décrit les procédés de fabrication d’un liant à base de métakaolin, une argile calcinée dont la production conduit principalement à l’émission de vapeur d’eau et non de CO2.

Le nouveau produit créé à partir de cette recette a bien sûr été amélioré. Les adjuvants végétaux incorporés dans le nouveau produit permettent de palier les inconvénients que représentait le ciment romain, notamment sa lenteur à durcir. Bref, un nouveau ciment est né d’une recette romaine mise à la sauce moderne.

Voilà, vous savez (presque) tout.

A nous de tester pour retrouver ces mortiers à base

de liants peu émetteurs de CO2, durables et

si besoin, étanches pour nos bassins.

 

Et n’oubliez pas de me communiquer vos essais

pour que chacun en profite. Merci !

Loriot et le ciment Romain

Même écroulés, les murs liés au mortier Romain restent en blocs compacts. (Piazza Armérina / Sicile)

ATTENTION

Les mortiers décrits ici par LORIOT contiennent de la CHAUX VIVE EN POUDRE dont l’usage, dangereux, est règlementé. Porter des lunettes de protection et des gants est le minimum à envisager. Renseignez vous avant toute manipulation de chaux vive en poudre.

NOTE : J’ai demandé à Marie Jackson de Université d’Utah, autrice de l’étude sur les bétons Romains de la baie de Naples de relire et de compléter mon article. Ses notes sont en orangé dans l’article.

 

Au XVIIIeme siècle la composition des mortiers Romains, perdue depuis la chute de l’empire, reste un mystère.

Agés parfois de 2000 ans, de nombreux monuments  témoignent d’une durabilité inégalée. Mais laissons la parole à Loriot (Les citations du texte de Loriot sont dans cette couleur) …

« Il suffit de considérer ces
ruines pour se convaincre que tout l’art de cette construction
consistait dans la préparation et l’emploi de ce mortier, qui n’était
sujet à aucune dissolution, et dont la ténacité était si grande, qu’il
résiste aujourd’hui aux coups redoublés du pic et du marteau ».

Marie Jackson : Le mot « ciment » porte une certaine confusion parce qu’il n’y a pas de « ciment » au sens moderne de « ciment Portland » dans le mortier du béton Romain. Dans le texte de Loriot le mot « ciment » désigne la poudre des produits liants, le  « Roman Cement ». On pourrait remplacer « ciment » par « phase de liaison du mortier ». C’est la phase C-A-S-H peu cristalline ou les phases cristallines qui lient les agrégats et qui se développent dans le béton par divers processus.

Le secret :

« Ce secret consiste en un simple mélange de sable fin, de brique pilée, de chaux vieille éteinte, gâchés ensemble avec une quantité suffisante d’eau, auquel mélange on ajoute un quart environ de chaux vive en poudre, au moment d’en faire l’emploi. « 

 

 

« Pierres, cailloux, graviers, plâtre, marne, gravois, débris provenant de la taille des pierres, scories de forges, mâchefers … etc tous ces matériaux d’un prix insignifiant, et à la portée de tout le monde, sont liés entre eux et rendus indestructibles par l’emploi de ce mortier hydraulique. »

Composition de ces murs massifs :

« Ces monuments offrent pour la plupart des masses énormes en épaisseur et en élévation, dont l’intérieur, masqué seulement par un parement presque superficiel, n’est évidemment formé que de pierrailles et de cailloutages, jetés au hasard et liés ensemble par un mortier qui paraît avoir été assez liquide pour s’insinuer dans les moindres interstices (1) et ne former qu’un tout de cet amas de matières, soit qu’elles aient été jetées dans un bain de mortier, soit qu’arrangées d’abord on l’ait versé sur elles. »

 

 

L’intérieur des murs Romains sont effectivement constitués de pierres non taillées (de tout venant) liées par un mortier assez liquide pour s’insinuer partout.

 

( 1 ) MJ : (de architectura, Vitruve livre II) : « un mortier épais auquel l’agrégat grossier (caementa) a été jeté (coiciantur). Le mélange conglomératique était ensuite compacté » .

 

 

Un mortier de chaux aériennes qui résiste à l’eau :

« Une des propriétés éminentes de ce ciment des Romains était aussi d’être impénétrable à l’eau (2)

leurs parois, comme la voûte, tout était construit des mêmes cailloutages liés par ce ciment. On remarque seulement que l’intérieur présentait à sa surface une couche composée de parties plus fines et plus atténuées, qui ne paraissent point être un enduit fait après coup, qui puisse s’enlever par écailles, mais par le produit d’une opération particulière qu’il ne serait pas difficile d’imiter.

Ainsi il paraît démontré que les Romains construisaient ces sortes d’ouvrages par encaissement ; les tranchées pour les fondations formaient de premières caisses, qu’il ne s’agissait que de remplir de matériaux préparés. »

 

Jetée Portus Cosanus, Orbetello, Italie (crédit, J.P. Oleson) Projet ROMACONS de la Portus Cosanus, Toscane, en Italie.

 

MJ : Prise pouzzolanique et POST-pouzzolanique – L’étude des Bétons Romains Marins montre que l’eau de mer a encore accrue la résistance du mortier (celui ci est dans l’eau de mer depuis 2000 ans).
Le lent afflux d’eau de mer dans le béton a réagi avec les agrégats volcaniques et produit
au fil des siècles des ciments minéraux bénéfiques.

(2) – MJ : Disons plutôt que la perméabilité assez faible induit un flux d’humidité (ou, d’eau) assez lent dans le béton.

 

structure interne du béton Romain

Marie Jackson de Université d’Utah : Ici vous pouvez voir la structure interne du béton.

Textures minérales authigènes dans les dépôts de tuf et le mortier marin romain. Images obtenues par microscopie électronique à balayage avec rétrodiffusion d’électrons (SEM-BSE). (b) Tuffeau de Bacoli (BT), clast de pierre ponce. (c et d) Tuff jaune napolitain (NYT), textures de feldspath alcalin dissolvant, phillipsite et chabazite. (e) Tuff de Surtsey, Islande 1979 carotte de forage, phillipsite dissolvante et Al-tobermorite associée, 37,0 m, 100 °C (crédit, J.G. Moore). (f) Portus Cosanus, clast de pierre ponce avec verre dissous. (g) Portus Neronis, Anzio, Italie, feldspath alcalin dissous (voir aussi Fig. 5). (h) Portus Cosanus, textures de phillipsite. (i) Portus Cosanus, dissolution de phillipsite de Campi Flegrei [1], de liant pouzzolanique C-A-S-H [2] et d’Al-tobermorite [3] (voir Fig. 7i pour les diagrammes de microdiffraction des rayons X). (j) Portus Baianus, Pozzuoli, Italie, dissolution de la phillipsite in situ et de l’Al-tobermorite associée (Fig. 9).

(traduit avec www.DeepL.com/Translator)

 

La mise en oeuvre :

« L’on conçoit aisément combien un petit nombre d’ouvriers qui avaient sous la main les matériaux nécessaires, avançaient l’ouvrage de la construction : il ne s’agissait d’un côté que de tenir prêtes des augées de mortier, et de jeter d’un autre, à pierres perdues, dans l’encaissement, les pierrailles et cailloutages qui en devaient être baignés. Un peu d’attention de la part de ces ouvriers pour le remplissage, et une égale distribution de   » la pierraille et du mortier, était suffisante.« 

« il fallait enfin que ce mortier prit aussi promptement que nos gypses et nos plâtres, pour faire corps et résister aussitôt, sans éboulement, à l’augmentation successive du poids qu’il avait à soutenir »

 

En résumé :

« Ce mortier passait très-promptement de l’état liquide à une consistance dure ; il prenait sur le champ comme le plâtre (3).

Il acquérait une ténacité étonnante, et saisissait les moindres cailloutages qui en avaient été baignés;

Il était impénétrable à l’eau

Il conservait toujours le même volume sans retraite ni extension. »

 

(3) MJ : Le mortier durcit relativement lentement et le béton gagne progressivement en résistance.

Les essais :

 

chaux en pâte

« Les lois anciennes (des Romains) défendaient aux entrepreneurs d’employer la chaux en pâte avant trois années de fusion. »

« Pour ses essais, Loriot prit de la chaux éteinte depuis longtemps dans une fosse recouverte avec des planches sur lesquelles on avait répandu une bonne quantité de terre, de sorte que la chaux avait conservé par ce moyen toute sa fraîcheur, et il en fit deux lots séparés, qu’il gâcha avec une égale attention.« 

« Le premier lot, (de chaux en pâte pure) fut mis dans un vase de terre vernissé, et exposé à l’ombre à une dessication naturelle ; à mesure que l’évaporation de l’humidité se fit, la matière se gerça en tous ses sens, 

 

elle se détacha des parois du vase et tomba en mille morceaux qui n’avaient pas plus de consistance que les morceaux de chaux nouvellement éteinte qui se trouvent desséchés par le soleil sur le bord des fosses. »

Dans l’autre lot, le sieur Loriot ne fit qu’ajouter (dans la chaux en pâte) environ un tiers de chaux vive,  mise en poudre, et amalgamer et gâcher le tout, pour opérer le plus exact mélange : qu’il plaça de même dans un pareil vaisseau vernissé; il sentit peu après que la masse s’échauffait, et, dans l’espace de quelques minutes, elle acquit une consistance pareille à celle du meilleur plâtre à propos détrempé et. employé : c’est une sorte de lapidification consommée en un instant : les métaux en fusion ne se figent guère plus promptement, lorsqu’ils sont retirés du feu. La dessication absolue de ce mélange est achevée en peu de temps, et présente une masse compacte sans la moindre gerçure, et qui demeure tellement adhérente aux parois du vaisseau, qu’on ne peut l’en tirer sans le briser. »

 

Effet de la chaux vive :

« Le résultat de ce mélange de la chaux vive, quelque surprenant qu’il paraisse au premier abord, s’explique si facilement, qu’on doit s’étonner qu’il eût été réservé au sieur Loriot de le soupçonner le premier, et d’en faire la découverte. En effet il est facile de reconnaître aussitôt, que cette prise subite est un produit nécessaire de la chaux vive, qui, portée par un exact amalgame jusque dans les recoins les plus intimes de la masse de la chaux éteinte, se sature de l’eau qu’elle y rencontre, et occasionne ce dessèchement total et subit qui ne surprend point dans l’emploi des gypses et des plâtres. « (sans charge !)

 

« Mais la qualité la plus précieuse de cette composition, est de n’être sujette à aucune gerçure, fissure et crevasse, quand le mélange est dans sa proportion exacte, de n’éprouver ni retraite, ni extension, et de rester perpétuellement au même état où elle s’est trouvée au moment de sa fixité : ce phénomène tient aux mêmes raisons. Tandis que le mortier, ou ciment ordinaire, ne se dessèche que par l’évaporation de son humide superflu, cet humide reste ici dans la masse ; il ne fait que se combiner avec la chaux vive qui s’en empare : c’est une dessication, pour ainsi dire, interne.« 

 

A l’épreuve du temps :

« Ces expériences ayant été répétées plusieurs fois, il fallait reconnaître quel effet les intempéries, les saisons, les pluies, les grandes chaleurs et la gelée pouvaient opérer sur ce mélange des deux chaux, de même que sur un grand nombre d’autres essais, où le sieur Loriot avait incorporé avec elles d’autres matières propres à former du mortier; et il reconnut après les avoir laissés pendant deux années exposés aux injures de l’air, que ces essais avaient non-seulement résisté à tout, mais encore qu’ils avaient progressivement acquis plus de solidité. »

 

« Dès lors le sieur Loriot n’a pas craint d’affirmer que l’intermède de la chaux vive en poudre, dans toutes les sortes de mortiers, ou ciments qui se font avec la chaux éteinte (en pâte), est le plus puissant moyen d’obtenir toutes les perfections qu’on y désire.

Voilà la clé de la découverte qu’il a annoncée.

Les charges reconnues jusqu’ici pour les plus convenables à introduire dans le mortier, sont le sable, la brique pilée, la pierre pilée, les marnes pulvérisées, toutes les vitrifications des fourneaux, celles des forges et des fonderies, crasses, laitiers, scories, mâchefers, gravois des démolitions, de constructions originairement faites avec la chaux et le sable« 

 

Exemple de dosage :

« Prenez donc pour une partie de brique pilée très-exactement et passée au sas, deux parties de sable fin de rivière, passé à la claie, de la chaux vieille éteinte, en quantité suffisante pour former dans l’auge, avec l’eau, un amalgame à l’ordinaire, et cependant assez humecté pour fournir à l’extinction de la chaux vive que vous y jetterez en poudre , jusqu’à la concurrence du quart (‘) en sus de la quantité de sable et de brique pilée pris ensemble : les matières étant bien incorporées, employez les promptement, parce que le moindre délai en peut rendre l’usage défectueux, ou impossible.

Un enduit de cette matière sur le fond et les parois d’un bassin, d’un canal et de toutes sortes de constructions faites pour contenir et surmonter les eaux, opère l’effet le plus surprenant, même en l’y mettant en petite quantité »

 

En résumé, mettre dans une auge …

1 Volume de brique pillée.

2 V de sable fin 

Le volume habituel de chaux en pâte (les dosages habituels sont de 1 volume de chaux grasse en pâte pour 2 à 3 volumes de charge).

La chaux vive en poudre (1/4 du volume de charges)

Bien mélanger dans l’auge

et employer rapidement, avant la prise.

« Il faut toujours avoir la même attention de ne préparer ces mortiers que par augées, et au fur et à mesure qu’on les emploie. »

 

Qualité de la chaux vive :

« Que l’on se contente d’ajouter un quart de chaux vive au simple mortier ordinaire de chaux fusée et de sable, l’on en fera un crépi qui, dans vingt-quatre heures, aura acquis plus de consistance que l’autre dans plusieurs mois. »

Mais Loriot précise ..

« on ne peut pas assigner précisément la quantité proportionnelle de chaux vive à

 

faire entrer dans le ciment : ici il en faut davantage, là il en faut moins; c’est pourquoi le sieur Loriot a pris un terme moyen, en assignant le quart en sus du total des matières de sable et de briques pilées, qui est la mesure d’une chaux de médiocre qualité employée en sortant du four : si elle était cuite depuis longtemps, il en faudrait davantage; comme aussi il en faudrait moins, si c’était une chaux de qualité supérieure, faite de pierre dure qui absorbe beaucoup d’eau. « (la chaux grasse)

 

Le dosage délicat de la chaux vive :

« Il est de la plus grande importance de connaître l’état et la qualité particulière de la chaux qu’on doit employer, parce que c’est d’un juste assortiment que résulte la perfection : une trop grande quantité de chaux vive qui a beaucoup de force, qui boit beaucoup, ne trouvera pas à s’éteindre parfaitement et à se combiner en mortier; elle brûlera, elle tombera en poussière : celle au contraire qui, en s’éteignant, aura été inondée, sans pouvoir absorber l’eau dans sa fusion, en laissera de superflue, qui, par l’évaporation dans le dessèchement du mortier, le crevassera. On ne peut trop recommander les essais sur la qualité de la chaux même aux ouvriers qui auront opéré avec la plus grande justesse dans un pays, et qui voudront travailler dans un autre; indépendamment de l’avantage local, qui peut se trouver plus ou moins grand, il faut qu’ils soient bien convaincus que la chaux (vive) se décompose à mesure qu’elle vieillit, et qu’il faut par conséquent en augmenter progressivement la dose; »

 

La préparation du mortier :

« La préparation du mortier, ou ciment (ciment = liant sans charge) peut se faire de deux manières : la première, en délayant exactement avec la chaux éteinte et l’eau, les matières de sable, de briques pilées, ou autres qu’on y veut faire entrer, à la consistance qu’on a annoncée, c’est-à-dire, un peu plus claire que pour l’emploi ordinaire : c’est en cet état qu’il faut jeter de la chaux vive pulvérisée, en l’éparpillant et débroyant bien pour s’en servir immédiatement. »

(En résumé : préparer le mortier comme à l’ordinaire mais avec un peu plus d’eau, avant d’y ajouter la chaux vive en poudre)

« La deuxième, est de faire un mélange des matières séches, c’est-à-dire du sable, de la brique pilée et de la chaux vive, dans la proportion assignée; — mélange que l’on pourrait mettre dans des sacs, en dose convenable pour une ou deux augées; — la chaux éteinte, d’un autre côté, étant portée avec l’eau, on pourra faire, à l’instant du besoin, et même sur l’échafaudage, la mixtion, comme l’on fait du plâtre, en gâchant et détrempant le tout avec la truelle. »

( Variante : mélanger à sec les charges et la chaux vive, avant d’ajouter la chaux en pâte et l’eau)

 

Les emplois de ces mortiers :

Construction de murs massifs, enduit de bassins, canaux,  enduit sur murs humides, terrasses, enduit sous voute …

« Quelles voûtes ne fera-t-on pas ! quelle forme ne pourra- t-on pas leur donner, sans craindre de nuire à leur solidité! On en pourrait construire avec de simples cailloutages, d’aussi légères qu’on voudrait : on ne doit craindre ni poussée, ni rétrécissement, ni surcharge.

Des aqueducs, des conduites d’eau bien appuyées et chargées suffisamment pour soutenir le poids de la colonne, pourront faire élever ce liquide à la hauteur désirée.« 

 

« Toutes les constructions souterraines dans les fortifications, comme dans l’architecture civile, peuvent devenir habitables et plus saines, même au milieu des eaux: nos caves sujettes aux inondations par les crues d’eau ; celles qui sont construites sous des cours et autres lieux découverts qui en arrosent les voûtes »

« On sent, après tout ce qu’on vient de dire, à combien d’usages différents cette découverte peut avoir d’applications, et quels nouveaux avantages elle peut fournir dans toutes les parties des bâtiments. »

 

Ornements et pierre factice :

« Les ornements, tant intérieurs qu’extérieurs des bâtiments peuvent emprunter de ce ciment, avec la solidité, la plus grande variété : il faudra seulement avoir attention, d’un côté, que les crépis et les ornements en relief ne soient appliqués qu’à des murs bien secs, attendu que le ciment pourrait concentrer des principes destructeurs, qui à la fin se feraient jour, et de l’autre, que ces ouvrages puissent avoir acquis un entier dessèchement avant la saison des gelées.

Un pareil ciment, celui surtout où l’on fait entrer de la pierre pilée, est une pierre factice qu’on peut jeter au moule, et former de cette manière des balustres, avec pilastres, pour servir d’appui sur les terrasses et plates- formes; des rampes d’escaliers avec leurs plates-bandes, tablettes, etc « 

 

La recette n’est rien sans le savoir-faire :

« Comme il importe infiniment à la perfection, de faire marcher d’un même pas, l’exercice et la main-d’œuvre avec la théorie des règles que l’on donne par écrit, le sieur Loriot en employant les premiers ouvriers qui se sont formés à Menars, et qu’il a fait venir sur les travaux pour le roi et les princes, aura l’attention d’instruire tous ceux qui se présenteront pour mettre la main à l’ouvrage. Dès qu’il sera convaincu de leur capacité, il leur donnera un certificat de cet apprentissage, à la vue duquel ceux qui voudront les employer pourront le faire avec plus de confiance. Au surplus, tous ceux qui voudront avoir des ouvriers instruits dans cette espèce d’art nouveau, n’auront qu’à.lui adresser des sujets susceptibles d’instruction : il se flatte d’en former en peu de temps des ouvriers en état de conduire les autres. »

 

Epilogue

Ces recherches de Loriot sont plus ou moins connues mais je n’ai jamais entendu d’avis sur leur validité. Plusieurs raisons ont pu freiner les essais et en premier la révolution de 1789 qui survient 15 ans plus tard.

D’autres raisons, pratiques et de savoir-faire, rendent l’emploi de la chaux vive difficile, sensible. 

Selon la qualité de la chaux vive les quantités à ajouter aux mortiers peuvent varier. Il reste enfin à adapter la quantité d’eau en fonction de  la qualité plus ou moins forte de la chaux vive et de la quantité d’eau contenue dans la chaux en pâte, elle aussi variable.

Tous ces paramètres, variables, rendent probablement aléatoire la qualité finale des mortiers.

Tous ces réglages demandent un savoir-faire, une appréciation de la qualité de chaque matériau, une capacité d’adaptation en fonction du résultat attendu qui supposent une longue pratique et l’aide d’un guide, un maître artisan … à trouver.

 

 

MEMOIRE SUR UNE DÉCOUVERTE DANS L’ART DE BATIR

Faite par le sieur LORIOT MÉCANICIEN

PENSIONNAIRE DU ROI



 

Mémoire publié en 1774

Lien vers le document dont ces textes sont extraits : Une réédition

ou ici l’original de 1774 en vieux Français.

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Pastellone

Le Pastellone, un sol à cirer

Découverte du chantier ...

Le sol d’origine de cette maison d’une île Grecque a déjà plus de XX ans. Cette pièce de passage en dessert 3 autres, ce qui explique l’usure qui a dégagé les graviers dont certains dépassent les 2 cm. Ce sol est encore beau mais pas facile à laver.

Dans les pièces moins fréquentées on retrouve l’aspect initial. C’est cet aspect lisse que nous devons retrouver.

ETAPES PRÉPARATOIRES
– 1ere étape : Calculer et approvisionner les quantités de sable, de chaux et d’adjuvants en fonction de l’épaisseur et de la surface.
 

2 – Formuler le mortier, NON teinté, à base de chaux aérienne en pâte, sable et eau (sans le liant hydraulique)

3 – Rechercher la teinte avec 0,5 litres de mortier

TEINTER LE MORTIER

4 – Valider la teinte.

5 – Peser les pigments pour la quantité totale de mortier à teinter.

6 – Malaxer le mortier pour inclure les pigments de façon homogène.

 

LE MORTIER EST PRÊT ou presque !

On ajoutera le liant hydraulique le jour de l’application, dans la quantité de mortier qu’on est capable de poser dans la journée.

Si l’on avait trouvé de la NHL 3,5 on pouvait l’utiliser seule mais on n’aurait pas eu le confort d’application qu’apporte la chaux aérienne en pâte, la chaux … « grasse ».

1ere COUCHE
– On pose la 1ere couche avec un petit platoir inox, en commençant par les bords.
– L’épaisseur posée est environ 2 fois le grain le plus gros du mortier. Pour un sable 0/2 on posera environ 4mm soit 4 litres de mortier au m2.
EGALISER la 1ere couche
 
– En cours de prise, quand le mortier commence à perdre son aspect pâteux, on repasse le platoir inox pour enlever les « sardines ».

 

 

QUELQUES FISSURES

– En 1ere couche les quelques fissures qui apparaissent ne posent pas problème. La 2eme couche les cachera.

 

2eme COUCHE
 
– Sur la 1ere couche sèche de la veille, on pose la 2eme couche en commençant là aussi par les bords.
2eme COUCHE en cours de pose
 
– Avec la petite truelle on pose le mortier sur le sol.
 
– On égalise la couche avec un petit platoir inox avant de la ferrer.
 
– En cours de prise, comme pour la 1ere couche, on repasse soigneusement pour gommer les sardines.
 
PRÉPARATION DE L’ENCAUSTIQUE

– Approvisionner la cire d’abeille / l’essence de thérébentine / un sicatif (prévoir x g/m2 environ)

APPLICATION DE L’ENCAUSTIQUE

– Après un séchage complet et avant d’appliquer l’encaustique, on ponce à la main les quelques sardines qui restent.

– On applique l’encaustique avec un chiffon, à saturation, en 2 passes. Laisser sécher avant de faire briller, de lustrer avec un chiffon ou de la laine.

Le sol est fini, ciré, lustré, et les quelques graviers qui affleurent nous rappellent le sol usé que nous avons restauré. Longue vie au nouveau sol.  Et tout en évitant les semelles boueuses, ne vous privez pas du plaisir des pieds nus.

Cycle de la chaux

Les mots de la chaux

LES MOTS DE LA CHAUX

Cycle de la chaux

Dans ce petit article, je vais essayer de répondre aux mots clés des  recherches les plus fréquentes sur internet à propos de la chaux, et je vais vous dire en deux mots ce qu’il faut retenir en pratique.

Si besoin, vous trouverez dans les articles du blog de quoi approfondir ces notions de base.

Le mortier Romain

Le béton Romain à l’eau de mer, le secret pour réduire les émissions de carbone ?

Les bétons Romain ont fait leurs preuves. Il ont tenu  2000 ans. Il y a 25 ans environ, une  thèse financée par le CEA cherchait déjà à percer le secret de ces bétons pour confiner des déchets nucléaires. Des scientifiques de Berkeley viennent de découvrir les propriétés qui rendaient ce béton Romain « durable et soutenable ».

MR0
Une carotte de béton Romain (chaux et pouzzolane)
après 2000 ans sous l’eau de mer.

Ce ne sont pas les fabricants de chaux qui ont découvert ce secret mais c’est normal puisqu’ils ne le cherchaient pas. On a cru découvrir le secret « perdu » du béton Romain au XIXeme quand on a compris la différence entre une chaux aérienne et une chaux hydraulique (Vicat) mais ce n’était pas ça le secret. Puis le CEA a étudié les mortiers Romains pour voir s’il pourraient tenir nos déchets radioactifs au chaud 2000 ans. (Thèse Détrichet) …

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