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.
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 :
« 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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