L’histoire contient de nombreuses références au béton antique, notamment dans les écrits du célèbre érudit romain Pline l’Ancien, qui a vécu au 1er siècle de notre ère et est mort lors de l’éruption du Vésuve en 79 de notre ère. Pline a écrit que le meilleur béton maritime était fabriqué à partir de cendres volcaniques trouvées dans les régions autour du golfe de Naples, en particulier près de la ville actuelle de Pozzuoli. Ses vertus sont devenues si connues que les cendres présentant des caractéristiques minérales similaires – où qu’elles se trouvent dans le monde – ont été baptisées pouzzolane.
En analysant les composants minéraux du ciment prélevé sur le brise-lames de la baie de Pouzzoles au laboratoire de l’U.C. Berkeley, ainsi que dans des installations en Arabie saoudite et en Allemagne, l’équipe internationale de chercheurs a pu découvrir le « secret » de la durabilité du ciment romain. Ils ont découvert que les Romains fabriquaient du béton en mélangeant de la chaux et de la roche volcanique pour former un mortier. Pour construire des structures sous-marines, ce mortier et le tuf volcanique étaient emballés dans des coffrages en bois. L’eau de mer déclenchait alors une réaction chimique, par laquelle les molécules d’eau hydrataient la chaux et réagissaient avec les cendres pour cimenter le tout. La liaison calcium-aluminium-silicate-hydrate (C-A-S-H) qui en résulte est exceptionnellement forte.
Par comparaison, le ciment Portland (le mélange de béton moderne le plus courant) est dépourvu de la combinaison chaux-cendre volcanique, et ne se lie pas bien par rapport au béton romain. Le ciment Portland, utilisé depuis près de deux siècles, a tendance à s’user particulièrement vite dans l’eau de mer, avec une durée de vie inférieure à 50 ans. En outre, la production de ciment Portland génère une quantité non négligeable de dioxyde de carbone, l’un des gaz à effet de serre les plus nocifs. Selon Paulo Monteiro, professeur de génie civil et environnemental à l’Université de Californie, Berkeley, et chercheur principal de l’équipe qui a analysé le béton romain, la fabrication des 19 milliards de tonnes de ciment Portland que nous utilisons chaque année « représente 7 % du dioxyde de carbone que l’industrie rejette dans l’air ».
En plus d’être plus durable que le ciment Portland, argumentez, le béton romain semble également être plus durable à produire. Pour fabriquer le ciment Portland, du carbone est émis par la combustion du combustible utilisé pour chauffer un mélange de calcaire et d’argiles à 1 450 degrés Celsius (2 642 degrés Fahrenheit) ainsi que par le calcaire chauffé (carbonate de calcium) lui-même. Pour fabriquer leur béton, les Romains utilisaient beaucoup moins de chaux et le fabriquaient à partir de calcaire cuit à 900 degrés Celsius (1 652 degrés Fahrenheit) ou moins, un processus qui consommait beaucoup moins de combustible.
L’analyse du béton romain par les chercheurs jette un éclairage sur les mélanges de béton modernes existants qui ont été utilisés comme substituts partiels plus écologiques du ciment Portland, comme les cendres volcaniques ou les cendres volantes des centrales électriques au charbon. Monteiro et ses collègues suggèrent également que l’adoption des matériaux et des techniques de production utilisés par les anciens Romains pourrait permettre de produire un béton plus durable qui génère moins de dioxyde de carbone. Monteiro estime que la pouzzolane, que l’on trouve dans de nombreuses régions du monde, pourrait potentiellement remplacer « 40 % de la demande mondiale de ciment Portland ». Si c’est le cas, les anciens bâtisseurs romains pourraient être responsables d’un impact véritablement révolutionnaire sur l’architecture moderne – une structure massive en béton à la fois.