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Cette image prise en rayons X montre une zone légérement bleue-verte en haut d'un échantillon de béton fabriqué avec des additifs nanotechnologiques. En vert, il s'agit en fait des ions chlorures dont la pénétration est clairement devenue faible. Crédit : Nist
Bien que redécouvert et développé au début du XIXième siècle par le Français Louis Vicat et l'Ecossais Joseph Aspdin, le ciment a une longue histoire dont les origines se perdent dans la nuit des temps. Vers 2.600 avant J.C., les Egyptiens utilisaient un mélange de chauxchaux, d'argileargile, de sablesable et d'eau pour en faire un liant servant à sceller les pierres. Chinois et Mayas élevaient des constructionsconstructions avec des mortiersmortiers à base d'une chaux obtenue par cuisson de roches calcairescalcaires, suivie d'une extinction à l'eau et d'un broyage.
En Occident, les Grecs des colonies italiennes du sud, aux alentours du IVème siècle avant J.C. auraient découvert que certaines terres d'origine volcanique, mélangées à la chaux éteinte, formaient des mortiers qui non seulement pouvaient durcir dans des conditions de forte humidité mais étaient même capables de résister à l'eau. Les Romains reprirent la technique et l'étendirent à bien des constructions, comme le célèbre dôme du Panthéon à Rome.
Cliquer pour agrandir. Le dôme du Panthéon est fabriqué en béton hydraulique. Crédit : rome-roma.net
A l'époque, et pendant une longue période, le bétonbéton romain était fabriqué avec la fameuse roche volcaniqueroche volcanique originaire de la région de Naples et connue aujourd'hui sous le nom de pouzzolanepouzzolane, en référence à la ville de Pouzzoles, près de Naples. Lors de l'expansion de l'empire, les dépôts volcaniques de Santorin et la pierre ponceponce des régions syriennes remplacèrent la pouzzolane.
Toutefois, après la chute de l'empire romain et malgré quelques constructions utilisant le ciment pendant le Moyen-âge, les techniques de fabrication furent oubliées, en partie en raison de la difficulté à trouver les matériaux pour fabriquer le ciment romain. C'est donc avec les expériences de Vicat sur les proportions de silicesilice, d'alumine, de carbonate de chaux et les temps de cuisson nécessaire pour produire du ciment artificiel qu'a vraiment démarré l'industrie du béton, ce matériau formé de granulatsgranulats (du sable ou des gravillons) dont la cohésion est assurée par du ciment, un liant hydrauliqueliant hydraulique en jargon technique. Sans elles, des constructions aussi spectaculaires que le viaduc de Millau n'auraient certainement jamais vu le jour.
Comment réduire les injures du temps ?
De nos jours, les recherches à ce sujet se poursuivent activement chez les cimentiers ou dans les organismes de recherche publique. Le principal effort consiste à augmenter la résistancerésistance mécanique. On parle aujourd'hui souvent de BHP - béton à hautes performances - pour désigner des bétons dont la résistance à la rupture dépasse les 60 MPa (mégapascals). Mais ce paramètre n'est pas le seul critère de qualité.
Un problème important est celui de la tenue dans le temps d'un béton, notamment en milieu marin ou pollué. Avec le temps des ions chlorures et sulfates pénètrent à l'intérieur des bétons et en modifient petit à petit les propriétés de résistance mécanique. Une première solution qui vient à l'esprit et de réduire la porosité du béton. Malheureusement, on constate alors que la résistance diminue tout de suite ! On ne gagne donc rien.
Récemment Dale Bentz et ses collègues du National Institute of Standards and Technology (NISTNIST) ont exploré une autre idée pour augmenter la résistance au temps des ciments. Elle consiste à augmenter la viscositéviscosité de la solution présente dans les pores du béton. En équilibre avec le ciment et le granulat, elle évolue au fil du temps et au gré des infiltrations. Evidemment, un objet se déplace moins vite dans du miel que dans de l'eau et si on ralentit de cette façon la pénétration des ions dans le béton, on peut espérer gagner, expliquent les auteurs, jusqu'à un facteur deux dans la résistance au temps.
Les ingénieurs sont partis à la recherche d'additifs similaires à la gomme xanthane, un agent viscosant et stabilisant bien connu pour les glaces et les sauces. Ils ont ainsi pu déterminer que des petites moléculesmolécules de tailles inférieures à 100 nanomètresnanomètres étaient bel et bien capables de ralentir la pénétration des ions chlorures et sulfates dans le béton. Leur trouvaille est désormais protégée par un brevet.
Cette applicationapplication des nanotechnologiesnanotechnologies devrait permettre d'économiser beaucoup d'argentargent et même de sauver des vies. Chaque années, rien qu'aux Etats-Unis ou des millions de kilomètres de route et près de 600.000 ponts sont fabriqués en béton, plus de 54 milliards de dollars sont dépensés pour la remise en état de ces constructions. Cette méthode pour doper les bétons devrait s'ajouter à une autre à base de polymères nanostructurés. Les chercheurs du NIST ont publié un article sur leur recherche intitulé : VERDICT: Viscosity Enhancers Reducing DiffusionDiffusion in Concrete Technology.
