Huit secrets cachés dans la matière grise sous nos pieds

Le béton marin moderne s'effrite dans l'eau de mer en quelques décennies. Les ouvrages portuaires romains font l'inverse : ils se renforcent depuis 2000 ans. En étudiant des carottes prélevées dans d'anciennes jetées, des géologues ont découvert que l'eau de mer s'infiltrant dans le mélange de cendre volcanique fait sans cesse croître de rares minéraux imbriqués, la tobermorite alumineuse et la phillipsite. Ces cristaux en plaquettes tissent la matrice au fil des siècles : la mer qui détruit notre béton renforçait discrètement le leur.

Le Panthéon de Rome détient toujours le record de la plus grande coupole en béton non armé au monde : 43,3 mètres de portée, sans un gramme d'acier à l'intérieur. Les Romains ont déjoué la gravité en graduant leur béton : granulat de travertin dense à la base, environ 2200 kg par mètre cube, s'allégeant jusqu'à la pierre ponce volcanique au sommet, environ 1350 kg par mètre cube. Alléger le haut a réduit les contraintes de façon spectaculaire et lui a permis de tenir près de deux millénaires.

Le durcissement du béton, ce n'est pas l'eau qui part, c'est l'eau qui s'enferme. Les grains de ciment réagissent chimiquement avec l'eau lors d'un processus appelé hydratation, faisant croître des cristaux imbriqués de silicate de calcium hydraté qui lient le sable et la pierre. Voilà pourquoi le béton prend et durcit parfaitement sous l'eau, et pourquoi les ouvriers gardent les dalles humides plusieurs jours. Laissez-le sécher trop tôt et la réaction s'arrête ; un béton séché à l'air n'atteint qu'environ la moitié de la résistance d'un béton maintenu humide en continu.

Le béton armé repose sur un discret coup de chance : l'acier et le béton se dilatent et se contractent à un rythme presque identique, tous deux autour de 10 à 12 millionièmes par degré Celsius. Quand les saisons passent du chaud au froid, les deux matériaux bougent ensemble au lieu de se déchirer, et le lien entre eux tient. Associez le béton à un métal qui se déformerait à un autre rythme, et l'armature finirait par se décoller, faisant s'effondrer toute l'idée du composite.

Le béton est le matériau le plus consommé sur Terre après l'eau. L'humanité en coule environ 30 milliards de tonnes par an, liées par plus de 4 milliards de tonnes de ciment. Fabriquer ce ciment, c'est calciner du calcaire dans des fours, et cela représente plus de 7 pour cent de toutes les émissions humaines de dioxyde de carbone. La matière grise sous nos pieds est, par sa seule masse, l'une des plus grandes choses que produit notre espèce.

Les ingénieurs peuvent doter le béton d'une trousse de réparation vivante. Des spores dormantes de Bacillus sont mélangées au béton frais avec une source de nourriture, puis scellées à l'intérieur. Elles peuvent survivre des décennies dans cette pierre sèche comme un os et fortement alcaline. Quand une fissure s'ouvre et laisse entrer l'eau, les spores se réveillent, se nourrissent et excrètent du carbonate de calcium, le même calcaire qui comble les fissures naturellement, scellant la brèche avant que l'eau n'atteigne et ne corrode l'acier à l'intérieur.

Avant que le béton puisse être mou et gris, son liant est forgé dans le feu. Du calcaire et de l'argile broyés culbutent dans un four rotatif chauffé à environ 1 450 degrés Celsius, assez chaud pour qu'une fraction du mélange fonde réellement. Dans cette chaleur, de nouveaux minéraux cristallisent, surtout l'alite et la bélite, et ressortent en nodules durs gris-noir appelés clinker. Broyé en poudre fine, ce clinker devient le ciment qui, mélangé à l'eau, prend dur comme la pierre.