La petite histoire du mortier

Les mortiers antiques présentent un intérêt autre qu’archéologique : ils sont la preuve de l’existence de matériaux artificiels qui ont traversé les siècles. Ceci devient important dans notre civilisation postindustrielle confrontée avec le problème du stockage des déchets de toute nature. Retour sur une des inventions les plus remarquables de l’histoire de l’ingénierie.

Pendant la préhistoire et au début de l’antiquité – époque assyrienne et babylonienne -, on utilisait de la terre argileuse comme liant pour maçonner les pierres. Le plâtre est le plus ancien liant cuit qui ait été trouvé, pour la réalisation des mortiers ou enduits en architecture. Les plus vieilles traces de son utilisation remontent à environ 7 000 ans avant J.-C., sur le site de Catal-Uyuk en Anatolie (Turquie). Lors de la construction des pyramides, les Égyptiens utilisèrent un plâtre obtenu par cuisson d’un gypse. Il était utilisé pour lubrifier l’assise des grosses pierres qu’on déplaçait avant de les mettre en place. Toutefois, ces matériaux n’étaient pas très efficaces en présence d’humidité élevée et d’eau. C’est aux environs de 4 000 ans avant J.-C. que les anciens découvrirent que la pierre calcaire, lorsque brûlée et combinée à de l’eau, produisait un matériau qui durcissait avec le temps.

Le début de l’utilisation de la chaux dans les mortiers est vague, mais il a été avéré que les murs de la ville de Jéricho bâtis en briques de terre crue, étaient enduits à la chaux. On sait que les grecs (c’est à Chypre qu’apparaît, hérité d’Asie, au VIIIe-VIIe siècle, le liant de chaux), puis les romains, utilisaient couramment la chaux dans les mortiers. Vitruvius, un architecte romain, donnait les grandes lignes pour la préparation des mortiers de chaux : « Lorsqu’elle est éteinte (la chaux), laissez-la se mélanger avec du sable de manière à ce qu’il y ait trois parties de sable de carrière pour une partie de chaux ; dans le cas de sable provenant de rivières ou de l’océan, deux parties de sable pour une partie de chaux. On obtient ainsi la bonne proportion pour le mélange. »

Les mortiers contenant uniquement de la chaux et du sable nécessitent du dioxyde de carbone contenu dans l’air pour se convertir et reprendre la forme de pierre calcaire et durcir. Ils durcissent lentement et ne prennent pas sous l’eau.

L’Opus Caementitium

À partir du Ier siècle av. J.-C., les romains améliorent la technique du mortier et créent les premiers mortiers hydrauliques l’Opus Caementitium : ils ajoutent à la chaux, du sable et de l’argile, ainsi que des matériaux pulvérulents (cendre volcanique, pouzzolane ou testa : sorte de brique ou de tuile d’argile kaolinite, cuite entre 600 et 900 C). Ces mortiers étaient destinés à des applications où la présence d’eau ne permettait pas une carbonatation adéquate du mortier. Les grands bains romains datant environ de l’an 27 avant J.C., le Panthéon, ce fantastique temple surmonté de la plus grande coupole maçonnée au monde, le Colisée et l’énorme basilique de Constantin, sont parmi les premières œuvres architecturales romaines recourant au mortier de béton.

Cet âge d’or du mortier va se terminer en occident avec les invasions barbares. Repris dans les constructions Byzantines, ce « ciment romain » va être utilisé à peu près jusqu’au XVIIe siècle, mais avec des fortunes très diverses : le savoir faire des romains se perdant au fil des siècles, la qualité des mortiers médiévaux est très médiocre et l’amélioration de la stabilité et de la complexité des bâtiments sera désormais due aux progrès de l’architecture et de la stéréotomie ou art de la taille des pierres.

La redécouverte

Les progrès les plus importants dans l’utilisation des pouzzolanes dans les mortiers sont survenus au cours du XVIIIe siècle. On a alors découvert qu’en brûlant de la pierre calcaire contenant des argiles, on produisant un produit hydraulique. En 1756, James Smeaton a peut-être mis au point le premier produit de chaux hydraulique en calcinant de la pierre calcaire Blue Lias contenant de l’argile. On ajoutait également de la terre pouzzolanique d’Italie pour donner plus de résistance. Ce mélange de mortier a servi à construire le phare Eddystone. Ce bâtiment tiendra alors 126 ans avant qu’il soit nécessaire de le remplacer.

D’autres ont poursuivi des recherches sur le ciment entre 1756 et 1830, comme Joseph Parker en Angleterre qui brevète un produit appelé ciment naturel, ainsi que Louis Vicat et Léon Lesage en France. L’année 1817 est historique. Cette date constitue le point de départ de ce qui peut être considéré comme le renouveau de l’industrie de la construction. En ce début de XIXe siècle, Louis Vicat (1786-1861) en élaborant sa théorie de l’hydraulicité fut le premier à déterminer de manière précise les proportions de calcaire et de silice nécessaires à l’obtention d’un mélange qui, après cuisson à une température donnée et broyage, donne naissance à un liant hydraulique industrialisable : le ciment artificiel.

Joseph Aspdin, un constructeur/maçon anglais, brevète en 1824 un matériau appelé ciment portland. Le ciment portland est fait d’un mélange de pierre calcaire, d’argile et d’autres minéraux dans des proportions bien contrôlées, qui sont ensuite calcinés et broyés en fines particules. La consistance et les niveaux élevés de résistance du ciment portland lui permettent de remplacer les ciments naturels dans les mortiers. Par lui-même, le ciment portland a une mauvaise maniabilité, mais combiné à la chaux, il offre un excellent équilibre de résistance et de maniabilité. L’ajout du ciment portland aux mortiers de chaux accélère la vitesse du processus de construction des édifices de maçonnerie grâce à l’obtention plus rapide d’une résistance.

En France, la première usine de ciment est créée en 1846 à Boulogne-sur-Mer bien que les premiers ciments (prompts) aient été fabriqués dès 1823 à Pouilly, en Côte-d’Or, puis plus tard à Vassy, dans l’Yonne, et à Port-de-France, dans l’Isère. Dans les années 1850, la résistance du ciment artificiel atteint environ 1/10e des ciments d’aujourd’hui mais dépasse déjà les performances de la chaux et des ciments prompts.

Auteur : Cédric Béal

Source : www.francebtp.com