Les structures maritimes romaines de béton submergées (romacons)
Underwater Roman maritime structures in concrete (ROMACONS)
p. 13-21
Résumés
Le groupe de recherche ROMACONS (Roman Maritime Concrete Study) a échantillonné des bétons provenant de 12 sites différents de la côte méditerranéenne.
Les résultats des analyses, des descriptions des sites ainsi que des propositions sur la formation des structures ont été publiés dans l’ouvrage Building for Eternity (Brandon et al. 2014). Le développement de l’élevage de poissons de mer a résulté aussi en partie de la découverte et de la mise en œuvre de béton marin. Des viviers très élaborés ont alors été construits le long de la côte tyrrhénienne, en lien avec des villas maritimes.
Bien que les vestiges archéologiques fournissent des éléments importants pour la compréhension des modes de construction de ces structures, cette technologie extraordinaire entraîne encore de nombreuses questions, notamment sur la façon dont l’opus reticulatum a été mis en œuvre pour parementer les blocs de béton immergés, parfois à grande profondeur.
The Roman Maritime Concrete Study, ROMACONS, sampled concrete from 12 different locations around the Mediterranean coast.
The results of the analysis of the concrete, descriptions of the sites together with propositions on how the structures were formed have been published in the book Building for Eternity. The growth of the artificial cultivation and rearing of marine fish was a direct result of the discovery and development of maritime concrete. Elaborate ponds were built along the coastline connected to the villas of wealthy Romans.
Whilst the remains provide evidence on how the structures were constructed there are still questions on this extraordinary technology including on how and why opus reticulatum was used to face the deep underwater sections of large blocks of concrete.
Entrées d’index
Mots-clés : ROMACONS, béton maritime, port, étang à poissons, vivier, coffrage, pila, opus reticulatum
Keywords : ROMACONS, maritime concrete, harbour, fishpond, formwork, pila, opus reticulatum
Texte intégral
1. Présentation du projet ROMACONS
1En 2001, le Professeur John Oleson, expert en archéologie classique, historien et spécialiste des anciennes technologies de l’université de Victoria au Canada, co-fonda ROMACONS, Roman Maritime Concrete Study (Étude du béton maritime romain) avec le Professeur Robert Hohlfelder, historien de l’université du Colorado aux États-Unis et avec Christopher Brandon, architecte vivant à Londres au Royaume-Uni. Tous avaient travaillé pendant de nombreuses années sur Caesarea Palaestinae, plus connue aujourd’hui sous le nom de Caesarea Maritima, en Israël, et ils avaient été fascinés par l’extraordinaire capacité des Romains à couler sous l’eau du béton qui a survécu plus de 2000 ans dans des conditions extrêmement difficiles.
2Le port de Caesarea Maritima (Israël), défini comme le premier port artificiel conçu à grande échelle, a été construit entre 23 et 15 av. J.-C. sur ordre du roi Hérode (fig. 1). Ce fut une réussite immense et l’une des plus grandes réalisations techniques de l’époque augustéenne (Hohlfelder et al. 2007, 409). Les môles, construits en pleine mer sur un fond sableux, protégeaient un bassin de plus de 100 000 m². Hérode fit vraisemblablement appel aux ingénieurs romains pour faire construire la digue en béton. Bien que les brise-lames extérieurs soient aujourd’hui submergés, ils demeurent extraordinairement bien préservés. En 1992, G. Branton et J. P. Oleson publièrent l’analyse d’échantillons de béton prélevés à Caesarea, montrant qu’il était constitué d’un mélange de chaux et de pouzzolane (cendres volcaniques) avec un agrégat de tuf correspondant à la description qu’en fait Vitruve (De Architectura, II, 6) pour les constructions immergées (Branton et al. 1992, 164 - 66). Ils suggérèrent également que les cendres volcaniques provenaient d’Italie, plus précisément de la baie de Naples. Cette étude suscita un vif intérêt et le groupe de recherche ROMACONS se forma alors autour des questions relatives aux modalités de constructions des structures immergées d’époque romaine, à la technologie de la production de béton, son utilisation dans les structures maritimes et ses caractéristiques.
Fig. 1 - Sebastos, le port de Caesarea Palaestinae

© C. Brandon.
3Entre 2002 et 2009, 36 échantillons carottés de béton, d’env. 10 cm de diamètre, ont été prélevés sur douze sites maritimes romains (fig. 2 et 3). Ils firent l’objet d’une analyse physico-chimique (fig. 4) réalisée par M. D. Jackson, G. Vola et coll. (Brandon et al. 2014). Un aspect important du projet concernait l’archéologie expérimentale, afin de mettre en pratique les passages que Vitruve consacre à la fabrication d’un mélange de béton qui durcit dans l’eau et des techniques de coffrages permettant la construction de structures portuaires (De Architectura, II, 6 et V, 12). La réplique d’une pila, sous la forme d’un grand bloc cubique de béton, fut construite sans recours à l’outillage moderne dans le port de Brindisi, dans le sud de l’Italie (fig. 5). Cette réplique, réalisée sur la base du texte de Vitruve, s’appuie également sur les données issues de l’analyse des échantillons (Brandon et al. 2014, 103-119). Ces expériences se sont avérées extrêmement utiles pour comprendre comment le coffrage pouvait être construit et le béton coulé sous l’eau.
Fig. 2 - Emplacement des sites d’échantillonnage

© C. Brandon.
Fig. 3 - Noyau de béton échantillonné sous l’eau (ROMACONS)

Fig. 4 - Noyaux de béton préparés pour l’analyse (ROMACONS)

Fig. 5 - Structure expérimentale immergée en cours de remplissage avec du béton (ROMACONS)

2. Les utilisations du béton de pouzzolane en milieu marin
4Selon une tradition bien établie, les structures construites en mer utilisaient de la pulvis, une cendre volcanique importée de la baie de Naples, alors que pour les constructions terrestres on avait recours à une cendre volcanique d’origine commune, herenae fossiciae, plus largement disponible (Vitruve, II, 6, 6). Il est probable que ce choix reposait en fait sur l’expérimentation, car les caractéristiques chimiques et minéralogiques de ces deux matériaux sont très différentes (Brandon et al. 2014, 4) et c’est la « pouzzolane » volcanique qui contribua à la stabilité durable des structures maritimes (id., 141-187).
5Le poids unitaire, la résistance à la compression, la porosité élastique du module et la distribution granulométrique des pores ont été mesurés dans les échantillons de béton recueillis dans le cadre du projet ROMACONS. L’ensemble de ces caractéristiques apparaît assez différent de celles du béton de ciment Portland conventionnel (Brandon et al. 2014, 170 - 175) et explique partiellement leur durabilité.
6Le béton maritime à base de pouzzolane est employé pour la construction de quais, embarcadères et jetées, ainsi que pour les brise-lames et les môles. Parmi les autres utilisations se trouvent les viviers à poissons situés le long du littoral. La conception et la construction des structures en béton submergées et semi-submergées à l’époque romaine semblent s’être développées selon une formule précise. Malgré d’inévitables variations, le processus de fabrication et la composition apparaissent homogènes sur les structures étudiées. L’usage de cette technique est particulièrement répandu autour du golfe de Pouzzoles pour la construction des ports, des villas maritimes et des viviers. On la retrouve dans l’ensemble de la Méditerranée, principalement le long de la côte tyrrhénienne de l’Italie, près des lieux où il fut plus facile de la mettre en œuvre (fig. 6).
Fig. 6 - Principaux sites avec structures maritimes en béton

© C. Brandon.
7L’utilisation du béton facilita l’entretien et la réparation des structures portuaires et des infrastructures maritimes qui ont été constamment révisées, modifiées, étendues et adaptées tout au long de leur période de fonctionnement. On ne trouve que rarement des ports ayant connu une seule phase de construction.
8Au sein de sites particulièrement exposés, la prise en compte à la fois de la force des éléments naturels et de la relative faiblesse du béton romain aboutit à la réalisation de structures surdimensionnées. Par exemple, dans le port romain de Nisida dans le golfe de Naples, un bloc en béton hydraulique, probablement une pila, mesure entre 14,3 et 14,8 m de côté sur plus de 7 m de haut (Mattei et al. 2018, 23).
9La découverte d’un béton pouvant être coulé sous l’eau permit également le développement de la pratique de l’élevage des poissons. Ainsi, la construction des viviers à poissons sur la côte tyrrhénienne atteignit son apogée entre le Ier s. av. J.-C. et la fin du Ier s. apr. J.-C. (Higginbotham 1997, 4 - 5). La plupart de ces viviers se situaient à côté des villas, dans des baies et des bras de mer ou des lagunes, où ils pouvaient être alimentés à la fois en eau salée et en eau douce. De construction plus coûteuse que celle des bassins d’eau douce, ces installations côtières étaient souvent très élaborées et donc très onéreuses. Si les viviers situés en bord de mer pouvaient être creusés dans un promontoire rocheux, ils pouvaient également être édifiés en béton, matériau qui convenait parfaitement à leur construction. Le béton était également utilisé pour les môles et les brise-lames qui leur servaient de barrières de protection. Leur conception évolua afin de se conformer à leur fonction, dans un but aussi bien pratique qu’économique.
10Les structures portuaires antiques et les bassins à poissons n’étaient généralement pas conçus pour supporter de fortes charges de compression. Au contraire, il semble que leur exigence structurelle fondamentale était de rester solidement établis sur le fond marin, tout en servant de brise-lames ou de fondements à de modestes constructions portuaires émergées. Cela nécessitait une forte résistance à l’érosion causée par l’action des vagues, les attaques chimiques et la décomposition due à l’eau de mer. Une capacité également à résister aux mouvements et fractures provoqués par la force de l’impact des grandes vagues lors des tempêtes, mais aussi à la pression et à l’aspiration incessantes de la houle et des courants. Les aménagements littoraux (port, villas maritimes ou viviers à poissons) étaient souvent protégés par des pilae en béton, des blocs massifs disposés en une seule ligne ou en quinconce pour former des brise-lames discontinus. Bien qu’il ne s’agisse pas d’une invention romaine, cette utilisation convenait particulièrement à une fabrication en béton. En effet, alors qu’un brise-lames continu a tendance à emprisonner les vagues qui le submergent, une configuration décalée ou discontinue crée une dissipation en mer plus progressive de la forme des vagues et de la hauteur de chute hydraulique. La possibilité de construire, avec une relative facilité, de grands blocs de forme cubique régulièrement espacés sur le fond de la mer fut par ailleurs exploitée pour former les fondations de piles reliées par des arcades, des jetées portuaires, la plus connue d’entre elles se trouvant à Pouzzoles. À Caesarea, les pilae étaient encastrées dans les môles pour former les fondations des tours et du mur du port avec des entrepôts voûtés. À l’entrée du port, des pilae libres supportaient des statues servant d’amers aux navires en approche (Flavius Josèphe, Guerre des Juifs I, 408 - 414)
3. Les coffrages
11En raison de l’environnement dynamique associé à la mer, les mortiers même extrêmement solides développés par les ingénieurs romains durent être placés dans des coffrages pour les constructions sous-marines. La conception de la forme et des matériaux utilisés dans la construction de ces coffrages variait en fonction de la nature du projet, de la configuration du site, des teneurs en pouzzolane du béton et du choix d’un revêtement permanent ou temporaire de la forme.
12Construire un coffrage dans l’eau impliquait à la fois la mise en place de pieux et de planches pour les parois latérales et l’ancrage de ces structures dans le fond de la mer ou d’une rivière, travaux souvent réalisés avec une mauvaise visibilité et sans connaître les caractéristiques du fond sous-marin. La conduite de ces opérations constitue de véritables défis dans des espaces très restreints, sur des plates-formes instables, des bateaux ou des barges ou à l’extrémité de môles de plus en plus longs. Il existe de nombreuses techniques pour contenir le béton à l’état solide (Brandon et al. 2014), comme la conception du coffrage de Lechaion en Grèce mis au jour par Bjørn Lovén1 ou les structures du port de Naples2. Les Romains développèrent une gamme de techniques différentes, adaptées à des situations diverses et variées. Sont employées notamment des enceintes verticales réalisées sur pilotis, immergées dans les eaux abritées peu profondes et posées directement sur le sol marin sablonneux ou sur un apport de matériaux préalable (fig. 7). Dans des endroits trop profonds ou trop exposés pour une fabrication in situ, des enceintes préfabriquées ont été construites sur le rivage, amenées par flottaison jusqu’au site prévu et coulées en place (fig. 8). Il existe également des exemples suggérant que des enceintes de batardeaux auraient pu être asséchées par pompage (fig. 9).
Fig. 7 - Forme immergée

© C. Brandon.
Fig. 8 - Forme préfabriquée

© C. Brandon.
Fig. 9 - Forme drainée

© C. Brandon.
4. La finition extérieure des structures portuaires en béton hydraulique
13Les quelques images de ports et de viviers provenant de peintures murales ou de sculptures antiques n’indiquent pas la véritable apparence de ces structures en béton. La plupart du temps, le béton au-dessus du niveau de la mer était revêtu de brique ou de pierre. Pour les parties immergées il semble que les coffrages étaient souvent laissés en place, une fois le béton durci, comme en attestent les restes de coffrages en bois découverts sur de nombreux môles, jetées, ports et quais romains en béton. Mais bien souvent le choix a été fait de parementer la totalité des structures immergées, parfois même en eau profonde.
14À l’origine, l’île de Nisida comportait deux brise-lames ou jetées à arcades de part et d’autre du bassin portuaire ; ils sont à présent en grande partie enfouis sous une construction moderne, à l’exception d’une pila à plan carré très bien conservée (14,3 m x 14,4 m x 14,5 m x 14,8 m de côté). La hauteur totale, à partir du fond marin, est de 9,3 m, la partie inférieure étant constituée de béton hydraulique sur 7,1 m de hauteur. La pila, à l’origine, reposait sur le fond à plus de 6 mètres de profondeur et était revêtue d’opus reticulatum, comme le prouverait une section bien conservée composée de cubes de 15 cm de côté découverte à une profondeur d’environ 10 mètres sous le niveau marin actuel (Mattei et al. 2018, 23 et fig. 23).
15Dans la baie de Secca Fumosa, au large du lac Lucrin, environ trente grandes pilae sont recouvertes d’opus reticulatum et d’opus vittatum à plus de 9 mètres de profondeur aujourd’hui, un peu moins lors de sa construction (fig. 10). Un parement similaire est également encore visible sur le quai du port de Ponza et sur au moins une des pilae du long môle de Puteoli (Gianfrotta 2002, 67-90).
Fig. 10 - Opus reticulatum а 9 mètres de profondeur (ROMACONS).

16L’emplacement de ces structures et la profondeur de l’eau suggèrent que leur position ne peut pas être simplement due à un affaissement ou à une élévation relative du niveau de la mer après leur construction. Il paraît quasiment impossible d’installer un opus reticulatum en milieu totalement immergé, qui plus est à une telle profondeur. Alors comment expliquer de quelle façon et pourquoi les constructeurs utilisaient des briques ou des pierres en parement dans une eau si profonde ? Des indices suggèrent qu’un batardeau fut construit autour du quai de Ponza et que le béton fut posé dans un espace ainsi asséché. En revanche, les charges hydrostatiques et l’exposition des sites de Nisida et Secca Formosa auraient rendu la construction de batardeaux étanches très difficile. Nous avons donc suggéré que ces blocs auraient pu être entièrement réalisés, parement compris, hors d’eau, puis coulés dans la mer selon une méthode décrite par Vitruve (V, 12, 3b) et peut-être mentionnée par Virgile (Enéide, IX, 710) et Horace (Odes, III, 1, 33-36). Cette hypothèse soulève toutefois des questions, comme la façon dont le bloc est coulé et à quel moment cette opération intervient dans le processus de prise du béton. Sur le site de Nisida par exemple, les coffrages bien conservés suggèrent une forme préfabriquée plutôt qu’un bloc construit in situ comme le montrent la position des catenae, des traverses horizontales et l’absence de pilotis verticaux dans la masse du béton qui sont pour nous la preuve d’un caisson flottant. Quoiqu’il en soit, plusieurs questions restent encore sans réponse et des investigations et recherches supplémentaires seront nécessaires3.
Bibliographie
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Brandon 1997 : C. J. Brandon, Techniques d’architecture navale dans la construction des caissons en bois du port du roi Hérode, Cahiers d’archéologie subaquatique, XIII, 1997, 13-34.
Brandon et al. 2014 : C. J. Brandon, R. L. Hohlfelder, M. D. Jackson et J. P. Oleson, Building for Eternity, the History and Technology of Roman Concrete in the Sea, Oxford , Philadelphia , Oxbow Books, 2014, 327 p.
10.2307/j.ctvh1dvk5 :Branton, Oleson 1992 : G. Branton, J. P. Oleson, The Technology of King Herod’s Harbour in : R. L. Vann (éd.), Caesarea Papers. Straton’s Tower, Herod’s Harbour, and Herod’s Harbour and Roman Byzantine Caesarea, Ann Arbor, (JRA, Suppl. 5.), 1992, 49-67.
Gianfrotta 2002 : P. A. Gianfrotta, Ponza (puntualizzazioni marittime), in : Archeologia subacquea. Studi, ricerche e documenti, III, Rome, Istituto poligrafico e Zecca dello Stato, 2002, 67-90.
Higginbotham 1997 : J. Higginbotham, Piscinae, Artificial Fishponds in Roman Italy, Chapel Hill, University of North Carolina Press, 1997, 284 p.
Hohlfelder et al. 2007 : R. L. Hohlfelder, C. J. Brandon et J. P. Oleson, Constructing the Harbour of Caesarea Palaestina, Israel. New Evidence from the ROMACONS Field Campaign of October 2005, IJNA, 36, 2007, 409-415.
Mattei et al. 2018 : G. Mattei, S. Troisi, P. P. C. Aucelli, G. Pappone, F. Peluso, M. Stefanile, Sensing the Submerged Landscape of Nisida Roman Harbour in the Gulf of Naples from Integrated Measurements on a USV, Water, 10(11):1686, 2018. [En ligne], https://doi.org/10.3390/w10111686
10.3390/w10111686 :Notes de bas de page
1 Information personnelle.
2 Voir la contribution de V. Carsana et D. Giampaola dans ce volume.
3 Les auteurs de Building for Eternity, C. J. Brandon, R. L. Hohlfelder, M. D. Jackson et J. P. Oleson ont souhaité que le livre constitue une référence essentielle pour les chercheurs et les étudiants qui travaillent sur la technologie des infrastructures maritimes romaines. La bibliographie, exhaustive au moment de la parution en 2014, ne l’est plus totalement car de nouvelles publications doivent maintenant être ajoutées.
Le texte seul est utilisable sous licence Licence OpenEdition Books. Les autres éléments (illustrations, fichiers annexes importés) sont « Tous droits réservés », sauf mention contraire.
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