Bien que le béton semble être un matériau très moderne, il est connu des humains depuis environ 14’000 ans déjà. Ce mélange est généralement composé de sable, de gravier, de ciment, d’eau et d’autres agrégats. Les artisans de l’Empire ottoman utilisaient du béton pour maçonner les briques, sur le modèle du conglomérat, également appelé «béton naturel». On a également découvert en Israël, en Serbie et en Chine des revêtements de sol consolidés au mortier de chaux datant de l’époque préchrétienne. Ce n’est toutefois que dans l’Antiquité que les Romains mettent au point une méthode de collage systématique de pierres et de sable pour obtenir de nouveaux éléments de construction présentant une résistance élevée à la compression.

Après une longue période d’oubli, son usage réapparait au XVIIIe siècle; son développement et son amélioration continus en font alors un matériau de construction de plus en plus populaire. L’origine du mot béton n’est pas clairement établie à ce jour. La plus ancienne trace écrite remonte à 1753: l’ingénieur français Bernard Forest de Bélidor décrit alors un mélange de mortier résistant à l’eau et de gros granulats qu’il dénomme «béton».

Beaucoup d’avantages – un inconvénient de taille

Le béton est un matériau de construction attrayant, notamment du point de vue de la statique et de la physique de construction, en plus d’autres atouts. Sa stabilité et sa résistance à la compression constituent des atouts majeurs, tout comme sa flexibilité et sa simplicité d’utilisation. Le mélange de matériaux est coulé à l’état liquide dans la forme souhaitée et doit simplement durcir. Le matériau est en outre difficilement inflammable, il résiste à des températures allant jusqu’à 1’000 degrés Celsius. Ses propriétés d’isolation phonique sont également très appréciées. Mais le béton a aussi un gros point faible: il est peu résistant à la traction.

Le béton armé

L’«invention» du béton armé dans la deuxième moitié du XIXe siècle est donc arrivée à point nommé. L’année 1867 est souvent citée comme date de naissance de ce matériau de construction révolutionnaire. À cette époque, un horticulteur et entrepreneur français du nom de Joseph Monier obtient un brevet pour ses jardinières, qu’il vend aux jardins seigneuriaux pour le transport des orangers. Ces récipients ont été fabriqués en béton armé: ils sont pourvus d’un treillis métallique à l’intérieur. Monier est également à l’origine de l’ancien terme technique allemand désignant l’acier d’armature, «Moniereisen».

Il n’est toutefois pas le seul à faire preuve d’inventivité: quelques années auparavant, en 1855, le noble français Joseph-Louis Lambot avait déjà déposé une demande de brevet similaire pour la fabrication de bateaux. C’est l’ingénieur civil et entrepreneur français François Hennebique qui propulse le béton armé sur le devant de la scène. À partir de 1890, son «système Hennebique» permet de construire des milliers de bâtiments en béton armé (voir encadré).

Si le béton armé connaît un tel succès, c’est avant tout parce que c’est un matériau composite, constitué de béton et d’acier d’armature. Pour fabriquer du béton armé, les deux composants sont collés avec du ciment. L’acier est intégré dans le puits en béton et coulé avec du béton. Les composants se lient parfaitement grâce à la surface nervurée de l’acier d’armature et au ciment. 

Comme la réaction à l’extension de l’acier et du béton est à peu près la même, il est possible d’obtenir une liaison parfaite, dont résulte un matériau de construction stable. Si la résistance à la traction du béton n’est que de 10 %, celle de l’acier est bien plus élevée. L’acier, en revanche, est vulnérable à la corrosion. Les deux composants forment ainsi une combinaison efficace, pour ne pas dire une symbiose parfaite:

le béton protège l’acier de la rouille et de la chaleur, l’acier préserve le béton de la rupture

Grâce au béton, l’acier est protégé de la corrosion et la faible résistance à la traction du béton est compensée par l’acier. La contrainte de compression est à son tour absorbée par le béton, qui présente une résistance élevée à la compression. Le béton armé se distingue donc du béton classique par des aspects essentiels.

Lorsqu’un élément de construction est soumis à des tensions de traction qui pourraient entraîner une rupture brutale de la capacité portante globale, il faut recourir au béton armé plutôt qu’au béton simple. Par rapport à d’autres matériaux de construction comme l’acier, le bois ou le plastique, son utilisation est toujours judicieuse lorsque des structures porteuses filigranes et légères ne sont pas nécessaires. Comme le montre son utilisation dans la construction de bunkers, le béton armé est capable de résister à des actions extrêmes si ses dimensions sont suffisantes. Son caractère incombustible et sa haute résistance au feu constituent également des avantages non négligeables. 

Le poids propre élevé du béton armé constitue une limite à son utilisation. En tant que charge morte, il augmente la quantité d’acier requise pour le béton et entraîne de fortes déformations dans les constructions élancées suite à la formation de fissures. Dans ces cas, le recours à une structure mixte ou au béton précontraint sera plus approprié. 

Le béton précontraint: le nec plus ultra

Le béton précontraint est une variante du béton armé. La différence réside dans une précontrainte planifiée (= prétension) des inserts en acier. Une force longitudinale de compression externe supplémentaire est ainsi appliquée, ce qui permet de surpasser les tensions de traction et de réduire fortement la formation de fissures, et donc la déformation de l’élément de construction.

Le béton précontraint est utilisé pour les constructions de grand volume telles que les immeubles, les ponts, les coques en paraboloïde hyperbolique (et aussi les coques en béton minces et élancées) ainsi que pour la construction de plafonds, de poutres et de carrelage de sol.

Le procédé de fabrication du béton précontraint est beaucoup plus complexe et coûteux que celui du béton armé «normal», parce que l’acier d’armature est mis sous tension à l’état non sollicité et est ainsi prétendu. Il en résulte une force qui comprime littéralement le béton. Par conséquent, le béton précontraint a des propriétés encore plus fortes que le béton armé traditionnel.

Le béton, un élément de conception pour l’aménagement intérieur

Le béton n’est pas seulement utilisé dans le bâtiment et le génie civil, mais aussi de plus en plus souvent dans l’aménagement des espaces, sur les murs et les sols, ainsi que dans la conception de meubles. Des murs en béton donnent à une pièce un look minimaliste et cool. De plus, ils peuvent être agencés de multiples façons. Par exemple, les personnes qui aiment les espaces bien ordonnés, à l’aspect froid et structuré, combinent le béton avec du verre et de l’acier ou d’autres surfaces lisses. Le bois et d’autres matériaux naturels, quant à eux, accompagnent les murs en béton pour créer une atmosphère naturelle et chaleureuse dans la pièce. Les éléments colorés ou les surfaces rugueuses confèrent aux intérieurs un caractère tout aussi accueillant. Comme alternative aux murs en béton coulé, il existe également des carreaux à l’aspect béton.

Le bémol: béton et durabilité

Quel que soit son mode de production, le béton présente un défaut majeur: il est peu durable. En effet, la production d’une tonne de ciment libère dans l’air environ 700 kilogrammes de dioxyde de carbone (gaz à effet de serre). Ainsi, l’industrie du ciment est responsable d’environ 6 % des émissions mondiales de CO₂.

Seul un tiers de ces émissions pourrait être réduit sans trop de difficultés. Ce tiers représente la part d’énergie qui peut être alimentée par de l’électricité propre (produite par l’énergie hydraulique, éolienne et solaire). Les deux tiers restants des émissions de CO₂ proviennent de réactions chimiques.

Des alternatives intéressantes sur le plan écologique

Voilà pourquoi l’industrie recherche des alternatives au béton. Certaines solutions innovantes existent déjà, mais elles doivent subir une série de tests avant de pouvoir être utilisées pour la fabrication. Parmi celles-ci, on peut citer les restes alimentaires, à partir desquels les scientifiques créent des matériaux de construction incassables comme alternatives au béton. Certains sous-produits industriels, tels que la paille de riz ou la poussière de silice, peuvent également servir à fabriquer un matériau de construction qui préserve les ressources: le béton géopolymère.

Le chanvre, qui sert de base au béton de chanvre ou à la chaux de chanvre, est également un candidat prometteur. Aujourd’hui déjà, des designers créent ainsi des objets d’aménagement qui sont recyclables à 100 %. Une autre approche explore les systèmes racinaires des champignons. Une entreprise italienne est en train de tester cette alternative au béton, notamment pour les espaces intérieurs, sous forme de carreaux de sol. Un studio de design allemand crée un mélange de matériaux à base de liège recyclé, de fibres de bambou et de béton. Ces matériaux composites utilisent beaucoup moins de béton que les processus traditionnels.

Une autre innovation vient du Canada. Une entreprise y a développé un procédé qui réduit les émissions de CO₂ pendant la fabrication. Un processus chimique permet d’abord d’absorber le CO₂ de l’atmosphère, puis de le transformer en un nanominéral, qui est ensuite incorporé au béton. Un circuit qui présente deux avantages: il réduit les émissions de CO₂ et diminue en même temps la quantité de CO₂ dans l’atmosphère.

Malgré toutes ces approches innovantes, le béton et le béton armé restent des matériaux de construction incontournables. Il suffit de regarder les volumes qui sont encore utilisés pour s’en rendre compte. En 2019, la part de béton, de ciment et d’acier d’armature dans l’ensemble des matériaux de construction utilisés en Suisse était de 91.4 %, selon une étude de la Société Suisse des Entrepreneurs. Le premier matériau de construction était de loin le béton, avec une consommation annuelle de 16 millions de mètres cubes et une part de 82,3 % du volume total.

Si l’on observe des chiffres comparatifs plus significatifs provenant d’Allemagne, où le béton armé est le principal matériau de construction avec plus de 100 millions de mètres cubes utilisés par an et où 12 % de la production d’acier annuelle est transformée en 6 millions de tonnes d’acier d’armature (Suisse: 0,14 million de m³), on peut supposer que le béton armé est également le matériau de construction le plus utilisé dans ce pays. Et cela va perdurer dans un avenir proche.

Sources: Schweizerischer Baumeisterverband SBV, imm cologne / kölnmesse, Wikipedia