C’est des Étrusques, qui vivaient dans la partie nord de l’Italie, que les Romains ont tiré une grande partie de leurs premières techniques de construction. Les Étrusques, probablement influencés par quelques rares exemples grecs en Italie du Sud, ont développé le véritable arc en pierre. Un spécimen tardif du IIIe siècle avant Jésus-Christ est la Porta Marzia, une porte de ville en arc d’une portée d’environ 6 mètres (20 pieds), à Pérouse. Les Étrusques avaient également une technologie de terre cuite très développée et fabriquaient d’excellentes briques cuites.

La construction en maçonnerie

Les Romains ont adopté la construction en pierre des Étrusques, basée sur l’arc, et ont construit de nombreux exemples spectaculaires de ce qu’ils appelaient opus quadratum, c’est-à-dire des structures en blocs de pierre taillée posées en rangs réguliers. La plupart de ces ouvrages étaient des travaux publics dans les provinces conquises, comme le Pont du Gard, pont et aqueduc à plusieurs arches de 22 mètres de long près de Nîmes, en France, à la fin du Ier siècle avant J.-C., ou le magnifique pont sur le Tage à Alcántara, en Espagne, d’une portée de près de 30 mètres, construit vers 110 de notre ère. Curieusement, ces longues portées en pierre n’ont jamais été appliquées à des bâtiments. Les bâtiments romains qui subsistent avec des arcs ou des voûtes en pierre ont des portées typiques de seulement 4 à 7 mètres (15 à 25 pieds) ; de petits dômes en pierre de 4 à 9 mètres de diamètre ont été construits dans la Syrie romaine. De tels arcs et dômes impliquent l’existence d’un coffrage en bois sophistiqué pour les soutenir pendant la construction, ainsi que des machines de levage avancées, mais il n’existe aucune trace de l’un ou l’autre. Nombre de ces structures ont survécu à la chute de l’empire et sont devenues des modèles pour la renaissance de la construction en pierre dans l’Europe médiévale, lorsque les maçons ont cherché à construire « à la manière romaine ». Les Romains ont également hérité des Grecs du sud de l’Italie l’ossature de pierre trapézoïdale et ont continué à construire des temples et d’autres bâtiments publics avec ce type de construction jusqu’au IIIe siècle de notre ère.

La fabrication de briques, en particulier dans la région de Rome même, est devenue une industrie majeure et finalement, sous l’empire, un monopole d’État. La construction en brique était moins chère que la pierre en raison des économies d’échelle réalisées dans la production de masse et du moindre niveau de compétence nécessaire pour la mettre en place. L’arc en brique a été adopté pour enjamber les ouvertures dans les murs, évitant ainsi le recours aux linteaux. Le mortier était au départ le mélange traditionnel de sable, de chaux et d’eau, mais, à partir du IIe siècle avant notre ère, un nouvel ingrédient a été introduit. Les Romains l’ont appelé pulvis puteoli, du nom de la ville de Puteoli (aujourd’hui Pozzuoli), près de Naples, où il a été trouvé pour la première fois ; ce matériau, formé dans le mont Vésuve et extrait sur ses pentes, est aujourd’hui appelé pouzzolane. Mélangée à la chaux, la pouzzolane forme un ciment naturel beaucoup plus solide et résistant aux intempéries que le mortier de chaux seul et qui durcit même sous l’eau. Les mortiers de pouzzolane étaient si solides et bon marché, et pouvaient être mis en place par des ouvriers peu qualifiés, que les Romains ont commencé à les substituer aux briques à l’intérieur des murs ; les parois extérieures des briques étaient principalement utilisées comme coffrages pour mettre la pouzzolane en place. Enfin, le mortier de chaux, de sable, d’eau et de pouzzolane était mélangé à des pierres et à des briques cassées pour former un véritable béton, appelé opus caementicium. Ce béton était encore utilisé avec des coffrages en brique dans les murs, mais il a bientôt commencé à être placé dans des coffrages en bois, qui étaient retirés après le durcissement du béton.

Les premières structures en béton

L’un des premiers exemples conservés de cette construction en béton est le temple de la Sibylle (ou temple de Vesta) à Tivoli, construit au cours du 1er siècle avant notre ère. Ce temple a un plan circulaire avec un péristyle de colonnes et de linteaux en pierre autour de l’extérieur, mais le mur de la cella circulaire, ou salle du sanctuaire, à l’intérieur est construit en béton – une confrontation difficile entre les formes nouvelles et traditionnelles de construction. À Rome même, les murs rectangulaires du camp de la garde prétorienne, construit par Sejanus en 21-23 de notre ère, constituent un premier exemple à grande échelle de béton revêtu de briques. Mais les possibilités de formes plastiques offertes par ce matériau initialement liquide, qui pouvait facilement prendre des formes courbes en plan et en section, ont rapidement conduit à la création d’une série d’espaces intérieurs remarquables, couverts par des coupoles ou des voûtes et non encombrés par les colonnes requises par la construction en pierre trapézoïdale, qui témoignaient de la puissance de l’État impérial. Le premier de ces espaces est la salle de la fontaine octogonale de la Maison d’or de Néron (64-68 de notre ère), d’un diamètre d’environ 15 mètres, avec une grande ouverture circulaire, ou oculus, au sommet du dôme. La forme en dôme a été rapidement développée dans une série de bâtiments impériaux qui ont culminé avec le Panthéon de l’empereur Hadrien, construit vers 118-128 de notre ère. On entrait dans cette énorme structure circulaire par un portique de colonnes de pierre et elle était surmontée d’un dôme de 43,2 mètres (142 pieds) de diamètre, éclairé par un oculus au sommet. Les murs qui soutiennent la coupole sont en béton maçonné d’une épaisseur de 6 mètres (20 pieds), allégés par intervalles par des évidements internes ; la coupole est en béton massif d’une épaisseur moyenne de 1,5 mètre (5 pieds) et s’élève à 43,2 mètres au-dessus du sol. Cette magnifique structure a survécu en bon état jusqu’à l’époque moderne ; le diamètre de son dôme circulaire est resté inégalé jusqu’au XIXe siècle.

De la fin de l’empire subsistent deux grands fragments de bâtiments à voûte croisée en béton. Le premier est une partie des thermes de Dioclétien (vers 298-306) d’une portée de 26 mètres (85 pieds) ; il a été transformé en église de Santa Maria degli Angeli par Michel-Ange au XVIe siècle. L’autre est la basilique de Constantin (307-312 CE), également d’une portée de 26 mètres. Tous ces bâtiments contenaient des colonnes de pierre, mais elles étaient purement ornementales et pouvaient être enlevées à volonté. Les murs en béton recouverts de briques étaient laissés apparents à l’extérieur, mais les intérieurs étaient richement décorés d’un placage de fines dalles de pierre colorée maintenues en place par des attaches métalliques qui s’engageaient dans des fentes découpées dans les bords des dalles, une technique encore utilisée au XXe siècle. Ces espaces et d’autres grands espaces publics romains, couverts par des dômes et des voûtes en béton, représentaient un progrès majeur en termes d’échelle par rapport aux courtes portées de la charpente en pierre.

À la fin de l’empire, la technologie du béton a progressivement disparu, et même la fabrication de briques a cessé en Europe occidentale. Mais les développements significatifs de la technologie de la brique se poursuivirent dans le monde romain oriental, où les réalisations des périodes précédentes dans le domaine du béton étaient maintenant reproduites dans la maçonnerie. La tombe de l’empereur Galère (aujourd’hui l’église Saint-Georges), datant d’environ 300 de notre ère, à Thessalonique, en Grèce, possède un dôme en briques de 24 mètres de diamètre. Elle a probablement servi de modèle à l’exemple le plus abouti de la construction romaine tardive, la grande église de Sainte-Sophie (532-537) à Constantinople, qui présente un dôme central de 32,6 mètres (107 pieds). Même les grands ennemis de Rome, les Perses Sāsānian, ont construit une grande salle voûtée en brique dans le palais de Ctesiphon (généralement identifiée à Khosrow Ier [milieu du VIe siècle], mais probablement une structure du IVe siècle) avec une portée de 25 mètres (82 pieds) en empruntant les méthodes romaines. Ces structures tardives en briques ont été les derniers triomphes de la technologie de construction romaine et n’ont pas été égalées pendant les 900 années suivantes.

La construction en bois et en métal

Les Romains ont également réalisé des avancées majeures dans la technologie du bois. Les reliefs de la colonne de Trajan montrent les ponts à treillis en bois utilisés par les armées romaines pour traverser le Danube. La ferme, une poutre creuse dont les forces sont concentrées dans un réseau triangulé de membres linéaires, est apparemment une invention romaine. Il n’existe aucune preuve de leur compréhension théorique de ce concept, mais ils ont néanmoins réussi à maîtriser la conception des fermes de manière pratique. La basilique de Constantin à Trèves (297-299 de notre ère) en est un bon exemple, avec ses fermes de toit en bois à poteaux triangulaires (avec une entretoise centrale verticale) qui couvrent une salle de 23 mètres de large ; le toit actuel est une restauration, mais l’original devait être similaire.

La notion de ferme a été étendue du bois au métal. Des fermes en bronze, s’étendant sur trois travées d’environ 9 mètres (30 pieds) chacune, soutenaient le toit du portique du Panthéon. Le choix du bronze a probablement été fait plus pour la durabilité que pour la résistance, car le pape Urbain VIII a pu retirer ce travail de bronze en 1625 (pour le faire fondre pour les canons) et le remplacer par des fermes en bois. La ferme est restée une réalisation isolée de la construction romaine qui ne sera pas égalée avant la Renaissance.

Les métaux étaient largement utilisés dans les bâtiments romains. Outre les fermes en bronze, le Panthéon avait des portes en bronze et des tuiles en bronze doré. Le plomb était un autre matériau utilisé par les Romains pour les toitures ; il était imperméable et pouvait être utilisé avec des pentes très faibles.

Systèmes de support des bâtiments

L’utilisation la plus importante du plomb est sans doute celle des tuyaux destinés à alimenter les bâtiments en eau douce et à en évacuer les eaux usées (le mot plomberie vient du latin plumbum, qui signifie plomb). Les Romains approvisionnaient généreusement leurs villes en eau ; tous les systèmes d’approvisionnement fonctionnaient par gravité et beaucoup d’entre eux utilisaient des aqueducs et des syphons. Bien que la plupart des gens devaient transporter leur eau des fontaines publiques, il y avait une distribution limitée d’eau aux bâtiments publics (en particulier les bains) et à certaines résidences privées et immeubles à appartements ; les bains et latrines privés et semi-privés étaient assez courants. Le système d’évacuation des eaux usées était limité, sans traitement des eaux usées, qui étaient simplement déversées dans une rivière voisine. Mais même ces applications relativement modestes de l’assainissement public dépassent de loin celles des cultures précédentes et ne seront pas égalées avant le XIXe siècle.

Un autre matériau que les Romains ont appliqué aux bâtiments était le verre, qui avait été développé par les Égyptiens qui ne l’utilisaient que pour les bijoux et les petits récipients ornementaux. Les Romains ont conçu de nombreux types de verre coloré à utiliser dans les mosaïques pour décorer les surfaces intérieures. Ils ont également fabriqué le premier verre à vitre transparent, produit en soufflant des cylindres de verre qui étaient ensuite coupés et posés à plat. Sénèque (vers 4 avant J.-C. – 65 après J.-C.) a décrit la sensation provoquée par l’apparition de vérandas vitrées dans les villas proches de Rome. Bien qu’aucune installation vitrée romaine n’ait été conservée, le verre est apparemment devenu assez courant dans les bâtiments publics et a même été utilisé dans les maisons à appartements de la classe moyenne de la capitale.

Dans la plupart des bâtiments romains, le feu ouvert central restait la principale source de chaleur – ainsi que de fumée gênante – bien que l’utilisation de braseros à charbon de bois ait apporté quelques améliorations. Une innovation majeure a été le développement de l’hypocauste, ou chauffage radiant indirect, en conduisant l’air chauffé à travers des conduits dans les sols et les murs. La maçonnerie chauffée dégageait une chaleur uniforme et agréable, et la fumée était éliminée des espaces occupés ; la même méthode était utilisée pour chauffer l’eau des bains. La basilique de Constantin à Trèves présente un exemple bien préservé de chauffage par hypocauste, où les dalles de pierre du sol sont soutenues par de courtes colonnes en brique, créant un plénum de chauffage continu en dessous.

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Retour sur l’histoire de la construction