L'ETH Zurich transforme le sable en biociment solide grâce à des bactéries

Faire croître du carbonate de calcium sans chaleur intense

La fabrication traditionnelle du ciment exige des températures de four extrêmes, générant d'importantes émissions de dioxyde de carbone dans les chaînes d'approvisionnement mondiales de la construction. Pour contourner cette empreinte, un groupe de l'ETH Zurich a exploré une innovation écologique centrée sur la précipitation minérale naturelle provoquée par une bactérie appelée Sporosarcina pasteurii, selon New Atlas. Dans des conditions chimiques contrôlées, le micro-organisme colonise les minuscules interstices entre les grains de sable et déclenche la formation de carbonate de calcium, le minéral rigide présent dans la craie, le calcaire et les coquilles de mollusques.

« Vous avez la pâte, qui est encore très malléable et délicate. Seul le four peut en faire quelque chose de solide. »

— Karen Antorveza Paez, chercheuse principale à l'ETH Zurich

Cinq jours de la bio-encre à la structure solide

L'équipe suisse a conçu deux procédés distincts pour convertir des grains meubles en formes solides grâce à cette invention. La première approche associe la biocimentation à l'impression 3D. Comme le rapporte New Atlas, les chercheurs ont mélangé du sable, de l'eau, des bactéries vivantes et des additifs chimiques en une bio-encre gélatineuse qui s'extrude en formes complexes. Une fois la pièce façonnée, les techniciens l'immergent dans un bain chimique d'urée et de chlorure de calcium pendant trois jours. Durant cette immersion, les bactéries catalysent la formation de cristaux qui figent le sable. Deux jours de séchage à température ambiante achèvent le cycle, laissant les bactéries inactives à l'intérieur d'une structure finie.

La pulvérisation robotisée fonctionne six mois sans surveillance

Pour des éléments de surface plus grands, les chercheurs ont développé un système automatisé qui déploie la robotique pour appliquer le mélange. Un bras robotisé pulvérise du sable et un bouillon bactérien sur une surface cible, couche par couche, en accumulant de l'épaisseur à mesure que le carbonate de calcium se forme. Démonstration de l'endurance mécanique du dispositif, l'ETH Zurich a maintenu cet appareil de pulvérisation en fonctionnement continu pendant six mois sans intervention humaine constante, selon New Atlas.

Des sous-produits toxiques et des limites structurelles à résoudre

Des obstacles techniques subsistent avant que le sable bactérien puisse remplacer le béton Portland standard sur les chantiers. Le bain de minéralisation du protocole d'impression génère de l'ammonium, un sous-produit toxique que les chercheurs doivent neutraliser avant une mise à l'échelle industrielle, note New Atlas. La résistance mécanique du matériau correspond actuellement à celle du mortier de construction, qui assemble les éléments de maçonnerie, et non à celle du béton structurel conçu pour supporter fondations et piliers porteurs. Avant de chercher à déposer un brevet ou de s'orienter vers une adoption commerciale, le laboratoire teste actuellement comment différentes tailles de grains modifient les performances finales du matériau.

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