L’industrie de la construction est confrontée à de multiples défis et l’un des principaux est le développement de matériaux capables de s’auto-réparer. C’est la meilleure façon d’avoir des structures plus durables et résistantes, ce qui est essentiel tant dans les infrastructures critiques que dans les bâtiments. Dans le cas du béton, la recherche de mélanges capables de réparer leurs propres fissures est depuis longtemps l’un des principaux objectifs du ministère de la Défense des États-Unis et de son agence la plus expérimentale, la DARPA.
C’est ce qu’ils ont appelé le programme BRACE (Bioinspired Restoration of Aged Concrete Buildings), qui vise, dans les quatre ans et demi à venir, à développer plusieurs types de biobétons capables de se réparer et d’éliminer plus rapidement les dommages que l’intégrité structurelle des bâtiments et les routes sont compromises. Leur Les principaux ingrédients sont des champignons, des bactéries et d’autres organismes vivants dotés de propriétés particulières.chargé de garantir que le matériau puisse « durcir » en un temps record et sans nécessiter d’interventions majeures.
L’un des axes de recherche qui a rejoint l’initiative DARPA est celui de la Faculté d’ingénierie de l’Université Drexel, à Philadelphie. Là-bas, l’équipe dirigée par le professeur Amir Farnam est à l’origine du développement d’un composé appelé BioFiber. Selon une étude publiée dans la revue Construction and Building Materialsce sont des fibres polymères contenant des bactéries qui agissent non seulement comme renforts physiques, mais peuvent également fonctionner comme mécanisme d’auto-cicatrisation capable de réparer les fissures du béton en seulement 24 heures.
Programme BRACE
La recherche sur le biobéton et d’autres matériaux de construction d’inspiration biologique n’est pas nouvelle, mais un projet de cette ampleur peut représenter un progrès considérable pour améliorer ses propriétés et réduire son coût, rendant possible une fabrication à grande échelle.
« L’hypothèse centrale de BRACE est que le béton peut être doté de capacités d’auto-réparation typiques des organismes vivants, Inspiré du système vasculaire humain et dans les vastes réseaux de champignons filamenteux qui peuvent s’étendre sur des hectares de terrain à une échelle similaire à celle des bâtiments en béton », Notes de la DARPA dans le communiqué de presse annonçant le projet.
Le béton, un matériau clé dans la construction des bâtiments iStock Omicrono
Ce que l’on recherche, c’est un lien capable d’activer ces propriétés d’auto-guérison là où elles sont nécessaires et pas seulement dans les zones externes du matériau. « De tels systèmes pourraient fournir un réseau de transport pour soigner dans les profondeurs de la matière pour réparer les fissures avant qu’elles n’atteignent la surface et ne provoquent une défaillance », poursuit le rapport initial.
A terme, cette incorporation d’organismes biologiques vise à développer un béton doté d’une sorte de système circulatoire, responsable de déplacer les éléments nécessaires à la « guérison » là où cela est nécessairecomme le font les globules blancs lorsque nous avons une blessure.
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« Nous savons que le système vasculaire joue un rôle important dans de nombreuses fonctions biologiques essentielles des plantes et des animaux« De la régulation de la température à la lutte contre les maladies en passant par la guérison des blessures, c’est l’infrastructure de la vie », a déclaré Farnam. « C’est une source d’inspiration appropriée pour développer de nouvelles méthodes de réparation et de renforcement des nombreuses structures de notre environnement bâti. » optimisé, grâce à l’évolution, pour servir ce même objectif dans la nature.
Bien que le projet se concentre sur la conservation et la réparation du béton utilisé dans les infrastructures militaires, il pourrait conduire à de nouveaux outils et processus qui profitent également aux infrastructures civilescomme cela s’est produit à d’autres reprises avec les recherches de la DARPA.
Béton BioFibre
Pour protéger les infrastructures américaines, mais surtout les aérodromes, les quais et les silos de missiles du ministère de la Défense, qui dans de nombreux cas ont jusqu’à huit décennies et ne sont pas faciles à remplacer, les ingénieurs de l’Université Drexel misent sur un propre matériau appelé BioFiber. Ses couches successives lui permettent d’offrir des résultats optimaux lors de la réparation du béton : une âme en fibres polymères comme élément porteur et absorbeur d’énergie, une coque d’hydrogel d’alginate chargée d’endospores (formes dormantes de bactéries qui résistent aux environnements extrêmes) et une couche externe polymère sensible aux dommages.
Ces biofibres sont un composant ajouté au mélange de béton qui lui confère une meilleure réponse mécanique, mais leurs propriétés uniques se révèlent lorsque le matériau se fissure. Dans ces cas-là, lorsque l’eau atteint la zone endommagée, l’hydrogel se dilate et se projette vers la surface. Pendant ce temps, les bactéries dormantes se « réveillent » et commencent à se nourrir du carbone et du calcium présents dans le béton. La réaction chimique qui en résulte produit du carbonate de calcium, un matériau cimentaire qui comble et répare les fissures tout seul. Le temps de cicatrisation est très variable, mais Selon les expériences en laboratoire, dans le meilleur des cas, cela peut prendre entre 24 et 48 heures..
Image du béton BioFiber obtenue au microscope électronique à balayage. Université Drexel Omicrono
« Il s’agit d’un développement passionnant dans le cadre des efforts continus visant à améliorer les matériaux de construction en s’inspirant de la nature », déclare Farnam. « Nous constatons chaque jour que nos structures vieillissantes en béton subissent des dommages qui réduisent leur durée de vie fonctionnelle et nécessitent des réparations critiques et coûteuses. Imaginez, peuvent-elles se guérir toutes seules ? Dans notre peau, le tissu le fait naturellement grâce à une structure fibreuse multicouche imprégnée de notre fluide auto-cicatrisant : le sang. Ces biofibres imitent ce concept et utiliser des bactéries pour créer un béton vivant auto-cicatrisant qui réagit aux dommages« .
Selon les responsables, il reste encore beaucoup de travail à faire et le principal défi est « explorer les options matérielles et les paramètres influents pour adapter les propriétés de traitement, la composition et la structure de la biofibre développée », déclarent-ils dans l’étude. À long terme, il semble être l’un des candidats les plus solides pour diriger le programme BRACE.
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