Chaque année, plus de 4 milliards de tonnes de béton sont produites dans le monde. le matériau le plus utilisé dans la construction. Cela représente environ 8 % des émissions mondiales de CO2 et 9 % des prélèvements d’eau industriels internationaux. Ces dernières années, les recherches sur ce matériau, utilisé en Espagne depuis l’époque de l’Empire romain, ont conduit au développement de mélanges capables de générer de l’électricité et d’analyser les bâtiments, à des systèmes gonflables pour construire des maisons en moins d’une heure. . Mais il a toujours le même problème : il peut facilement se fissurer lorsqu’il est soumis à un stress prolongé.
Le trafic constant sur une route provoque des fissures et des nids-de-poule, tout comme une mauvaise fondation créera des fissures dangereuses dans la structure d’un bâtiment. Face à cela, les solutions sont coûteuses et ne fonctionnent pas toujours, et pour cette raison des techniques telles que la bioconstruction, qui fusionne biologie et science des matériaux pour obtenir les effets les plus étonnants.
C’est ce que recherche la DARPA, l’agence chargée des enquêtes les plus pointues du Pentagone, comme cet avion révolutionnaire invisible aux radars, à travers le programme BRACE (Bioinspired Restoration of Aged Concrete Buildings). Par cette initiative, le département américain de la Défense entend développer un bio-béton capable de se réparer et d’éliminer les dommages avant qu’ils ne se propagent ou que l’intégrité structurelle est compromise. Et il le fera grâce à des champignons, des bactéries et d’autres organismes aux propriétés particulières, chargés de permettre au matériau de se « guérir » lui-même.
Comment ça marche
La recherche sur le bio-béton et d’autres matériaux de construction inspirés de la biologie n’est pas nouvelle, mais un projet de cette ampleur peut signifier une avancée considérable pour améliorer ses propriétés et baisser son coûtpermettant une fabrication à grande échelle.
« L’hypothèse centrale de BRACE est que le béton peut être doté des capacités d’auto-guérison typiques des organismes vivants, en s’inspirant de les systèmes vasculaires de l’homme et dans les vastes réseaux de champignons des filaments qui peuvent s’étendre sur des acres de terrain à une échelle similaire à celle des bâtiments en béton », note la DARPA dans le communiqué de presse annonçant le projet.
Un opérateur vérifie le pavage d’une rue iStock Omicrono
Ce qui est recherché, c’est un lien capable d’activer ces propriétés d’auto-réparation là où elles sont nécessaires et pas seulement dans les zones externes du matériau. « De tels systèmes pourraient fournir un réseau de transport pour la guérison dans les profondeurs du matériau à réparer les fissures avant qu’elles n’atteignent la surface et peuvent provoquer une défaillance« , poursuit le rapport.
A terme, cette incorporation d’organismes biologiques vise à développer un béton avec une sorte de système circulatoire, chargé de déplacer les éléments nécessaires à la « guérison » à l’endroit où cela est nécessaire, comme le font les globules blancs lorsque nous recevons une blessure. Un autre des objectifs du projet est qu’il peut également être utilisé pour diagnostiquer pourquoi le béton se détériore. En d’autres termes, trouvez la racine du problème pour trouver la meilleure solution possible.
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Différentes approches s’intègrent dans BRACE, de celles basées sur les champignons et les bactéries, qui, en raison de leurs particularités, peuvent être idéales pour cette tâche, à d’autres inspirées par les enzymes, des protéines complexes qui produisent un changement chimique spécifique dans toutes les parties d’un organisme. Les responsables du projet Ils n’excluent pas non plus l’utilisation de matériaux de type céramique ayant des qualités d’auto-réparation. développé ces dernières années.
Ainsi, ces solutions pourraient servir de base à de nouveaux bâtiments ou voiries, mais surtout à les insérer »dans les fissures et les vides du béton vieilli pour commencer la réparationpuis y rester pour réparer toutes les fissures supplémentaires qui surgissent au fil du temps », a déclaré Matthew Pava, chef de projet, dans une déclaration à Popular Mechanics.
Nids de poule sur une route iStock Omicrono
Pour atteindre son objectif, il est prévu que la recherche autour de BRACE, qui se développera sur les 4 ans et demi à venir, se concentre sur deux axes : un stratégique, pour grandes structures permanentestels que les silos de missiles nucléaires, et un tactique, pour le réparation de structures temporairescomme les aérodromes utilisés dans les missions expéditionnaires.
Cela n’empêche pas les matériaux développés à partir de cette initiative de faire plus tard le saut de l’environnement militaire à l’environnement civil, comme tant d’autres technologies développées par la DARPA, et peuvent aider à résoudre les nids-de-poule sur les autoroutes et les autoroutes ou servir à construire des maisons plus durables et résistantes.
Autres projets
Les premières expérimentations avec le bio-béton ont été menées depuis le début des années 2000. Depuis, des chercheurs du monde entier tentent de trouver des solutions permettant à ce matériau de construction clé d’avoir des qualités d’auto-réparation.
C’est le cas du microbiologiste Henk Jonkers, de l’Université technique de Delft (Pays-Bas), qui a présenté en 2015 le premier bio-béton incorporant des bactéries capables de précipiter la calcite dans le mélange.
Béton autocicatrisant fabriqué avec précipitation minérale bactérienne Henk Jonkers Omicrono
Le pH du béton est très élevé, ce qui rend très difficile la survie de tout organisme dans le mélange. Ce n’est pas le cas des bactéries alcalinophiles qui, mélangées dans une pâte de ciment, ont montré comment ses spores sont encore viables et peut aider à réparer les pièces fissurées ou structurellement compromises.
Ce type de béton bactérien peut représenter des économies substantielles, notamment lors du remplacement du béton armé. Sa tâche principale sera de construire des retenues souterraines pour les déchets dangereuxpar exemple, compte tenu du danger que cela peut représenter pour toute personne de s’approcher du lieu pour effectuer des réparations.
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Les recherches se poursuivent, et Jonkers et son équipe se concentrent sur la mise en place de bonnes conditions pour optimiser la production de calcite de bactéries et la distribution des aliments afin qu’ils puissent continuer à vivre malgré le passage du temps. L’étude porte également sur la façon dont ce type de béton biologique est affecté par les différents mécanismes de détérioration, tels que les fluctuations de température.
D’autres recherches plus récentes, en l’occurrence de l’Université du Minnesota, portent sur un autre type de bactérie, appelée bacillus subtilis. Est un micro-organisme généralement trouvé sous terre et se reproduit par des endospores, qui restent inactives pendant les périodes de sécheresse.
À l’aide de techniques génétiques, les scientifiques ont associé ces bactéries à de la silice pour créer un matériau semi-translucide de grande dureté. Plus tard, ils ont fait des fractures dans le matériau et ont ajouté des nutriments pour activer les endospores, qui étaient chargées de réparer les parties endommagées.
C’était le point de départ, et maintenant l’équipe du Minnesota étudie différents types de bactéries pour fabriquer des revêtements, des plâtres et du béton auto-cicatrisants. Dans leur cas, ce qu’ils recherchent, ce sont matériaux respectueux de l’environnement qui offrent une grande durabilité et une empreinte carbone réduiteainsi que des applications possibles au-delà de la construction, par exemple dans le domaine de la biomédecine.
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