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L’autoréparation par la bio-ingénierie pour des constructions durables et une préservation intelligente du patrimoine

Les matériaux de construction comme le ciment, le fer et l’acier ont un impact énorme sur l’environnement. GEOHEAL a trouvé un moyen de nous aider à mieux entretenir et réutiliser les bâtiments existants, grâce à des bactéries dotant les bâtiments de propriétés autoréparatrices.

Technologies industrielles

Au fil du temps, l’exposition aux intempéries et les contraintes quotidiennes provoquent des dommages et une détérioration des matériaux géologiques utilisés dans la construction des bâtiments. Cela peut compromettre l’intégrité structurelle et la sécurité des bâtiments, ainsi que nuire à leur aspect esthétique. L’entretien régulier se traduit essentiellement par l’application de revêtements de surface, qui peuvent limiter la capacité du matériau à respirer, réduisant ainsi ses performances à long terme. En outre, l’usage de ces revêtements est souvent limité à des matériaux spécifiques. Le projet GEOHEAL, soutenu par l’UE, a cherché à savoir si certains matériaux étaient capables de déclencher automatiquement un processus de réparation qui restaure, voire améliore, les propriétés structurelles ou esthétiques souhaitées. S’inspirant de recherches portant sur la minéralisation bactérienne de la calcite dans le ciment, GEOHEAL a procédé à des démonstrations de minéralisation dans différents types de roches. «Notre technique améliore la durabilité des matériaux traités sans compromettre visiblement leur “respirabilité”, comme cela se produit avec certains traitements chimiques», explique Mike Harbottle, coordinateur du projet, affilié à l’université de Cardiff, l’institut d’accueil du projet. Ces travaux ont déjà suscité l’attention des médias, notamment par l’intermédiaire de la branche galloise de la BBC, de Forbes, de The Engineer et de New Civil Engineer. En outre, cela a permis de participer à des événements d’élaboration de politiques pour l’innovation au pays de Galles (HEFCW), ainsi qu’à des activités de communication comme la Nuit des chercheurs européens.

Influencer le comportement structurel des matériaux de construction poreux

Il existe plusieurs technologies d’autoréparation des matériaux qui font actuellement l’objet de recherches. «Nous avons employé la minéralisation microbiologique, un processus naturel qui se prête bien à être appliqué à la surface de maçonneries neuves ou anciennes», explique Mike Harbottle. L’équipe GEOHEAL a travaillé avec des matériaux naturels, principalement du calcaire et du grès, qu’on trouve couramment dans les constructions neuves et anciennes. La porosité de ces matériaux leur permet d’accueillir toute une série de microorganismes actifs. L’équipe a utilisé une bactérie dénommée Sporosarcina ureae qui est à la fois capable de produire du carbonate de calcium (calcite), servant de protection, et de survivre à des conditions difficiles pendant de longues périodes sous forme de spores. La bactérie reste dormante sous forme sporulée jusqu’à ce qu’elle soit stimulée pour produire de la calcite qui se mélange au calcaire et colle les grains de sable dans le grès. Pour déclencher ce mécanisme, il suffit parfois de leur fournir de la nourriture au bon moment. Le traitement peut être appliqué à l’aide de pulvérisateurs, de brosses ou combiné avec des capsules encastrées dans les pores qui se brisent lorsque la pierre est endommagée. La capacité des bactéries à modifier la microstructure des matériaux exposés aux intempéries a été démontrée sur des échantillons de maçonnerie prélevés à l’abbaye de Tintern dans le Monmouthshire, au pays de Galles (Royaume-Uni). Les traitements biologiques n’ont pas endommagé la structure, dont l’aspect esthétique n’a pas non plus été compromis. L’équipe n’a par exemple trouvé aucune altération de la couleur détectable à l’œil nu. «Lors de ces tests en laboratoire, nous avons également observé des signes de réparation cyclique, où le système peut survivre à des conditions climatiques difficiles et se réactiver lorsqu’il est déclenché», ajoute Magdalini Theodoridou, qui a entrepris ces recherches avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie.

Une utilisation durable des matériaux

GEOHEAL propose une approche plus respectueuse de l’environnement pour la construction et la préservation, qui pourrait non seulement alléger les contraintes d’un entretien constant, mais aussi, en permettant la réutilisation de propriétés existantes, limiter le besoin de recourir à de nouvelles constructions. Par ailleurs, il a été prouvé que cette technique pourrait être utilisée pour réparer les bâtiments endommagés par les projectiles dans les zones de conflit. Bien qu’il existe des projets pilotes réussis consacrés à ces technologies au stade de développement, elles n’ont pas encore fait l’objet d’une application généralisée. Toutefois, comme la chercheuse se trouve maintenant au Hub for Biotechnology in the Built Environment (HBBE), du Royaume-Uni, et qu’elle participe aux projets associés — RM4L et SMARTINCS, financé par l’UE — l’équipe continue de travailler sur des applications concrètes. Outre les discussions avec le secteur de la construction, l’équipe a suscité l’intérêt d’organisations telles que Cadw (l’organisme de conservation de l’environnement historique du pays de Galles) et Highways England.

Mots‑clés

GEOHEAL, matériaux géologiques, bâtiment, construction, exposition aux intempéries, minéralisation bactérienne, calcite, ciment, patrimoine, bactérie, grès, calcaire

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