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Comment fonctionne le béton auto-cicatrisant?

Alors que la croissance rapide de la population mondiale met à rude épreuve les ressources naturelles de la planète, les scientifiques se tournent vers des matériaux plus durables. L’ingénieur en géoenvironnement Michael Harbottle nous met au parfum.

Technologies industrielles icon Technologies industrielles

Les politiques de l’UE sont de plus en plus orientées vers une économie plus circulaire, portée par des matériaux, des technologies, des pratiques et des comportements plus durables. Pour y parvenir, les efforts visant à réduire les déchets inutiles s’appuient souvent sur les «cinq R» — refuser, réduire, réutiliser (ou réparer), réaffecter et recycler. Actuellement, réparer les dommages ou la détérioration des infrastructures physiques, comme les routes ou les bâtiments, signifie remplacer les matériaux de construction d’origine. Ceci n’est pas seulement coûteux sur le plan financier et environnemental, mais peut également compromettre l’intégrité structurelle et l’esthétique.

Existe-t-il une alternative plus verte?

Michael Harbottle répond: «L’évolution a conféré aux plantes et aux animaux une myriade de moyens pour se soigner lorsqu’ils sont blessés. Nous pouvons apprendre beaucoup de la nature lorsque nous concevons notre environnement bâti.» Par exemple, lorsque nous nous cassons un os, les vaisseaux sanguins autour de la fracture se resserrent peu après et forment un caillot pour arrêter le saignement. Le tissu fibreux mou et le cartilage commencent alors à former un matériau ressemblant à de l’os appelé cal. De nouvelles cellules osseuses se développent alors de part et d’autre de la fracture, se regroupant et absorbant le cal pour créer un nouvel os. Travaillant à l’Université de Cardiff au Royaume-Uni, Michael Harbottle a participé à une série d’initiatives visant à développer des matériaux de construction qui exploitent les processus biologiques pour préserver les infrastructures existantes, réduisant ainsi la maintenance et les nouvelles constructions. Dans le cadre du projet GEOHEAL, financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, Michael Harbottle a exploité la capacité des bactéries à minéraliser la calcite, capable par la suite de «réparer» des matériaux naturels tels que le calcaire et le grès souvent utilisés dans la construction. La bactérie rustique utilisée, Sporosarcina ureae, est ensemencée sous forme de spores avec les nutriments nécessaires. Au fur et à mesure de leur croissance, les bactéries produisent du carbonate de calcium qui se durcit en cristaux de calcite capables de se lier au calcaire et de coller les grains de grès entre eux. «Étant poreuse, la maçonnerie peut accueillir de nombreux micro-organismes actifs, de sorte que ce traitement pourrait être appliqué par des sprays, des peintures ou des capsules insérées dans les pores, réparant le matériau tout en conservant sa capacité à “respirer”», explique t-il. Michael Harbottle a également découvert que les bactéries pouvaient offrir une solution cyclique. Lorsque des bactéries dormantes sont mélangées à la pâte de mortier, elles peuvent être continuellement réanimées lorsque des fissures apparaissent dans le mortier.

Comme neuf?

«Les bactéries créent une sorte de tissu cicatriciel. Le degré exact de régénération dépend du matériau», explique Michael Harbottle. «Comme le calcaire contient beaucoup de calcium et de carbonate, il est probable qu’une partie de la calcite nouvellement formée contienne des minéraux du matériau d’origine “réarrangés” par les bactéries.» Selon lui, le produit obtenu est probablement très similaire au matériau d’origine, dont il retrouve les propriétés, telles que la solidité et la résistance aux intempéries. Comme le souligne Michael Harbottle, le concept d’autoréparation a été largement appliqué à d’autres matériaux, notamment aux polymères et à l’asphalte, ainsi qu’au béton. «Je crois qu’il a également été étudié dans les métaux, mais n’impliquerait pas de bactéries car il s’agit d’une approche plus adaptée aux matériaux de construction. En effet, ceux-ci impliquent des processus de production de minéraux», ajoute Michael Harbottle. S’il n’a pas voulu trop s’éloigner de son propre domaine d’expertise, il a tout de même laissé entrevoir l’avenir potentiel des matériaux de construction intelligents. «Avant qu’un organisme puisse s’auto-guérir, il doit d’abord savoir qu’il est blessé. Ainsi, des travaux récents au Royaume-Uni ont exploré les systèmes de détection et d’actionnement, donnant aux matériaux la capacité de détecter la détérioration, d’analyser les options et de décider ensuite de ce qu’il faut faire, sans intervention humaine», explique-t-il. «À l’avenir, il pourrait être possible de développer des systèmes auto-réparateurs entièrement autonomes, mais ceux-ci devraient récolter les produits chimiques et l’énergie nécessaires à la production d’un agent réparateur dans leur environnement proche.»

Alors à quand l’autoréparation de notre rue principale?

Actuellement, la solution de Michael Harbottle, basée sur les bactéries, est confrontée à un certain nombre de défis. L’une d’entre elles est l’approvisionnement: les bactéries de Michael Harbottle provenaient de son laboratoire, mais pour couvrir une utilisation courante, les bactéries indigènes devraient être obtenues en grandes quantités et devraient être testées avant utilisation. Une autre limite est la demande. Le secteur de la construction est à juste titre conservateur lorsqu’il s’agit de nouveaux matériaux, étant donné les implications potentiellement dévastatrices d’un échec. Comme le souligne Michael Harbottle, les restaurations du patrimoine comportent non seulement des risques pour la sécurité, mais aussi des risques esthétiques. «Nous devons bâtir — et le jeu de mots est voulu — des preuves dans de nombreuses structures pour gagner la confiance des utilisateurs potentiels. Il est probable que l’on donne d’abord la priorité aux environnements non critiques en termes de sécurité ou aux éléments non structurels et esthétiques tels que le pavage ou les façades», ajoute Michael Harbottle. Cliquez ici pour en savoir plus sur les recherches de Michael Harbottle: L’autoréparation par la bio-ingénierie pour des constructions durables et une préservation intelligente du patrimoine.

Mots‑clés

GEOHEAL, infrastructure, bactéries, calcaire, grès, construction, auto-cicatrisation, construction, réparation