Remplacer le ciment par des bactéries pour nos constructions, c'est possible !

Des chercheurs du Fraunhofer Institute en Allemagne ont mis au point une méthode innovante pour produire des matériaux de construction biogéniques à partir de cyanobactéries, autrefois connues sous le nom d'algues bleues-vertes. Cette avancée pourrait révolutionner l'industrie du bâtiment en offrant une alternative durable au ciment traditionnel tout en réduisant les émissions de CO₂.


L'industrie de la construction est confrontée à un défi majeur: le ciment, composant principal du béton largement utilisé, contribue de manière significative au changement climatique en raison de ses émissions élevées de dioxyde de carbone. En 2018, la production de ciment en Allemagne a ainsi engendré environ 20 millions de tonnes de CO₂, représentant près de 10% des émissions industrielles nationales selon l'Agence allemande de l'environnement (UBA).

Pour répondre à cette problématique environnementale, les chercheurs des instituts Fraunhofer pour les technologies et systèmes céramiques (IKTS) et pour la technologie des faisceaux d'électrons et des plasmas (FEP) ont développé le projet "BioCarboBeton". Ce projet introduit une méthode de production biologique qui non seulement élimine les émissions de carbone, mais utilise également le CO₂ atmosphérique dans le processus de fabrication.

Au cœur de cette méthode se trouvent les cyanobactéries, capables de photosynthèse. Sous l'action combinée de la lumière, de l'humidité et de la température, ces micro-organismes forment des structures similaires à des stromatolites, composées principalement de calcaire. Ces structures biogéniques existent dans la nature depuis 3,5 milliards d'années, témoignant de la robustesse et de la durabilité de ce processus biologique.

Les chercheurs ont réussi à reproduire ce processus naturel grâce à une approche technologique avancée. Le Dr Matthias Ahlhelm de l'IKTS supervise le développement des matériaux et des processus, ainsi que la sélection des agents de remplissage et de liaison. Parallèlement, l'équipe du Dr Ulla König au FEP est chargée de la culture des cyanobactéries, de l'analyse microbiologique et de l'augmentation de la production de biomasse.

La production commence par la culture des cyanobactéries photosensibles dans une solution nutritive. Ensuite, pour permettre la minéralisation et la formation des structures stromatolitiques, des sources de calcium telles que le chlorure de calcium sont ajoutées à la solution bactérienne. Un mélange d'hydrogels et de divers agents de remplissage, comme différents types de sable, est préparé, tandis que du CO₂ supplémentaire est incorporé pour soutenir le processus.

La mixture bactérienne est ensuite homogénéisée et structurée en étant versée dans des moules translucides, permettant ainsi la poursuite des processus métaboliques et photosynthétiques. La minéralisation ultérieure conduit à la solidification finale du matériau. Alternativement, des substrats poreux peuvent être produits et traités avec la culture de cyanobactéries, offrant une flexibilité dans les applications potentielles telles que l'isolation, les briques, les remplissages de coffrages, et même le mortier ou le stuc.

Le projet BioCarboBeton vise à déterminer les propriétés matérielles et mécaniques des matériaux biogéniques produits, ainsi qu'à augmenter l'échelle de production. En travaillant actuellement avec du biogaz et d'autres sources de calcium comme le basalte et les résidus miniers, les chercheurs explorent également des processus circulaires pour une production durable et efficiente.

Ayant établi et testé le processus, l'équipe de recherche du Fraunhofer travaille désormais à augmenter les volumes de production et à définir les propriétés solides nécessaires pour une fabrication à grande échelle de ces matériaux écologiques. Le Drs Ahlhelm et König sont convaincus que leur méthode ouvre la voie à une technologie biologique prometteuse pour une économie circulaire, non seulement dans le secteur de la construction mais aussi au-delà.