Le béton est présent partout dans notre vie quotidienne – des bâtiments aux routes – mais il peut se fissurer avec le temps et sous l'effet de contraintes accrues. Ces fissures, même minuscules, peuvent laisser entrer l’eau et l’air, provoquant éventuellement de la rouille et affaiblissant les renforts en acier cachés à l’intérieur. Réparer ces fissures est dangereux et coûteux, surtout sur les ponts et les autoroutes.
Depuis des années, les scientifiques tentent d’utiliser des bactéries pour réparer automatiquement ces fissures. Mais la plupart des méthodes nécessitent des nutriments externes pour maintenir le fonctionnement normal des bactéries.
C'est l'idée derrière les nouvelles recherches du Dr Congrui Grace Jin, dont les recherches récentes explorent un système de béton auto-cicatrisant alimenté par des micro-organismes.
Jin souligne cet obstacle majeur en déclarant : « Le béton auto-cicatrisant à médiation microbienne a été étudié de manière approfondie pendant plus de trois décennies, mais il souffre toujours d'une limitation importante : toutes les méthodes d'auto-cicatrisation actuelles ne sont pas entièrement autonomes, car elles nécessitent des nutriments externes pour maintenir l'agent de réparation afin de produire en continu un matériau de réparation.
Sa solution s'inspire de la nature, obtenue en réinventant le lichen. Les lichens sont des organismes simples composés de champignons et de cyanobactéries qui survivent uniquement grâce à l’air, à la lumière du soleil et à l’eau. L'équipe de Kim a conçu une version synthétique qui utilise des cyanobactéries fixatrices d'azote (qui absorbent le dioxyde de carbone et l'azote de l'air) et des champignons filamenteux (qui aident à collecter les ions calcium et à générer du carbonate de calcium (CaCO₃) - un minéral capable de combler les fissures du béton).
Ils ont testé trois combinaisons de micro-organismes : Trichoderma reesei avec Anabaena inaequalis, Trichoderma reesei avec Nostoc punctiforme et un mélange de trois. Les trois combinaisons ont bien poussé dans un environnement de laboratoire avec juste de l’air et de la lumière (sans aucun nutriment ajouté). Pour comprendre les performances des microbes, l'équipe a utilisé cinq méthodes : densitométrie (pour vérifier l'absorption de la lumière), poids sec de la biomasse, résazurine (un indicateur pour détecter l'activité métabolique), inoculation fongique dans des milieux sélectifs et test de phycocyanine (pour vérifier la santé des algues).
Les résultats ont montré que les microbes appariés étaient plus sains et plus efficaces que les microbes cultivés individuellement. Ils sont même capables de former du carbonate de calcium (CaCO₃) dans des échantillons de béton, ce qui augure bien de leur potentiel dans des applications pratiques. Ce qui ressort de cette approche est sa capacité à réparer les fissures sans assistance humaine, réduisant potentiellement le besoin d'inspections manuelles et de maintenance coûteuses à l'avenir.
Le Dr Jin travaille également avec des spécialistes des sciences sociales de la Texas A&M University pour comprendre les sentiments du public concernant l'utilisation d'organismes « vivants » dans la construction et explorer les questions éthiques et juridiques impliquées. La recherche, financée par le programme de prix pour les jeunes professeurs de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) des États-Unis, combine la biologie et l'ingénierie pour résoudre des problèmes du monde réel qui touchent des millions de personnes.