Paquets de bactéries lyophilisées peuvent cultiver du biociment sur demande

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par la American Chemical Society

La fabrication et la réparation du ciment pourraient être considérablement améliorées en utilisant des bactéries produisant du biociment, mais la croissance des microbes sur les chantiers de construction reste un défi. Les chercheurs rapportent maintenant dans ACS Applied Materials & Interfaces une approche de lyophilisation qui permet de conserver les bactéries, permettant éventuellement aux ouvriers du bâtiment d'utiliser rapidement de la poudre d'un sachet pour fabriquer des carreaux, réparer des puits de pétrole ou renforcer le sol pour des routes ou des camps de fortune.

La stabilisation du sol et la réparation du béton sont des défis majeurs pour les ingénieurs civils. Récemment, les chercheurs se sont intéressés à une minuscule bactérie appelée Sporosarcina pasteurii, capable de produire une forme de minéral de calcium appelée biociment. Les microbes décomposent l'urée et forment de l'ammonium et du carbonate. Ensuite, avec l'ajout de calcium, le résultat est du carbonate de calcium, qui colle ensemble les particules de sable et de sol ou répare les fissures dans les structures de béton existantes.

Pour fabriquer du biociment pour les projets de construction, les bactéries doivent actuellement être cultivées sur place avec un équipement spécial et des connaissances techniques. Ainsi, Maneesh Gupta et ses collègues ont voulu développer un moyen de conserver S. pasteurii sous une forme stable qui serait facile à utiliser pour les ouvriers du bâtiment.

L'équipe de Gupta s'est inspirée des fabricants qui lyophilisent des composants biologiques et les ajoutent aux engrais. Les chercheurs ont suspendu les bactéries dans différentes solutions et ont testé la survie des microbes après congélation. Ils ont constaté que le saccharose protégeait le mieux les microbes par rapport aux autres types de protecteurs. Après la congélation, les bactéries ont été séchées et stockées dans des sacs en plastique refermables. Les S. pasteurii traitées au saccharose sont restées viables pendant au moins trois mois.

D'autres tests en laboratoire ont montré que les bactéries lyophilisées et conservées au saccharose pouvaient être utilisées pour cimenter du sable dans des moules cylindriques imprimés en 3D. Les chercheurs ont préparé des colonnes séparées avec du sable à jouer, comme celui utilisé dans les bacs à sable pour enfants, et du sol sablonneux naturel prélevé dans le sol. Ensuite, lorsque les colonnes ont été pulvérisées plusieurs fois avec du chlorure de calcium et de l'urée, les bactéries ont produit du biociment. Le biociment dans les colonnes faites de sable de jeu était plus résistant que celui formé avec du sol, et la plupart des échantillons de biociment pouvaient être retirés des moules en sable de jeu.

Dans un autre test en laboratoire, l'équipe a préparé des colonnes de bactéries lyophilisées avec du sol sablonneux naturel à l'intérieur de tubes en PVC mais n'a pas retiré le biociment des tuyaux. Les colonnes en PVC faites à la fois de sable à jouer et de sol naturel étaient plus résistantes avec une exposition à plus de chlorure de calcium et d'urée.

Lors de tests sur le terrain, des bactéries lyophilisées ont été appliquées en surface de parcelles de 3 pieds par 3 pieds (environ 1 mètre par 1 mètre), et de l'urée et du chlorure de calcium ont été pulvérisés sur le dessus. Les bactéries lyophilisées ont renforcé les 3 premiers pouces (7,6 centimètres) du sol en 24 heures.

Malgré la nécessité de réaliser davantage de travaux, les chercheurs affirment que c'est la première démonstration que S. pasteurii lyophilisée reste viable et peut fabriquer du biociment, et cela pourrait être réalisable pour un déploiement futur sur le terrain.

Plus d'informations: Matthew J. Tuttle et al, Formulation de Sporosarcina pasteurii stable en tablettes pour une production en laboratoire et sur le terrain de biociment, ACS Applied Materials & Interfaces (2025). DOI: 10.1021/acsami.4c15381

Informations sur la revue: ACS Applied Materials and Interfaces